DE2141415A1

DE2141415A1 - Seriengekoppelter ecl-schaltkreis mit mehreren unabhaengige steuerbaren strompfaden in einer unteren ebene

Info

Publication number: DE2141415A1
Application number: DE19712141415
Authority: DE
Inventors: Dieter Poguntke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-18
Filing date: 1971-08-18
Publication date: 1973-03-01
Also published as: FR2150161A5; IT963948B; DE2141415B2; GB1404015A

Description

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"Computer Design" Dez. 1962, Seiten 26-30). Andere Ιο- . gisehe Verknüpfungen ergeben sich dadurch , daß in-die einzelnen Strompfade von Differenzverstärkern wieder Differenzverstärker eingefügt werden. Man bezeichnet eine solche Maßnahme als Serienkopplung (series gating). Grundsätzlich ist eine Aufstockung in-mehreren Ebenen (Stufen) möglieh. Durch das Datenblatt MECL III MC 1082 der Firma Motorola ist beispielsweise eine nach diesem Prinzip in drei Ebenen aufgebaute Schaltungsanordnung' zur Bildung des Übertrags bei der Addition von Binärzahlen bekannt. Die Serienkopplung in drei Ebenen weist g aber schon gewisse Nachteile auf,ycfie nicht weiter eingegangen werden soll. Andererseits hat die Beschränkung der Serienkopplung auf zwei Ebenen zunächst einmal eine Verringerung der Möglichkeiten zur logischen Verknüpfung von Eingangssignaleh im Hinblick auf die Anzahl der Eingangssignale oder auf den Grad der logischen Verknüpfung .zur Folge, die allerdings durch andere Schaltungsmaßnahmen wieder ausgeglichen werden kann. "

Es ist im Zusammenhang mit einer aufgrund ihrer logischen Punktion als D-Flip-Flop mit Mehrfachansteuerung bezeichneten Schaltungsanordnung vorgeschlagen worden, den Differenzverstärker in der unteren Ebene %

derart zu erweitern, daß an den Verbindungspunkt der Emitter der beiden Transistoren der.Grundschaltung die Emitter weiterer an ihrer Basis gesteuerter Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyp3 angeschlossen werden. Der Ansteuerteil einer solchen Schaltungsanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Kollektor des zusätzlichen Transistors. T3 im Gegensatz zu den

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SIEMENS AKTIEiTGESELLSCHAi¹T Berlin und München

München 2, den 18.AUG. 1971 Wittelsbacherplatz 2

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Seriengekoppelter ECL-Schaltkreis mit mehreren unabhängig steuerbaren Strompfaden in einer unteren Ebene

Die Erfindung bezieht sich auf ECl-Schaltkreise mit aus emittergekoppelten Ti-ansi stören gebildeten Differenz- "' verstärkern, die in mehreren "Ebenen¹· derart angeordnet sind, daß in den Strompfaden von Differenzverstärkern untereC.-Ebenen weitere Differenzverstärker oberer/cCbenen eingefügt sind. ' ·

Die Grundschaltung der sogenannten ECL-Schaltkreise (ECL = emittergekoppelte Logik) besteht aus einem Differenzverstärker mit zwei Transistoren, deren Emitter miteinander verbunden sind und die gemeinsam mit annähernd konstantem Strom gespeist werden. Die Basis des einen Transistors bildet den Steuereingang, die Basis des anderen Transistors wird an ein festes Hilfspotential gelegt, das wenigstens annähernd dem arithemtischen Mittel aus dem hohen und dem tiefen Steuerpotential gleich ist. Durch Erweiterung der Grundschaltung und/oder durch Konbination mehrerer Differenzverstärker lassen sich viele verschiedenartige logische Funktionen mit ECL-Schaltkreisen realisieren. Beispielsweise werden zur Bildung von ODER- bzw. ITOR-Funktionen der Kollektor-Emitter-Strecke des gesteuerten Transistors die Kollektor-Emitterstrecken weiterer, ebenfalls an der Basis gesteuerter Transistoren vom "gleichen Leitungstyp parallelgeschaltet (s. z. B.

