DE2152444B2

DE2152444B2 - Dreistufige logische Schaltung

Info

Publication number: DE2152444B2
Application number: DE2152444A
Authority: DE
Inventors: Robert Russell Phoenix Ariz. Marley (V.St.A)
Original assignee: Fairchild Camera and Instrument Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1971-10-21
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US3639781A; NL7114217A; CA961183A; FR2113075A5; JPS5215196B1; NL171511B; NL171511C; AU452985B2; GB1330576A; IT940044B; AU3462571A; DE2152444C3; DE2152444A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreistufige logische Schaltung zur Weitergabe der Daten von einer Vielzahl von Eingangsleitungen zu einer Ausgangsschaltung,

mit einer äußeren Toranordnung mit Transistorpaaren in einer ersten Stufe,

mit mehreren Transistor-Stromweg-Paaren einer zweiten Stufe,

mit ersten Transistor-Stromweg-Paaren einer dritten Stufe,

wobei die Emitter jedes ersten Transistor-Stromweg-Paares mit je einer Stromquelle gekoppelt sind, die Emitter je eines der Transistoren der Transistor-Stromweg-Paare der zweiten Stufe mit dem Kollektor eines Transistors eines der ersten Transistor-Stromweg-Paare verbunden sind und die Emitter der je anderen Transistoren der Transistor-Stromweg-Paare der zweiten Stufe mit dem Kollektor des anderen Transistors eines der ersten Transistor-Stromweg-Paare verbunden sind,

die Emitter jedes Transistor-Paares der äußeren Toranordnung gemeinsam mit dem Kollektor eines entsprechenden Transistor-Stromweg-Paares der zweiten Stufe gekoppelt sind,

einem ersten Term-Tor mit mehreren Ausgängen, an dessen Eingängen variable Eingangssignale liegen, zum Ansteuern der Basen der ersten Transistor-Siromweg-Paare,

einem Vorspannungsnetzwerk zur Bereitstellung einer Bezugsspannung an der Basis je eines Transistors in jedem der Transistorpaare der äußeren Toranordnung, einer Vielzahl von Eingängen, wobei die Basis des einer Vielzahl von Eingängen, wobei die Basis des zweiten Transistors in jedem der Transisiorpaare der äußeren Toranordnung mit jeweils einem der Eingänge verbunden ist,

einer Ausgangsschaltung, mit der die Kollektoren jedes Transistorpaares der äußeren Toranordnung gekoppelt sind,
gekennzeichnet durch
ein einziges erstes Transistor-Stromweg-Paar (Γ41, T 42) in der dritten Stufe,

η Transistor-Stromweg-Paare (T38, Γ39) in der zweiten Stufe, wobei die Emitter je eines der Transistoren in jedem der π Paare gemeinsam mit dem Kollektor eines Transistors (T41) in dem einzigen ersten Transistor-Stromweg-Paar verbunden sind und die Emitter der anderen Transistoren in jedem der η Paare gemeinsam mit dem Kollektor des anderen Transistors (T42) in dem einzigen ersten Transistor-Stromweg-Paar (T4i. T42) verbunden sind.

In Transistorpaare (T36, Γ37) im der äußeren Türanordnung,

das erste Term-Tor, welches zwei Ausgänge aus einem variablen Eingang erzeugt,
2/7 Eingänge,

und η Minterm-Tore zum Erzeugen von π Ausgängen (XY. XY, XY, XY) aus einer kleineren Zahl variabler Eingänge (X, Y),

wobei jeder der Ausgänge der η Minterm-Tore gekoppelt ist mit den Basen anderer Transistor-Paare in den n-Transistor-Stromweg-Paaren (T3S, Γ 39).

2. Logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß π = 4 ist.

zweiten Transistors in jedem der Transistorpaare der äußeren Toranordnung mit jeweils einem der Eingänge verbunden ist, und

einer Ausgangsschaltung, mit der die Kollektoren jedes Transistorpaares der äußeren Toranordnung gekoppelt sind.

Für die Darstellung logischer Schaltungen stehen verschiedenartige Lösungen zur Verfügung, beispielsweise Mehrwegschaltungen, einschließlich der Technik der Geradeaus-Torschaltungen (straight gate technique) und der Verwendung von Sonderfunktionen (specialized function approach).

