DE1462952C - Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung Potential des zweiten Poles der Betriebsspannungszur Realisierung logischer Funktionen mit einem quelle gelegt wird, wenn das Taktsignal und die ersten aktiven Halbleiterbauelement eines ersten Lei- Eingangsimpulse die Stromwege des zweiten und des tungstyps, das einen Stromweg und eine Steuerelek- dritten aktiven Bauelements in den Zustand niedriger trode zum Steuern seiner Leitfähigkeit besitzt, und 5 Impedanz steuern.

mehreren weiteren aktiven Halbleiterbauelementen, Vorzugsweise wird für die erwähnten ersten, zweiten

von denen wenigstens ein zweites und ein drittes und dritten aktiven Halbleiterbauelemente jeweils ein Bauelement ebenfalls jeweils einen von einer Steuer- Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode und elektrode in seiner Leitfähigkeit steuerbaren Strom- den steuerbaren Stromweg begrenzenden Quellenweg aufweisen und wenigstens das dritte Bauelement io und Abflußelektroden gewählt.

von dem zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten . Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung Leitungstyp ist, wobei der Stromweg des ersten Bau- benötigt für jeden Eingang, an den ein logisches elements zwischen den ersten Pol einer Betriebs- Signal angelegt wird, nur ein einziges aktives HaIbspannungsquelle und eine Ausgangsklemme und die leitersystem.

Stromwege des zweiten und des dritten Bauelements 15 An Hand der Zeichnung soll die Erfindung nun in Reihe zwischen den anderen Pol der Betriebs- näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Spannungsquelle und die Ausgangsklemme geschaltet F i g. 1 und 2 Schaltbilder bekannter Schaltungs-

sind und die Steuerelektroden des ersten und des anordnungen zur Realisierung logischer Funktionen, dritten Bauelements gemeinsam an eine erste Ein- F i g. 3 und 4 Funktionstabellen für die in F i g. 1

gangsschaltung und die Steuerelektrode des zweiten 20 b_zw. 2 dargestellten Schaltungen,
Bauelements zum Empfang von Eingangsimpulsen F i g. 5 und 6 Schaltbilder von Ausführungsbei-

an eine zweite Eingangsschaltung anschließbar sind. spielen logischer Schaltungen gemäß der Erfindung und

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt F i g. 7 ein Schaltbild einer gemäß den Lehren der

(»RCA-Review«, Dezember 1964, S. 627 bis 661). Erfindung aufgebauten Schaltungsanordnung, die Die bekannte Schaltungsanordnung, die als NOR- »5 mehrere Gatter und einen einzigen taktgesteuerten oder NAND-Glied arbeiten kann und aus Tran- Transistor enthält.

sistoren aufgebaut ist, empfängt sowohl über die Bei den Schaltungsanordnungen gemäß der Erfin-

erste Eingangsschaltung wie auch über eine oder dung werden aktive Halbleitereinrichtungen vermehrere zweite Eingangsschaltungen jeweils ein lo- wendet, die zwei im Abstand voneinander angeordnete gisches Eingangssignal. Parallel zum ersten Transistor 3° und einen Stromweg begrenzende Elektroden und eine sind zusätzliche Transistoren geschaltet, deren Anzahl die Leitfähigkeit dieses Stromweges steuernde Steuerderjenigen der vorhandenen zweiten Transistoren ent- elektrode enthalten. Vorzugsweise werden Unipolarspricht. Die bekannte Schaltungsanordnung hat den oder Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuer-Vorteil einer geringen Verlustleistung, benötigt aber elektrode verwendet, in diesem Falle sind dann die zur Realisierung ihrer logischen Funktion relativ 35 den Stromweg begrenzende Elektroden die Quellenviele Transistorsysteme. und die Abflußelektrode. Es sind im wesentlichen

Schaltungsanordnungen zur Realisierung logischer zwei Typen von Feldeffekttransistoren mit isolierter Funktionen werden in großem Umfang zum Schalten Steuerelektrode bekannt; nämlich der sogenannte und zur Informationsverarbeitung benutzt, insbeson- Dünnfilmtransistor (TFT) und der Metall-Oxyddere in digitalen Großrechenanlagen. Da in solchen 40 Transistor (MOS) (s. beispielsweise die Veröffent-Großrechenanlagen sehr viele solcher Schaltungen, lichung von P. K. W e i m e r »The TFT — a New die im folgenden kurz als »logische Schaltungen« Thin-Film Transistor« im »Proceedings of the IRE«, bezeichnet werden sollen, vorhanden sind, ist die Juni 1962, S. 1462 bis 1469, und die Veröffentlichung Verdrahtung und Verbindung zwischen den verschie- von S. R. Hofstein und, ,F. P.Heiman »The denen logischen Schaltungen sehr kompliziert und 45 Silicon Insulated-Gate Field-Effect Transistor«, erkostspielig. Auch wenn die logischen Schaltungen schienenin den »Proceedings of the IEEE«, September als integrierte Schaltungen oder Halbleiterschaltkreise 1963, S. 1190 bis 1202).

