DE1292186B

DE1292186B - Logische Schaltung mit Tunneldioden

Info

Publication number: DE1292186B
Application number: DEI26877A
Authority: DE
Inventors: Buelow Fred Karl; Turnbull Jun John Roger; Murphy Daniel Wait
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-12-31
Filing date: 1964-11-13
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3277289A; GB1086097A; FR1423147A

Description

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Die Erfindung betrifft eine logische Schaltung mit F i g. 5 eine Tabelle zur Erläuterung der Schaltung

Tunneldioden. Es ist eine Tunneldiodengatterschal- nach Fig. 3,

tung mit zwei zwischen festen Potentialen geschalteten Fig. 6 die Schaltung eines Addierers nach der

Tunneldioden bekannt, die zwei stabile Schalt- Erfindung,

zustände einnehmen kann. Solche bistabilen Tunnel- 5 F i g. 7 und 8 abgeänderte Ausführungen der

diodenschaltungen zeichnen sich durch besonders Schaltung nach F i g. 6,

hohe Schaltgeschwindigkeit aus. Weiterhin ist es be- Fig. 9 eine Schaltung nach der Erfindung für ex-

kannt, Eingangssignale über die Emitter-Kollektor- klusiven ODER-Betrieb,

Strecke je eines Transistors an bistabile Gatterschal- Fig. 10 und 11 zwei Tabellen zur Erläuterung der tungen mit Tunneldioden zu legen. io Schaltung nach Fig. 9,

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der F i g. 12 eine Tabelle zur Erläuterung der Anwen-

eingangs genannten Art so auszugestalten, daß viel- dung der Erfindung im Zusammenhang mit einer

fältig logische Funktionen unter Ausnutzung der symmetrischen Funktion,

hohen Schaltgeschwindigkeit von Tunneldioden Fig. 13, 14 und 15 Karnaugh-Diagramme zu durchführbar sind, und zwar bei geringem schaltungs- 15 Fig. 12,

technischem Aufwand und einer schaltungstechni- F i g. 16 eine Schaltung nach der Erfindung, die

sehen Ausgestaltung, die der integrierten Bauweise nach einer symmetrischen Funktion arbeitet,

angepaßt ist. Fig. 17 und 18 Tabellen zur Erläuterung der

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei Tun- Schaltung nach Fig. 16,

neldiodengatter, die für sich in bekannter Weise be- ao Fig. 19 eine andere Schaltung nach der Erfindung,

stehen aus zwei in Reihe zwischen festen Potentialen die nach einer symmetrischen Funktion arbeitet,

geschalteten Tunneldioden, deren gemeinsamer Kno- Fig. 20 und 21 Tabellen zur Erläuterung der

tenpunkt über einen Belastungswiderstand ebenfalls Schaltung nach Fig. 19,

an einem festen Potential liegt, und durch mehrere F i g. 22 eine Schaltung, die nach einer Funktion gleichartige Eingangsstufen aus je zwei gegenpolig 35 Summe Modulo Zwei arbeitet, in Reihe zwischen die Knotenpunkte dieser Tunnel- Fig. 23 eine Tabelle zur Erläuterung der Schaldiodengatter geschalteten Transistoren, deren Emitter tung nach F i g. 22 und

an je einer gemeinsamen Belastungsimpedanz liegen, Fig. 24 ein Karnaugh-Diagramm zur Erläuterung und durch eine Schaltstufe mit zwei Transistoren, der Schaltung nach Fig. 22. deren Emitter an einer gemeinsamen Belastungs- 30 Nach F i g. 1 ist ein Paar von Tunneldioden 28 impedanz liegen, die derart bemessen ist, daß ihre und 29 vorgesehen. Die Kathode der Diode 28 und Belastung ein Vielfaches der Belastung jeder einzel- die Anode der Diode 29 sind an einem Knoten 30 nen Eingangsstufe beträgt und von der ein Transistor angeschlossen. Die Anode der Diode 28 liegt an mit dem Kollektor am ersten Knotenpunkt und die einem positiven Spannungspotential 31. Die Kathode Basis des anderen am zweiten Knotenpunkt liegt. Bei 35 der Diode 29 liegt an einem negativen Spannungs-Schaltungen nach der Erfindung kann in jeder Ein- potential 32. Der Knoten 30 ist über einen Belastungsgangsstufe eine logische Eingangsfunktion eingespeist widerstand 33 an ein positives Potential 34 angewerden, und es können zwei Ausgangssignale, näm- schlossen. Die Bezugszeichen F₀, I₀ und I_T haben lieh eins an jedem Tunneldiodengatter abgegriffen die gleiche Bedeutung wie bei Fig. 1 bis 4. werden. Diese beiden Ausgangssignale sind infolge 40 Die Ströme, die vom Knoten 30 zu den Signalder erfinderischen Schaltung unterschiedliche Funk- eingabemitteln fließen, sind mit I_x, Iy bzw. I₂ betionen der Eingangssignale, womit die angestrebte zeichnet. Die Summe dieser Ströme ist mit I_T beVielfältigkeit gegeben ist. Wesentlich für die Funk- zeichnet. Mit 52 ist ein an den Knoten 30 angeschlostionen, nach denen die Schaltung arbeitet, ist die sener Ausgangsanschluß bezeichnet, zu dem der ge-Stelle, an der den einzelnen Eingangsstufen die Ein- 45 erdete Anschluß 53 gehört.