Bei Verwendung der Stromlogik (current mode logic — CML) mit Geradeaus-Torschaltungen wird ein Grund-Schaltungsplättchen verwendet, welches eine verhältnismäßig große Zahl von Toren enthält, und diese Tore können von dem Entwurfsingenicur der Schaltung auf jede gewünschte Weise verbunden werden, um die geforderte Funktion darzustellen. Dies ist ein verhältnismäßig einfaches Vorgehen, welches parallel zum detaillierten Entwurf der Schaltung läuft, jedoch ergeben sich hierbei Schaltungen mit verhältnismäßig geringer Arbeitsgeschwindigkeit und hohem Energiebedarf, da mehrere gesonderte Stromquellen erforderlich sind,

Um eine erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen und den Leistungsbedarf der Schaltung herabzusetzen, sind integrierte Multiplexschaltungen mit spezia· lisierten Funktionen unter sorgfältiger Anwendung herkömmlicher Konstruktionsmerkmale hergestellt worden, die eine sehr geringe Zahl von Toren in einer Schaltungsanordnung mit gutem Wirkungsgrad enthal-

ten. Eine Mehrfachschaltung dieser Art ist die CML-Serien-Torschaltung (CML-series gated structure); sie kann beispielsweise eine acht zu eins-Mehrfachschaltung sein, in der die Terme X, Y und Z in drei äußeren Toren erzeugt werden, und in der die acht Minterme verwendet werden, um acht Tore zu steuern, welche mit den acht Dateneingangsleitungen zusammenwirken, von denen eine zu wählen ist. In der Serientorschaltung kann eine Anzahl logischer Funktionen unter Verwendung einer einzigen .Stromquelle dargestellt werden.

In einer bekannten Ausführungsform einer in Serien-Torschaltung ausgeführten acht zu eins-Mehrfachschaltung führt die Auslegung der Schaltung zu einer Zwei-Tor-Verzögerung zwischen den acht Lei- is stungswahl-Eingangsklemmen und dem Ausgang. Außerdem arbeitet die Schaltung, die drei Stufen aufweist, mit mehr als einem Vßf-Abfall je Stufe, so daß sich eine verhältnismäßig komplizierte, mit Vorspannung arbeitende Treiberschaltung ergibt.

Die Erfindung ermöglicht, eine als CML-Serien-Torschaltung ausgebildete logische Schaltung zu schaffen, beispielsweise eine Mehrfachschaltung welche so beschaffen ist, daß nur fünf innere Tore und ein äußeres Tor zur Darstellung einer logischen Mehrfachschaltung mit drei Stufen benötigt werden. Der Ausgang wird geliefert von einer logischen Schaltung mit drei Stufen, wobei zwei der drei Stufen »wahr« und »komplementär« arbeiten, so daß man eine hohe Raumausnutzung in der Serientorschaltung erhält. Die Minterme von zwei Variablen werden in positiver Logik unter Verwendung von drei Stromquellen erzeugt, und diese Minterme bilden eine zwei zu vier-Toranordnung, so daß die Zanl der benötigten logischen Stufen sehr gering gehalten wird. Die Vierer-Breitpegelanordnung (lour wide level) der logischen Schaltung weist nur ein Tor auf. welches jeweils eingeschaltet wird und nur eine Stromquelle erfordert.

In dem Datenblatt MC 1038, MC 1238 v. August 1968 der Broschüre der Firma Motorola mit dem Titel »Motorola Digital Integrated Circuits MECL«, Blatt 4.4, wobei ergänzend MECL II, 1968, Blatt 0.2-3 zu berücksichtigen ist. ist eine dreistufige 'ogische Schaltung der eingangs aufgeführien Art beschrieben.

Die Erfindung bezweckt, eine Schaltung dieser Art zu schaffen, welche eine wesentliche Vereinfachung bei schnellerer Betriebsweise und geringerem Energieverbrauch bietet, insbesondere auch dadurch, daß die Zahl der erforderlichen Stromquellen erheblich herabgesetzt wird.