hergestellt werden, sind die Verdrahtungsprobleme Die in F i g. 1 dargestellte logische Schaltung ent-

noch erheblich. Es ist daher wünschenswert, in einer hält eine Anzahl von Transistoren 10, 11, 12 des einzigen integrierten Schaltung möglichst viele lo- 50 N-Typs und eine gleiche Anzahl von Transistoren 13, gische Schaltungen unterzubringen, was aber nur 14, 15 des P-Typs. Die Stromwege der Transistoren dann möglich ist, wenn die einzelnen Schaltungen des N-Typs liegen in einer Reihenschaltung zwischen nicht zu viele Bauelemente enthalten. einer Ausgangsklemme 3 und einem Schaltungs-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, punkt 9, der mit Masse verbunden ist. Insbesondere Schaltungsanordnungen zur Realisierung logischer 55 ist die Quellenelektrode 12s des Transistors 12 an Funktionen anzugeben, die mit verhältnismäßig Masse angeschlossen, die Abflußelektrode 12d dieses wenigen Halbleiterbauelementen mit Verdrahtungs- Transistors mit der Quellenelektrode 11 s des Tranleitungen auskommen und dabei eine möglichst sistors 11, die Abflußelektrode Hd dieses Transistors geringe Verlustleistung aufweisen. mit der Quellenelektrode 10s des Transistors 10, und

Dies wird bei einer Schaltungsanordnung der ein- 60 die Abflußelektrode 1Od ist schließlich mit der Ausgangs genannten Art dadurch erreicht, daß der den gangsklemme3 verbunden.

. Stromweg des ersten aktiven Bauelements enthaltende Die Stromwege der Transistoren des P-Typs sind

Schaltkreis der einzige zwischen dem ersten Pol der parallel zueinander zwischen die Ausgangsklemme 3 Betriebsspannungsquelle und der Ausgangsklemme und einen Schaltungspunkt 4 geschaltet. Der Schalbestehende Stromweg ist, daß an die zusammen- 65 tungspunkt 4 ist mit der positiven Klemme einer geschalteten Steuerelektroden des ersten und des Betriebsspannungsquelle V₀ verbunden, deren negadritten Bauelements Taktimpulse angelegt werden tive Klemme an Masse liegt. Insbesondere sind die und daß die Ausgangsklemme nur dann auf das Quellenelektroden 13s, 14s, 15s der Transistoren 13,

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Η 15 an den Schaltungspunkt 4 angeschlossen, den hohen Spannungswert aufweisen. Wenn der hohe während die Abflußelektroden 13d, 14d, ISd dieser bzw. niedrige Spannungswert die Binärziffern 1 bzw. 0 Transistoren mit der Ausgangsklemme 3 verbunden bedeutet, realisiert die in F i g. 1 dargestellte Schalsind, tungsanordnung die logische Funktion NAND. Wenn

Die Steuerelektroden 12g, 13g der Transistoren 12, 5 andererseits der hohe und der niedrige Spannungswert 13 sind beide an eine Klemme 8 einer Quelle 7 für die Binärziffern 0 bzw. 1 bedeutet, arbeitet die Schaldigitale Signale angeschlossen. Die andere Klemme tungsanordnung als NOR-Gatter,
der Signalquelle 7 liegt an Masse. Die Steuerelektroden Die in F i g. 2 dargestellte logische Schaltung ist 11g, 15g der Transistoren 11 bzw. 15 sind beide an ähnlich aufgebaut wie die der F i g. 1, sie untereine Klemme 6 einer zweiten Quelle 5 für digitale io scheidet sich von dieser jedoch in folgender Hinsicht: Signals angeschlossen. Die andere Klemme der Signal- Die Transistoren 10, 11, 12 gehören dem P-Typ und quelle 5 ist mit Masse verbunden. Die Steuerelek- nicht dem N-Typ an, während die Transistoren 13, 14, troden 10g, 14g der Transistoren 10 bzw. 14 sind 15 dem N-Typ und nicht dem P-Typ angehören, beide an eine Klemme 2 einer weiteren Quelle 1 für Außerdem ist die Spannungsquelle F₀ anders gedigitale Signale verbunden, deren andere Klemme 15 schaltet, ihre positive Klemme ist nämlich mit dem wieder an Masse liegt. Schaltungspunkt 9 an der Quellenelektrode des Tran-

