DE1462504A1 - Mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Torschaltung - Google Patents

Description

Pr. Ing. E. BERKENFEtD, Patentanwalt, KÖLN,

U62504

AktacBwdM

6. Dezember 1966 V-H_0n,****. Corning Glass Works,

Corning, STate of New York, USA

Hit hoher Geschwindigkeit arbeitende Torschaltung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektronische Torschaltung. Insbesondere bezieht sie sich auf ein neuartiges, mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes logisches Modul, das genügend Flexibilität aufweist, um die Punktionen einer Und-, einer Oder-, oder einer Und/Oderfcorschaltung auszuführen.

Die hohen Schaltgeschwindigkeiten der transistorisierten stromgekoppelten logischen Schaltungen haben zu deren weiter Verwendung in zahlreichen Formen geführt. Sie werden in Rechnern und in Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt, in denen Geschwindigkeit ein ausschlaggebendes Kriterium ist. Einer der Nachteile der bekannten logischen Schaltungen liegt darin, daß sie sowohl NPN wie auch PNP Transistoren benötigen, daß sie mit anderen Bauarten von logischen Schaltungen praktisch nicht kompatibel sind und daß 3ie äußerst stabile Bezugsspannungsquellen erfordern.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer elektronischen Torschaltung, die die hohe Schaltgeschwindigkeit der auf Strombasis arbeitenden logischen Schaltungen hat, aber nicht unter deren Nachteilen leidet.

^Die Erfindung betrifft weiter die Schaffung einer solchen Schaltung, Qäie genügend flexibel ist, um die Funktionen von logischen Und-, cdOder- oder Und/Odertorschaltmngen zu erfüllen und bei der alle ^verwandten Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstypsind.

»Die Erfindung betrifft weiter die Schaffung einer solchen Schaltung,

gekennzeichnet ist durch ein niedriges Signal-Stör-Verhältnis, die keine Bezugsspannungsquellen erfordert und die an ihrem Eingang d ih A it^lil^ASA^en Schaltungen verknüpft werden

und an ihrem Ausgang mit^glil^ASA^en Schaltungen verknüpft werden kann. tu· ■

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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in ^ einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einer ^³ neuartigen Torschaltung verwirklicht, in der die Emitter-Ausgangs- co spannungen einer Vielzahl von parallel geschalteten Eingangstransistoren dem Basisanschluß des Transistors einer Zwischen- oder ^OT Kopplungsstufe zugeführt werden. Die Emitter-Spannung dieses Transistors wird unmittelbar dem Emitter eines sättigungsfähigen Ausgangstransistors zugeführt, dessen Basis geerdet und der strommäßig geschaltet ist. Die Ausgangsspannung der gesamten Schaltung wird vom Kollektor dieses Ausgangstransistors abgenommen. Hit dieser Schaltungsart leitet der Ausgangstransistor im NOrmalfall und der Kopplungstransistor ist gesperrt. Wenn die Spannung an der Basis von einem oder mehreren der Eingangstransistoren ansteigt und damit die Basisspannung des Kopplungstransistors erhöht wird, wird dieser leitend und der Ausgangstransistor gesperrt. Damit wird das Kollektor-potential dieses letzteren bis auf das Niveau der Speisespannung angehoben. Dieses grundlegende logische Schaltunpsmodul läßt sich ohne weiteres ausdehnen und an seinem Eingang oder Ausgang mit gleichartigen Schaltungen verknüpfen, um sowohl die Anzahl der Eingänge zu erhöhen, wie auch um die ausgeführten logischen Punktionen zu variieren.

Pur ein vollständigeres Verständnis der Grundlagen dieser Erfindung wird nun Bezug genommen auf die folgende mehr ins Einzelne gehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn diese im Zusammenhang mit der Zeichnung genommen wird, in der die einzige Figur ein schematisches Schaltbild der Erfindung- zeigt.