Gemäß der Erfindung vorgesehen ist eine dreistufige logische Schaltung der oben beschriebenen Art, welche gekennzeichnet ist durch ein einziges erstes Transistor-Stromweg-Paar (T41, 7'42) in der dritten Stufe,
η Transistor-Stromweg-Paare (TiS, 7"39) in der zweiten Stufe, wobei die Emitter je eines eier Transistoren in jedem der η Paare gemeinsam mit dem Kollektor eines Transistors (T4I) in dem einzigen ersten Transistor-Stromweg-Paar (T41, 7*42) verbunden sind und die Emitter der anderen Transistoren in jedem der η Paare gemeinsam mit dem Kollektor des anderen Transistors (T42) in dem einzigen ersten Transistor-Stromweg- Paar (T41. T42) verbunden sind,
2n Transistorpaare (Ti6, 7*37) in der äußeren Toranordnung, das erste Term-Tor, welches zwei Ausgänge aus einem variablen Eingang erzeugt,
In Eingänge.

und π Minterm-Tore zum Erzeugen von π Ausgängen (XY, XY, XY, X?) aus einer kleineren Zahl variabler Eingänge (X Y),

wobei jeder der Ausgänge der η Minterm-Tore gekoppelt ist mit den Basen anderer Transistor-Paare in den n-Transistor-Stromweg-Paaren ("7*38, Γ39).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist η = 4.

Die wesentlichen, einen technischen Fortschritt bietenden Unterschiede und Vorteile der Erfindung gegenüber dem Bekannten, insbesondere gegenüber der Ausführungsform gemäß der aufgeführten Broschüre »Motorola Digital Integrated Circuits MECL« werden im Anschluß an die Beschreibung der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Mehrfachschaltung gemäß der Erfindung,

Fig.2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Vorspannungs-Treiberschaltung, die ir. der Mehrfachschaltung gemäß der Erfindung verwendet wird.

F i g. 3 zeigt schematisch ein A'isführungsbeispiel der Z-Torschnltung, die in der Meh, fachschaltung gemäß der Erfindung verwendet wird.

F i g. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der X- und K-Minterm-Tore.

F i g. 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Dreistufen-Mehrfach-Tors.

Wie F i g. 1 zeigt, werden die vier Minterme XY. XY, XY und XYdurch vier Tore 11, 12, 13 und 14 gebildet, wobei der Term Z durch ein für.ftes Tor 15 dargestellt ist. Eine Tor-Anordnung 16, welche durch den Z-Term gesteuert wird, und die vier XK-Minterme wählen eine der acht E'.ingangs-Datenleitungen A — //zur Weitergabe zum Ausgang 17. jeder der vier XV-Minierme wählt zwei einander zugeordnete Wege durch die Toranordnung 16, während der fünfte Term Zeinen dieser beiden Wege wählt, so daß hierdurch eine der acht Eingangsieitungen A-H gewählt wird. Auf diese Weise werden fünf innere Tore 11 — 15 und ein äußeres Tor 16 benötigt, um eine acht zu eins-Mehrfachschaltung zu bilden. Dabei entsteht nur eine Verzögerung um ein Tor, nämlich Tor 16, zwischen den Eingangsleitungen und dem Ausgang, so daß sich in vorteilhafter Weise eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ergibt. Wie noch gezeigt werden wird, wird nur eine einzige Stromquelle benötigt für die Serientor-Mchrfachschaltunj,·, so daß für diese Schaltung die Werte für Arbeitsgeschwindigkeit und Leistung optimal sind.

Die Schallung, die als Vorspannungs-Netzwerk und Steuerstufe (Treiber) für die Mehrfachschaltung dient, ist in Fig. 2 gezeigt. Die Arbeitsweise dieser Schaltung ist in der USA-Patentanmeldung Serial No. 8 41 765 beschrieben, die am 15.7. 1969 unter der Bezeiciinung »Temperature Compensated Current-Mode Logic Circuit« unter Nennung von Robert R. Marley als Erfinder eingereicht wurde, und deren Zweck is·., tempcraturunabhängigi? Spannungsstufen darzustellen. Die Schaltung enthält Widerstände R 1, R 2 und R 3, welche in Serie mit Dioden Dl, D2, D 3 und D4 über der Vorspanriungs Spannungsquelle VVfliegen, deren Spannung bei dem gegebenen Ausführungsbeispiel - 5.2 Volt beträgt. Die in der Zeichnung bei dem jeweiligen Widerstand vorhandene Zahl gibt der Widerstandswert in Ohm an. Diese Schaltung erzeugt Basis-Spannungen für Transistoren 7*1 und 7*2 in einer ersten Zweigschaltung mit Wider.iand /?4, für Transistoren TJ, TA und 75 in einer zweiten Zweigschaltung mit Widerstand /?51, und für Transistoren Γ6, 7*7 und Γ8 in einer

dritten Zweigschaltung mit Widerstand R 6.