Die Signalquellen 1, 5, 7 enthalten digital arbeitende sistors 12 verbunden, während ihre negative Klemme

Schaltungsanordnungen und liefern an ihren Aus- an Masse liegt. Der Schaltungspunkt 4 ist ebenfalls

gangsklemmen digitale Signale A, B bzw. C, die ent- mit Masse verbunden.

weder einen niedrigen oder einen hohen Spannungs- ao Wenn mindestens eines der digitalen Signale A, B, C wert annehmen können. Der hohen Spannung kann den relativ hohen Wert + F₀ Volt hat, sind der oder beispielsweise ein Wert von + F₀ Volt und der niedrigen die entsprechenden Transistoren des P-Typs nichtSpannung kann ein Wert von 0 Volt entsprechen. leitend, so daß im Stromweg zwischen den Schaltungs-

Die Ausgangsklemme 3 ist außerdem mit einer punkten 3, 9 eine relativ hohe Impedanz liegt. Die Belastungskapazität Cl ^verbunden, wie in F i g. 1 35 entsprechenden Transistoren des N-Typs sind anderergestrichelt dargestellt ist. Die Belastungskapazität Cl seits in den leitenden Zustand vorgespannt. An der versinnbildlicht die Gesamtheit der Eiiigangskapazi- Belastungskapazität Cl liegt daher eine Spannung täten weiterer, nicht· dargestellter Transistoren, die die von etwa Ό Volt,
logische Schaltung ansteuern. Wenn alle digitalen Signale A, B, C den niedrigen

Wenn im Gleichgewichtszustand eines oder mehrere 30 Wert 0 Volt haben, sind alle Transistoren des N-Typs der digitalen Signale A, B, C den niedrigen Spannungs- nichtleitend. Die Transistoren des P-Typs sind andererwert (0 Volt) hat, beträgt die Spannung zwischen seits in den leitenden Zustand vorgespannt, so daß im Steuerelektrode und Quelle des zugehörigen Tran- Stromweg zwischen den Schaltungspunkten 3, 9 eine sistors des N-Typs etwa 0 Volt, wodurch der be- sehr kleine Impedanz liegt. Die Belastungskapazität Cl treffende Transistor oder die betreffenden Transistoren 35 wird dabei dann auf etwa +F₀VoIt aufgeladen,
des N-Typs gesperrt werden. Bei diesen Signal- Die in F i g. 4 dargestellte Funktionstabelle der bedingungen stellt der Stromweg des gesperrten Schaltung gemäß F i g. 2 zeigt, daß das Ausgangs-Transistors oder der gesperrten Transistoren des signal E₀ dann und nur dann den hohen Spannungs-N-Typs den Stromfluß zwischen der Klemme 3 und wert H annimmt, wenn die digitalen Eingangssignale A, Masse eine verhältnismäßig große Impedanz dar. 4° B, C alle den relativ niedrigen Spannungswert aufWenn mindestens eines der digitalen Signale A, B, C weisen, während das Ausgangssignal E₀ den verhältden niedrigen Wert von 0 Volt hat, ist außerdem die nismäßig niedrigen Spannungswert hat, wenn minde-Spannurig zwischen Elektrode und. Quelle des ent- stens eines der Signale A, B, C die relativ hohe sprechenden Transistors oder der entsprechenden Spannung annimmt. Wenn dem hohen und niedrigen Transistoren des P-Typs etwa -F₀VoIt. Der be- 45 Spannungswert die Binärziffern 1 bzw. 0 zugeordnet treffende Transistor oder die · betreffenden Tran- sind, realisiert die in F i g. 2 dargestellte Schaltungssistoren des P-Typs werden dadurch in den leitenden anordnung die logische Funktion NOR. Wenn Zustand vorgespannt. Die Belastungskapazität Cl andererseits die Binärziffern 1 und 0 dem niedrigen wird dadurch auf etwa +F₀VoIt aufgeladen. bzw. dem hohen Spannungswert zugeordnet sind,

Wenn alle digitalen Signale Λ, B, C den relativ 5<> realisiert diese Schaltung die NAND-Funktion.

hohen Wert + F₀ Volt haben, betragen die Span- Logische Schaltungen der in den F i g. 1 und 2

nungen zwischen Steuerelektrode und Quelle der dargestellten Art haben den Vorteil, daß sie im

