DE2317875A1

DE2317875A1 - Monolithisch integrierte, logische schaltung

Info

Publication number: DE2317875A1
Application number: DE19732317875
Authority: DE
Inventors: Paul Vincent Jordan; Robert Fluck Sechler
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1973-04-10
Publication date: 1974-01-10
Also published as: FR2189947B1; JPS4964353A; GB1410094A; CA1009315A; FR2189947A1; JPS5242616B2; IT984148B

Description

Böblingen, den 21. Februar 19 73 gg-sn

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 971 101

Monolithisch integrierte, logische Schaltung

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte, logische Schaltung, deren einzelne logische Schaltkreise auf wenigstens zwei Halbleiterplättchen verteilt sind, wobei der Ausgang eines auf dem ersten und der Eingang eines auf dem' zweiten Halbleiterplättchen untergebrachten logischen Schaltkreises über eine Zwischenverbindung gekoppelt ist.

Derartige logische Schaltungen finden verbreitete Anwendung in digitalen Computern und anderen digitalen Datenverarbeitungs- und Übertragungseinrichtungen.

Die zum Aufbau komplexer logischer Schaltungen verwendeten logischen Schaltkreise lassen sfch bekanntlich in solche mit Strom- und solche mit Spannungssteuerung unterteilen. Stromgesteuerte Schaltungen sind auch als Stromübernahmeschalter oder als emittergekoppelte Logikschaltungen (ECL) bekannt. Spannungsgesteuerte Schaltungen setzen sich aus Transistor-Logikschaltungen (TTL-Schaltkreise) und aus Dioden-Transistor-Logikschaltungen (DTL-Schaltkreise) zusammen. Der TTL-Schaltkreis besteht aus einem ersten Multiemitter-Transistor, dessen Kollektor mit der Basis eines zweiten Transistors in Emitterschaltung verbunden ist. Die Emitter des ersten Transistors bilden die Ein— gänge und der Kollektor des zweiten Transistors den Ausgang des

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Schaltkreises. Der DTL-Schaltkreis besteht aus einer Mehrzahl von Eingangsdioden, die parallel auf die Basis eines Transistors in Emitterschaltung geführt sind.

Die spannungsgesteuerten TTL- und DTL-Schaltkreise sind anderen logischen Schaltkreisen in mehrfacher Hinsicht überlegen. Insbesondere weisen sie ein relativ geringes Produkt aus Verzögerungszeit und Verlustleistung auf, so daß man für eine gegebene Verlustleistung eine relativ hohe Schaltgeschwindigkeit erzielen kann. Sie erfordern bei ihrer Herstellung in integrierter Technik nur relativ wenig Halbleiterfläche und lassen sich, da eine relativ große Anzahl von Schaltkreisen auf einem monolithischen Halbleiterplättchen gegebener Größe integrierbar ist, wirtschaftlich herstellen. Die TTL-Schaltkreise weisen außerdem den Vorteil auf, daß sie relativ große Toleranzen in der Stromversorgung zulassen.

Die genannten Schaltkreise zeigen aber auch einen beachtlichen Nachteil. Dieser besteht darin, daß sie relativ ungünstige Eigenschaften für die Weitergabe und den Empfang von Signalen über Leitungen aufweisen< die sich zwischen einzelnen Halbleiterplättchen erstrecken. Die Ursache dafür ist darin zu suchen, daß diese Schaltkreise nur geringe Störabstände gewährleisten und daß sie relativ niedrige Eingangs/Ausgangs-Stromverstärkungen aufweisen. Bei Verwendung anderer Schaltungen kann durch eine Auslegung für eine erhöhte Verlustleistung, die Stromverstärkung angehoben werden. Obwohl dabei der Störabstand reduziert wird, ist dies kein Nachteil, da diese Schaltungen von Anfang an einen ausreichend hohen Störabstand gewährleisten. Bei den spannungsgesteuerten TTL- und DTL-Schaltkreisen ist jedoch eine Umgestaltung für höheren Leistungsverbrauch und höhere Stromverstärkung nicht möglich, da die maximale Verlustleistung durch den zulässigen Störabstand begrenzt ist. Der mit spannungsgesteuerten Schaltkreisen erreichbare Störabstand ist nämlich schon so gering, daß eine weitere Verringerung nicht zugelassen werden kann. Auch bei einer Auslegung für einen maximalen Stör-

