DE2628210B2

DE2628210B2 - Logischer Schaltkreis mit einer Vielzahl von Einzelschaltkreisen

Info

Publication number: DE2628210B2
Application number: DE2628210A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio Ishino
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2628210A1; DE2628210C3; FR2315805A1; CA1069591A; NL169662C; US4107547A; NL7606688A; GB1557010A; FR2315805B1

Description

Die Erfindung betrifft einen logischen Schaltkreis mit einer Vielzahl von Einzelschaltkreisen, von denen jeder mehrere Ausgangsanschlüsse aufweist, durch die jeweils ein Strom in einer bestimmten Richtung oder kein Strom entsprechend dem binären logischen Schaltzustand fließt Insbesondere betrifft die Erfindung bipolare integrierte Halbleiterschaltkreise, sogenannte logische Grundschaltkreise, welche Teil eines großen integrierten Schaltkreises, eines sogenannten LSI sind.

Die Fig. IA, IB und IC zeigen Beispiele von konventionellen Ausgangsschaltkreisen. Sie bestehen aus Ausgangstransistoren, Widerständen und Dioden. Die Symbole Vcc, Va bezeichnen jeweils die Spannungsquelle und den Ausgangsanschluß. An den entsprechenden Ausgangsanschlüssen liegt entweder eine Ausgangsspannung niederen Potentials, nachfolgend L-Potential genannt oder eine Ausgangsspannung hohen Potentials, nachfolgend Η-Potential genannt, entsprechend dem Ein- oder Ausschalten des Transistors in Abhängigkeit von der logischen Funktion. In vielen Fällen jedoch fließt derdurch den Ausgangsanschluß fließende Strom in zwei Richtungen, wie dies durch die Pfeile verdeutlicht wird. Ist beispielsweise die Ausgangsspannung auf Η-Potential, dann fließt der Strom vom Ausgangstransistor weg, während bei einem L-Potential der Ausgangsspannung der Strom in Richtung des Ausgangstransistors fließt Ein logischer Schaltkreis, der diese Arten von Ausgangsschaltungen aufweist die also einen Stromfluß in zwei Richtungen haben, kann praktisch nicht funktionieren, um logische Schaltoperationen auszuführen, falls die Ausgänge miteinander verbunden sind. Wenn die Ausgänge miteinander verbunden sind, dann wird der Strom vom Η-Ausgang zum L-Ausgang fließen, falls einer der Ausgänge Η-Potential und der andere L-Potential aufweist Dies ist von der logischen Funktion her nicht nur unzulässig, sondern bedingt auch einen Fehler in der Größe der Spannung beim L-Ausgang, da diese Spannung höher ist als der erlaubte Wert.

Bei LSI-Schaltkreisen ist es wesentlich, die Schaltfunktion zu verbessern und die Herstellkosten zu vermindern. Dies bedingt, daß in einem kleinen Halbleiterbauteil möglichst viele logische Grundfunktionen, ausgeführt von Grundschaltkreisen, integriert werden müssen. Dies bedingt wiederum, daß diese Grundschaltkreise so einfach wie möglich aufgebaut sein sollen, um die Anzahl dieser Grundschaltkreise des Halbleiterbauteils auf ein Minimum zu bringen. Weiterhin stellen die Verbindungen zwischen den Ausgängen die Mittel dar zur Ausführung der logischen Schaltoperationen. Beispielsweise kann eine verdrahtete OR-Logik vorgesehen werden durch einfaches Verbinden der Ausgangsanschlüsse, was dazu führt, daß

auf einen OR-Gatterschaltkreis verzichtet werden kann. Diese Schaltungsart führt zu einer wesentlichen Verminderung der Zahl der Grundschaltkreise. Aus den zuvor erwähnten Gründen jedoch kann eine solche SchaStungsart bei den Ausgangsschaltungen gemäß F i g. 1 nicht ausgeführt werden.

