DE2546728A1

DE2546728A1 - Verknuepfungsschaltung

Info

Publication number: DE2546728A1
Application number: DE19752546728
Authority: DE
Inventors: Tung Pham Ngu; Jean-Edgar Picquendar
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-04-29
Also published as: US4013896A; JPS5165549A; GB1521109A; FR2288422A1; FR2288422B1

Description

75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen; T 1872

Verknüpfungsschaltung

Die Verknüpfungsschaltungen, die in den Digitalschaltungen verwendet werden, haben Kenndaten, die diesen Digitalschaltungen angepaßt sind. Es ist oft schwierig, sie anderen Digitalschaltungen anzupassen.

Außerdem haben die meisten bekannten Verknüpfungsschaltungen einen großen Platzbedarf, nehmen eine zu große Leistung auf und haben oft eine unzureichende Umschaltgeschwindigkeit .

Die Erfindung schafft eine neue Familie von Verknüpfungsschaltungen unter Verwendung des Bauelements, das in der deutschen Patentanmeldung P 25 19 307.1 vorgeschlagen ist,

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Die Verknüpfungsschaltung nach der Erfindung ist vor al- · lein dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Bauelement des vorgenannten Typs enthält, bei welchem einer der äußersten Elektrodenbereiche ein festes Potential hat, während der andere über einen sättigbaren Widerstand nach Belieben mit einer festen Spannungsquelle oder mit Masse verbunden ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Ausfüh

rungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine Erläuterungskurve,

Fig. 3 in Draufsicht die integrierte Schal

tung, deren Ersatzschaltbild in Fig.1 dargestellt ist,

Fig. 4 das Schaltbild eines zweiten Ausfüh

rungsbeispiels,

die Fig. 5 und 6 jeweils Erläuterungskurven,

Fig. 7 das Integrationsschema der Einrichtung

von Fig. 4,

Fig. 8 eine Abwandlung der Einrichtung von Fig.4,

Fig. 9 das Schaltbild eines dritten Ausfüh

rungsbeispiels, und

Fig. 10 das Integrationsschema der Einrichtung

von Fig. 9.

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Fig. 1 zeigt ein Bauelement, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 25 19 307.1 vorgeschlagen ist, mit zwei komplementären pnp- und npn-Transistoren, das im folgenden mit den Buchstaben TT bezeichnet wird. Dieses Bauelement hat drei Eingangselektroden, und zwar den Eingang M an Masse (Emitter des pnp-Transistors), den Eingang E (Kollektor des npn-Transistors) und den Eingang S (die Basis des npn-Transistors). Der Eingang E ist über einen Feldeffekttransistor REC mit miteinander verbundenen Source- und Drainelektroden mit dem Adressierungseingang verbunden, an den eine Spannung V^ mit zwei Werten angelegt wird.

Wenn die aufeinanderfolgenden Schichten des Bauelements TT die angegebenen Polungen haben, kann die Spannung V^ zwei negative Werte annehmen, von denen der eine einen niedrigen Absolutwert hat, der im wesentlichen gleich Null ist, und von denen der andere in der Größenordnung von -1,5 V liegt.

Wenn der Absolutwert der Spannung V__n ausreichend groß ist, werden die pnp- und npn-Transistoren leitend.

Für TT-Bauelemente des in der oben angegebenen deutschen Patentanmeldung vorgeschlagenen Typs liegt die Potentialdifferenz Vg - V„ in der Größenordnung von 0,5 V. Die Spannung V_g beträgt etwa V_M - 0,1 V oder etwa -0,1 V.

Fig. 2 zeigt den Strom I_E in Abhängigkeit von der Spannung Die Kurve I zeigt den Strom in dem Bauelement REC, das wie ein sättigbarer Widerstand wirkt. Die Kurve II zeigt den Strom I_E, der in dem Punkt E fließt und aus dem Bauelement TT kommt. Der Gleichgewichtsstrom ergibt sich am Schnittpunkt der beiden Kurven. Die Adressierungsspannungen sind folglich so groß, daß giltV^ <V_g - 0,5 V. Wenn'die

Spannung V_g zwischen -0,1 V und 1 V liegt, muß die Spannung kleiner als 1,6 V sein.

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In Fig. 3 hat die Verknüpfungsschaltung einen Platzbedarf von 5x5 Quadratmikrometer. Der Feldeffekttransistor REC hat die Aufgabe, den Eingangsstrom I„ zu begrenzen, der gleichwohl ausreichend groß sein muß, um die Zelle aus dem gesperrten Zustand in den leitenden Zustand kippen zu lassen.