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abstand bieten die TTL- und DTL-Schaltkreise noch keine ausreichende Sicherheit dafür, daß bei den auf Zwischenverbindungen zwischen Halbleiterplättchen auftretenden hohen Störpegeln keine unerwünschten Schaltvorgänge ausgelöst werden.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, bei monolithisch integrierten, logischen Schaltungen, deren einzelne logischen Schaltkreise auf wenigstens zwei Halbleiterplättchen verteilt sind, und bei denen der Ausgang eines auf dem ersten und der Eingang eines auf dem zweiten Halbleiterplättchen untergebrachten logischen Schaltkreises über eine Zwischenverbindung gekoppelt ist, die durch den Einsatz von TTL- und DTL-Schaltkreisen vorhandenen Vorteile auszunutzen und gleichzeitig die genannten Nachteile zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem ersten Halbleiterplättchen eine zusätzliche Ausgangsstufe angeordnet ist, deren Eingang mit dem Ausgang des dortigen, zu koppelnden logischen Schaltkreises verbunden ist und deren Ausgangswiderstand niedriger als der des logischen Schaltkreises ist, daß auf dem zweiten Halbleiterplättchen eine zusätzliche Eingangsstufe angeordnet ist, deren Ausgang mit dem Eingang des dortigen, zu koppelnden logischen Schaltkreises verbunden ist und deren Eingangswiderstand höher als der des logischen Schaltkreises ist, und daß der Ausgang der Ausgangsstufe mit dem Eingang der Eingangsstufe verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines TTL-Schaltkreises, der

in zwei Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer logischer Schaltungen Verwendung findet,

Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausgangsstufe in Form eines Emitterfolgers,

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Fig, 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ein

gangsstufe in Form einer Diode,

Fign. 4A und 4B ein Schaltbild eines ersten erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels unter Verwendung von TTL-Schaltkreisen und einer Dioden-Eingangsstufe,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Eingangsstufe mit einem

Transistor,

Fign. 6A und 6B ein Schaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels unter Verwendung von TTL-Schaltkreisen und einem Transistor als Eingangsstufe ,

Fig. 7 ein Schaltbild eines DTL-Schaltkreises, der

in zwei weiteren Ausführungsbeispielen Verwendung findet,

Fign. 8A und 8B ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels unter. Verwendung von DTL-Schaltkreisen und einer Diode als Eingangsstufe, und

Fign. 9A und 9B ein Schaltbild eines vierten erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels unter Verwendung von DTL-Schaltkreisen und einem Transistor als Eingangsstufe.

Es sei zunächst bezug auf Fig..1 genommen, es sei zunächst ein bekannter TTL-Schaltkreis, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, näher betrachtet. Der Schaltkreis enthält einen ersten Transistor Tl mit einem Kollektor Cl, einer Basis Bl und vier Emittern EIa, EIb, Eic und Eid. Diese Emitter sind mit zugeordneten Eingängen II, 12, 1.3 und 14 verbunden. Die Basis Bl des Transistors Tl ist über einen Widerstand Rl an eine Spannungsquelle +V geführt.

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Der Kollektor Cl des Transistors Tl ist über eine. Leitung Ll mit der Basis B2 eines zweiten Transistors T2 verbunden. Der Emitter E2 dieses Transistors liegt an einer negativen Spannungsquelle- -Vl. Der Kollektor C2 ist über einen Widerstand R3 mit der positiven Spannungsquelle +V verbunden. Eine erste Schottky-Diode SDl liegt mit ihrer Anode an der Basis des Transistors Tl und mit ihrer Kathode am Kollektor des Transistors Tl bzw, an einem mit diesem verbundenen Widerstand R2, der mit seinem anderen Anschluß an die Spannungsquelle +V geführt ist. Eine zweite Schottky-Diode SD2 liegt mit ihrer Anode am Kollektor des Transistors Tl und damit am einen Anschluß des Widerstandes R2 und mit ihrer Kathode am Kollektor des Transistors T2. Der gemeinsame Verbindungspunkt von Widerstand R2, Kathode von Diode SDl und Anode von Diode SD2 ist über eine Leitung L2 an den Kollektor des Transistors Tl gelegt. Der Kollektor C2 des Transistors T2 bildet den Ausgang 01 des logischen Schaltkreises.