Bei einem bekannten Schaltkreis, dessen prinzipieller Aufbau die Fig. 1 zeigt, ist der Kollektor eines ersten Transistors, an dessen Basis das Eingangssignal liegt, mit einem ersten Ausgangsanschluß und der Basis eines weiteren Transistors verbunden, dessen Emitter-Kollektorstrecke Li Serie zu einem Widerstand geschaltet ist Der Kollektor dieses weiteren Transistors ist mit einem weiteren Ausgangsanschluß verbunden. Die Emitter-ICoUektorstrecke des ersten Transistors ist ebenfalls in Serie zu einem Widerstand geschaltet

Ist einer der beiden Transistoren leitend, dann ist der andere Transistor gesperrt Beim Ausgangsanschluß, der dem leitenden Transistor zugeordnet ist, tritt ein Sinkstrom auf. Am anderen Ausgangsanschluß dagegen ist es möglich, daß über den zugehörigen Widerstand an diesem Ausgangsanschluß ein Quelistrom auftritt, und zwar in Abhängigkeit des an diesem Ausgangsanschluß herrschenden Potentials.

Mit einer solchen logischen Grundschaltung kann wohl eine UND-Funktion ausgeführt werden, indem entsprechende Ausgänge der logischen Grundschaltkreise miteinander verbunden an einem gemeinsamen Widerstand liegen. Es ist jedoch nicht möglich, mit derartigen Grundschaltkreisen ODER-Funktionen auszuführen.

Es besteht die Aufgabe, die logischen Grundscteltkreise so auszubilden daß sie mindestens zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen, wobei an dem Ausgangsanschluß ein Strom nur abzufließen und am anderen Ausgangsanschluß ein Strom nur zuzufließen vermag, die Ströme an den beiden Anschlüssen nicht zur gleichen Zeit auftreten sollen und die logischen Ausgangswerte an den Anschlüssen die gleiche Phase aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigen die

Fig. IA, IB und IC drei Beispiele von bekannten logischen Schaltkreisen; die

F i g. 2A, 2B, 2C, 2D und 2E fünf Ausführungsbeispiele logischer Schaltkreise gemäß der Erfindung; die

Fig.3A und 3B Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung;

Fig.4A ein Blockdiagramm eines Signalschaltkreises;

Fig.4B einen äquivalenten Schaltkreis gemäß Fig.4A;

Fig.4C einen für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2Ebenötigten Eingangsschaltkreis;

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Schaltkreises gemäß F i g. 4B;

Fig.6 eine Tabelle von Kombinationen logischer Schaltkreise gemäß der Erfindung;

Fig.7 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels und

Fig.8 ein Schaltbeispiel eines bekannten, zur Schaltung nach F i g. 7 äquivalenten Schaltkreises.

Die Fig.2A zeigt einen Grundschaltkreis zur Ausführung logischer Operationen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schaltungen nach den F i g. 2B und 2D zeigen Beispiele mit mehreren Ausgängen. Die F i g. 2C zeigt ein Schaltbeispiel mit mehreren Eingängen IN(BJ, und die Fig.2E zeigt eine Schaltung entsprechend derjenigen nach F i g. 2A mit der Ausnahme, daß die Diode 2 entfallen ist und ein Widerstand 6" hinzugekommen ist

In F i g. 2A ist der Kollektor des Inverter-Transistors 1, dessen Emitter an Masse liegt, verbunden mit der Kathode einer Diode 2, deren Anode am Verbindungs punkt zwischen einem Widerstand 3 und der Basis eines zweiten Transistors 4 liegt Das andere Ende des Widerstands 3 ist mit der Speisespannungsquelle Vcc verbundea Der Kollektor des Ausgangstransistors 4 ist ebenfalls mit der Speisespannungsquelle Vcc verbun den, und der Emitter dieses Transistors 4 dient als Ausgang A des logischen Grundschaltkreises. Mit dem Kollektor des inverter-Transistors 1 ist verbunden die Kathode einer Ausgangsdiode 5, deren Anode als Ausgang B dient Die Basen der Transistoren 1 und 4 dienen als Eingangsanschlüsse IN (A) und /N (B). Dieser Grundschaltkreis arbeitet wie folgt: Liegt an der Basis des Inverter-Transistors I ein niederes Potential, dann sperrt dieser Transistor. Hierdurch steigt die Basisspannung des Ausgangstransi stors 4 an, wodurch dieser Ausgangstransistors 4 leitend wird. Dies bedeutet daß am Ausgangsanschluß A ein Strom abzufließen vermag, Während am Ausgangsanschluß 5 kein Strom fließt Liegt dagegen die Basis des Inverter-Transistors 1 an hoher Spannung, dann wird dieser Transistor 1 leitend. Gleichzeitig fällt die Basisspannung am Ausgangstransistor 4 ab, wodurch dieser sperrt Dies bedeutet daß am Ausgangsanschluß B ein Strom zuzufließen vermag, während am Ausgangsanschluß A kein Strom auftritt

Die Stromrichtungen an den Anschlüssen A und B ist also zueinander entgegengesetzt Die Ströme treten nie zur gleichen Zeit auf. Bei dem jeweils gesperrten Ausgangsanschluß A bzw. B kann nie ein Strom entgegengesetzt zur vorgesehenen Stromflußrichtung fließen.