gangssignale eingespeist werden. Es genügt also, um In F i g. 2 ist die Arbeitscharakteristik des Tun-

die Schaltung umzustellen, die betreffenden Eingangs- neldiodenpaares 28, 29 mit 35 bezeichnet. Mit 36,

anschlüsse entsprechend auszuwählen. Damit wird 37, 38 und 39 sind Kennlinien für I_T = 0, I_T = 1,

die erfinderische Schaltung der integrierten Bauweise Z₇- = 2 bzw. I_T = 3 bezeichnet. Die Werte für I_T

zugänglich, denn sie kann für viele Anwendungsfälle 50 entsprechen den verschiedenen Kombinationen, in

unterschiedlichster logischer Funktionen vollständig denen die Eingangssignale auftreten können. Die

vorbereitet werden, bis auf die Eingangsanschlüsse, Schaltung der F i g. 1 erzeugt unter Zugrundelegung

die dann für den jeweiligen Bedarfsfall entsprechend der Charakteristik aus Fig. 2 ein Ausgabesignal F₀,

gewählt werden. das zwischen einer binären 0 und einer binären 1

Weitere Einzelheiten der Erfindung und auch der 55 wechselt. Die Signale X, F und Z entsprechen jeweils mit der Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich einer binären 0. Die entsprechenden Ströme I_x, I_Y aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Aus- und I₂ betragen je eine Einheit, so daß der Strom I_T führungsbeispiele an Hand der Zeichnung. In der drei Einheiten stark ist. Der Schnittpunkt der Kennzeichnung zeigt linie 39 entsprechend I_T = 3 mit der Charakteristik

F i g. 1 die Schaltung eines Tunneldiodengatters 60 35 bestimmt dann ein Ausgangssignal F₀, das einer

zur Durchführung einer Übertragrechnung, wie es in binären 0 entspricht, wie dies aus Fig. 2 ersicht-

Verbindung mit der Erfindung anwendbar ist, lieh ist.

Fig. 2 die Kennlinie für die Schaltung nach Fig. 3 zeigt eine entsprechende Schaltung für

F i g. 1, Summierung. Die Schaltung nach F i g. 3 weist Tun-

F i g. 3 eine Schaltung eines Tunneldiodengatters 65 neldioden 40 und 41 auf, wobei die Kathode der

zur Summenberechnung, wie es in Verbindung mit Diode 40 und die Anode der Diode 41 an einen Kno-

der Erfindung anwendbar ist, ten 42 angeschlossen sind. Die Anode der Diode 40

F i g. 4 die Kennlinie für die Schaltung nach F i g. 3, liegt an einem positiven Potential 43, und die Kathode

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der Diode 41 liegt an einem negativen Potential 44. Die Addiererschaltung nach F i g. 6 weist drei Ein-

Über den Belastungswiderstand 46 ist an dem Knoten gangsstufen auf. Eingangsstufen dieser Art sind im 42 ein positives Potential45 angeschlossen. Außer- folgenden Signaleingabemittel genannt und in Fig. 6 dem ist an dem Knoten 42 ein Ausgangsanschluß 47 mit 54, 55 und 56 bezeichnet. Die Signaleingabeangeschlossen, zu dem der geerdete Anschluß 48 ge- 5 mittel 54, 55, 56 sind jeweils mit den Signaleingabehört. Mit I_c, I_x, // und /_z' sind Stromabflüsse ge- anschlüssen X, Y, Z verbunden. Jedes der Signalzeichnet, die an dem Knoten 42 angeschlossen sind. eingabemittel 54, 55 und 56 weist zwei Transistoren, Der Strom in den gestrichenen Stromabflüssen ist einen Belastungswiderstand und einen Stromzufüheine Funktion des Komplements der Ströme in den rungsanschluß, der durch die Bezugsziffer des zugenicht gestrichenen Stromabflüssen I_x, I_Y und /_z aus io hörigen Signaleingabemittels mit nachgesetztem d be-Fig. 1. Die Summe der Stromabflüsse in Fig. 3 zeichnet ist, auf. Die Emittoren der Transistoren 54a und 5 ist mit // bezeichnet. Nach Fig. 5 sei ange- und 54b sind über den Belastungswiderstand 54c an nommen, daß die Ströme//, V und/_z'eine Strom- den Stromzuführungsanschluß 54 d angeschlossen, einheit betragen, wenn die entsprechenden Eingangs- und die Kollektoren liegen an den beiden Knotensignale jeweils den binären Wert 1 haben. I_c fließt, 15 punkten 30 bzw. 42. Die Basis des Transistors 54 & wenn das Ausgangssignal nach F i g. 1 den binären liegt an Masse, während an der Basis des Transi-WertO hat. In der ersten Spalte aus Fig. 5 ist der stors54a der Eingangsanschluß für den Z-Eingang Wert// als Summe des WertesI_c und der Summe liegt.