An den in der Zeichnung dargestellten Anschlüssen entstehen temperaturunabhängigc Stromquellen mit Spannungen Vcs\. fts und Visi und Vorspannungen Vbb. Vtim und VW Diese Spannungen werden in der angegebenen Weise in den in den Fig. 3. 4 und 5 dargestellten Schaltungen benötigt.

Das in Fig. 3 dargestellte Z-Tor enthält ein Strom-Steuernetzwerk mit Eingangstransistor 76 und ihm zugeordnetem Vorspannungswiderstand Rl in einem ersten Zweig, während der andere Zweig ßc/ugstransistor 77 und den ihm zugeordneten Vorspannungswidcrstand R 8 enthält. Die beiden Zweige sind in Serie mit Widerstand R 9 und Diode .O5 geschaltet, während die F.mittcr von 76 und 7'7 gemeinsam mit einer Stromquellensehaltung gekoppelt sind, welche Transistor 78 und Widerstand R IO enthalt, der mit Spannungsquellc VV; in Verbindung steht.

Der Eingang des Z-Tors ist über Transistor 79 mit der Hasis von I ransistor Ib gekoppelt, wahrend die Bc/ugsspanniing Vρ η mit der Basis des Bezugstransistots Tl gekoppelt ist. Wenn ein hohes Potential an der Basis des Transistors 79 anliegt, nimmt die Basis des Transistors 76 einen hohen Wert an. und es kann im linken Zweig Strom fließen, so daß Transistor 7"6 eingeschaltet und das gemeinsame F.mitterpotential angehoben wird. Transistor Il ist ausgeschaltet, so daß ein hohes Potential an der Verbindung des Widerstandes ft 8 mit dem Transistor Tl anliegt; der Ausgangstransistor Π I erzeugt dann einen hohen Potential« ert an dem nicht umgekehrten Ausgang Z.

Bei Absinken des Potentials am Kollektor von Transistor 76 wird bewirkt, daß der F.mittcr des Transistors T12 einen niedrigen Wert annimmt, und einen niedrigen Wert am Ausgang 7 erzeugt. Wenn ein niedriger Wert an der Basis des Transistors 7 9 anliegt, fließt Strom durch den rechten Zweig, und el ic Verbindung des Widerstandes Rl mit dem Transistor 7 6 hat einen hohen Wert, so daß Ausgangstransistor 7 12 einen hohen Wert an dem umgekehrten Ausgang Z erzeugt, während Transistor TW einen niedrigen an dem nicht umgekehrten Ausgang Zerzeugt, der von der in F i g. 5 dargestellten Mchrfachschalturig gebraucht w ird.

Das XV-Minterm-Tor is' in F i g. 4 dargestellt. Fs enthält Fingangsschaltungcn für die beiden .V- und V-Fi igänge π it Fingangstransistorcn 7 13 bzw. 7" 14. Dabei wird eine Zwcistufcnschaltung gebildet, deren erste Stufe zwei Stromstcuerungskreise mit Transistor 715 und seinem Bezugstransistor 716 sow ie Transistor 717 mit dem ihm zugeordneten Bezugstransistor 718 enthält.

Die zweite Stufe enthält einen ersten Strom-Stcue- rungskrcis mit Transistor 719 und ihm zugeordnetem Bezugstransistor 721. Die Emitter dieser beiden Transistoren sind gemeinsam an eine Stromquelle mit Transistor 722 und Widerstand RW gekoppelt. Der KoIK ktor des Transistors 721 ist mit den Emittern der Transistoren 715 und 716 gekoppelt. Ein zweiter Strom-Steuerungskreis enthält Transistoren 723 und 724. welche mit der zweiten Stromquelle aus Transistor 725 und Widerstand R 12 gekoppelt sind. Ein weiterer Strom-Steuerungskreis enthält Transistor 726 und den ihm zugeordneten Bezugstransistor 727. welche gemeinsam mit der dritten Stromquelle aus Transistor 728 und Widerstand R13 gekoppelt sind. Ein zusätzlicher Transistor 729 ist mit Transistor 726 parallel geschaltet.

Mit den Kollektoren der Transistoren 716 und 719 ist ein erster Stromweg mit Widerstand R 14 gekoppelt; ein zweiter Stromweg mit Widerstand R 15 ist mit den Kollektoren der Transistoren 715, 717 und 727 gekoppelt; ein dritter Sttomweg mit Widerstand R 16 ist mit den Kollektoren der Transistoren 718 und 723 gekoppelt, und ein vierter Stromweg mit Widerstand R 17 ist mit den Kollektoren der Transistoren 726 und 729 gekoppelt. Der Emitter des X-Eingangstransistors

to 713 ist mit den Basiselektroden der Transistoren 7" 17. 719 und 729 gekoppelt, während der Emitter des V-Eingangslransistors 7 14 mit den Basiselektroden der Transistoren 715. 723 und 726 gekoppelt ist.