Ist der Ausgang A verbunden mit dem Ausgang A' eines anderen logischen Grundschaltkreises, so ergibt sich dadurch eine verdrahtete OR-Logik. Dies ist gezeigt in Fig.3A, wo die beiden Ausgänge A und A' am Punkt Wi miteinander verbunden sind. Wenn dort entweder ein Strom I\ oder /₂ oder ein Ausgangsstrom /3 ( = /1 + /2) auftritt dann entsteht über den Lastwiderstand R\ eine Spannung V₁, was am Punkt Wi einem logischen Η-Potential gemäß einer verdrahteten OR- Logik entspricht. Sind in entsprechender Weise die Ausgänge Bund B'miteinander verbupjen, dann ergibt sich eine verdrahtete UND-Logik. Eine solche ist in F i g. 3B gezeigt, wo die beiden Ausgänge B und B' am Punkt W₂ miteinander verbunden sind. Em Ausgangs strom /β (= /4 + h) tritt nur dann nicht auf, wenn beide Teilströme /» und /5 fließen, was bewirkt, daß die Spannung V2 dem logischen L-Potential entspricht Dies entspricht einer verdrahteten UND-Logik, die an Punkt W₂ auftritt

Ist der Ausgang Vi einer verdrahteten OR-Funktion verbunden mit dem Eingang IN(A) eines anderen identischen logischen Grundschaltkreises, dann wirkt der beim Ausgang A abfließende Strom direkt als Basisschaltstrom für den anderen Eingang IN(A) Diese

hi Stromkomponente sollte konstant sein im Hinblick auf den Stromverbrauch und im Hinblick auf die arithmetische Schaltgeschwindigkeit der logischen Schaltung. Deshalb sollte die Speisespannungsquelle Vcc im

Hinblick auf diese konstante Stromkomponente eine Konstantstromquelle sein.

Der Stromverbrauch eines logischen Schaltkreises ist im allgemeinen proportional zur Leistungsaufnahme einer den logischen Schaltkreis umfassenden Einrichtung, jedoch umgekehrt proportional mit der Verteilungsverzögerungszeit eines Grundschaltkreises. Für eine gewünschte Leistung oder Arbeitsgeschwindigkeit kann die Arbeitsweise ausgewählt werden durch Einstellen des Leistungsstromwertes vor dem Auslegen der Einrichtung. Hieraus folgt, daß bei einer Auslegung des Schaltkreises die für die geforderten Bedingungen notwendigen Arbeitsströme entsprechend günstig festgelegt werden können.

Der Ausgang V₂ einer verdrahteten UND-Funktion kann auch verbunden sein mit dem Eingang IN (B) eines anderen identischen logischen Grundschaltkreises. Das am Eingang IN(B) ankommende Eingangssignal und das Signal am Kollektor des Inverter-Transistors I bilden eine verdrahtete UND-Logik. Das Ergebnis tritt am Ausgang A auf. Die Diode 2 ist notwendig zur Ausführung der verdrahteten UND-Logik. Wenn das gleiche Ausgangssignal wie dasjenige am Ausgang B mit dem in einer Richtung fließenden Ausgangsstrom vom Ausgang der Diode 5 an der Diode 2 auftritt, dann führen das Ausgangssignal und das ankommende Signal am Eingang IN(B) eine verdrahtete UND-Logik aus, entsprechend dem in F i g. 3B gezeigten Prinzip.

Bei einer Verbindung zwischen den Ausgängen sollte ein Ausgang A verbunden sein mit einem Ausgang A gleichen Typs, und ein Ausgang B sollte verbunden sein mit einem Ausgang B gleichen Typs. Ist ein Ausgang A eines logischen Grundschaltkreises verbunden mit einem Ausgang B eines anderen logischen Grundschaltkreises, dann ist es nicht möglich, eine verdrahtete logische Grundfunktion auszuüben.

Bei logischen Schaltkreisen ist es oftmals erwünscht, mehrere Ein- oder Ausgänge vorzusehen. Derartige Grundschaltkreise sind in den Fig. 2B, 2C und 2D gezeigt, weiche Modifikationen des Grundschaltkreises nach F i g. 2A darstellen.