Transistoren 10, 11, 12 des N-Typs +F₀ Volt, wan- Gleichgewichtszustand nur wenig Leistung ver-

rend^:die Spannungen zwischen Steuerelektrode und brauchen, was hauptsächlich darauf zurückzuführen

Quelle der Transistoren 13, 14, 15 des P-Typs gleich 55 ist, daß beim Leiten eines Transistors des P-Typs der

OVoIt sind. Alle Transistoren des N-Typs; sind dann entsprechende Transistor des N-Typs nichtleitend ist,'

im leitenden Zustand vorspännt, während alle Tran- und umgekehrt. Die Belastungskapazität Cl wird

sistoren des P-Typs gesperrt sind. Wenn die Tran- dementsprechend auf einen der beiden digitalen

sistoren des N-Typs alle leiten, liegt im Stromweg Spannungspegel aufgeladen. Ein kleiner Leistungs-

zwischen der Ausgangsklemme 3 und Masse nur eine 60 verlust tritt zwar auch im Gleichgewichtszustand in-

sehr kleine Impedanz, so daß die Spannung an der folge des Leckstromes zwischen Quelle und Abfluß

Belastüngskapazität Cx etwa· 0 Volt ist. .·■■·, ..-<■ eines gesperrten Transistors auf, dieser Leckstrom

F ig. 3 zeigt die Funktionstabelle für die oben und .dementsprechend auch, die Verlustleistung im

erläuterte Schaltungsanordnung. In dieser Funktions- Gleichgewichtszustand. sind jedoch vernachlässigbar,

tabelle bezeichnet L den niedrigen Spannungswert, 65 .Die .in den F i g, 1 und 2 dargestellten logischen

// den hohen.; Man sieht*, daß das Ausgangssignal E₀ Schaltungen können selbstverständlich auch mit mehr

an der Klemme3ϊdann und nur darin den niedrigen als drei .Eingängen ausgeführt werden. Mit relativ

Wert L annimmt, wenn alle Eingangssignale A, \ß, C geringen Abwandlungen können die in den Fig. I

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und 2 dargestellten Schaltungen auch zur Realisierung Der Reihenstromkreis enthält den Stromweg eines

anderer logischer Funktionen als der NAND- und Transistors 23 vom P-Typ. Die Quellenelektrode 23s

NOR-Funktion verwendet werden. Hierzu kann man dieses Transistors ist mit dem Schalturigspunkt 4 und

beispielsweise Transistoren desselben Leitungstyps die Abflußelektrode 23d ist mit Ausgangsklemme 3

wie die Transistoren 10 und 11 in eine Schaltung 5 verbunden.

einfügen, die eine gewünschte Kombination von Der andere Stromkreis enthält eine Reihenschaltung Stromwegen zwischen den Schaltungspunkten 3 und 9 der Stromwege einer Anzahl von Transistoren 20, 21, bildet. Für jeden so geschalteten zusätzlichen Tran- 22 des N-Typs. Die Abflußelektrode 2Od des Transistor ist jedoch ein weiterer Transistor desselben sistors 20 ist mit der Ausgangsklemme 3 verbunden, Leitungstyps wie die Transistoren 13, 14, 15 erforder- io die Quellenelektrode 2Oi dieses Transistors ist an die lieh, der dem letzterwähnten Transistor parallel zu Abflußelektrode 21 d des Transistors 21 angeschlossen, schalten ist. Allgemein gesprochen, sind bei den in dessen Quellenelektrode 21 s wiederum mit der Abfluß-F i g. 1 und 2 dargestellten logischen Schaltungen für elektrode 22</des Transistors 22 verbunden ist, dessen jeden Eingang zwei Transistoren erforderlich. Wenn Quellenelektrode 22s an den Schaltungspunkt 9 ansolche Schaltungen für kombinierte Logik- und 15 geschlossen ist.