Ausgangstransistoren 731. 7 32. 7 33 und 734 sind

Ii jeweils mit einem der vier Stromwegwiderstände R 14. «15. R 16 und/? 17 gekoppelt.

Die Schaltung arbeitet in der Weise, daß ein hohes Potential an dem Eingang A hohe Potentiale an den Basen der Transistoren 717. 719 und 7 29 hervorruft.

Bei einem hohen Potential am Fmgaiig V mcmcm mim hohe Potentiale an den Basen der Transistoren 715, 723 und 726 ein. In der ersten Stufe werden daher die Transistoren 715 und 717 leiten, und die Transistoren 7 19. 723 und 729 und 726 in der zweiten Stufe leiten

2Ί ebenfalls. Die Bezugstransistoren 716. 718. 721. 724 und Γ27 sind nichtleitend. Fin Stromwcg für den Widerstand R 14 ist durch Transistor 719 vorhanden ein Stroniwcg für den Widerstand R 16 ist durch den Tram.^ior 723 gegeben und ein Stromwcg für den

jo Widerstand R 17 besteht durch die Transistoren 726 und 729. so daß niedrige Potentiale an den Basen der Transistoren 73*. 733 und 734 erzeugt werden.

Für den Widerstand R 15 besteht kein Stromwcg. da die Transistoren 721. 724 und 727 alle ausgeschaltet

J¹J sind Fs besteht daher ein hohes Potential an der Basi< des Ausgangstransistors 732. so dall ein hohes Ausgangspotcntial an der zugehörigen A)-Klemme entsteht.

Wenn ein hohes Potential an dem .V-Eingang zum

4n Transistor 7 13 und ein niedriges am )-Eingang zun-Transistor 714 vorhanden sind, werden die Transisto ren 717. 719 und 729 leitend und die Transistoren 715. 723 und 726 nichtleitend. Die Bezugsiransistorer 716 und 724 sind leitend, und Transistor 727 wire durch Transistor 729 im ausgeschalteten Zustand gehalten. Widerstand R 14 leitet durch Transistor 719 Widerstand R 15 leitet durch die Transistoren 717 und 724. und Widerstand R 17 leitet durch Transistor 729 Der Stromweg durch Widerstand R 16 ist bei der Transistoren 718 und 723 blockiert, und ein hohe Potential w ird erzeugt an der Basis des Ausgangstransi stors 733. welcher ein hohes Potential an di( XF-Klemme anlegt.

Auf diese Weise ist das XV-Minterm-Tor in der Lage einen von vier möglichen Ausgängen zu liefern, unc zwar abhängig von den Eingängen A"und Y.

Die in Fig.5 dargestellte Mehrfach-Torschaltunf enthält eine Dreistufenschaltung. Die erste Stufe enthäl die äußere Torschaltung 16 (Fig. 1) mit acht Strom steuerungskreisen. von denen jeder einen Eingangstran sistor 736 und einen Bezugstransistor 737 enthält wobei die Basen jedes der Eingangstransistoren 73< mit je einer der acht Eingangsleitungen A—l· gekoppelt sind.

Die zweite Stufe enthält vier Stromweg-Paare, voi denen jedes Paar Transistoren 738 und 739 enthäll Der Kollektor jedes der acht Transistoren in de zweiten Stufe ist mit den Emittern je eines de

Transistorpaare 7~36, 737 gekoppelt. Die Basen jedes Transistorpaares 738, 7*39 sind gemeinsam mit einem zugehörigen Eingang der vier Eingänge XY, XY, XV und A"Fdes Minterm-Tors gemäß F i g. 4 gekoppelt. Die Steuerung dieser vier Transistorpaare ist »wahr« und »komplementär«, wobei z. B. bei Anliegen eines hohen Potentials am Eingang XY die Transistoren 738 und 739 rhs ersten Paares beide leitend sind und ihre Emitter angehoben werden, so daß die entsprechenden Transistoren 738, Γ39 der übrigen drei Paare im in Ausschaltzustand bleiben. Wenn also eines der Transistorpaare 738, 7"39 eingeschaltet ist, bleiben die anderen drei Paare in der Ausschaltstellung.