Beim logischen Grundschaltkreis nach F i g. 2B ist ein Ausgangstransistor 4 vorgesehen, welcher mehrere Emitter aufweist Außerdem sind mehrere Ausgangsdioden 5, 5', 5" vorhanden, die mit dem Kollektor des Inverter-Transistors I verbunden sind. Jeder Emitter des Transistors 4 ist mit einem Ausgangsanschluß A, A' und A"verbunden. Jede Anode der Ausgangsdioden ist verbunden mit einem Ausgangsanschluß B, B' und B". Mittels der Ausgangsanschlüsse A, A' und A" ist es möglich, zusammen mit den Λ-Ausgängen anderer logischer Grundschaltkreise voneinander unabhängige verdrahtete logische OR-Funktionen auszuführen. Entsprechendes gilt bezüglich der Ausgangsanschlüsse B, B' und B" zur Ausführung von einander unabhängiger verdrahteter logischer UND-Funktionen.

Beim logischen UND-Schaltkreis geniäß Fig.2C ist eine Parallelschaltung von Ausgangstransistoren 4, 4', von Widerständen 3, 3' und von Dioden 2, 2' vorgesehen. Jeder Zweig der Parallelschaltung weist einen Eingangsanschluß IN(B 1) bzw. IN(B 2) auf. Es ist jeweils ein Ausgangsanschluß A 1 und A 2 vorhanden. An jedem Eingangsanschluß IN(B 1) und IN (B 2) kann mit dem ankommenden Eingangssignal und mit dem Signal vom Kollektor des Inverter-Transistors i eine verdrahtete logische UND-Funktion ausgeführt werden. Das Ergebnis der jeweiligen Funktion kann am jeweiligen Emitter der Ausgangstransistoren 4, 4' abgegriffen werden.

Bei dem logischen Grundschaltkreis nach Fig.2C sind im Unterschied zum Schaltkreis nach Fig.2C Ausgangstransistoren 4, 4' mit mehreren Emittern und mehrere Ausgangsdioden 5, 5' und 5" vorhanden. Die Kathoden der Ausgangsdioden sind verbunden mit dem Kollektor des Inverter-Transistors I. Dieser Schaltkreis stellt also eine Kombination der logischen Grundschalt kreise nach F i g. 2B und 2C dar.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines logischer Grundschaltkreises zeigt die F i g. 2E. Hierbei sind dei Eingangsanschluß IN(B) und die Diode 2 weggefallen und zwei Widerstände 6' und 6" sind nach dem Eingangsanschluß / (A) vorgesehen. Der Widerstand 6 verbessert ebenso wie der Widerstand 6 in F i g. 2A das Schaltverhaiten des Inverter-Transistors i. Der Widerstand 6" dient zur Begrenzung des Eingangsstroms unc zu einer Erhöhung der Eingangsschwellwertspannung Wauf einen Wert höher als die Basis-Vorspannung V₈E Der gestrichelte dargestellte Widerstand 6 in der Fig.2A bis 2D dient als Entladewiderstand für die Ladung an der Basis des Inverter-Transistors 1. Eir solcher Entladewiderstand ist jedoch für die Grundarbeitsweise der Schaltungen nicht wesentlich. Die in der Figuren dargestellten Inverter-Transistoren und Dioder können ersetzt sein durch Shottky-chlamp Transistorer und Shottky-Dioden, um eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit zu erhalten. Nachfolgend werden anhand der F i g. 4A, 4B und f Schaltkreise beschrieben, bei denen ein logischei Grundschaltkreis nach Fig.2D verwendet wird. Die Fig.4A zeigt das Blockschaltbild eines Signalschalt kreises. Fig.4B ist ein zur Fig.4A äquivalente! Schaltkreis. Die Punkte a, b, c und d in Fig.4E entsprechen den Eingängen IN(B) der F i g. 2A, 2B, 2C und 2D. Die Signale Sn, S\₂, S₂I und S₂₂ an dieser Punkten und inverse Signale von Gattersignalen Gi unc G₂ bilden zusammen die verdrahtete UND-Logik Weiterhin entsprechen solche Punkte in Fig.4E