Da die Wirkungsweise dieses TTL-Schaltkreises allgemein bekannt ist, sei sie nur kurz angedeutet. Wird an einen oder mehrere der Eingänge Il bis 14 ein dem unteren logischen Pegel entsprechendes Signal angelegt, so werden die jeweiligen Basis-Emitterübergänge in Durchlaßrichtung vorgespannt und es fließt über den Widerstand R2 und über den Widerstand Rl und die Diode SDl ein Strom in den Kollektor des Transistors Tl. Das bedeutet, daß die Spannung am Kollektor Cl abfällt, wodurch der Transistor T2 in den gesperrten Zustand gebracht wird. Am Kollektor C2 des Transistors T2 und damit am Ausgang 01 stellt sich eine Spannung ein, die der der Spannungsquelle +V entspricht. Liegt an sämtlichen Eingängen Il bis 14 ein den oberen logischen Pegel kennzeichnendes Signal, so kann die Spannung an der Basis Bl des Transistors Tl ansteigen. Der Basis-Kollektorüberübergang des Transistors Tl wird in Durchlaßrichtung betrieben. Die Spannung am Kollektor Cl wird nach oben gezogen, so daß der Transistor T2 leitend wird. Der Transistor T2 zieht über den Widerstand R3 und über den Widerstand R2 und die Diode SD Kollektorstrom. Die Spannung am Kollektor C2 und damit am Ausgang 01 fällt auf den den unteren

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logischen Pegel kennzeichnenden Wert ab. Die Schottky-Dioden SDl und SD2 verhindern die Sättigung der Transistoren Tl und T2.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Ausgangsstufe SCl, bestehend aus einem Emitterfolger, dargestellt. Der Emitterfolger enthält einen Widerstand T3, dessen Kollektor C3 an die positive Betriebsspannung +V, dessen Basis B3 an den Eingang E5 und dessen Emitter E3 an den Ausgang 02 angeschlossen ist. Der Kollektor C3 ist über einen Widerstand R4 mit der Basis B3 verbunden. Der Emitter ist über einen Widerstand R5 mit der negativen Betriebsspannungsquelle -V2 verbunden. Der Signal am Ausgang 02 folgt im wesentlichen dem Signal am Eingang 15 und unterscheidet sich lediglich um den Basis-Emitterspannungsabfall am Transistor T3. Für Ausgangsspannungen entsprechend dem oberen logischen Pegel ist die Stromverstärkung am Ausgang 02 des Transistors T3 wesentlich höher als am Ausgang 01 des TTL-Schaltkreises nach Fig. 1 oder am Ausgang 05 ist anhand der Fig. 7 noch zu beschreibenden DTL-Schaltkreises.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß verwendbare Dioden-Eingangsstufe RCl dargestellt. Diese Eingangsstufe ist in zwei der vier noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiele eingesetzt. Die Stufe weist einen Transistor T4 auf, dessen Basis B4 mit dem Kollektor C4 über eine Leitung L3 kurzgeschlossen ist. Der Ausgang 03 liegt am Kollektor C4. Der Emitter E4 bildet gleichzeitig den Eingang 16. Außerdem ist der Emitter E4 über einen Widerstand R6 mit der negativen Betriebsspannungsquelle -V3 verbunden.

Es sei nunmehr bezug auf die Fign. 4A und 4B genommen, die ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit TTL-Schaltkreisen nach Fig. 1 und Dioden-Eingangsstufen RCl nach Fig. 2 enthalten. Ein erstes monolithisches Halbleiterplättchen CHl (Fig. 4A) enthält fünf TTL-Schaltkreise, die jeweils innerhalb der mit LCl bis LC5 gezeichneten gestrichelten Rechtecke untergebracht sind. Ein zweites monolithisches Halbleiterplättchen CH2 (Fig. 4B) enthält vier jeweils innerhalb eines gestrichelten

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- 7 Rechteckes untergebrachte TTL-Schaltkreise LC6 bis LC9.