Die dritte Stufe enthält das Z-Tor 15 (Fig. I) mit einem Transistorpaar 741 und 742. deren [imitier ii gemeinsam mit Stromquellen-Transistor 743 in Verbindung stehen. Der Kollektor des Transistors 7~41 ist mit den (!mittern der vier Transistoren 7"38 gekoppelt, während der Kollektor des Transistors 742 mit den Emittern der vier Transistoren 739 gekoppelt ist. Die Basis des Transistors 7"4Ii ist mit dem umgekehrten Ausgang verbunden, und die Basis des Transistors Γ42 ist mit dem nicht-umgekehrten Ausgang des Z-Tores der F i g. 3 verbunden. Die Steuerung dieses Tores ist »wahr« und »komplementär«, so daß bei hohem 2s Potential einer Basis die gemeinsamen Emitter angehoben werden und die anderen Transistoren in der Ausschaltstellung gehalten bleiben, und umgekehrt.

Durch Einschalten eines der vier Transistorpaare in der /weiten Stufe in Kombination mit einem der beiden m Trair'stören 7"4t, Γ42 kann ein Strom durch je eines der acht Transistorpaare 7"36, T37 in der ersten Stufe geschickt werden. Wenn die Basis des Eingangstransistors T36 in dem gewählten Paar einen hohen Wert hat. wird Transistor 736 eingeschaltet, und ein niedriges y, Potential wird an die Verbindung der Widerstände R 18 und R 19 in dem Ausgangsnetzwerk angelegt. Dieses temperaturunabhängige Ausgangsnetzwerk ist in der US-Patentanmeldung Serial No. 29 967 beschrieben, welche am 20.4. 1970 unter eier Bezeichnung »Tempera- w lure Compensated Current Mode Logic Circuit« unter Nennung von Robert R. Marley als Erfinder angemeldet wurde. Wenn ein niedriges Potential an der Verbindung der Widerstände R 18 und R 19 anliegt, besteht ein Stromweg durch den Widerstand R18 parallel mit Widerstand R19 und Diode DIl und parallel mit Widerstand /?21 und Diode D 12, und die Basis des nicht-umgekehrten Ausgangstransistors 744 nimmt ein hohes Potential an, so daß bei E_n ein Ausgang mit hohem Potential erscheint. Wenn ein niedriges Potential an der Basis des Transistors Γ36 vorhanden ist. wird der Transistor 737 eingeschaltet und ein niedriges Potential erscheint an der Verbindung von Widerstand R 21 und Diode D13. und ein Strom fließt durch Widerstände Λ 18, Λ 19 und Diode D13, parallel mit Widerstand /?21. Die Basis des Transistors Γ44 nimmt einen niedrigen Wert an. und es besteht ein Ausgang mit niedrigem Potential bei £» Auf diese Weise wird das hohe bzw. niedrige Potential der jeweils gewählten Eingangsleitung A — H an der Ausgangsklemme E₀ reproduziert.

Die Mehrfachschaltung enthält einen Einschaltkreis, welcher einen Transistor 7"45 aufweist, dessen Basis über Widerstand R 22 mit Einschaltklemme E verbunden ist. Wenn der Eingang bei Transistor 7"45 hoch ist, wird der Ausgang bei E₀ niedrig, so daß die Mehrfachschaltung abgeschaltet ist; ein niedriges Potential an Transistor 7"45 ermöglicht, daß E₀ einen hohen oder niedrigen Wert annimmt, abhängig von den Eingangsleitungen A~H. Mehrere Mehrfachschaltungen der beschriebenen Art können zusammengefaßt werden, wobei ihre Ausgänge nach Art einer »Oder«- Schaltung zusammengeschaltet sind, und man kann dann beispielsweise eine Schaltung erhalten, bei der ein Wert aus sechzehn gewählt wird.