der Ströme I_x, I_Y' und /_z' angegeben. Bei der Aus- Die Addiererschaltung nach F i g. 6 weist eine

führung der Schaltung nach Fig. 10 wird der Strom 20 Schaltstufe 57 auf. Diese Schaltstufe 57 enthält zwei /_c im Hinblick auf die gestrichenen Stromwerte so Transistoren 57 a und 57 &, einen Belastungswidereingestellt, daß in der zweiten Spalte der Tabelle nach stand 57 c und einen Stromzuführungsanschluß 57 d. Fig. 5 Stromeinheiten erscheinen, die am Ausgang Die Basis des Transistors57a ist geerdet, und die der Schaltung Fig. 3 verarbeitet werden können. Basis des Transistors57d ist über die Leitung58 an Wählt man I_c gleich zwei Stromeinheiten, dann ist 25 den Knoten 30 angeschlossen. Die Kollektoren der der Wert//, wie in der zweiten Spalte der Tabelle Transistoren54b, SSb und 56& sind an die Leitung aus F i g. 5 angegeben. Wenn zwei Einheiten ein 58 angeschlossen. Die Kollektoren und Transistoren Ausgangssignal mit einem binären Wert 1 und drei 54 a, 55 a, 56 a und 57 a sind über die Leitung 59 Einheiten ein Ausgangssignal mit einem binären an den Knoten 42 angeschlossen. Die Schaltstufe 57 α Wert 0 erzeugen, dann entsteht an der Schaltung ein 30 spricht auf ein Signal an dem Ausgangsanschluß 52 Ausgangssignal entsprechend dem Komplement der an. Der Widerstand 57 c und die Stromzuführung binären Summe der Eingänge, das in der Tabelle mit 57 d sind im Hinblick auf die entsprechenden Teile »5¹« bezeichnet ist. Die richtige Summe kann durch der Signaleingabemittel 54, 55 und 56 so bemessen, eine geeignete Inverterschaltung aus diesem Signal daß die Schaltstufe 57 doppelt soviel Strom wie die abgeleitet werden. 35 Signaleingabemittel 54, 55, 56 führt, wie dies in

In Fig. 4 ist mit 49 die Charakteristik des Fig. 6 durch die Bezeichnungen/bzw. 2/angegeben Diodenpaars 40, 41 bezeichnet. Mit 50 und 51 sind ist. Bei der Schaltstufe 57 liegt ein Basisanschluß an zwei Kennlinien bezeichnet, von denen die eine Kenn- dem Knoten 30 und der andere Basisanschluß an linie 50 dem Wert // = 2 und die andere Kennlinie dem anderen Knoten 42. Wie ersichtlich, arbeitet das 51 dem Wert // = 3 entspricht. Wie ersichtlich, liegt 40 Diodenpaar 28, 29 genauso wie das entsprechende das Ausgangspotential im Bereich F₀ = 1, wenn Diodenpaar aus F i g. 1 und das Diodenpaar 40, 41 // = 2 ist und im Bereich F₀ = 0, wenn I/ = 3 ist. wie das entsprechende Diodenpaar aus Fig. 3. Dem-

Es sei beispielsweise angenommen, daß die Schal- zufolge ist das Ausgangssignal zwischen den Antung nach F i g. 6 mit drei Eingangssignalen X = O, Schlüssen 52 und 53 das Übertragausgangssignal Ü Y = 0, Z = 1 beaufschlagt wird (vgl. hierzu Zeile 2 45 für drei binäre Eingangssignale — X, Y und Z — aus Fig. 5). Das Signaleingabemittel56 führt eine und das Ausgangssignal über den Anschlüssen 47 Stromeinheit, welche von der Leitung 59 durch den und 48 die quergestrichene bzw. komplementäre Transistor 56 a fließt. Von der Leitung 58 gelangen Summe 5 für die drei binären Eingangssignale. Der zwei Stromeinheiten zu den Signaleingabemitteln 54 Ausdruck »Summenfunktion« wird in dieser Be- und 55. Das Übertragsignal am Anschluß 52 hat den 5° Schreibung als gattungsmäßige Bezeichnung für die Wert 0, so daß der Transistor 57 a der kreuzweise ge- Summe und die komplementäre Summe verwendet, kuppelten Signaleingangsmittel 57 zwei Stromeinhei- Entsprechend wird der Ausdruck »Übertragfunktion« ten leitet. Der gesamte Strom I/, der von dem Kno- als Gattungsbezeichnung für den Übertrag und für ten 42 über die Leitung 59 abfließt, beträgt mithin den komplementären bzw. quergestrichenen Übertrag drei Einheiten. Demzufolge ist das Potential am 55 verwendet.