Die TTL-Schaltkreise LCl bis LC5 des Halbleiterplättchens CHl bilden zusammen einen konventionellen Verriegelungskreis. Im Hinblick auf die Erfindung ist dieser Regelungskreis ohne Bedeutung, er ist lediglich als Beispiel verwendet, um die Zwischenverbindungen auf dem Halbleiterplättchen, die die Dateneingänge Il bis 14-und die Ausgänge Ol der Schaltkreise umfassen; von den anschließend zu beschreibenden Zwischenverbindungen zwischen einzelnen Halbleiterplättchen zu unterscheiden. Eine Dateneingangsleitung ist mit dem Eingang Il des Schaltkreises LC2 verbunden. Der Eingang 12 dieses Schaltkreises ist über eine Leitung L4 mit dem Ausgang des Schaltkreises LCl verbunden. Eine Taktleitung liegt am Eingang Il des Schaltkreises LCl und außerdem über eine Leitung L6 am Eingang Il des Schaltkreises LC3. Der Ausgang Ol des Schaltkreises LC2 ist über eine Datenausgangsleitung L5 mit dem Eingang 12 des Schaltkreises LC5 verbunden. Der Ausgang Ol des Schaltkreises LC3 ist über Leitungen L7 und L8 mit dem Eingang Il des Schaltkreises LC4 und über Leitung L7 mit dem Eingang 12 des Schaltkreises LC5 verbunden. Der Ausgang Ol des Schaltkreises LC4 steht über einer Leitung L9 mit dem Eingang 12 des Schaltkreises LC3 in Verbindung.

Um ein Signal von der logischen Schaltung auf dem Halbleiterplättchen CHl zur logischen Schaltung auf dem Halbleiterplättchen CH2 zu übertragen, ist auf dem Halbleiterplättchen CHl eine gesonderte Ausgangsstufe SCl und auf dem Halbleiterplättchen CH2 eine gesonderte Eingangsstufe RCl vorgesehen. Der Ausgang 01 des Schaltkreises LC5 ist mit dem Eingang 15 der Ausgangsstufe SCl verbunden. Der Ausgang 02 der Ausgangsstufe SCl ist über eine Zwischenverbindung LlO zum Eingang 16 der Eingangsstufe RCl geführt. Der Ausgang O3 der Eingangsstufe ist über eine Leitung LIl an die Basis B2 des Transistors T2 des Schaltkreises LC6 gelegt,

Der Ausgang 01 des Schaltkreises LC6 ist über Leitungen L12 und L14 mit dem Eingang Il des Schaltkreises LC8 verbunden. Der Aus-

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gang Ol des Schaltkreises LC7 liegt über Leitungen L13 und L14 am Eingang Il des Schaltkreises LC8. Weiterhin ist der Ausgang 01 des Schaltkreises LC6 über Leitungen Ll2, Ll2a und Ll4a mit dem Eingang Il des Schaltkreises LC9 verbunden. Auch hier ist festzustellen, daß die die Schaltung auf dem Haltleiterplättchen CH2, wie bereits im Zusammenhang mit der Schaltung des Halbleiterp lättchens CHl ausgeführt, für die die Zwischenverbindung der Halbleiterplättchen betreffende Erfindung von unwesentlicher Bedeutung. Es sei nur beispielsweise dargestellt, daß die Eingänge Il bis 14 der Schaltkreise mit den zugeordneten Ausgängen Ol zur Bildung einer logischen Schaltung geeignet kombiniert sind.