Speichersysteme verwendet werden, um Information Die Steuerelektroden 22g und 23g der Transistoren in Speicherkreise einzulesen oder aus diesen auszulesen, 22, 23 sind beide an die Klemme 8 der digitale Signale wird eine große Anzahl von Transistoren benötigt. So liefernden Signalquelle 7 angeschlossen. Die Signalsind beispielsweise bei einer typischen digitalen Anlage quelle 7 stellt die Taktimpulsquelle einer durch Taktzur Decodierung einer fünfstelligen Adresse fünf 20 impulse gesteuerten digitalen Anlage dar und liefert Eingänge pro logischer Schaltung erforderlich, und an ihrer -Klemme 8 ein Taktsignal C bestimmter für einen Speicher mit einer Kapazität von sechzehn Frequenz. Die Steuerelektrode 20g des Transistors 20 . Wörtern werden sechzehn logische Schaltungen be- ist mit der Klemme 2 der Quelle 1 für digitale Signale nötigt. Man braucht hier also insgesamt einhundert- verbunden, deren andere Klemme an Masse liegt, sechzig Transistoren. " 35 Die Steuerelektrode 21g des Transistors 21 ist mit der

Um die Verlustleistung und die Kosten gering zu Klemme 6 der Quelle 5 für digitale Signale verbunden,

halten und um die Herstellung zu erleichtern, soll die deren andere Klemme ebenfalls an Masse liegt. Die

Anzahl der erforderlichen Transistoren nach Möglich- Signalquellen 1, 5 liefern an ihren Klemmen 2 bzw. 6

keit verringert werden. Dies gilt besonders für inte- logische Signale A bzw. B.

grierte Schaltungen. 30 Im Betrieb liefert die Taktimpulsquelle 7 eine Reihe

Die Parallelschaltung der Transistoren des P-Typs positiver Impulse. In den Pausen zwischen den Taktin Fi g. 1 und des N-Typs in F i g. 2 hat außerdem impulsen hat das Taktimpulssignal C den relativ eine Belastung der Ausgangsklemme 3 mit der Aus- niedrigen Wert 0 Volt. Die Spannung zwischen Steuergangskapazität aller parallelgeschalteter Transistoren elektrode und Quelle des Transistors 22 vom N-Typ zur Folge, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit ver- 35 ist dann 0 Volt, so daß dieser Transistor 22 nichthältnismäßig klein ist. Aus diesem Grunde wäre es leitend wird. Der Stromweg des Transistors 22 stellt daher außerdem wünschenswert, die Anzahl der dann zwischen der Ausgangsklemme 3 und Masse direkt an die Ausgangsklemme der Schaltung an- eine verhältnismäßig große Impedanz dar. Die Spangeschlossenen Transistoren herabzusetzen.. nung zwischen Steuerelektrode und Quelle des Tran-

Durch die Erfindung wird eine logische Schaltung 40 sistors 23 des P-Typs ist andererseits — V₀ Volt, so daß angegeben, die sich für synchron arbeitende, durch dieser Transistor leitet. Der zwischen den Schaltungs-Takt impulse gesteuerte logische'Systeme eignet, ins- punkten 3, 4 liegende Stromweg des Transistors 23 besondere für einen Decoder eines aktiven Speichers, hat dementsprechend nur eine kleine Impedanz. Die bei dem die Wörter mit einer bestimmten Frequenz Belastungskapazität C_L wird also auf etwa + V₀ Volt adressiert werden. Die logischen Schaltungen gemäß 45 aufgeladen. Wegen der großen Impedanz des Stromder Erfindung benötigen nur einen Transistor pro weges des gesperrten Transistors 22 wird die Be-Verknüpfungseingang und zwei Transistoren für den lastungskapazität C_L auf die Spannung + V₀ Volt auf-Taktsignaleingang. ohne daß der Vorteil geringer geladen, unabhängig davon, welchen Wert die digitalen Verlustleistung verlorengeht. Einer der beiden takt- Signale A, B haben.

gesteuerten Transistoren kann mehreren Gruppen von 5° Wenn das Taktsignal C den relativ hohen Wert Transistoren für zu verknüpfende Eingangssignale + V₀ Volt annimmt, leitet der Transistor 22, während gemeinsam sein. Die Schaltungen gemäß der Erfindung der Transistor 23 nichtleitend ist. Der Stromweg des haben außerdem den Vorteil, daß die Anzahl der direkt Transistors 22 vom N-Typ stellt daher zwischen der an die Ausgangsklemme angeschlossenen Transistoren Ausgangsklemme 3 und Masse nur eine verhältnisganz erheblich kleiner ist als bei den obenerwähnten 55 mäßig geringe Impedanz dar, während der Stromweg bekannten Schaltungsanordnungen. des Transistors 23 zwischen den Schaltungspunkten 3