ίο denjenigen in F i g. 4A. Eine Gruppe von vier Dioden 7 sind den Signalleitungen der Grundschaltkreise, derer Ausgänge die Signale Sn, Si₂, &i und Sz₂ liefern zugeordnet Diese Dioden sind die gleichen wie die Dioden 5 in den Schaltungen gemäß F i g. 2A bis 2D. Ar

■15 den Punkten e und /in F i g. 4B bilden die Signale an der Punkten a und b und das inverse Signal de: Gattersignals Ch die verdrahtete OR-Logik, währenc die Signale an den Punkten c und d und das inverse Signal des Gattersignals G3 eine weitere verdrahtete

so OR-Logik bilden. Diese Signale werden bezüglich ihr« Vorzeichens durch die Transistoren 8 und 9 gedreht wobei sich Ausgangssignale X\ und X₂ bilden.

Die F i g. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in welchem logische Schaltkreise wie derjenige nacr Fig.4B in einem Halbleitersubstratbauteil integrier sind. Aus diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich, daf beträchtliche Effekte erreicht werden, wenn logisch« Schaltkreise gemäß der vorliegenden Erfindung zi einem LSI-Schaltkreis zusammengefaßt werden.

M) Gemäß Fig.5 sind die Transistoren und Dioden ir entsprechenden Bereichen 10 angeordnet, die sich wie Inseln in einem Bereich einer N-Leitfähigkeit befinden Sie werden beispielsweise mittete eines Diffusionspro zesses erzeugt Jene Bereiche umfassen diffundiert«

<» P-Schichten für die Dioden 11 mit einer Kontaktfläche diffundierte P-Schichten 12 als Basis mit einei Kontaktfläche und diffundierte N+-Schichten 13 al; Emitter mit einer Kontaktfläche, bestehend aus einen

N-Leitfähigkeitstyp, an den die Speisespannungsquelle angeschlossen ist, Widerstandsbereichen 15 und 16 und einem Element 17 und diffundierten N ⁺ -Schichten 18 als Kollektor mit einer Kontaktfläche. In Fig.5 sind die Verbindungen zwischen den einzelnen Bereichen ^r> schematisch dargestellt durch Linien. Diese Verbindungen werden bei der praktischen Ausführung gebildet von einem aufgedampften Metallfilm. Die Verbindungen a, b, c, d, e und /entsprechen den Signalen a bis /in Fig.4B. Die Verbindungen a, b, c und d verbinden extern die Dioden 11 im entsprechenden Transistorbereich zur Bildung einer UND-Logik. Die Verbindungen e und / verbinden extern die Emitterausgänge 13 der entsprechenden Transistoren zur Bildung einer OR-Logik. Gemäß diesem Beispiel werden 10 Inselbereiche zur Bildung des gesamten Schaltkreises benötigt. Wäre die Schaltung mit einer bekannten TTL-Grundschaltung aufgebaut, wären zur Durchführung der gleichen Schaltfunktion 20 Inselbereiche erforderlich.

Die F i g. 6 zeigt die möglichen Kombinationen der logischen Grundschaltkreise zur Bildung logischer Schaltkreise. Die Pfeile verdeutlichen die jeweilige Stromflußrichtung. Ein logischer Schaltkreis kann gebildet werden durch die Kombination nach Fall A, mit mindestens einem logischen UND- und einem NEIN-Schaltkreis. Die Kombination nach Fall B kann verwendet werden zur Bildung eines logischen Schaltkreises. In manchen Fällen ist es jedoch im Hinblick auf die Theorie von De Morgan vorteilhaft, logische Schaltkreise mit drei Arten von logischen Grundschaltkreisen zu bilden, beispielsweise durch UND-, ODER- und NEIN-Schaltkreise anstelle der Verwendung von nur zwei Arten logischer Grundschaltkreise in den Fällen A und B. Im Fall C kann nämlich die Zahl der erforderlichen logischen Grundschaltkreise pro logisehen Schaltkreis vermindert werden. F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines logischen Schaltkreises entsprechend dem Fall C in F i g. 6. In F i g. 7 entsprechen die Inverter G\ und Gi den logischen Grundschaltkreisen nach Fig.2B, während der Inverter G3 dem to logischen Grundschaltkreis nach F i g. 2A entspricht. Die Gatter Ga, Gs, Ge und G? sind Inverter, welche für eine logische Konversion erforderlich sind.