Anschluß 47 Fp = O. Dies ist auch aus Fig. 4 er- In Fig. 7 ist eine Abänderung der in Fig. 6

sichtlich, wo die Kennlinie 51 für// = 3 die Cha- dargestellten Schaltung dargestellt. Nach Fig. 7 rakteristik 49 im Bereich F₀ = 0 schneidet. sind die Eingänge X, Y und Z an die Basisanschlüsse

Nach Fig. 6 sind die Schaltungen aus Fig. 1 der Transistoren 60b, 61b und 62& der drei Signal- und 3 zu einer vollständigen Addiererschaltung zu- 60 eingabemittel 60, 61 und 62 angeschlossen. Die Teile sammengefaßt. Diese Addierschaltung hat zwei Aus- nach F i g. 7 sind im übrigen die gleichen wie nach gänge, einen für die logische Übertragungsfunktion F i g. 6 und werden daher nicht weiter beschrieben. »Ü« und den anderen für die quergestrichene bzw. Die EingabesignaleX, Y und Z beaufschlagen die komplementäre Summe »5«. In Fig. 6 sind der Schaltung nach Fig. 7 als Komplement der entspre-Einfachheit halber diejenigen Elemente, die denen 65 chenden Signale nach Fig. 6. Die Folge ist, daß aus F i g. 1 und 3 entsprechen, mit gleichen Bezugs- die Ausgänge an den Anschlüssen 47 und 48 der ziffern bezeichnet, so daß sich die Beschreibung inso- wahren Summe und nicht der komplementären weit erübrigt. Summe und der Ausgang an den Anschlüssen 52 und

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53 dem komplementären Übertrag und nicht dem kehrt, wie die in der rechten Spalte der Fig. 10 wahren Übertrag entsprechen, wie dies auch in angegebenen. Die Vorspannung des F₀'-Diodenpaa-Fig. 7 eingetragen ist. Der komplementäre Begriff res muß gemäß Fig. 11 so gewählt werden, daß das ist dabei wieder durch einen übergesetzten queren Paar sich in einer F₀' = 1-Position befindet, wenn Strich gekennzeichnet. 5 der Strom/_s'=0 ist und in seinen F₀' = O-Zustand

F i g. 8 zeigt eine Abänderung der in F i g. 7 dar- umgeschaltet wird, wenn /_s' ungleich 0 ist. gestellten Schaltung, wie sie in einem Addierer für Gleichzeitig sollte die Vorspannung des an die

eine Vielzahl von binären Befehlen verwendbar ist. Leitung 59 angeschlossenen Diodenpaares 1, 2 ent-Die Schaltung nach Fig. 8 dient für den η-ten Be- sprechend Fig. 11 geändert werden, wonach das fehl; sie ist die gleiche wie die in F i g. 7 dargestellte io Diodenpaar sich in seinem F₀ = 1-Zustand befindet, mit der Ausnahme, daß das Signaleingabemittel 54 wenn der Strom I_T = 2 ist und auf seinen V₀ = 0-das Signaleingabemittel 60 ersetzt und daß der Ein- Zustand umschaltet, wenn der Strom I_T = 3 ist. gang des Signaleingabemittels 54 von dem komple- Nach der ersten Zeile der Tabelle aus F i g. 11 ist

mentären Übertragausgang des (n— l)-ten Befehls der Strom/_s = 0, wenn die beiden Signale Y und Z abgeleitet wird. Entsprechend ist der Übertragaus- 15 gleich 0 betragen. I_s' beträgt dann 2. Der Ausgang gabeanschluß 52 des η-ten Befehls auf die gleiche F₀ entspricht dann einer binären 1. Die anderen drei Weise an die Basis des Transistors 54 a für den Möglichkeiten von Signaleingängen sind in den fol-(n+l)-ten Befehl angeschlossen. Solange jeder Be- genden Zeilen der Tabelle Fig. 18 angegeben. Die fehl des Addierers ein komplementäres Übertrag- rechte Spalte der Tabelle zeigt, wie sich die Ausgabe signal erzeugt und solange dieses Signal an einen 20 als inverse exklusive ODER-Funktion verhält, komplementären Eingang des nächsthöheren Befehls An Hand dieser Figuren wird eine erfindungs-

angeschlossen ist, ist der Mehrfach-Befehlsaddierer gemäße Anwendung für eine logische Schaltung mit in sich völlig konsistent, und es ist auch nicht erfor- einer in einer symmetrischen Funktion variierten derlich, die Übertragsignale umzukehren. Es sei dar- Ausgabe erläutert, d. h. also, daß die Ausgabe den auf hingewiesen, daß das Ergebnis eines Signals, be- 25 Wert einer binären 1 hat, wenn die Zahl der logischen zogen auf die ganze Schaltung, umgekehrt wird, wenn Eingänge, die sich in ihrem »1«-Zustand befinden, das Übertragsignal an die Basis des Transistors 54 a m und nur m beträgt, wobei m über einen vorbegelangt. Mit anderen Worten, wenn man das komple- stimmten Bereich variiert werden kann, mentäre Übertragsignal an die Basis des Transistors In Fig. 12 ist die Tabelle für eine solche logische