Die Werte der Ströme in dem einen oder dem anderen der beiden Zustände der Verknüpfungsschaltung können wie folgt zusammengefaßt werden:

Zustand V^ I_£ I_g

gesperrt OO 0

adressiert -1,5 V -3,uA -3| wobei β die Stromverstärkung des Bauelements TT ist.

Fig. 4 zeigt eine Leistungsinverterschaltung. Sie enthält zwei Bauelemente TT₁ und TT₂. Die Eingangsklemme E₁ des Bauelements TT- empfängt über einen sättigbaren Widerstand REC. eine Adressierungsspannung mit zwei Werten -0,1 V oder -1,6 V. Die Klemme S₁ ist über drei in Reihe geschaltete Dioden D₁, D_, D₃ mit der Klemme S₂ des Bauelements TT₂ verbunden. Diese Klemme S- ist über einen sättigbaren Widerstand mit einer Spannungsquelle verbunden, die eine Spannung von -2,5 V abgibt. D-as Bauelement TT₂ hat seine Klemme M₂, welches die Ausgangsklemme des Systems ist, und seine Klemme S auf dem Potential -1,7 V. Die Klemme M₂ ist über einen sättigbaren Widerstand RECi mit der Masse verbunden. Die Klemme S₁ ist mit der Masse über einen sättigbaren Widerstand REC₃ verbunden. Die Klemme M₁ liegt an Masse.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Die Potentialdifferenz V₅₁ - V₅₃ ist konstant und hängt von dem Spannungsabfall an den Klemmen der aus den drei Dioden bestehenden Gruppe ab, der in der Größenordnung

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von 1,5 V liegt, wenn sie leitend sind. Die Spannungen V_q1 und V_q2 sind also unabhängig von dem Zustand des Systems im wesentlichen konstant. In den Figuren 5 und wird also der Widerstand REC₂ dieselbe Kennlinie haben.

Wenn das Bauelement TT₁ gesperrt ist (Adressierungsspannung Null), so ist das Potential in dem Punkt S„ durch den Schnittpunkt der Kennlinien der Widerstände REC₃ und REC₂ gegeben (Fig. 5). Das Potential in dem Punkt S₁ ist gleich -2,4 V + 1,5V= -0,9 V.

Wenn das Bauelement TT.. leitend ist, ist das Potential in dem Punkt S₁ etwa gleich dem Massepotential, nämlich -0,1 V. Das Potential in dem Punkt S₂ ist gleich -0,1 V- 1,5 V = -1,6 V.

In dem ersten Fall ist das Bauelement TT₁ leitend. In dem zweiten Fall ist es gesperrt.

Die verschiedenen Spannungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

^Vln	^VE1	^VS1	^VS2	^VM2	H-Zustand
-0,1	-0,1	-0,9	-2,4	-1/6	L-Zustand
-1/6	-0,8	-0,1	-1/6	0

Der Η-Zustand kann zum Adressieren der Speicherzellen dienen. Wenn diese Zellen adressiert sind und wenn η Zellen vorhanden sind und E der von jeder Zelle aufgenommene Strom ist, muß gelten

T = Ti F¹

Ausgang
Es gilt aber

^XAusgang ⁼ ^2^2 ⁼ ^2 ^I ¹Ei

wobei ß₂ und P₁ die Stromverstärkungen der Bauelemente TT₂ bzw. TT₁ sind.

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Es gilt aber ß₂ «10 und P₁ = γ

^TS1

Έ1

¹SI
Es wird genügen 10 =— > η zu wählen.

Fig. 7 zeigt in Draufsicht das Integrationsschema der Verknüpfungsschaltung.

Ihre Abmessungen betragen 12 χ 24 Quadratmikrometer.

Der maximale Stromverbrauch am Eingang beträgt 15,uA bei -1,6 V.

Der maximale innere Stromverbrauch beträgt 15 ,uA.

Man kann von dieser Verknüpfungsschaltung eine NOR-Schaltung mit beliebig vielen Eingängen ableiten. Fig. 8 zeigt eine NOR-Schaltung mit fünf Eingängen. In dieser Figur ist das Bauelement TT.. durch fünf Bauelemente TT₁₁ bis TT₁₅ ersetzt, die parallel an die Klemme M₁ angeschlossen und über sättigbare Widerstände REC₁₁ bzw. REC₁₂ bzw. REC₁₃ bzw. REC₁₄ bzw. REC₁₅ mit Adressierungseingängen verbunden sind.