In F i g. 7 werden als Produkt oder Summe von drei Eingangssignalen Si, S₂ und 53 vier logische Signale W, « X, V und Zerzeugt. Das Signal Wist das UND-Signal der Eingangssignale S\, Si und S3. Die Eingangssignale Si, S₂ und S₃ werden durch die logischen Grundschaltkreise G\, G₂ und G₃ bezüglich ihres Vorzeichens umgedreht Die Ausgangssignale An, An, An dieser Schaltkreise sind miteinander verbunden am Punkt czur Bildung einer OR-Logik. Das OR-Ausgangssignal wird bezüglich seines Vorzeichen abermals gedreht durch den logischen Grundschaltkreis G«, wobei dann dieses Signal den UND-Ausgang der Eingangssignale Su S₂ und S₃ darstellt Das Ausgangssignal Xist das UND der Eingangssignale Si und 52. Diese Eingangssignale werden in den logischen Schaltkreisen Gi und G₂ bezüglich ihres Vorzeichens umgedreht Die Ausgangssignale An und Ai₂ von diesen logischen Grundschalt- kreisen werden am Punkt (/miteinander verbunden zur Bildung einer OR-Logik. Das so erhaltene OR-Ausgangssignal wird abermals bezüglich seines Vorzeichens umgedreht im logischen Grundschaltkreis Gs. Auf diese Weise ergeben die Eingangssignale Si und 52 einen UND-Ausgang. Weiterhin ist das Ausgangssignal y das OR der Eingangssignale Si und S₂. Die Eingangssignale Si und 5z werden in den logischen Grundschaltkreisen Gi und G₂ bezüglich des Vorzeichens umgedreht. Die Ausgangssignale Bn und B_i2 werden an Punkt e entsprechend einer UND-Logik zusammengeführt. Das UN D-Ausgangssignal wird weiterhin bezüglich des Vorzeichens umgedreht durch den logischen Grundschaltkreis Gi. Die Eingangssignale Si und S₂ ergeben also einen OR-Ausgang. Letztlich stellt das Ausgangssignal Z das OR der Eingangssignale Si, S₂ und S₃ dar. Die Signale Sj, S₂ und S3 werden bezüglich ihres Vorzeichens in den logischen Grundschaltkreisen d, G₂ und G3 umgedreht. Die Ausgangssignale Bu, B\₂ und ßi3 dieser logischen Grundschaltkreise werden an Punkt /zusammengeführt. Das UND-Ausgangssignal wird im logischen Grundschaltkreis Gj bezüglich seines Vorzeichens umgekehrt. Auf diese Weise ergeben die Eingangssignaie Si, S₂ und S₃ einen OR-Ausgang. Die logische Umsetzung dieser Signale basiert auf der Theorie von De M ο r g a n.

Wie sich aus dem Schaltkreis gemäß F i g. 7 ergibt, können die logischen Schaltkreise gegenüber den bekannten Schaltkreisen wesentlich vereinfacht werden. Dies wird anhand der F i g. 8 verdeutlicht, die einen Schaltkreis zeigt, welcher demjenigen nach F i g. 7 äquivalent ist.

Da die logischen Grundschaltkreise G'i, C₂ und G₃ jeweils Ausgänge aufweisen, bei denen entsprechend den Pfeilen in F i g. 1 der Strom in beiden Richtungen zu fließen vermag, sind die logischen Grundschaltkreise G₈, Gs, Gio und Gn absolut notwendig, um die UND- oder OR-Ausgänge der Eingangssignale SI, S2 und S3 zu erhalten. Da beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 die Ströme durch die Ausgangsstufen der logischen Grundschaltkreise Gi, G₂ und G₃ jeweils nur in einer Richtung fließen, können die UND- oder OR-Ausgänge erhalten werden durch einfaches Verbinden der Ausgangsanschlüsse. Dies bedeutet also, daß die Zahl der logischen Grundschaltkreise zur Bildung eines logischen Schaltkreises beträchtlich vermindert werden kann, was eine Kostenverminderung bei der Herstellung solcher Schaltkreise bedeutet

Nachfolgend seien noch einmal die Vorteile zusammengestellt, die mit den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen erzielbar sind:

Der Ausgangsstrom der logischen Grundschaltkreise kann jeweils nur in einer Richtung fließen, wodurch es möglich ist, die logischen Operationen OR und UND durch ν Verbinden der Ausgänge der logischen Grundschaltkreise auszuführen.

Werden die logischen Grundschaltkreise integriert, dann können die Isolationsbereiche, welche im integrierten Schaltkreis erforderlich sind, reduziert werden. Es ist auf diese Weise möglich, zahlreiche Grundschaltkreise in einem Typbereich unterzubringen.

Durch Verwendung einer verdrahteten Ausgangslogik wird die Anzahl der Stufen vermindert, was zu einer Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit führt

Die Verminderung der Anzahl der erforderlichen Stufen führt weiterhin dazu, daß der Gesamtstromverbrauch des Schaltkreises vermindert wird. Werden die logischen Schaltkreise mit einer Konstantstromquelle gespeist, dann ist es möglich, den Wert des Stromverbrauchs nach der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit auszurichten.

Die logischen Grundschaltkreise können unter Verwendung eines bipolaren Halbleiters hergestellt werden. Es ist somit möglich, die vorliegenden logischen Schaltkreise zusammen herzustellen mit TTL-integrierten Schaltkreisen und/oder integrierten Analogschalt-

kreisen auf dem gleichen Halbleitersubstrat. Ein weiterer Vorteil ist das günstige Muster eines integrierten Schaltkreises, da die Ein- und Ausgänge des Schaltkreises so angeordneil werden können, daß sie rechtwinklig zu den Verbindungskanälen verlaufen.

Hierzu 7 Blati: Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Logischer Schaltkreis bestehend aus mindestens zwei logischen Grundschaltkreisen, von denen jeder mindestens zwei Ausgangsanschlüsse aufweist, die stets einen zueinander unterschiedlichen binären logischen Schaltzustand haben, wobei mindestens zwei gleichartige Ausgangsanschlüsse mindestens zweier Grundschaltkreise zur Ausfahrung einer logischen Schaltopeiration direkt miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Gnmdschaltkreis beim ersten logischen Schaltaus tar id am ersten Ausgangsanschluß (A) der Strom in eine Richtung fließt, während am anderen Ausgangsanschluß (B) ein Stromfluß unterbunden ist und beim zweiten logischen Schaltzustand am anderen Ausgangsanschluß (B) der Strom in eine Richtung fließt, die derjenigen des Stroms am ersten Ausgangsanschluß (A) beim ersten Schaltzustand entgegengesetzt ist, während am ersten Ausgangsanschluß (A) ein Stromfluß unterbunden ist, und bei jedem Gnmdschaltkreis der Kollektor eines Inverter-Transistors (1), dessen Emitter an einem Pol einer Speisespannungsquelle und dessen Basis an einem Eingangsanschluß [IN(A)] liegt, mit der Basis mindestens eines Ausgangstransistors (4) verbunden ist, die über einen Widerstand (3) mit dem anderen Pol (ν_α) der Speisespannungsquelle verbunden ist, dieser Ausgangstransistor (4) mit seinem Kollektor an dem anderen Pol (Va) und mit seinem Emitter am ersten Ausgangsanschluß (A) liegt, während zwischen dem anderen Ausgangsarischluß (B) und dem Kollektor des Inverter-Transistors (I) mindestens eine Diode (S) geschaltet ist, die mit ihrer Kathode mit diesem Kollektor verbunden ist

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des Inverter-Transistors (1) und der Basis des Ausgangstransi- stors (4) eine Diode (2) geschaltet ist, die mit ihrer Kathode mit dem Kollektor des Inverter-Transistors (1) verbunden ist

3. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis des Inverter-Tran- sistors (1) und dessen Emitter ein Widerstand (6) geschaltet ist

4. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Basis des Inverter-Transistors (1) und dem !Hingangsanschluß [IN(A)] ein Widerstand (6") geschaltet ist

5. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangs transistor (4) mehrere jeweils mit ersten Ausgangsanschlüssen (A, A', A") verbundene Emitter aufweist

6. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kollektor des Inverter-Transistors (1) mehrere Dioden (5,5', 5") verbunden sind, deren Anoden jeweils; an einem anderen Ausgangsanschluß (B, B', B") liegen. f>o

7. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Ausgangstransistors (4) mit einem zweiten Eingangsanschluß [IN (B)]verbunden ist

8. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, μ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ausgangstransistoren (4,4') und dazu in Serie je ein Widerstand (3,3') in Parallelschaltung zwischen der Speisespannungsquelle (V_1x) und dem Kollektor des Inverter-Transistors (I) geschaltet sind.

9. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter-Transistor (1) ein Shottky-clamp-Transistor und die Dioden Shottky-Dioden sind.

10. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Inverter-Transistors (1) an Masse liegt