In der Regel sind in Serientorschaltungen die Basen der Bezugstransistoren in einer Stromsteuerungsschaltung mit einer festen Vorspannung gekoppelt, und die hohe bzw. niedrige Spannung in der Basis des zugehörigen Eingangstransistors der Stromsteuerungsschiiltung schwingt über bzw. unter diese feste Vorspannung. Ein Beispiel für eine solche Schaltung ist die Slromstcuerungsschaltung in F i g. 4 mit den Transistoren 715 und 716. Eine Verwendung dieser Schaltungsart in der /weiten und dritten Stufe der in Γ i g. 5 dargestellten Mehriachschaltiing würde zu einem Spannungsfall von 2 Vm: in jeder Stufe der Schaltung /wischen der Stufe darüber und darunter führen, und das würde die Zahl der Stufen begrenzen, welche innerhalb des Bereichs der zur Verfügung stehenden Spannung untergebracht werden können, in diesem Fall 5.2 Volt, und zwar würde eine Begrenzung auf zwei Stufen anstelle von drei erfolgen.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die Basen der Transistoren 738 und 739 in jedem der vier Paare der Stromwege in der zweiten Stufe zusammengeschaltet, so daß jeweils beide Stromwege in einem Paar, das von einem der vier Minterme XY. XY, XY. ATgesteuert ist, eingeschaltet werden. In einem bestimmten Zeitpunkt wird immer nur eines der vier Paare eingeschaltet sein, da die »Ein«-Stellung jedes Transistors in dem leitenden Paar das Potential der Emitter der anderen drei zusammengeschalteten Transistoren anhebt, so daß die anderen drei Transistorpaare im »Aus«-Zusiand verbleiben. Diese Wege der zwei leitenden Transistoren werden von den beiden Z-Term-Transistoren 741 und 742 gesteuert, wobei die Eingänge der Basen dieser Z-Term-Transistoren »wahr« und »komplementär« sind, so daß der eine ein hohes und der andere eir niedriges Potential in jedem Zeitpunkt annimmt und der leitende Transistor den anderen im ausgeschalteten Zustand hält. Wegen der Wahr-komplementär-Arbeitsweise dieser beiden Stufen tritt nur je ein einziger VspSpannungsfall an der zweiten und der dritten Stufe auf; auf diese Weise sind alle drei Stufen in dieser Mehrfachschaltung leicht innerhalb des zur Verfügung stehenden Speisespannungsbereichs von 5.2 Volt unterzubringen.

Außerdem ermöglicht die Anordnung, daß jede Stufe komplexer ausgebildet werden, also mehr logische Einheiten enthalten kann, als das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel aufweist Beispielsweise könnte die zweite Stufe durch acht Minterme gesteuert werden, welche aus drei Variablen XYM in einem Minterm-Tor mit acht Ausgängen erzeugt werden, anstelle der beschriebenen beiden Variablen X und Y. Jedes Minterfn würde ein Transistorpaar 738, 739 aus acht Paaren steuern, wobei die leitenden Transistoren in jedem Paar die entsprechenden Transistoren in den anderen sieben Transistorpaaren in der beschriebenen Weise in der ausgeschalteten Stellung halten wurden. Die dritte Stufe könnte in ähnlicher Weise erweitert werden. Man könnte dadurch eine eins zu scchzehn-Mehrfachschaltung erhalten, welche drei Stufen und eine Stromquelle enthält.

Auch ist zu beachten, daß nur eine einzige

Stromquelle (T43) verwendet wird, um die gewühlten eins zu acht-Strompfade mit Strom zu versorgen, und daß nur eine Verzögerung von einem Tor zwischen den Eingangsleitungen A — //und der Ausgangsklemnie E_n vorhanden ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von π bzw. vier Paaren von Transistoren in der zweiten Stufe (Γ38, Γ39 in Fig. 5), wobei die Basen jedes Transistorpaares gemeinsam gesteuert werden durch einen der vier Minterme XY, XY, XY bzw. XY, ist die Verringerung to der Zahl der in der Anordnung erforderlichen Stromquellen. Dabei ist besonders zu berücksichtigen, daß durch die Steuerung jedes Transistorpaares in der zweiten Stufe durch einen von vier Mintermcr die Schaltung gemäß der Erfindung mit einem einzigen i"> Transislorpaar in der dritten Stufe auskommt und arbeitsfähig ist; es sind im vorliegenden Rill die Transistoren Γ41 und Γ42, deren Emitter gemeinsam mit dem Kollektor der einzigen benötigten Stromquelle

Gegensatz zu der Schaltung gemäß der oben genannten MECI.-broschüre, bei der zwei stromsteuernde Schaltungen in der dritten Stufe und vier stromstcuernde Schaltungen in ihrer zweiten Stufe vorhanden sinJ. Demnach unterscheidet sich die crfindungsgcma'ß 2ϊ vorgesehene Schaltung insbesondere hinsichtlich der Elemente Γ38 und Γ 39 wesentlich von der MECL-Schaltung. Dabei ist von wesentlicher Bedeutung, daß die MECL-Schaltung /wci Stromquellen erfordert.

