DE2217537A1 - Transistor-Transistor-Logikschaltung - Google Patents

Description

Böblingen, 10. März 19 7 Z. gg-we

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 971 021

Transistor-Transistor-Logikschaltung

Die Erfindung betrifft eine Transistor-Transistor-Logikschaltung, bestehend aus einem Multiemitter-Eingangstransistor, dessen Emittern die logischen Eingangssignale zugeführt werden und dessen Kollektor mit dem Steuereingang eines in Abhängigkeit von den Eingangssignalen in einen ersten leitenden oder in einen zweiten gesperrten Zustand geschalteten Ausgangstransistors verbunden ist.

Digitale Logikschaltungen finden verbreitete Anwendung bei der Durchführung logischer Operationen in Computern und Datenverarbeitungsanlagen. In der derzeit üblichen integrierten Schaltungstechnik ist man bestrebt, Logikschaltungen zu verwenden, die sich in dieser Technik relativ einfach verwirklichen lassen und die hinsichtlich ihrer Eigenschaften die angestrebten Forderungen erfüllen.

In diesem Zusammenhang sind verschiedene Arten von Logikschaltungen entstanden. Eine dieser Schaltungen ist als Transistor-Transistor-Logikschaltung bekannt. Diese Schaltung weist gegenüber den anderen bekannten Logikschaltungen hinsichtlich der erreichbaren hohen Schaltgeschwindigkeiten, der niedrigen Verlustleistung, der Störunanfälligkeit, der relativ große» Ansaiil von aufeinanderfolgenden Schaltungen, die über parallele Eingänge betreibbar sind und hinsichtlich der kapazitiven Belastbarkeit wesentliche Vorteile auf.

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Bei der Entwicklung derartiger Schaltungen ist man in erster Linie bestrebt, hohe Schaltgeschwindigkeiten sicherzustellen. Der Begriff Geschwindigkeit beinhaltet dabei normalerweise die Anzahl der je Zeiteinheit möglichen Schaltzustandsänderungen, also die Flankensteilheit der Ausgangsimpulse, die übertragungsgeschwindigkeit einer Pegeländerung vom Eingang zum Ausgang und die erreichbare Zykluszeit. Generell bekannt ist, die Schaltgeschwindigkeit einer Logikschaltung durch Erhöhung der Betriebsspannung zu vergrößern. Diese Maßnahme hat jedoch zur Folge, daß auch der Leistungsverbrauch der Schaltung ansteigt und daß damit eine erhöhte Wärmeabfuhr erforderlich ist. Lim den Leistungsbedarf von Transistor-Transistor-Logikschaltungen herabzusetzen, hat man die Gesamtschaltung hochohmiger verwirklicht. In vielen Anwendungen dieser Logikschaltungen sind infolge der hohen internen Impedanzen die angeschlossenen übertragungsleitungen nicht abgeschlossen. Dadurch können zwei störende Erscheinungen auftreten. Da die ungebrauchten Eingänge des Multiemitter-Transistors einer Transistor-Transistor-Logikschaltung an eine vorübergehend relativ hohe negative Spannung gelegt sind, kann an den dabei in Sperrrichtung betriebenen übergängen ein Durchbruch auftreten. Diesem negativen Impuls wird über die übertragungsleitung, von der angeschlossenen Treiberschaltung kommend, aufgrund der Reflexion ein positiver Impuls folgen. Dieser Impuls kann dann ein falsches Schalten der Logikschaltung bewirken. Dieses Problem wurde seither dadurch gelöst, daß an jeden Emitter des Multiemitter-Eingangstransistors eine Diode angeschaltet wurde. Diese Lösung hat den Nachteil, daß eine große Anzahl von Dioden erforderlich ist. Da die Schaltung in integrierter Technik verwirklicht werden soll, müssen diese Dioden außerdem noch alle voneinander isoliert werden. Dies bedeutet, daß für jede Diode ein separates Isolationsgebiet innerhalb der integrierten Schaltung erforderlich ist. Schließlich haben die Dioden nicht zu vernachlässigende Eingangskapazitäten der Schaltung zur Folge.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine verbesserte Transistor-Transistor-Logikschaltung anzugeben, die bei Erhaltung

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der bekannten Vorteile in einfacher Weise die durch überschwingvorgänge bei den Schaltvorgängen ausgelösten Probleme vermeidet. Insbesondere soll gewährleistet sein, daß die Schaltung trotz hoher interner Widerstände relativ hohe und über lange Übertragungsleitungen zugeführte Spannungssignale verarbeiten kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe für eine Transistor-Transistor-Logikschaltung, bestehend aus einem Multiemitter-Eingangstransistor, dessen Emittern die logischen Eingangssignale zugeführt werden und dessen Kollektor mit dem Steuereingang eines in Abhängigkeit von den EingangsSignalen in einen ersten leitenden oder in einen zweiten gesperrten Zustand geschalteten Ausgangstransistors verbunden ist, dadurch gelöst, daß der Kollektor des Eingangstransistors an eine unipolare Spannungsbegrenzerschaltung angeschlossen ist. Ein einfaches Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Spannungsbegrenzerschaltung aus einer den Kollektor mit einer Bezugsspannungsquelle verbindenden Diode besteht, die während des zweiten Schaltzustandes Signalschwankungen ableitet. Dabei erweist sich im Hinblick auf die Integrierbarkeit eine Schottky-Diode als besonders vorteilhaft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Transistor-Transistor-Logikschaltung ,

Fig. 2 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels

einer erfindungsgemäßen Transistor-Transistor-Logiks chaltung,

Fig. 3 die Schnittansicht eines in der erfindungsgemäßen

Schaltung verwendeten Multiemitter-Transistors.