Es sei nunmehr auf die Wirkungsweise der Ausgangsstufe SCl und der Eingangsstufe RCl beim Übertragen eines logischen Signals von der Schaltung auf dem Halbleiterplättchen CHl zur Schaltung auf dem Halbleiterplättchen CH2 beschrieben. Nimmt das Signal am Ausgang 01 von LC5 (Fig. 4A) und am Eingang 15 von der Ausgangsstufe SCl den unteren Pegel ein, dann liegt auch das Signal am Ausgang 02 der Ausgangsstufe SCl auf einem unteren Pegelwert, da der Transistor T3 als Emitterfolger geschaltet ist. Dieses logische Signal wird über die Halbleiterplättchen-Zwischenverbindungsleitung LlO dem Eingang 16 der Eingangsstufe RCl (Fig. 4B) zugeführt. Dabei wird der Basis-Emitterübergang des als Diode geschalteten Transistors T4 durchlässig und das Signal erscheint am Ausgang 03 der Eingangsstufe RCl. Dieses Signal wird dann über die Leitungen LIl und Ll der Basis B2 des Transistors T2 von LC6 zugeführt, so daß dieser Transistor gesperrt wird. Es fließt also kein Strom über die Widerstände R2, R3 und am Ausgang 01 von LC6 liegt der obere logische Pegel an, der gleich dem Potential der positiven Betriebsspannung +V ist. Schließlich wird dieses Signal über die Leitungen L12, Ll2a, L14 und Ll4a den logischen Schaltkreisen LC8, LC9 zugeführt.

Befindet sich das logische Signal am Ausgang 01 von LC5 (Fig. 4A) und am Eingang 15 der Ausgangsstufe SCl auf dem oberen Pegel, dann> liegt auch das Signal am Ausgang 02 der Ausgangsstufe SCl hoch.

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Dieses Signal wird wieder über die Halbleiterplättchen-Zwischenverbindungsleitung LlO zum Eingang 16 der Eingangsstufe RCl übertragen. Die aus dem Transistor T4 bestehende Diode wird gesperrt, so daß der Transistor T2 leitend wird. Der über die Widerstände R2, R3 fließende Kollektorstrom des Transistors T2 erzeugt einen Spannungsabfall, so daß am Ausgang 01 von LC6 der untere logische Pegel ansteht. Dieses Signal wird dann wieder über die Leitungen L12, Ll2a, L14 und Ll4a zu den logischen Schaltkreisen LC8_r LC9 weitergeleitet.

Die Verwendung eines Emitterfolgers als Ausgangsstufe SCl bringt folgende Vorteile mit sich. Ist Transistor T2 des logischen Schaltkreises LC5 leitend, so liegt das Potential an seinem Kollektor und damit am Ausgang 01 auf dem unteren Pegelwert. Bei diesem Pegel ist der Störabstand zu gering, um eine einwandfreie übertragung des Signals vom Halbleiterplättchen CHl über die Leitung LlO zum Halbleiterplättchen CH2 zu gewährleisten. Die Einschaltung eines Emitterfolgers als Ausgangsstufe SCl ergibt einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand und eine hohe Stromverstärkung am Ausgang 02, wobei das Signal in Richtung höheren Störabstandes verschoben wird.

Es zeigt sich, daß wenn das zwischen den Halbleiterplättchen übertragene Signal den oberen Pegelwert einnimmt, daß dann, die aus dem Transistor T4 bestehende Diode der Eingangsstufe RCl gesperrt ist. Das bedeutet aber, daß der logische Schaltkries LC6 isoliert wird und daß damit Störspannungen auf der Leitung LlO nicht die Funktion der logischen Schaltkreise LC6 bis LC9 beeinflussen können. Die Eingangsstufe RCl verhindert auch, daß ein Gleichstrom in die Basis B2 des Transistors T2 des logischen Schaltkreises LC6 fließt. Die Eingangsstufe RCl liefert außerdem die erforderliche Spannungsübersetzung vom Pegel am Ausgang der Ausgangsstufe SCl zum Pegel der Basis B2 des Transistors T2 des logischen Schaltkreises LC6. Die Eingangsstufe RCl weist schließlich einen relativ hohen Eingangswiderstand auf.