54 a legt, dann ist das das gleiche, als wenn man das 30 Schaltung dargestellt, die mit vier Dateneingaben ver-Übertragsignal an die Basis des Transistors 54 b legt. sehen ist. In der Tabelle sind rechts drei Spalten für An Hand der Fig. 9 bis 12 wird nun eine der in die Ausgängem = 1, m = 2 und m = 3 angegeben. Fig. 4 dargestellten Schaltung ähnliche Schaltung In den Fig. 20, 21 und 22 sind die entsprechenden beschrieben, die jedoch als exklusive ODER-Schal- Karnaugh-Diagramme für m = 1, m = 2 bzw. m — 3 tung arbeitet. Die Schaltung nach Fig. 9 ist der aus 35 dargestellt. Fig. 23 zeigt eine Schaltung für diese Fig.4 sehr ähnlich mit der Ausnahme, daß einer Betriebsweise. Diese Schaltung weist ein Tunneider zwei Dateneingänge fortgelassen ist und daß die diodenpaar 63, 64 auf, wobei die Kathode der Diode Diodenpaare 1, 2 anders vorgespannt sind. Die Vor- 63 und die Anode der Diode 64 an einen gemeinspannungspotentiale sind mit 4 und 5 und die Knoten samen Knoten 65 angeschlossen sind. Die Anode der mit 3 bezeichnet. 40 Diode 63 ist an ein positives Potential 66 angeschlos-

Das Ausgangspotential liegt im Bereich F₀ = 1, sen. Die Kathode der Diode 64 ist an ein negatives wenn der Strom I_T= 1 Einheit beträgt und im Be- Potential 67 angeschlossen. Der Knoten 65 ist über reich F₀ = 0, wenn der Strom I₁- = 2 Einheiten be- einen Widerstand 69 an ein positives Potential 68 trägt. und direkt an einen Ausgangsanschluß 70, zu dem

Die Tabelle Fig. 10 veranschaulicht die Arbeits- 45 ein geerdeter Anschluß 71 gehört, angeschlossen, weise der in Fig. 9 dargestellten Schaltung als ex- Mit 72, 73 ist ein zweites Tunneldiodenpaar be-

klusive ODER-Schaltung. Nach Zeile 1 der Tabelle zeichnet, bei dem die Kathode der Diode 72 und die aus F i g. 10 haben die Eingänge Y und Z jeweils Anode der Diode 73 an einen gemeinsamen Knoten den Wert 0. Der Strom 7_S in der Leitung 59 hat den 74 angeschlossen sind. Die Anode der Diode 72 liegt Wert 0, und der Strom /_s' in der Leitung 58 hat den 50 an einem positiven Potential 75, und die Kathode der Wert von 2 Einheiten. Wenn der Strom /_s' 2 Einhei- Diode 73 liegt an einem negativen Potential 76. Der ten beträgt, dann befindet sich das Diodenpaar 1, 2, Knoten 74 ist über einen Widerstand 78 an ein posidessen Knoten 3 an die Leitung 58 angeschlossen ist, tives Potential 77 angeschlossen. Außerdem ist der in seiner 0-Position. Die Folge ist, daß das Signal- Knoten 74 direkt an einen Ausgangsanschluß 79 aneingabemittel 57 zwei Stromeinheiten I_c von der Lei- 55 geschlossen, zu dem ein geerdeter Anschluß 80 getting 59 ableitet. Der Gesamtstrom I_T, der von dem hört.

Knoten 3 fließt, beträgt demzufolge 2 Einheiten, und An den Knoten 65 ist über eine Leitung 81 ein

der Knoten 3 befindet sich in der O-Position, wie dies Satz von Signaleingabemittehi 82 bis 85 und die in der rechten Spalte der Tabelle nach Fig. 10 an- Schaltstufe 86 angeschlossen. Der Knoten 74 ist über gegeben ist. Die anderen drei Zeilen aus Fig. 10 60 die Leitung 87 an komplementäre Anschlüsse der ergeben sich entsprechend. Signaleingabemittel 82 bis 85 angeschlossen und an

In Fig. 11 ist eine der in Fig. 10 dargestellten einen Eingang der Schaltstufe 86 angeschlossen. Tabelle entsprechende Tabelle dargestellt, wobei je- Bei einer Schaltung, wie sie in Fig. 16 für eine

doch die Vorspannungswerte der Diodenpaare so ab- besondere symmetrische Funktion dargestellt ist, geändert sind, daß am Ausgang ein Signal entspre- 65 müssen die Stromwerte in den Schaltstufen 86 im chend der komplementären exklusiven ODER-Funk- Hinblick auf die Stromwerte in den Signaleingabetion entsteht. Die einzelnen in der rechten Spalte der mitteln 82 bis 85 festgelegt werden. Außerdem müs-Fig. 11 angegebenen Werte sind demzufolge umge- sen die Werte des Ausgangsstromflusses, bei welchen

die Diodenpaare 63, 64 und 72, 73 von ihrem F₀=O- wenn das Schalten des Diodenpaares 72, 73 zwischen Zustand auf ihren V₀ = 1-Zustand entsprechend aus- der ersten und der zweiten Spalte stattfindet. Die

gewählt werden. Dies kann durch entsprechende Auswahl der Werte für Ic₁ und der Schaltbedingungen Wahl der diversen Vorspannungspotentiale, von des Diodenpaares 72, 73 werden empirisch über die

denen der durch die Widerstände 69 und 78 fließende 5 gewünschten Ausgabefunktionen ermittelt.