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Die in Fig. 1 dargestellte Logikschaltung weist eine Eingangs-Tor schaltung 10 mit einem MuItiemitter-Transistor 12 auf. Die Emitter sind an die Eingangsklemmen 14, 16 und 18 angeschlossen. Die Basis 21 ist über einen Widerstand 22 mit einer Spannungsquelle 20 verbunden. Die Ausgangsschaltung 26 weist einen Transistor 26 auf, dessen Basis 30 mit dem Kollektor 24 des Multiemitter-Transistors 12, dessen Emitter 32 mit Massepotential und dessen Kollektor 34 über einen Widerstand 36 ebenfalls mit der Spannungsquelle 20 verbunden ist. Die Ausgangsklemme 38 der Logikschaltung liegt am Kollektor 34 des Transistors 28. Die bis hierher beschriebene Schaltung entspricht der bekannten Grundschaltung einer Transistor-Transistor-Logik. Die der Erfindung zugrundeliegende Verbesserung dieser bekannten Schaltung ist in der Einfügung einer Schottky-Diode 40 zu sehen. Diese Diode ist zwischen dem Kollektor 24 des Transistors 12 und Masse oder einem anderen Bezugspotential eingeschaltet.

Die Diode 40 könnte auch eine konventionelle Diode sein. Es muß sich in jedem Falle um ein richtungsabhängiges Bauelement zur Spannungskontrolle handeln, das am Kollektor auftretende Spannungsschwankungen und Uberschwingvorgänge, die einen Durchbruch der in Sperrichtung betriebenen Emitter am Eingang hervorrufen könnten, wenn an einem oder mehreren der Eingänge ein positiver Stromimpuls auftritt. Im Gegensatz zu den genannten bekannten Schaltungen ist hier lediglich eine Diode 40 vorgesehen. Da diese Diode direkt mit der Kollektorzone des Multiemitter-Trahsistors 12 verbunden ist, erspart man sich bei Verwendung einer Schottky-Diode eine separate Isolationswanne, die erforderlich wäre, wenn an den Eingängen, also an den Emittern entsprechende Dioden angeordnet werden würden. Aus Fig. 3 ergibt sich die Struktur des MuItiemitter-Transistors 12 und der Schottky-Diode 40. Aus dieser Struktur läßt sich gleichzeitig eine anzuwendende Herstellungsmethode ableiten. Eine N-leitende Epitaxieschicht 42 ist auf ein P-leitendes Substrat 44 aufgebracht und trägt eine Siliclumdioxidschicht 46. Isolationsdiffusionen 48 isolieren den Transistor 12 und die Diode 40 von benachbarten Schaltelementen

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der integrierten Anordnung. Der Kollektor 24 ist mit einer hochdotierten Subkollektorzone 50 versehen, die über eine Kontaktierungsdiffusion 52 an die Oberfläche der Anordnung geführt ist. In die Basiszone 54 sind N -leitende Diffusionszonen 56 eingebracht, die die Emitter 14, 16 und 18 des Multiemitter-Transistors 12 bilden. Der Kontakt 40 bildet mit der N-leitenden Epitaxieschicht 42, also mit dem Kollektor, die gewünschte Schottky-Diode. Um an diese Diode eine geeignete Bezugsspannung anzulegen, kann dieser Kontakt mit Massepotential verbunden werden. Dies geschieht mit Hilfe eines Leiters, der die Diode 40 mit einem entsprechenden Kontakt an der Isolationsdiffusion 48 verbindet.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Transistor-Transistor-Logikschaltung. Der Multiemitter-Transistor 12 ist mit entsprechenden Emitteranschlüssen 14, 16 und 18, einem Kollektor 24 und einer über einen Widerstand 22 an eine Spannungsquelle 20 angeschlossenen Basis ausgestattet. Der den Ausgang bildende Kollektor 24 liegt an der Basis 30 des Ausgangstransistors 28. Wie aus der Schaltung gemäß Fig. 2 klar zu ersehen ist, kann die Ausgangsschaltung dadurch modifiziert werden, daß eine Impulsformerschaltung 60 zur Versteilerung der Ausgangsimpulse eingefügt ist. Außerdem ist eine Gegentaktstufe 62 vorgesehen, die eine niedrige Ausgangsimpedanz liefert. Wie in Fig. 1 ist eine Spannungsbegrenzerschaltung vorgesehen, die aus einer an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossenen Diode 40 besteht. Die Diode ist also zwischen dem Kollektor 24 des Multiemitter-Transistors 12 und Massepotential gelegt. Die Schaltung ist weiterhin dadurch modifiziert, daß jeweils der Kollektor und die Basis der Transistoren durch eine Schottky-Diode verbunden sind.

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Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Transistor-Transistor-Logikschaltung, bestehend aus einem Multiemitter-Eingangstransistor, dessen Emittern die logischen Eingangssignale zugeführt werden und dessen Kollektor mit dem Steuereingang eines in Abhängigkeit von den Eingangssignalen in einen leitenden ersten oder in einen gesperrten zweiten Zustand geschalteten Ausgangstransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Eingangstransistors an eine unipolare Spannungsbegrenzerschaltung angeschlossen ist.
2. 2. Transistor-Transistor-Logikschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzerschaltung aus einer den Kollektor mit einer Bezugspannungsquelle verbindenden Diode besteht, die während des zweiten Schaltzustandes Signalschwankungen ableitet.
3. 3. Transistor-Transistor-Logikschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Diode eine Schottky-Diode verwendet ist.
4. 4. Transistor-Transistor-Logikschaltung nach den Ansprüchen

   1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangstransistor ein NPN-Transistor ist.

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