Die Schaltung gemäß der Erfindung kann außerdem so die Vorteile eines temperaturunabhängigen Ausgangsnetzwerks ausnutzen, wie es in der US-Patentanmeldung Scr. No. 29 967 »Temperature Compensated Current Mode Logic« (angemeldet am 20.4.1970 für Robert R. Marley u. a.) beschrieben ist. Diese Gestaltung r, des Ausgangs erfordert keine zusätzliche Stromquelle, während die MECL-Schaltung am Ausgangspuffergatter eine eigene zusätzliche Stromquelle benötigt.

Eine weitere Reduzierung der Zahl der Stromquellen, welche bei uer erfindungsgemäßen Verwendung der vier Minterme zur Steuerung von Transistorpaaren in der zweiten Stufe benötigt werden, erhält man in der X- und K-Minterm-Gatterstruktur, welche in F i g. 4 dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, daß dort nur drei Stromquellen, nämlich Γ22, T25 und 7"28. erforderlich sind, um die vier Minterme zu bilden. — Dei der MECL-Schaltung sind insgesamt fünf Stromquellen in der ersten, der zweiten und der dritten Stufe für die Terme Si, Sl, S 2. S~l und 53 erforderlich.

Die Schaltung gemäß der Erfindung erfordert insgesamt vier Stromquellen, während die Ml'.CI.-Schaltung insgesamt acht Stromquellen erfordert. Dieser wesentlich geringere Bedarf an Stromquellen bei der Schaltung gemäß der Erfindung führt zu einer einfacheren Schaltung bei schnellerer Betriebsweise, und es wird auch weniger Energie verbraucht, als e-> hei (If¹I^- hek;inntpn Sch;illiing rlrr FnIl ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der geringere Spannungsabfall in der /weiten und dritten Stufe, den man dadurch erhält, daß man nicht die .Stromsteuerschaltung verwendet, wie .-.ie bei der bekannten Schaltung vorgesehen ist, wo die Basen der Be/ugstr.insistoren mit einer festen Vorspannung gekoppelt sind (Tt. .T2) und die hohe und niedrige Spannung auf der Basis jedes angeschlossenen Eingangstransistors über und unter diese feste Basis schwingt. Wie erwähnt, führt eine solche Stromsteuerschaltung dazu, daß in leder Ebene ein Abfall von 2 Vbe auftritt, während bei der Schaltung gemäß der Erfindung nur ein Abfall von einmal Übe in der zweiten und der dritten Stufe vorhanden ist. Dieser geringe Spannungsabfall erlaubt den Einsatz weiterer Stufen und damit die Darstellung komplexerer Schaltungen, welche arbeitsfähig sind, ohne daß ein höherer Leislungsbedarf eintritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Dreistufige logische Schaltung zur Weitergabe der Daten von einer Vielzahl von Eingangsleitungen zu einer Ausgangsschaltung,
mit einer äußeren Toranordnung mit Transistorpaaren in einer ersten Stufe,

mit mehreren Transistor-Stromweg-Paaren einer zweiten Stufe, mit ersten Transistor-Stromweg-Paaren einer dritten Stufe, wobei die Emitter jedes ersten Transistor-Stromweg-Paares mit je einer Stromquelle gekoppelt sind,

die Emitter je eines der Transistoren der Transistor-Stromweg-Paare der zweiten Stufe mit dem Kollektor eines Transistors eines der ersten Transistor-Stromweg-Paare verbunden sind und die Emitter der je anderen Transistoren der Transistor-Stromweg-Paare der zweiten Stufe mit dem Kollektor des anderen Transistors eines der ersten Transistor-Stromweg-Paare verbunden sind, die Emitter jedes Transistor-Paares der äußeren Toranordnung gemeinsam mit dem Kollektor eines entsprechenden Transistor-Stromweg-Paares der zweiten Stufe gekoppelt sind,
einem ersten Term-Tor mit mehreren Ausgängen, an dessen Eingängen variable Eingangssignale liegen, zum Ansteuern der Basen der ersten Transistor-Stromweg-Paare, einem Vorspannungsnetzwerk zur Bereitstellung einer Bezug.,spannung an der Basis eines Transistors in jedem der Transis'orpaare der äußeren Toranordnung,