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Eine wesentliche Verbesserung des Störspannungsverhaltens erwächst aus der Tatsache, daß der Ausgang 03 der Eingangsstufe RCl mit der Basis B2 des Transistors T2 des logischen Schaltkreises LC6 verbunden ist und nicht mit einem der Eingänge II, 12, 13 oder 14 des Transistors Tl. Der Störabstand ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Pegel des Eingangssignals, bei dem der logische Schaltkreis LC6 schaltet und dem Ruhepegel am Ausgang 03 der Eingangsstufe RCl. Infolge des Kollektor-Emitter-Spannungsabfalls am Transistor Tl ist die zum Umschalten des Transistors T2 in den leitenden Zustand an der Basis B2 erforderliche Spannung höher als die Schaltspannungen an den Eingängen II, 12, 13 und 14. Der Störabstand wird daher um die Kollektor-Emittersapnnung des Transistors T2 vergrößert.

Der Fig. 5 ist die Transistor-Eingangsstufe RC2 zu entnehmen, die in zwei der vier beschriebenen Ausführungsbeispiele Verwendung findet. Die Transistor-Eingangsstufe RC2 besteht aus einem Transistor T5, der komplementär zu den Transistoren Tl, T2 der logischen Schaltkreise ist. Die Basis des Transistors T5 ist mit dem Eingang 17, der Kollektor C5 mit der negativen Betriebsspannung squelle -V4 und der Emitter E5 mit dem Ausgang 04 verbunden.

Den Fign. 6A und 6B ist ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem TTL-Schaltkreise entsprechend Fig. 1 in Verbindung mit einer Transistor-Eingangsstufe RC2 entsprechend Fig. 5 Verwendung findet. Das erste monolithische Halbleiterplättchen CHl (Fig. 6A) entspricht dem bereits in Verbindung mit Fig. 4A beschriebenen Halbleiterplättchen. Das zweite monolithische Halbleiterplättchen CH3 (Fig. 6B) umfaßt vier logische Schaltkreise LC6 bis LC9, die wiederum mit denen des Halbleiterplättchens gemäß Fig. 4B identisch sind. Als Unterschied des zweiten gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiels ist lediglich festzustellen, daß die Dioden-Eingangsstufe RCl durch eine Transistor-Eingangsstufe RC2 ersetzt ist. Der Eingang 17 der Transistor-Eingangsstufe RC2 ist über die Halbleiterplättchen-Zwischen-

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verbindungsleitung L15 mit dem Ausgang 02 der Ausgangsstufe SCl verbunden. Der Ausgang 04 der Eingangsstufe RC2 steht über eine Leitung L16 mit einer Leitung Ll und damit mit der Basis B2 des Transistors T2 des logischen Schaltkreises LC6 in Verbindung.

Es ergibt sich folgende Wirkungsweise der Eingangsstufe RC2. Nimmt das logische Signal am Ausgang 02 der Ausgangsstufe SCl (Fig. 6A) den oberen Pegel ein, so wird dieses Signal über die Leitung L15 zum Eingang 15 der Eingangsstufe RC2 und zur Basis B5 des Transistors T5 übertragen. Der Transistor T5 wird gesperrt, so daß er keinen Emitterstrom zieht. Das Potential an der Basis B2 des Transistors T2 von LC6 steigt dann auf das Potential der Spannungsquelle +V an. Es fließt ein Strom über die Widerstände Rl, R2 in die Basis von B2, so daß der Transistor T2 leitend wird. Der Kollektorstrom liefert an den Widerständen R2, R3 einen Spannungsabfall, so daß am Ausgang 01 von LC6 der untere logische Pegel ansteht.

Wird vom Ausgang O2 der Ausgangsstufe SCl ein logisches Signal entsprechend den unteren logischen Pegeln über die Leitung Ll5 zum Eingang 15 und zur Basis B5 des Transistors T5 übertragen, so wird der Transistor T5 leitend und zieht einen Emitterstrom über die Widerstände Rl, R2 des logischen Schaltkreises LC6. Der Spannungsabfall an diesen Transistoren erzeugt am Ausgang 04 ein den unteren logischen Pegel kennzeichnendes Signal, das der Basis · B2 des Transistors T2 zugeführt wird. Der Transistor T2 geht in den nichtleitenden Zustand über, so daß am Ausgang 01 des logischen Schaltkreises LC6 der obere logische Pegel ansteht.