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bekannten ODER/NOR-Schaltkreisen nicht mit dem Kollektor des gesteuerten Transistors T2 der Grundschaltung verbunden, sondern bildet einen getrennten, unabhängig steuerbaren Strompfad, in den ein weiterer Differenz- . verstärker mit den Transistoren T4, T5 eingefügt ist. In den' Kollektorkreis des Transistors T2 ist ebenfalls ein Differenzverstärker mit den Transistoren T6, T7 eingefügt. . . ■ ■■■---■

Die KolXektoren der Transistoren T4 und T6-einerseits ; ; und der Transistoren T1, T5 un#T7 andererseits, sind je- · f weils zusammengefaßt und über einen der Kollektorwider- :. stände R1 und R2 mit dem positiven Pol VCG der Betriebsspannungsquelle, der das Bezugspotential bildet, sowie . ^Λ mit der Basis eines der Transistoren T8 und T9 verbunden. Die¹ Transistoren T8 und T9 sind als Emitterfolger ge- = schaltet und dienen bekanntlich zur Erhöhung der Belastbarkeit des Schaltkreises an den Ausgangsklemmen X und X . und zur Angleichung der Pegel der Ausgangssignale an die für die Eingangssignale (der oberen Ebene) erforderlichen Signalpegel. Die Emitter der Transistoren Tt, T2 und T3 des Differenzverstärkers der unteren Ebene · ^: sind in an sich bekannter Weise über den Konstantstrom- ' g generator S, der den eingeprägten Strom I liefert, an _ den negativen Pol VEE der Betriebsspannungsquelle geführt. Die Basen der nicht direkt gesteuerten Transistoren T5 und T7 in der · oberen Ebene und des Transistors T1 in der unteren Ebene liegen an den festen Hilfspotentialen VR1 bzw. VR2.

Bezeichnet man die Signale wie die Klemmen,an denen sie auftreten, so ergeben sich für den Schaltkreis nach

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Pig* 1 folgende logische Punktionen!

X = (DT + CT)' (D2 + C2)

X = D1 ' 01.+ D2 · 02 ■■

Pur den in Pig. 1 dargestellten Schaltkreis gilt die Vorschrift, daß bei unabhängigen D-Signalen immer nur an einem der Eingänge 01 oder 02 ein hoher Signalpegel anliegen darf, da anderenfalls eine Aufteilung des Stroms I auf die Widerstände ß1 und R2 erfolgen kann, was • · ' de

unbrauchbare logische Zwischenzustärpiervorrufen würde.

Damit dies auch dann mit Sicherheit vermieden wird, wenn der hohe Sigmalpegel zwischen den Eingängen Cl und 02 wechselt, muß zwischen dem Übergang vom hohen auf den tiefen Signalpegel an der einen Eingangsklemme und. dem Übergang vom tiefen auf den hohen Signalpegel an der anderen Eingangsklemme eine bestimmte Mindestzeit abgewartet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen seriengekoppelten ECL-Schaltkreis der anhand der Pig. 1 beschriebenen "Art mit mindestens einem Differenzverstärker in einer unteren Ebene, der mehrere durch Eingangssignale einer ersten Gruppe unabhängig steuerbare Strompfade aufweist, in denen weitere, durch Eingangssignale einer zweiten Gruppe steuerbare Differenzverstärker einer oberen Ebene eingefügt wird, so auszubilden, daß die eben erwähnten Vorschriften entfallen können.