Die in F i g. 5 als Ausführungsbeispiel der Erfindung und 4 eine verhältnismäßig große Impedanz darbietet dargestellte logische Schaltung enthält einen Reihen- Wenn mindestens eines der digitalen Signale A, B Stromkreis zwischen der Ausgangsklemme 3 und dem den niedrigen Spannungsweit 0 Volt hat, wird der Schaltungspunkt 4, der den einzigen Stromweg zwi- 60 zugehörige Transistor des N-Typs nichtleitend, und sehen diesen Schaltungspunkten bildet, und einen sein Stromweg bildet dann eine relativ große Impedanz weiteren Stromweg zwischen der Ausgangsklemme 3 zwischen der Klemme 3 und Masse. Da der Leck- und dem Schaltungspunkt 9. An den Schaltungs- strom zwischen Quelle und Abfluß eines nichtpunkten 4 und 9 liegen verschiedene Betriebspotentiale, leitenden Transistors verhältnismäßig klein ist, ist die da der Schaltungspunkt 4 durch die Spannungs- 65 Zeitkonstante im Verhältnis zur Dauer eines Taktquelle V₀ auf der Spannung + V₀ Volt gehalten wird, impulses sehr groß, und die Spannung an der Bewährend der Schaltungspunkt 9 mit Masse ver- lastungskapazität C/. wird daher praktisch auf+ F₀VoIt bunden ist. gehalten.

Wenn andererseits beide digitalen Signaled, B den Wenn das Taktsignal wieder den relativ hohen

hohen Wert + K₀ Volt annehmen, leiten beide Tran- digitalen Wert K₀ Volt annimmt, wird der dem P-Typ sistoren 20, 21 des N-Typs, und ihre Stromwege stellen angehörende Transistor 22 wieder nichtleitend, und nur eine relativ kleine Impedanz zwischen der Aus- der dem N-Typ angehörende Transistor 23 wird gangsklemme 3 und Masse dar. Das Ausgangssignal E₀ 5 leitend. Die Spannung an der Belastungskapazität Cl fällt dementsprechend auf den niedrigen digitalen wird dann wieder etwa 0 Volt.

Wert, der praktisch OVoIt beträgt, ab. Wenn das Das Ausgangssignal £"₀ nimmt also dann und nur

Taktsignal wieder 0 Volt wird, wird der Transistor 22 dann den relativ hohen digitalen Wert an, wenn die des NVTyps nichtleitend, und der Transistor 23 des digitalen Signale A, B, C alle ihren relativ niedrigen P-Typs wird leitend. Die Belastungskapazität Cl wird io digitalen Wert haben, während das Ausgangssignal E₀ dann wieder auf + V₀ Volt aufgeladen. den niedrigen digitalen Wert annimmt, wenn minde-

Das Ausgangssignal E₀ nimmt also nur dann den stens eines der digitalen Signale A, B, C den relativ niedrigen Digitahvert an, wenn die digitalen Signale A, hohen digitalen Wert hat. Die in F i g. 6 dargestellte B, C alle ihren hohen digitalen Wert haben, während Schaltung realisiert also die logischen Funktionen das Ausgangssignal E₀ den hohen digitalen Wert an- 15 NOR oder NAND wie die in F i g. 2 dargestellte nimmt, wenn mindestens eines der digitalen Signale A, bekannte Schaltung, so daß auch hier die Funktions- B, C den niedrigen digitalen Wert hat. Die in F i g. 5 tabelle der F i g. 4 gilt.

dargestellte Schaltungsanordnung realisiert also die Selbstverständlich kann die Anzahl der Eingänge

logischen Funktionen NAND oder NOR wie die in bei den in F i g. 5 und 6 dargestellten logischen F i g. 1 dargestellte bekannte Schaltung. Die Funktions- ao Schaltungen erhöht werden, indem man den Stromtabelle in F i g. 3 gilt also auch für die durch die Takt- wegen der Transistoren 20, 21 weitere Transistoren signale C getastete logische Schaltung gemäß Fig. 5. in Reihe schaltet. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Das in F i g. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel der Ausführungsbeispiel werden dabei Transistoren des. Erfindung entspricht im Prinzip dem der F i g. 5, es N-Typs und bei F i g. 6 Transistoren des P-Typs verunterscheidet sich jedoch von dieser in folgender 35 wendet.

Hinsicht: Die Transistoren 20, 21, 22 gehören dem Die in den F i g. 5 und 6 dargestellten logischen

P-Typ und nicht dem N-Typ wie in F i g. 5 an, Schaltungen können wie die der F i g. 1 und 2 während der Transistor 23 dem N-Typ und nicht auch für die Realisierung anderer logischer Funktionen dem P-Typ angehört. Außerdem ist die Spannungs- verwendet werden, wenn man Transistoren desselben quelle V₀ mit ihrer positiven Klemme an den Schal- 3° Leitungstyps wie die Transistoren 20, 21 in Schaltuntungspunkt 9 angeschlossen, während der Schaltungs- gen, die die gewünschte Kombination von Strompunkt 4 mit Masse verbunden ist. wegen vom Schaltungspunkt 3 zur Abflußelektrode Im Betrieb liefert die Taktimpulsquelle 7 eine Reihe 22d des taktgesteuerten Transistors 22 ergeben, vervon in negativer Richtung verlaufenden Impulsen. In wendet. Im Gegensatz zu den bekannten logischen den Impulspausen nimmt das Taktsignal C den relativ 35 Schaltungen sind dabei jedoch keine zusätzlichen hohen Wert + K₀ Volt an. Der Transistor 22 des Transistoren des Leitungstyps des Transistors 23 P-Typs ist dann nichtleitend. Sein Stromweg bildet erforderlich.

dann zwischen der Ausgangsklemme 3 und der Span- Sowohl das in F i g. 5 als auch das in F i g. 6

nungsquelle V₀ eine verhältnismäßig hohe Impedanz. dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung kann Der Transistor 23 des N-Typs wird andererseits 40 in einem logischen System verwendet werden, bei leitend. Der Stromweg dieses Transistors bildet dann dem das Taktsignal C einer Anzahl von logischen eine relativ geringe Impedanz zwischen den Schaltungs- Gattern gemeinsam zugeführt wird. Dies ist beispielspunkten 3 und 4. An der Belastungskapazität liegt weise in Verbindung mit dem in F i g. 5 dargestellten dann praktisch eine Spannung von 0 Volt, unabhängig Ausführungsbeispiel in F i g. 7 gezeigt. Die in F i g. 7 davon, welche Werte die Signale A, B haben, da der 45 dargestellte Schaltungsanordnung enthält «Gruppen mit den Transistoren 20, 21 in Reihe geschaltete von dem N-Typ angehörenden Eingangstransistoren Transistor 22 nichtleitend ist. für logische Signale. Die erste Gruppe umfaßt die

Wenn das Taktsignal C auf den niedrigen digitalen Transistoren 2O₁, 2I₁; die zweite Gruppe die Tran-Wert 0 Volt abfällt, wird der dem P-Typ angehörende sistoren 2O₂, 2I₂; und die n-te Gruppe die Tran-Transistor 22 leitend. Der Stromweg dieses Transistors 5° sistoren 2O_n, 2I_n. Jeder Gruppe aus Transistoren zwischen der Ausgangsklemme 3 und der Spannungs- des N-Typs ist ein dem P-Typ angehörender taktquelle K₀ hat dann nur eine relativ kleine Impedanz. gesteuerter Transistor23^ 23₂ ... bzw. 23_n zu-Der dem N-Typ angehörende Transistor 23 wird geordnet. Allen η Gruppen ist ein einziger taktandererseits nichtleitend, und er bildet im Stromweg gesteuerter Transistor 22 vom N-Typ gemeinsam, zwischen den Schaltungspunkten 3 und 4 eine relativ 55 Die Quellenelektroden 2I₁, 2I₂ ... 2I_n sind hierzu große Impedanz. alle über einen Schaltungspunkt 30 mit der Abfluß-

Wenn mindestens eines der Signale A, B den hohen elektrode des taktgesteuerten Transistors 22 verdigitalen Wert +K₀ hat, wird der zugehörige Tran- bunden. Die Quellenelektrode des taktgesteuerten sistor nichtleitend, und sein Stromweg stellt dann eine Transistors 22 liegt an Masse. Die Quellenelektroden relativ große Impedanz zwischen der Klemme 3 und 60 der Transistoren 23j, 23₂ ... 23_n sind alle über einen der Spannungsquelle K₀ dar. Die Spannung an der Schaltungspunkt 31 mit der positiven Klemme der Belastungskapazität Cl bleibt dann praktisch 0 Volt. Spannungsquelle K₀ verbunden. Wenn jedoch beide digitalen Signale A, B den niedrigen Das Taktsignal C wird der Steuerelektrode des

digitalen Wert OVoIt annehmen, leiten die Tran- Transistors 22 und allen Steuerelektroden der taktsistoren 20, 21 beide, und ihre Stromwege bilden nur 65 gesteuerten Transistoren 23_ls 23₂ ... 23„ zugeführt, eine geringe Impedanz zwischen der Klemme 3 und An den Steuerelektroden der Transistoren 2O₁, 2O₂... Masse. Die Belastungskapazität Cz, lädt sich dann auf -20„ liegen individuelle zu verknüpfende Signale A₁, etwa + V₀ Volt auf. A₂ ... A_n. Den Steuerelektroden der Transistoren 2I₁,

2I₂ ... 2I_n sind individuelle zu verknüpfende Signale B₁, B₂ ... B_n zugeführt. An Ausgangsklemmen 3_lt 3₂ ... 3» stehen entsprechende Ausgangssignale E₀₁, E₀₂ ... E₀ η zur Verfügung.