Strom abhängt, geschehen. In den Fig. 19 bis 21, die den Fig. 16 bis 18

Bei der Festlegung dieser Faktoren wird zunächst entsprechen, ist eine abgeänderte Ausführungsform davon ausgegangen, daß der Stromfluß in jedem der einer logischen Schaltung dargestellt, in der die ver-Signaleingabemittel 82 bis 85 eine Einheit beträgt. schiedenen Signaleingabemittel mit Bezug auf die Mit diesen Einheitswerten können die ersten beiden io kreuzweise geschalteten Signaleingabemittel 86 invers Spalten aus Fig. 17 nach der Tabelle gemäß Fig. 8 geschaltet sind. Es ist zu beachten, daß das Diodenvorbereitet werden. Z₇- ist dabei der Stromfluß in der paar 72, 73 nach Fig. 26 als oberes Paar und das Leitung 81, und 7_r ist der Stromfluß in der Leitung Diodenpaar 73, 74 als unteres Paar dargestellt ist, 87. Die Werte für V₀ der rechts gelegenen Spalte wer- wobei die beiden Diodenpaare ihre Stellung gegenden durch das benötigte Ausgangssignal bestimmt. Es 15 über der Darstellung aus F i g. 16 vertauscht haben, kann nun vorausgesetzt werden, daß die Vorspan- Die Tabellen nach Fig. 20 und 21 sind in der Weise mmgswerte für das Diodenpaar 72, 73 so ausgewählt aufgestellt, wie dies im Text zu Fig. 17 und 18 oben werden, daß V_T von dem Zustand 0 auf den Zu- erläutert ist. Nachdem die Tabellen so aufgestellt stand 1 umschaltet, wenn 1_T von 4 Einheiten — dem sind, werden die Werte für k₂ und die Schaltpunkte Maximalwert — auf 3 Einheiten umschaltet. Die sich ao der zwei Diodenpaare zur Vervollständigung der daraus ergebenden Werte sind in der mit V_T über- Tabelle ausgewählt. Zu diesem Zweck muß k₂ minschriebenen Spalte aus F i g. 17 angegeben. Hieraus destens 4 betragen. Es ist natürlich wünschenswert, können die Werte der vierten und fünften Spalte aus die kleinstmögliche Größe für k₂ anzusetzen, damit Fig. 17, die mit I_E und I_R überschrieben sind, abge- die Stromwerte möglichst gering sind. Dabei ist zu leitet werden; dies jedoch nicht für die erste Zeile. »5 beachten, daß jeweils in den Zeilen I_R und Z₀ aus l_E bezeichnet den Stromfluß durch die Schaltstufe 86. Fig. 18 bzw. 21 das Diodenpaar 63, 64 immer auf I_R bezeichnet den gesamten Stromabfluß von dem beiden Seiten der Spalte entsprechend dem Wert 1 Knoten 65, wobei sich der Wert aus denen der mit von m für den gewünschten Ausgang schalten muß. V_T überschriebenen Spalte mit der Maßgabe ergibt, In der mit Z₇- nach Fig. 25 oder Z₇- nach Fig. 21 daß I_E = 0 ist, ausgenommen für die erste Zeile. Der 30 bezeichneten Zeile, welche die Schaltung in dem Wert für die erste Zeile ist durch k_t angegeben. anderen Diodenpaar bestimmt, muß das Schalten an

Wenn Zg=^₁ multipliziert mit dem Einheitsstrom Z der einen oder an der anderen Seite, aber nicht an

der verschiedenen Signaleingabemittel 83, 85 ist, beiden Seiten, der gleichen Spalte stattfinden,

dann ist es nur noch nötig, den Wert für k_t zu be- Nach F i g. 18 findet die letztgenannte Schaltung

stimmen, um die Tabelle nach Fig. 17 zu vervoll- 35 zwischen der ersten und zweiten Spalte statt. Nach

ständigen. Setzt man k_x'— 2, dann wird auch Z^ in Fig. 21 findet die entsprechende Schaltung zwischen

der ersten Zeile = 2, und die Tabelle nach Fig. 17 der ersten und dritten Spalte statt. Für einige beson-

ist für alle Eingangszustände vervollständigt. dere Funktionen ist die Schaltung nach Fig. 16 der

Aus den letzten beiden Spalten der Tabelle nach in F i g. 19 dargestellten vorzuziehen, und umgekehrt.