Fig. 9 zeigt eine Einschreib-Inverterschaltung. Diese Verknüpfungsschaltung enthält drei Bauelemente TT₁, TT₂ und TT₃.

Die Klemme E₁ des Bauelements TT₁ ist über einen sättigbaren Widerstand REC₁ mit einem nicht dargestellten Generator verbunden, der das Signal erzeugt. Wenn dieses Signal eine Spannung mit zwei negativen Werten ist, kann der eine Wert etwa 0 Volt (Zustand ¹¹O") und der andere einen niedrigeren Wert in der Größenordnung von -1 V (Zustand "1") annehmen. Die Klemme M₁ des Transistors TT₁ liegt an Masse. Die Klemme S₁ ist mit einer negativen Spannungsquelle in der Größenordnung von -1,7 V über zwei Dioden D₁ und D₂, die in der Durchlaßrichtung von der Masse zu den negativen Spannungen in Reihe geschaltet sind,

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und über einen sättigbaren Widerstand REC₂ verbunden.

Die Klemme M₃ des Bauelements TT₃ liegt an Masse und sein Eingang E₃ ist mit dem Eingang E₁ verbunden. Ein Widerstand REC. ist zwischen die Klemme M₃ und den Kollektor des ersten Transistors des Bauelements TT₃₇ d.h. seine Klemme S₃ geschaltet, welches die Ausgangsklemme des Systems ist. Das Bauelement TT₂ hat seine Klemme M in der Klemme S₃, seine Klemme S₂ liegt auf -1,1 V und seine Klemme E₂ ist mit dem Eingang des Belastungswiderstandes REC₂ verbunden.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

a) Der Eingang E₁ ist in dem Zustand 0, das Bauelement TT₁ ist, da die Eingänge E₁ und E₃ auf demselben Potential liegen, ebenso wie das Bauelement TT-, gesperrt. Das Bauelement TT₀ ist leitend und die Klemme S., liegt auf einem Potential von etwa 1 V.

b) Der Eingang E₁ ist in dem Zustand 1 und das Bauelement TT₁ ist ebenso wie das Bauelement TT₃ leitend. Der Ausgang S₃, das heißt der Ausgang der Einrichtung liegt etwa auf dem Massepotential. Das Bauelement TT₂ ist gesperrt.

Das Integrationsschema der Einrichtung von Fig. 9 ist in Fig. 10 dargestellt.

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Claims

Patentansprüche:

K\y Digitale Verknüpfungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein erstes TT-Bauelement enthält, das aus zwei Komplementärtransistoren gebildet ist, die derart geschaltet sind, daß in dem ersten Transistor der Strom parallel zu der Oberfläche des Substrats und in dem zweiten Transistor senkrecht zu dieser Oberfläche fließt, daß der Kollektor des zweiten Transistors einen Teil hat, der als Basis des ersten Transistors dient, daß eine der äußersten Elektroden des TT-Bauelements mit Masse und die andere äußerste Elektrode mit einer Klemme eines sättigbaren Widerstands verbunden ist und Anschlüsse zum Anlegen einer Spannung mit zwei Digitalwerten an dessen andere Klemme vorgesehen sind, und daß die Basis des zweiten Transistors eine Zwischenklemme bildet.
2. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die TT-Bauelemente vom npnp-Typ sind.
3. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zweites TT-Bauelement enthält, bei dem eine der Anschlußklemmen mit dem Ausgang des Systems und über einen Widerstand mit Masse verbunden ist, während die andere Anschlußklemme einerseits mit der Zwischenklemme des ersten TT-Bauelements über Schaltungselemente, die zwischen diesen beiden letztgenannten Klemmen eine feste Spannungsdifferenz erzeugen, und andererseits über einen Widerstand mit einer negativen Spannungsquelle verbunden ist.
4. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente in Reihe geschaltete Dioden sind.

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5. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände sättigbare Widerstände sind.
6. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sättigbaren Widerstände Feldeffekttransistoren sind, bei welchen Gate- und Source- oder Drainelektrode miteinander verbunden sind.
7. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste TT-Bauelement mehreren TT-Bauelementen zugeordnet ist, die jeweils mit einem Eingang verbunden sind, welche Spannungen mit zwei Werten empfangen können.
8. Verknüpfungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites und ein drittes TT-Bauelement zwischen der Masse und einer negativen Spannungsquelle in Reihe geschaltet sind und daß der Ausgang an die Brücke zwischen diesen beiden Bauelementen angeschlossen ist, wobei der leitende oder gesperrte Zustand des ersten Bauelements das zweite Bauelement leitend macht bzw. das dritte sperrt und umgekehrt.

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