Die Schaltung zeigt das grundlegende Torschaltungsmodul 10, welches auf einer gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet sein kann, die von dem gestrichelten Rechteck 12 eingeschlossen wird. Das Modul 10 enthält mehrere Eingangstransistoren I¹I, 16, 18 und 20, einen Zwischen- oder Kopplungstransistor 22 und einen Ausgangstransistor 24. In der gezeigten Schaltung sind alle Transistoren vom NPN-Typ. Natürlich könnten auch PNP-Transistoren verwandt werden, wozu man lediglich die Polaritäten vertauschen müßte. Die Eingangssignale werden über Strombegrenzungswiderstände 26 an die Basisanschlüsse der Eingangstransistoren angelegt. Das Ausgangssignal wird über

einen Belastungswiderstand 28 vom Kollektoranschluß des Transistors 24 ägenommen. Die Emitter-Spannungen der vier Eingangstransistoren werden der Basis des Kopplungstransistors 22 zugeführt, dessen Emitter strommäßig unmittelbar an den Emitter des Ausgangstransistors 2k angeschlossen ist. Die Emitter sämtlicher Transistoren sind über Vorspannungswiderstände 30 und 32 an die B- Versorgung angeschlossen Die Kollektoren aller Transistoren, mit Ausnahme des Kollektors des Ausgangstransistors sind unmittelbar an die B+ Versorgung angeschlossen.

Die Basisanschlüsse der vier Eingangstransistoren befinden sich im Betrieb anfangs auf Null Volt. Ihre Emitter-Spannungen und damit die Basis des Transistors 22 sind wegen des Basis-Emitter-Spannungsabfalls der Eingangstransistoren leicht negativ. Da die Basis des Ausgangstransistors 2¹I an Masse angeschlossen ist, leitet er ebenfalls und erzeugt an sei^^rü Emitter eine negative Spannung (und damit auch en dem Emitter des Transistors 22), der etwas unter Massen potential liegt. Da die Basis- und Emitter-Spannung des Transistors 22 praktisch gleich sind, kann er nicht leiten. Unter dieser Bedingung werden die Parameter der Widerstände 28 und 32 so gewählt, daß das Kollektorpotential und damit die Ausgangsspannung bei leitendem Transistor 2¹I und gesperrtem Transistor 22 praktisch oo Null Volt sind. S

Unter der Annahme, daß ein positives Eingangssignal z. B. an die ^σ

Basis des Transfetors Ik angelegt wird, steigt dessen Emitter-Span- cd

nung sofort von ihrem negativen Potential auf ein Potential, das q, etwas unter B+ liegt. Dieses erhöhte Potential tritt auch an der Basis des Koppeltransistors 22 auf. Da der Emitter dieses Transistor negativ ist, wird der Transistor 22 leitend. Ein stark erhöhter Strom wird nun durch den Vorspannungswiderstand 32 gezogen. Durch den entsprechend höheren Spannungsabfall an diesem Widerstand steigt das Potential an den Emittern der Transistoren 22 und 2k bis zu einem Punkt, an dem der Transistor 2k gesperrt wird. Bei gesperrten Transistor 2k steigt dessen Kollektorpotential, von dem die Ausgangsspannung der gesamten Torschaltung abgenommen wird, von Masse_wpotential bis auf B+. Damit wird angezeigt, daß an mindestens einem Eingang eine Spannung lieirt. r>RlG*NAL

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Mit der eben beschriebenen Torschaltung erreicht man eine Portpflanzungsgeschwindigkeit von etwa 4 Nanosekunden. Dies ergibt sich aus der strommäßigen Verbindung der Koppel- und Ausgangstransistoren. Der Koppeltransistor dient auch zur Isolierung von irgendwelchen ungewollten Störsignalen, die an den Elngangsklemmen auftreten. Der Geräuschabstand wird noch durch den Ausgangstransistor weiter verbessert, der entweder an Masse angeschlossen oder gesperrt ist. Da sich der Ausgangstransistor dem Sättigungszustand annähern darf, ist eine stabile Bezugsspannungsquelle nicht mehr ^s nötig, und die Schaltung wird mit anderen logischen Torschaltungen > kompatibel.

Wie die Schaltung zeigt, lassen sich die Eingänge der Torschaltung durch einfaches Zufügen von Zusatzeinheiten vergrößern und miteinander verknüpfen. Z. B. wird die gezeigte Torschaltung J>k hinzugefügt. Man sieht, daß die Schaltung der Torschaltung 3^ in Bezug auf die Transistoren identisch mit der Schaltung der Transistoren I¹I, l6, 18 und 20 in der Torschaltung 10 ist. Ihre Emitter-Ausgangsspannung wird über die Leitung 36 der Basis des Koppeltransistors 22 in der gleichen Weise wie den anderen Eingangstransistoren zugeführt.