Fig. 17 ist ersichtlich, daß das Diodenpaar 63, 64 40 Im allgemeinen kann man sagen, daß die Schaltung

zwischen seinem 0- und 1-Ausgangszustand schaltet, nach Fig. 16 für kleinere Werte von m besser ist

wenn der Stromabgang zwischen einer und zwei Ein- und die Schaltung von Fi g. 19 besser ist für größere

heiten wechselt. Werte von m.

Dieselben Faktoren, die mit Hilfe der Fig. 17 be- An Hand der Fig. 22 bis 24 wird eine Schaltung stimmt wurden, können mit Hilfe der einfacheren 45 erläutert, die der nach den F i g. 16 und 19 ähnlich Tabelle nach Fig. 18 ausgewählt werden. In der ist und dazu dient, einen Ausgang entsprechend der ersten Zeile der Tabelle Fig. 18 ist die ZahlB der Summe Modulo Zwei zu erzeugen. Fig. 22 zeigt auf 1 befindlichen Eingänge angegeben. Bei dieser diese Schaltung und Fig. 23 eine Tabelle für diese Zeile wird vorausgesetzt, daß dort nur fünf Möglich- Schaltung mit einigen zusätzlichen Spalten, deren keiten entsprechend der Zahl der auf dem Zustand 1 50 Bezeichnung aus der Zeichnung ersichtlich ist. In der befindlichen Eingänge vorgesehen sind. Die zweite fünften mit W überschriebenen Spalte der Tabelle und dritte Zeile, in denen die Werte für Z₇- und Z₇- Fig. 23 ist die Summe Modulo Zwei angegeben, angegeben sind, ergeben sich aus der ersten Zeile. Fig. 24 zeigt das zugehörige Karnaugh-Diagramm. Die letzte Zeile der Tabelle ist aus der symmetrischen Die Schaltung nach F i g. 22 ist ähnlich wie die in Funktion, für welche die Schaltung ausgeführt ist, be- 55 Fig. 16 dargestellte, wobei nach Fig. 22 eine weikannt. Es verbleibt also noch die drittletzte Zeile für tere Schaltstufe 88 vorgesehen ist. Es ist zu beachten, I_E und die viertletzte Zeile für Z^ auszufüllen, wobei daß das Signaleingabemittel 86 Strom von der Leizu beachten ist, daß I_R in jeder Spalte die Summe aus tang 81 und damit von dem Knoten 65 ableitet, wäh- I_E und Z₇- ist. Es ist ersichtlich, daß I_R das Dioden- rend die Schaltstufe 88 Strom von der Leitung 87 paar 63, 64 zwischen der ersten und zweiten Spalte 60 und damit von dem Knoten 74 ableitet. Der Ausgang und zwischen der zweiten und dritten Spalte schalten gemäß der Summe Modulo Zwei liegt an den Ausmuß, da V₀ zwischen diesen zwei Spaltenpaaren gangsanschlüssen 79, 80.

schaltet. Der niedrigste Wert von k_± zur Komplettie- Die Funktion Summe Modulo Zwei ist eine berung der Tabelle 18 lautet 2. Setzt man diesen Wert kannte logische Funktion, bei der der Ausgang in in die Zeile für I_R ein, dann ist die Tabelle korrekt, 65 Abhängigkeit von einer Anzahl unabhängiger Einunter der Voraussetzung, daß der Wert k_t = 2 auch gänge paarweise abgeleitet wird, und zwar nach der in die Zeile I_x für k_x eingesetzt wird und daß alle Regel, daß, wenn beide Eingänge in einem Paar die anderen Zahlen in der Z_x-ZeUe 0 sind, wie dargestellt, gleichen sind die Summe Modulo Zwei dieses Paares

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den Wert 0 hat. Falls dagegen die beiden Eingänge in einem Paar unterschiedlich sind, ist die zugehörige Summe Modulo Zwei eine binäre 1. In Fällen, wo mehr als ein Paar beteiligt ist, wird die Summe Modulo Zwei für jedes Paar besonders ermittelt, und dann wird die Summe der so erhaltenen Summen festgestellt. Zum Beispiel beträgt die Summe Modulo Zwei der beiden Eingänge A und B der zweiten Zeile aus der Tabelle nach Fi g. 23 0, da diese beiden Eingänge gleich sind. Die Summe Modulo Zwei der beiden Eingänge C und D ist dagegen 1, da diese beiden Eingänge verschieden sind. Die Summe Modulo Zwei der genannten vier Engänge beträgt 1, da die Summe Modulo Zwei von A und B verschieden ist von der Summe Modulo Zwei der Eingänge C und D. Diese endgültige Summe Modulo Zwei ist in der mit W bezeichneten Spalte angegeben.