Es ergeben sich folgende Vorteile der Transistor-Eingangsstufe RC2. Zunächst gewährleistet die Stromverstärkung des PNP-Transistors T5 einen relativ hohen Eingangswiderstand. Der hohe Eingangswiderstand wiederum bringt eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der Eingangsstufe SCl mit sich. Außerdem wird der bei der Dioden-Eingangsstufe RCl erforderliche Widerstand R6 nicht benötigt, so daß der Leistungsverbrauch reduziert wird.

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Schließlich liefert der PNP-Transistor T5 am Ausgang 04 einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand, so daß der Emitter E5 des Transistors T5 rasch Ladungen von der Basis B2 des Transistors T2 abziehen kann. Letzteres bringt eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des logischen Schaltkreises LC6, wenn der Transistor T2 in den gesperrten Zustand umgeschaltet wird.

Der Fig. 7 ist ein dem Stande der Technik entsprechender DTL-Schaltkreis zu entnehmen, wie er in zwei der vier erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele eingesetzt ist. Der DTL-Schaltkreis weist vier Eingänge 18 bis 111 auf, die jeweils an die Kathode einer von vier zugeordneten Dioden Dl bis D4 angeschlossen sind. Die Anoden dieser Dioden sind gemeinsam über eine Leitung Ll6 an die Basis B6 eines Transistors 16 gelegt. Der Kollektor C6 dieses Transistors ist über einen Lastwiderstand R7 an die positive Spannungsquelle +V gelegt. Außerdem liegt der Kollektor C6 am Ausgang 05. Die Basis B6 ist über einen Widerstand R8 mit der Spannungsquelle +V verbunden. Der Emitter E6 dieses Transistors liegt an der negativen Spannungsquelle -V5.

Die Wirkungsweise des DTL-Schaltkreises nach Fig. 7 ist allgemein bekannt und wird deshalb nur kurz angedeutet. Befinden sich die logischen Signale an allen vier Eingängen 18 bis 111 auf dem oberen logischen Pegel, so wird das Potential an der Basis B6 über den Widerstand R8 angehoben, und der gelieferte Basisstrom bringt den Transistor T6 in den leitenden Zustand. Der fließende Kollektorstrom erzeugt am Lastwiderstand R7 einen Spannungsabfall, so daß das Potential am Kollektor C6 und damit am Ausgang 05 den unteren logischen Pegelwert einnimmt. Nimmt das Signal an einem oder mehreren der Eingänge 18 bis 111 den unteren logischen Pegelwert ein, so sind die zugeordneten eine oder mehrere Dioden Dl bis D4 und damit der Transistor T6 gesperrt. Da dieser Transistor keinen Kollektorstrom zieht, liegt das Potential am Ausgang E5 auf dem oberen logischen Pegelwert.

Den Fign. 8A und 8B ist ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungs-

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beispiel zu entnehmen,-bei dem die DTL-Schaltkreise nach Fig. 7 und die Dioden-Eingangsstufe RCl nach Fig. 2 Verwendung findet. Ein erstes laonolithisches Halbleiterplättchen CH4 (Fig. 8A) umfaßt fünf DTL-Schaltkreise, die jeweils innerhalb eines gestrichelten Rechteckes dargestellt und mit den Bezeichnungen LCIa, bis LC5a versehen sind. Ein zweites monolithisches Halbleiterplättchen CH5 (Fig. 8B) weist vier DTL-Schaltkreise >auf, die die Bezeichnungen LC6a bis LC9a führen. Diese Schaltkreise sind auf den beiden Halbleiterplättchen CH4 und CH5 in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel (Fign. 4A, 4B) untereinander verbunden.

Auf dem Halbleiterplättchen CH4 ist außerdem erfindungsgemäß eine Ausgangsstufe SCl untergebracht, deren Ausgang 02 über die HaIbleiterplättchen-Zwischenverbindungsleitung LlO mit dem Eingang 16 einer Dioden-Eingangsstufe ,RCl verbunden ist. Der Ausgang 03 der Eingangsstufe RCl liegt über eine Leitung LIl an der Basis B6 des Transistors T6 des logischen Schaltkreises LC6a. Die Ausgangsstufe SCl und die Eingangsstufe RCl bewirken wiederum die bereits geschriebene übertragung von Signalen zwischen zwei Halbleiterplättchen CH4 und CH5.

Den Fign. 9A und 9B ist ein viertes Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem DTL-Schaltkreise nach Fig. 7 und die Transistbr-Eingangsstufe RC2 nach Fig. 5 verwendet werden. Das erste Halbleiterplättchen CH4 (Fig. 9A) entspricht dem Halbleiterplättchen CH4 der Fig. 8A. Das zweite Halbleiterplättchen CH6 (Fig. 9B) entspricht dem im Zusammenhang mit Fig. 8B beschriebenen Halbleiterplättchen CH5 mit dem unterschied, daß die Dioden-Eingangsstufe RCl durch die Transistor-Eingangsstufe RC2 ersetzt ist. Der Ausgang 02 der Ausgangsstufe SCl auf dem Halbleiterplättchen CH4 ist über die Halbleiterplättchen-Zwischenverbindungsleitung L15 mit dem Eingang 17 der Transistor-Eingangsstufe RC2 auf dem Halbleiterplättchen CH6 verbunden. Der Ausgang 04 der Eingangsstufe RC2 ist über eine Leitung L16 an die Basis B6 des Transistors T6 des logischen Schaltkreises LC6a geführt. Die Wirkungsweise

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der Transistor-Eingangsstufe RC2 der Fig. 9B entspricht wieder
der der Fig. 6B. Ein durch den oberen Pegelwert gekennzeichnetes dem Eingang 17 zugeführtes logisches Signal sperrt den Transistor T5/ so daß das Potential an der Basis B6 des Transistors T6 auf das Potential der SpannungsgueHe +V angehoben wird. Der Transistor T6 wird dadurch leitend. Bei einem durch den unteren Pegelwert gekennzeichneten logischen Signal wird der Transistor T5 leitend und der Transistor T6 gesperrt.

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Claims

- 15 PATENTANSPRÜCHE

Monolithisch integrierte, logische Schaltung, deren einzelne logische Schaltkreise auf wenigstens zwei Halblei te rp la ttchen verteilt sind, wobei der Ausgang eines auf dem ersten und der Eingang eines auf dem zweiten Halbleiterplättchen untergebrachten logischen Schaltkreises über eine Zwischenverbindung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ersten Halbleiterplättchen eine zusätzliche Ausgangsstufe angeordnet ist, deren Eingang mit dem Ausgang des dortigen, zu koppelnden logischen Schaltkreises verbunden ist und deren Ausgangswiderstand niedriger als der des logischen Schaltkreises ist, daß auf dem zweiten Halbleiterplättchen eine zusätzliche Eingangsstufe angeordnet ist, deren Ausgang mit dem Eingang des dortigen, zu koppelnden logischen Schaltkreises verbunden ist und deren Eingangswiderstand höher als der des logischen Schaltkreises ist, und daß der Ausgang der Ausgangsstufe mit dem Eingang der Eingangsstufe verbunden ist.
2. Logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe aus einem Emitterfolger besteht.
3. Logische Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge-· kennzeichnet, daß die Eingangsstufe aus einer ersten, mit dem Ausgang der Ausgangsstufe verbundenen und einer zweiten, entgegengesetzt dotierten, mit dem Eingang des zu koppelnden logischen Schaltkreises verbundenen Halbleiterzone besteht.
4. Logische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe aus einer Diode besteht.
5. Logische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe aus einem Transistor besteht, dessen

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■ - 16-Basis den Eingang und dessen Emitter den Ausgang bildet:.
6. Logische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß der die Eingangsstufe bildende Transistor komplementär zu dem den Eingang des zu koppelnden logischen SchaÜ?- kreises bildenden Transistor ist.
7. Logische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Schaltkreise aus DTü— TTL-Schaltkreisen bestehen.

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