Gemäß der Erfindung ist ein solcher Schaltkreis dadurch gekennzeichnet, daß. in an sich bekannter Weise den Kollektor-Emitterstrecken der gesteuerten Transistoren der -Differenzverstärker der oberen Ebene die Kollektor-Emitterstrecken weiterer gesteuerter Transistoren zur Bildung von ODER-Verknüpfungen mehrerer Eingangssignale

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parallel geschaltet sind und daß an jeden Differenzverstärker der oberen Ebene außer einem Eingangssignal der zweiten Gruppe alle Eingangssignale der ersten Gruppe angelegt werden, mit Ausnahme des Eingangssignals zur Steuerung des dem betreffenden Differenzverstärker zugeordneten Strompfades.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 2 den gemäß der Erfindung geänderten Schaltkreis

nach Fig. 1,
Pig. 3 einen verallgemeinerten Schaltkreis gemäß der

Erfindung und
Pig. 4 einen Schaltkreis zur Bildung des Übertrags gemäß der Erfindung. . "

Der in Pig. 2 dargestellte Schaltkreis stimmt weitgehend mit der anhand der Pig. 1 beschriebenen Anordnung überein. Gleiche Elemente wurden daher auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend von der Anordnung nach Pig. 1 ist jedoch bei dem Schaltkreis gemäß der Erfindung (Pig. 2) den Kollektor-Emitter-Strecken der gesteuerten Transistoren T1, 16 der beiden Differenzverstärker der oberen Ebene die Kollektor-Emitter-Strecke je eines weiteren an der Basis gesteuerten Transistors T10 bzw. T1t parallel geschaltet. Eine solche Parallelschaltung von Transistoren in einem Zweig eines Differenzverstärkers ergibt bekanntlich eine ODER- bzw. NOR-Verknüpfung der an den Basen dieser Transistoren anliegenden Signale. In dem vorliegenden Fall wird nun an die Basis des zusätzlichen Transistors T10 in dem durch das Signal C1 gesteuerten Strompfad das. Signal C2 und an die Basis des zusätzlichen Transistors T11 in dem durch das Signal C2 gesteuerten Strompfad das Signal C1 angelegt.

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Damit ergeben sich für den Schaltkreis nach Pig. 2 folgende logischen Beziehungen:
X = (G2-DT, + CT) * (CT- D2 + C2)
I= (02 + D1) · C1■+ (C1 + D2) < C2

Aus den vorstehenden Beziehungen erkennt man, daß unabhängig vom Pegel der D-Signale der Pegel am Ausgang X tief und der Pegel am Ausgang X hoch ist, wenn die Pegel der Signale C1 und C2 gleichzeitig hoch sind. Das bedeutet, daß nunmehr in jedem Pail an den Ausgängen X und X eindeutige Verhältnisse vorliegen und daher keine Rücksieht auf erlaubte "oder nicht erlaubte Kombinationen der Eingangssignale mehr genommen werden muß.

Die Maßnahme gemäß der Erfindung ist nicht auf zwei unabhängig steuerbare Strompfade im Differenzverstärker der unteren Ebene beschränkt. Sie läßt sich in analoger Weise auch anwenden, wenn (im Rahmen des technisch Sinnvollen) beliebig viele solche Strompfade vorhanden sind. Die Pig. 3 zeigt einen Schaltkreis mit einem Differenzverstärker in der unteren Ebene, der η Strompfade besitzt, die durch η Eingangssignale C1 bis Cn der ersten Gruppe unabhängig steuerbar sind. In jeden der Strompfade ist ein Differenzverstärker der oberen Ebene eingefügt, der nach Art der, bekannten ODER-Schaltung aufgebaut ist und ebenfalls η Steuereingänge_aufweist. Jeweils an einem Eingang eines Differenzverstärkers liegt eines der Eingangssignale D1 bis Dn der zweiten Gruppe, welche die eigentlichen Steuersignale für die Differenzverstärker der oberen Ebene bilden. An die übrigen Eingänge dieser Differenzverstärker werden nun, sozusagen als Hilfssignale, alle Steuersignale C der ersten Gruppe angelegt, jedoeh immer mit Ausnahme

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desjenigen Signals, das den den "betreffenden Differenzverstärker der oberen Ebene speisenden Strompfad steuert. Wird also beispielsweise ein bestimmter Strompfad durch das Signal C1 und der zugehörige Differenzverstärker der oberen Ebene durch das Signal D1 gesteuert, so werden an die restlichen n-1 Eingänge des Differenzverstärkers die Signale C2 bis Gn angelegt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Schaltungsprxnzips ermöglicht den Aufbau einer vorteilhaften Schaltungsanordnung mit geringer Signallaufzeit zur Bildung des Übertrags bei der Addition von Binärzathlen. Die in Pig. 4'- dargestellte Schaltungsanordnung gleicht weitgehend dem Schaltkreis nach Fig. 2. Le&glich die dort mit D1 und D2 bezeichneten Eingänge sind nunmehr zusammen- . gefaßt und werden mit dem Überträgssignal Cin, welches das Vorhandensein eines Übertrags von der vorhergehenden Stufe -kennzeichnet, beaufschlagt. Die den beiden Summanden A und B entsprechenden Signale werden gemäß der Erfindung nicht nur an die Eingänge A und B zur Steuerung der zwei unabhängigen Strompfade des Differenzverstärkers der unteren Ebene, sondern auch noch in vertauschter Zuordnung an die zusätzlichen Eingänge zur ODER-Verknüpfung an den Differenzverstärkern der oberen Ebene angelegt. Am Ausgang Cout liegt dann das dem , neuen Übertrag entsprechende Signal an nach der Beziehung Cout = A'B 4- A'Cin + B-Cin + A'B'Cin.

4 Figuren

2 Patentansprüche

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Claims

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- 8 Patentansprüche

(i_j) Seriengekoppelter ECL-Schaltkreis mit mindestens . einem Differenzverstärker in einer unteren Ebene, der mehrere durch Eingangssignale einer ersten Gruppe unabhängig steuerbare Strompfade aufweist, in denen weitere durch Eingangssignale einer zweiten Gruppe steuerbare Differenzverstärker einer oberen Ebene eingefügt sind, wobei die Kollektoren der an ein festes .

Hilfspotentail gelegten Transistoren mit einem ersten

gemeinsamen Kollektorwiderstand und mit der Basis eines ersten als Emitterfolger geschalteten Ausgangstransistors und die Kollektoren 'der gesteuerten Transistoren der Differenzverstärker der oberen Ebene mit einem zweiten, gemeinsamen Kollektorwiders.tand und der Basis eines zweiten als Emitterfolger geschalteten Ausgangstransistörs verbunden sind,d a durch gekenn ζ ei chnet, daß in an sich bekannter Yfelse den Kollektor-Emitterstrecken der gesteuerten Transistoren der Differenzverstärker der oberen Ebene die Kollektor-Emitterstrecken weiterer gesteuerter Transistoren zur Bildung von ODER-Verknüpfungen mehrerer Eingangssignale parallel geschaltet sind und daß an jeden Differenzverstärker der oberen Ebene außer "einem Eingangssignal der zweiten Gruppe alle Eingangssignale der ersten Gruppe angelegt werden, mit Ausnahme des Eingangssignals zur Steuerung des dem betreffenden Differenzverstärker zugeordneten Strompfades.
2. Schaltungsanordnung zur Bildung des Übertrags bei der Addition von Binärzahlen unter Verwendung eines Schaltkreises nach Anspruch !,dadurch gekenn-

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zeichnet* daß der Schaltkreis zur logischen ■Verknüpfung von zwei Signalen der ersten Gruppe und zwei Signalen der zweiten Gruppe ausgelegt ist, daß die den Summanden entsprechenden Signale die Signale der ersten Gruppe . bilden und daß das dem ankommenden Übertrag entsprechende Signal an beide für die Signale der zweiten Gruppe vorgesehenen Eingänge angelegt wird.

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