Bei der in Fig. 22 dargestellten Schaltung schaltet jedes der Diodenpaare 63, 64 und 72, 73 zwischen einem Ausgangsstrom von drei Einheiten und einem Ausgangsstrom von vier Einheiten. Die Schaltstufe 86 leitet zwei Stromeinheiten, und die Schaltstufe 88 leitet vier Stromeinheiten, wie dies in Fig. 29 durch entsprechende Bezeichnungen angedeutet ist.

Nach der zweiten Zeile der Tabelle aus Fig.23 bestimmt die Gesamtzahl der offenen Eingänge den Strom I_T, und der Strom 1_T ist so groß wie die Gesamtzahl der nicht offenen bzw. nicht ganz offenen Eingänge. Wie aus der Tabelle ersichtlich, sind diese auf jeweils 1 bzw. 3 festgelegt. Durch I_T ist bestimmt, daß der Strom I_E 0 beträgt, wenn das Eingangssignal an dem Signaleingabemittel 86 oben vorliegt. Ähnlich bestimmt 1_T, daß Ip 0 ist, wenn der Signaleingang der Schaltstufe 88 auch offen ist. Der Strom / stellt die Summe I_T und I_E dar. Der Strom J₅ stellt die Summe von Ip und I₇ dar. Der Umschaltpunkt der Ausgangsspannung V_s in Abhängigkeit von dem Strom / ist willkürlich so festgesetzt, daß der Strom 7_S die Diode 72, 73 so schaltet, wie es für das Ausgangssignal V_s erforderlich ist. Bei dem in Fig. 22 dargestellten Schaltkreis schaltet jedes der Diodenpaare 63, 64 und 72, 73 zwischen einem Stromabfluß von drei Einheiten und einem Stromabfluß von vier Einheiten. Das heißt mit anderen Worten, daß ein Stromfluß von drei Einheiten oder weniger ein Ausgangspotential entsprechend einer binären 1 zur Folge hat, während ein Stromfluß von vier Einheiten oder mehr ein Ausgangspotential entsprechend einer binären 0 zur Folge hat.

Claims

50 Patentansprüche:

1. Logische Schaltung mit Tunneldioden, gekennzeichnet durch zwei Tunneldiodengatter (28, 29, 40, 41), die für sich in bekannter Weise bestehen aus zwei in Reihe zwischen festen Potentialen geschalteten Tunneldioden, deren gemeinsamer Knotenpunkt über einen Belastungswiderstand ebenfalls an einem festen Potential liegt und durch mehrere gleichartige Eingangsstufen (54,55,56) aus je zwei gegenpolig in Reihe zwischen die Knotenpunkte (30, 42) dieser Tunneldiodengatter geschalteten Transistoren, deren Emitter an je einer gemeinsamen Belastungsimpedanz (54 c) liegen und durch eine Schaltstufe (57) mit zwei Transistoren, deren Emitter an einer gemeinsamen Belastungsimpedanz (57 c) liegen, die derart bemessen ist, daß ihre Belastung (kt) ein Vielfaches der Belastung (I) jeder einzelnen Eingangsstufe beträgt und von der ein Transistor mit dem Kollektor am ersten Knotenpunkt (42) und die Basis des anderen am zweiten Knotenpunkt (30) liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des einen Transistors (54 δ, 55 b, 56 b) einer jeden Eingangsstufe (54, 55, 56) am Massenpotential liegt und die Basis des jeweils zweiten Transistors einer jeden Eingangsstufe an je einem Eingangsanschluß (X, Y, Z) Hegt.

3. Schaltung nach. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsspannung am ersten und/oder zweiten Knotenpunkt (42, 30) gegenüber Massenpotential abgegriffen wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse jeweils an denjenigen Transistoren (54 c, 55 α, 56 α) liegen, die kollektorseitig am gleichen Knotenpunkt liegen (F i g. 6 und 7).

5. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Eingangsanschluß an dem an den ersten Knotenpunkt (42) angeschlossenen Transistor (54 a) einer Eingangsstufe liegt, während die übrigen Eingangsanschlüsse an den Transistoren der anderen Eingangsstufen liegen, die an den zweiten Knotenpunkt angeschlossen sind (Fig. 8).

6. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch drei Eingangsstufen (54, 55, 56) und eine Schaltstufe (57), deren Belastungsimpedanz (57c) derart bemessen ist, daß ihre Belastung (21) das Doppelte der Belastung (I) jeder einzelnen Eingangsstufe beträgt.

7.. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Schaltstufe (88) mit zwei Transistoren, deren Emitter an einer gemeinsamen Belastungsimpedanz liegen und von denen ein Transistor mit der Basis am ersten Knotenpunkt (65) und der andere mit dem Kollektor am zweiten Knotenpunkt (74) liegt.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vier Eingangsstufen (82 bis 85) vorgesehen sind mit gleich großer Belastung (T) der jeweiligen Belastungsimpedanz und daß die Belastung (21) der Belastungsimpedanz der ersten Schaltstufe (86) doppelt so hoch und die Belastung (41) der Belastungsimpedanz der zweiten Schaltstufe (88) viermal so hoch ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen