DE2541723C3

DE2541723C3 - Verknüpfungsglied in ECL-Technik

Info

Publication number: DE2541723C3
Application number: DE19752541723
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 8000 Muenchen Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-18
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE2541723A1; DE2541723B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verknüpfungsglied nach dem Oberbegriff des Palentanspruchs 1.
Typisch für die unter Verwendung von Differenz-Schaltverstärkern aufgebauten Verknüpfungsglieder in. ECL-Technik sind ODER-MOR-Glieder, wenn man die sogenannte positive Logik voraussetzt, bei der von den beiden binären Signalwerten der Signalwert mit dem höheren Potential als logische »1« interpretiert wird. Für die Ausführung von UND-Verknüpfungen auf dieser Basis benötigt man einen Inverter für jedes in die Verknüpfung einbezogene Eingangssignal und ein NOR-Verknüpfungsglied, welches die Ausgänge der Inverter zusammenfaßt Das bedeutet nicht nur einen verhältnismäßig großen Schaltungsaufwand und hohe Verlustleistung, sondern verursacht aucli eine hohe Signallaufzeit.

Häufig wird deshalb zur UND-Verknüpfung eine Schaltungsanordnung verwendet, bei der mehrere Differenz-Schaltverstärker parallel geschaltet sind. Hierbei wird für Transistoren, die verschiedenen Schaltverstärkern angehören, ein gemeinsamer Arbeitswiderstand vorgesehen. Da in diesem Fall mehrere Kollektorströme gleichzeitig über den Arbeitswiderstand fließen können, muß er so ausgeführt werden, daß der Spannungsabfall an ihm möglichst unabhängig von der Stromstärke wird. Das geschieht durch die Parallelschaltung eines linearen Widerstandes und einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode (Dotting-Diode). Da die Diode aber einen von 0 verschiedenen dynamischen Widerstand hat, gelingt es auf diese Weise nicht ganz, den Einfluß der unterschiedlichen Stromstärken auf den Ausgang zu eliminieren.

Eine UND-Verknüpfung von Eingangssignalen, bei der die Nachteile der zuletzt genannten Schaltungsanordnung nicht auftreten, ist mit Hilfe der Serienkopplung von Differenz-Schaltverstärkern zu erreichen. Die Serienkopplung ist bekanntlich dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorkreis eines Transistors eines ersten Differenz-Schaltverstärkers ein zweiter Differenz-Schaltverstärker eingefügt ist. Hier kann grundsätzlich der Kollektorstrom nur eines Transistors durch den Arbeitswiderstand fließen. Da jedoch die Niveaus der Steuerspannungen für die seriengekoppelten Differenz-Schaltverstärker zwangsläufig verschieden sind, muß ein Teil der Eingangssignale einer Pegelverschiebung unterworfen werden. Dies und die Bereitstellung der unterschiedlichen Referenzpotentiale für die einzelnen Differenz-Schaltverstärker ergibt Schwierigkeiten, die mit der Zahl der seriengekoppelten Stufen rasch wachsen. Die Serienkopplung ist deshalb praktisch auf dreistufige Anordnungen begrenzt, so daß auf diese Weise höchstens drei Eingangssignale gemäß einer UND-Funktion verknüpft werden können.

Es sind auch Verknüpfungsglieder in ECL-Technik bekannt (vgl. DE-PS 19 29 144), in welchen die Schaltungsprinzipien Kollektorkopplung und Serienkopplung gemeinsam angewendet werden, um die Anzahl der Eingangssignale, die gemäß einer UND-Funktion verknüpfbar sind, zu erhöhen. Die bekannten Verknüpfungsglieder dieser Art weisen jedoch ebenfalls die aus der Kollektorkopplung entstehenden Nachteile auf.

Durch die DE-OS 21 52 444, insbesondere Fig.4 ist eine Schaltungsanordnung in ECL-Technik bekannt, die unter anderem die UND-Verknüpfung von zwei Eingangssignalen durchführt. Die bekannte Schaltungsanordnung besitzt zu diesem Zweck zwei durch Konstantstromquellen gespeiste Zweige aus seriengekoppelten Differenz-Schaltverstärkern sowie einen dritten Zweig mit einem zusätzlichen durch eine Konstantstromquelle gespeisten Differenz-Schaltver-

stärker. Der Arbeitswiderstand, an dem das Verknüpfungsergebnis entsteht, ist mit dem Kollektor eines Transistors in jedem Zweig verbunden. Durch entsprechende Steuerung der Differenz-Schaltvcrstärker in den einzelnen Zweigen durch die Eingangssignale wird sichergestellt, daß durch den Arbeiuwiderstand höchstens der von einer Konstantstromquelle gelieferte Strom fließt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verknüpfungsglied in ECL-Technik zur Verknüpfung von 3 oder 4 Eingangssignalen anzugeben, das nicht nur die mit der Kollektorkopplung gewöhnlich verbundenen Schwierigkeiten vermeidet, sondern auch die in der Praxis vorgegebene Begrenzung auf eine maximal dreistufige Serienkopplung nicht überschreitet. Die gemäß der Erfindung durchzuführenden Maßnahmen sind im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführt

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein UND-Verknüpfungsglied mit zweistufiger-Serienkopplung für drei Eingangssignale und

Fig.2 ein UND-Verknüpfungsglied mit dreistufiger Serienkopplung für vier Eingangssignale.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel für ein UN D-Verknüpfungsglied enthält zwei Zweige aus seriengekoppelten Differenz-Schahverstärkern in zweistufiger Anordnung. In dem linken Zweig bilden die emittergekoppelten Transistoren Tl und T2 einen ersten Differenz-Scha'ltverstärker in der unteren Stufe. Der Differenz-Schaltverstärker wird durch das an der Basis des Transistors Ti anliegende Steuersignal gesteuert. An der Basis des Transistors T2 liegt das Refereiizpotential VB2 an. Der durch eine konstante Spannung VS gesteuerte Transistor T3 sorgt in Verbindung mit dem Emitterwiderstand R1 für die Lieferung eines konstanten Speisestroms für den Differenz-Schaltverstärker.

In die Kollektorkreise der beiden Transistoren T\ und T2 sind weitere Differenz-Schaltverstärker mit den Transistoren TA und T5 bzw. T6 und Tl eingefügt, welche der oberen Stufe angehören. Das Potential VB1 ist das Referenzpotential der Differenz-Schaltverstärker der oberen Stufe. Sie werden durch die an den Basen der Transistoren T4 und T6 anliegenden Eingangssignal A und C (die Signale sind wie die Klemmen benannt, an denen sie anliegen) gesteuert.

Die Kollektoren der Transistoren T5 und T6 sind in dem Punkt K 1 (Koppelpunkt) mit dem gemeinsamen Arbeitswiderstand R 2 verbunden, der einseitig an dem kollektorseitigen Pol VCC einer nicht dargestellten Versorungsspannungsquelle angeschlossen ist.

Der Koppelpunkt K 1 stellt die Verbindung zu dem zweiten (rechten) Zweig aus seriengekoppelten Differenz-Schaltverstärkern her. Dieser zweite Zweig enthält in der unteren Stufe einen aus den Transistoren TS und T9 bestehenden und durch die Konstantstromquelle mit dem Transistor TlO und seinem Emitterwiderstand R 3 gespeisten Differenz-Schaltverstärker. Er wird durch das an de. oasis des Transistors TS anliegende Signal gesteuert. An die Kollektoren der beiden Transistoren TS und T9 sind weitere Differenz-Schaltverstärker angeschlossen. Der Schaltverstärker am Kollektor des Transistors TS besteht aus den Transistoren 7"Il und 712. Er wird durch das an der Basis des Transistors Γ11 anliegende Eingangssignal A gesteuert. Dem zweiten Differenz-Schaltverstärker gehört neben dem Transistor T13 auch der Transistor T12 an, der zu diesem Zweck einen zweiten Emitter aufweist Der Differenz-Schaltverstärker im Kollekiorkreis des Transistors T9 wird durch das Eingangssignal B 3n der Basis des Transistors T13 gesteuert Seil Schaltzustand wird jedoch in gleicher Weise auch durch das Eingangssignal A über die zweite Emitterstreckc des Transistors TIl bestimmt

Bei der Betrachtung der in F i g. 1 dargestellten

ίο Schaltungsanordnung ist sofort erkennbar, daß auch die Eingangssignale B und C auf die beiden Zweige aus seriengekoppelten Differenz-Schaltverstärkern einwirken. So wird durch das Eingangssignal B nicht nur der Transistor T13 leitend gesteuert bzw. gesperrt, sondern

in gleicher Weise auch der Transistor Tl, wobei die Diode Di in Verbindung mit dem Widerstand R 4 für die notwendige Pegelverschiebung des Steuersignals sorgt. Das gleiche gilt für die Transistoren T6 und TS in Beziehung auf das Eingangssignal C Hierbei dient die Diode D 2 unter Mitwirkung des Widerstandes R 5 zur Pegelverschiebung des Steuersignals für den Transistor TS.

Infolge der Beeinflussung der Strompfade beider Zweige durch alle Eingangssignale wird erreich;, daß durch den Arbeitswiderstand R 2 auch dann nur ein Kollektorstrom fließt, wenn zwei der Eingangssignale oder alle drei den Wert 0 einnehmen. Da der Transistor T12 neben anderen ein Mehremitter-Transistor ist, sind in F i g. 1 anstelle der gegebenenfalls durch den

«ι Arbeitswiderstand R 2 fließenden Kollektorströme die entsprechenden Emitterströme durch Pfeile /1 bis /4 angedeutet. Dabei ist zu beachten, daß sich die Kollektorströme von den Emitterströmen und diese wieder, soweit sie nicht 0 sind, von den von den

η Konstantstromquellen gelieferten Strömen nur vernachlässigbar wenig unterscheiden. Die Emitterströme der Transistoren Tl, T2, TS und T9 sind den Strömen der Konstantstromquellen gleich.

Die nachstehende Tabelle gibt die Verteilung der

ίο Ströme /1 bis /4 und das Verknüpfungsergebnis (Fi) in Abhängigkeit von den Werten der Eingangssignal für das Verknüpfungsglied nach Fig. 1 wieder.

Λ	B	C	/1	/2	/3	/4 :
0	0	0	0	0	0	1
0	0	1	0	0	1	0
0	I	0	0	1	0	0
0	1	1	0	0	1	0
1	0	0	I	0	0	0
1	0	1	1	0	0	0
1	1	0	0	1	0	0
1	1	1	0	0	0	0 (
;/ η
0
0
0
0
0
0
0
) 1

Das Verknüpfungsergebnis entsteht bereits an dem Koppelpunkt K 1. Dieser ist jedoch in bekannter Weise mit der Basis des als Emitterfolger geschalteten Transistors T14 verbunden, an dessen (offenem) Emitter das Ausgangssignal Fl entsteht. Der Transistor T14 dient zur Erhöhung der Belastbarkeit des Verknüpfungsglieds und zur Angleichung der Pegel des Ausgangssignals an die Pegel der Eingangssignale.

Bei dem Verknüpfungsglied nach Fig. 2 zur UND-Verknüpfung von vier Eingangssignalen A bis D ist von der dreistufigen Serienkopplung Gebrauch gemacht. Das Verknüpfungsglied besteht wieder aus zwei Zweigen von seriengekoppelten Differenz-Schaltver-

stärkern. Beide Zweige werden von Konstantstromquellen gespeist, die aus den Transistoren Γ21 und 722 und ihren Emitterwiderständen Λ 11 und /?12 gebildet werden. Im linken Zweig des Verknüpfungsglieds in der Darstellung nach F i g. 2 wird der Differenz-Schaltver- ί stärker der un ren Stufe durch die Transistoren 723 und 724 gebildet. Er wird über den Transistor 723 durch ein Signal gesteuert, das durch Pegelverschiebung mit Hilfe der Dioden DIl und D12 sowie der Basis-Emitterstrecke des Transistors 725 aus dem in Eingangssignal B abgeleitet ist, welches an der Basis des Transistors 725 anliegt. Die mittlere Stufe des Zweigs bildet der Differenz-Schaltverstärker mit den Transistoren 726 und 727, deren Emitter mit dem Kollektor des Transistors 723 verbunden sind. Der Differenz-Schallverstärker der mittleren Stufe wird über den Transistor 726 durch das am Transistor 728 in Emitterfolgerschaltung anliegende Eingangssignal D gesteuert. Die Werte der Widerstände R J3 und R 14 im Emitterkreis des Transistors 728 sind so festgelegt, daß am 2» Widerstand R 13 eine Pegelverschiebung des Steuersignals auftritt, die der Hälfte des Spannungsabfalls an einer leitenden Diode entspricht.

In der oberen Stufe der Serienkopplung im linken Zweig sind zwei Differenz-Schaltverstärker vorgese- r> hen. Der im Kollektorkreis des Transistors 726 liegende Differenz-Schaltverstärker besteht aus den Transistoren 729 und 730, wobei in beiden Fällen die mittleren Emitter dieser Transistoren von Bedeutung sind. Dem zweiten Differenz-Schaltverstärker in der jo oberen Stufe gehört der Transistor 730 mit seinem oberen Emitter einerseits und die Transistoren 729 und 731 andererseits an. Dieser Differenz-Schaltverstärker liegt in den gmeinsamen Kollektorkreisen der Transistoren 724 und 727. i-_:

Der Transistor 731, der bezüglich seines oberen Emitters als Emitterfolger arbeitet, steuert den Differenz-Schaltverstärker mit den Transistoren 732 und 733. Dieser Differenz-Schaltverstärker stellt die untere Stufe in dem rechten (zweiten) Zweig aus seriengekoppcltcn Differcnz-Schaltverstärkern dar. In die Kollcktorkreise der beiden Transistoren 732 und 733 sind weitere Differenz-Schaltverstärker der mittleren Stufe eingefügt. Der Differenz-Schaltverstärker mit den Transistoren 734 und 735 im Kollektorkreis des Transistors 732 wird durch das am Transistor 728 anliegende Eingangssignal Zugesteuert.

Im Kollektorkreis des Transistors 734 liegt ein der oberen Stufe angehörender Differenz-Schaltverstärker mit den Transistoren 725 und 730, wobei für den so Transistor 730 der untere Emitter maßgebend ist.

Der mittleren Stufe gehört der Differenz-Schaltverstärker mit den Transistoren 736 und 737 im Kollektorkreis des Transistors 733 an. Er wird durch ein Steuersignal gesteuert, das an der Basis des Transistors 736 anliegt und durch Pegelverschiebung aus dem Eingangssignal A gewonnen wird. Der Transistor 729, an dem das Eingangssignal A anliegt, ist hierzu mit seinem unteren Emitter als Emitterfolge ausgebildet, der auf die Widerstände R 15 und R K arbeitet. Die beiden Widerstände R 15 und R 16 sind s< bemessen, daß der Spannungsabfall am Widerstam R 15 die Hälfte des Spannungsabfalls an einer leitender Diode beträgt.

Die Zuordnung der Differenz-Schaltverstärker zi den einzelnen Stufen der Serienkopplung laß sich an einfachsten durch die zugehörigen Referenzpotential« erkennen. Dabei gehört das Referenzpotential VB 3 zi den Differenz-Schaltverstärkern der oberen Stuft, da: Referenzpotential VB 4 zu den Differenz-Schaltverstär kern der mittleren Stufe und das Referenzpotentia VB 5 zu den Differenz-Schaltverstärkern der unterei Stufe.

Die Kollektoren der Transistoren 730, 735 und 73( sind an dem Koppelpunkt K 2 miteinander und mit den einen Ende des gemeinsamen Arbeitswiderstandes R V, verbunden. Der Arbeitswiderstand R 17 liegt mit seinen anderen Ende an dem kollektorseitigen Pol VCC einei Versorgungsspannungsquelle. Wie schon bei den Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wird auch hier durcl die Einwirkung aller Eingangssignale auf jeweils beide Zweige von seriengekoppelten Differenz-Schaltverstär kern erreicht, daß durch den gemeinsamen Arbeits widerstand /?17 bei allen Wertekombinationen dei Eingangssignale höchstens ein Kollektorstrom fließt Die Emitterströme, die den maßgeblichen Kollektor strömen entsprechen, sind durch Pfeile /1 bis Ii bezeichnet. Die nachstehende Tabelle gibt die Wert« dieser Ströme in Abhängigkeit von den Eingangssigna len und das jeweilige Verknüpfungsergebnis (F2) an.

A	B	C	D	/1	11	/3	/4	/5	Fl
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	0	0	1	1	0	0	0	0	0
0	0	1	0	0	0	0	1	0	0
0	0	1	1	0	0	1	0	0	0
0	I	0	0	1	0	0	0	0	0
0	I	0	1	0	1	0	0	0	0
0	I	1	0	0	0	0	1	0	0
0	I	1	1	0	1	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
1	0	0	1	0	0	0	0	1	0
1	0	1	0	0	0	0	1	0	0
1	0	1	1	0	0	1	0	0	0
1	I	0	0	0	0	0	0	1	0
1	I	0	1	0	0	0	0	1	0
1	1 1	1 1	Λ VJ	0	0	0	1	η	η
I	1	1	1	0	0	0	0	0 (	1
Ll















)

Der Koppelpunkt K 2 ist mit der Basis des Transistor 738 in Emitterfolgerschaltung verbunden. Der (offene Emitter dieses Transistors führt zu der Ausgangsklem me F2 des Verknüpfungsglieds.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verknüpfungsglied in ECL-Technik zur UND-Verknüpfung von Eingangssignalen, mit durch Konstantstromquellen mindestens annähernd gleicher Ergiebigkeit gespeisten Zweigen aus seriengekoppelten Differenz-Schaltverstärkern mit emittergekoppelten Transistoren, die in Abhängigkeit von den an den Differenz-Schaltverstärkern anliegenden Steuersignalen alternativ leitend gesteuert bzw. gesperrt sind, mit einem Arbeitswiderstand, der den Kollektorkreisen von wenigstens einem Transistor eines jeden Zweigs angehört und der nur bei Erfüllung der UND-Bedingung aller Eingangssignale stromlos ist, wobei jedes der Eingangssignaie gleichzeitig in allen Zweigen aus seriengekcppelten Differenz-Schaltverstärkern wirksam wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur UND-Verknüpfung von 3 oder 4 Eingangssignalen zwei durch Konstantstromquellen gespeiste Zweige aus Seriengekoppelten Differenz-Schaltverstärkern vorgesehen sind und daß die Serienkopplung in jedem Zweig 2- bzw. 3-stufig ausgeführt ist.

2. Verknüpfungsglied nach Anspruch 1 zur UND-Verknüpfung von drei Eingangssignalen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Eingangssignal

(A) Differenz-Schaltverstärker (T4, T5 und TU, T12) der oberen Stufen in beiden Zweigen steuert und daß die weiteren Eingangssignale (B, C) einen Differenz-Schaltverstärker (T6, Tl) der oberen Stufe in dem ersten Zweig und den Differenz-Schaltverstärker (Ti, T9) der unteren Stufe in dem zweiten Zweig bzw. einen Differenz-Schaltverstärker (T 12, Γ13) der oberen Stufe in dem zweiten Zweig und den Differenz-Schaltverstärker (Tl, T2) der unteren Stufe in dem ersten Zweig steuern.

3. Verknüpfungsglied nach Anspruch 1 zur UND-Verknüpfung von vier Eingangssignalen, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Zweig ein unterer (T23, Γ24), ein mittlerer (T26, T27) und ein erster (T29, Γ30) und zweiter (T29, T30, 7"31) oberer Differenzverstärker sowie im zweiten Zweig ein unterer (T32, 733), ein erster (T34, Γ35) und zweiter (T36, T37) mittlerer und ein oberer (T25, T30) Differenzverstärker vorgesehen sind, daß ein erstes Eingangssignal (A) den ersten und zweiten oberen Differenzverstärker (729, 730 bzw. 729, Γ30, 731) im ersten Zweig und den zweiten mittleren Differenzverstärker (T36, T37) im zweiten Zweig steuert, daß ein zweites Eingangssignal

(B) den oberen Differenzverstärker (T25, T30) im zweiten Zweig und den unteren Differenzverstärker (T23, 724) im ersten Zweig steuert, daß ein drittes Eingangssignal (C) den zweiten oberen Differenzverstärker (T29, T30, 731) im ersten Zweig und den unteren Differenzverstärker (T32, T33) im zweiten Zweig steuert und daß das vierte Eingangssignal (D) den mittleren Differenzverstärker (T2%, T27) im ersten Zweig und den ersten mittleren Differenzverstärker (T34, T35) im zweiten Zweig steuert.