Wenn die logische Ziffer 1 als ein positives Potential und die logische Ziffer .0 als Massepotential definiert werden, arbeitet die grundlegende Torschaltung 10, wie auch alle anderen angeschlossenen Einheiten, wie eine Oderschaltung, da die Ausgangsspannung bei Spannung an irgendeinem Eingang ansteigt. Falls dagegen die logische Ziffer 1 als Massepotential und die logische Ziffer 0 als positives Potential definiert werden, arbeitet die Schaltung wie eine Undschaltung. Damit ein gleiches Ausgangssignal entsteht, muß nämlich an sämtlichen Eingängen ein Signal anliegen (aie Eingänge werden mit einea 0 Volt Signal gespeist). Eine Und/Oder Punktion läßt sich durch Anschließen der Ausgänge von mehreren grundlegenden Tormodulen an den gleichen Lastwiderstand erzielen, wie dies in der Schaltung durch den Pfeil angedeutet wird.

Bei einer solchen Schaltung wird, falls an allen Eingängen irgend eines Moduls eine Spannung liegt, der Ausgangstransistor dieses

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Moduls gesättigt und das gesamte Ausgangspotential fällt auf etwa . Null ab.

Die Erfindung ist unter Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben worden. Für Fachleute ergibt sich aber, daß verschiedenartige Änderungen in der Form und in den Einzelheiten gemacht, werden können, ohne daß man damit vom Wesen und Bereich der Erfindung abgeht.

atentansprüche:

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C46/36 - 5 -

Claims (1)

1. Pr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, UηiversitätsitraBe 31

   Η62504

   Aktwiz*iciwa

   6. Dezember 1966 U. Named, a™. Corning Glass Works,

   Coming, State of New York, USA σ,

   Patentansprüche

   1. Elektronische logische Torschaltung, gekennzeichnet durch mehrere Eingangstransistoren(14, 16, 18, 20), deren Emitter-Kollektorstrecken parallel liegen und deren Basisanschlüsse selektiv mit EingangsSignalen beaufschlagt werden können, wobei ein Kopplungs-Transistor (22) mit seiner Basis an die Emitter der Eingangstransistoren angeschlossen ist. Ein Ausgangstransistor (24) eine an Masse liegende Basis hat, Mittel die Emitter des Kopplungs- und des Ausgangstransistors unmittelbar verbinden, Mittel zum Ableiten eines Ausgangssignales vom Kollektor des Ausgangstransistois vorgesehen sind, und Mittel Betriebspotentiale mit der richtigen Polarität den Emittern und Kollektoren aller Transistoren zuführen, so daß der Ausgangstransistor bei Abwesenheit von Eingangssignalen leitet und der Kopplungstransistor gesperrt ist und wobei das Anlegen von einem oder mehr Eingangssignalen desin Kopplungstransistor leitend macht, wodurch der Ausgangstransistor seinerseits abgeschaltet wird.

   2. Elektronische logische Torschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Eingangsklemme für jeden Eingangstransistor und mehrere Widerstände (26), die einzeln zwischen den Eingangsklem men und den Basisanschlüssen der Eingangstransistoren liegen, und wobei die Mittel zum Ableiten eines Ausgangssignales einen Lastwiderstand (28) umfassen, der zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors und einer Betriebspotentialquelle liegt.

   3. Elektronische logische Torschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Gruppe von Eingangstransistoren (34), deren Emitter-Kollektorstrecken parallel liegen und deren Basisanschlüsse selektiv mit Eingangssignalen beaufschlagt werden können, und wobei Mittel vorgesehen sind, um die Emitter der zwei-

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   ten Gruppe von Transistoren an die Basis des Kopplungstransistors (22) anzuschließen.

   M, Elektronische logische Torschaltung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel zum Anschließen der Ausgänge der zusätzlichen logischen Torschaltungen an den Kollektor des Ausgangstransistors.

   5. Elektronische logische Torschaltung nach Anspruch 1 bis M-, dadurch gekennzeiehent, daß alle Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind.

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