• Wie die in Fig. 5 dargestellte logische Schaltung kann jede Gruppe von Transistoren 20, 21 des N-Typs mit den zugeordneten taktgesteuerten Transistoren als NAND-Gatter für ins Positive gehende Signale und als NOR-Gatter für ins Negative gehende Signale entsprechend der Funktionstabelle in F i g. 3 arbeiten.

Es ist bereits erwähnt worden, daß andere logische Funktionen' realisiert werden können, wenn man Transistoren desselben Leitiingstyps wie die Transistoren 20, 21 in entsprechende Schaltungen zwischen den Schaltungspunkt 3 und die Abflußelektrode des »s taktgesteuerten Transistors 22 schaltet. Wenn man beispielsweise alle Ausgangsklemmen 3_X ... 3„ in F i g. 7 miteinander verbindet, realisiert die in F i g. 7 dargestellte Schaltung die durch den folgenden Booleschen Ausdruck definierte logische Funktion:

A₁B₁ + A₁₁B₂ H A_nB_n.

Für diese Schaltung ist dann nur ein einziger taktgesteuerter Transistor 23 erforderlich.

Bei den beschriebenen logischen Schaltungen wird also nur ein aktives Halbleiterbauelement für jedes digitale Eingangssignal, und es werden zwei aktive Halbleiterbauelemente für das Taktsignal benötigt. Der Vorteil niedrigen Leistungsverbrauchs bleibt erhalten. Wenn solche logische Schaltungen in integrierter Schaltungstechnik gebaut werden, brauchen die Transistoren 20, 21 keine getrennten Stromwege zu haben. Diese Transistoren können in Form einer wirkungsmäßig gleichwertigen Anordnung hergestellt werden, die nur eine einzige Quellenelektrode und eine einzige Abflußelektrode enthält, die einen einzigen Stromweg begrenzen. Die Anordnung enthält ferner eine Anzahl getrennter Steuerelektroden, die jeweils nur die Leitfähigkeit eines entsprechenden Teiles des Stromweges steuern, wobei die Summe aller Teile gleich dem ganzen Stromweg ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Realisierung logischer Funktionen mit einem ersten aktiven Halbleiterbauelement eines ersten Leitungstyps, das einen Stromweg und eine Steuerelektrode zum Steuern seiner Leitfähigkeit besitzt, und mehreren weiteren aktiven Halbleiterbauelementen, von denen wenigstens ein zweites und ein drittes Bauelement ebenfalls jeweils einen von einer Steuerelektrode in seiner Leitfähigkeit steuerbaren Stromweg aufweisen und wenigstens das dritte Bauelement von dem zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp ist,· wobei der Stromweg des ersten Bauelements zwischen einem Pol einer Betriebsspannungsquelle und eine Ausgangsklemme und die Stromwege des zweiten und des dritten Bauelements in Reihe.zwischen den anderen Pol der Betriebsspannungsquelle und die Ausgangsklemme geschaltet sind und die Steuerelektroden des ersten und des dritten Bauelements gemeinsam an eine erste Eingangsschaltung und die Steuerelektrode des zweiten Bauelements zum Empfang von Eingangsimpulsen an eine zweite Eingangsschaltung anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der den Stromweg (23j bis 23d) des ersten aktiven Bauelements (23) enthaltende Schaltkreis der einzige zwischen dem ersten Pol (4) der Betriebsspannungsquelle und der Ausgangsklemme (3) bestehende Stromweg ist, daß an die zusammengeschalteten Steuerelektroden (23g, 22g) des ersten (23) und des dritten aktiven Bauelementes (22) Taktimpulse angelegt werden und daß die Ausgangsklemme nur dann auf das Potential des zweiten Poles (9) der Betriebsspannungsquelle gelegt wird, wenn das Taktsignal und die Eingangsimpulse die Stromwege des zweiten (20, 21) und des dritten Bauelementes (22) in den Zustand niedriger Impedanz steuern.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, zweite und dritte aktive Halbleiterbauelement (20 bis 23) jeweils ein Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode und den steuerbaren Stromweg begrenzenden Quellen- und Abflußelektroden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen