RU2814896C1 - Cmos exclusive-or logic gate - Google Patents
Cmos exclusive-or logic gate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814896C1 RU2814896C1 RU2023121950A RU2023121950A RU2814896C1 RU 2814896 C1 RU2814896 C1 RU 2814896C1 RU 2023121950 A RU2023121950 A RU 2023121950A RU 2023121950 A RU2023121950 A RU 2023121950A RU 2814896 C1 RU2814896 C1 RU 2814896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistors
- exclusive
- transistor
- power supply
- type
- Prior art date
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 5
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при построении схем, использующих функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ - многоразрядных сумматоров, схем четности/нечетности, счетных регистров и многих других быстродействующих многоразрядных электронных устройств.The present invention relates to digital computing technology and can be used in the construction of circuits using the EXCLUSIVE-OR function - multi-bit adders, even/odd circuits, counting registers and many other high-speed multi-bit electronic devices.
Известна Схема вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ использующая передаточные вентили (XOR gate circuit using TG) [1] (p. 652, Fig. 7.5), построенная на 8-ми МОП транзисторах, образующих два КМОП инвертора и два полно-уровневых КМОП передаточных вентиля (Transmission Gates, TGs).The XOR gate circuit using TG is known [1] (p. 652, Fig. 7.5), built on 8 MOS transistors, forming two CMOS inverters and two full-level CMOS transfer gates ( Transmission Gates, TGs).
Данная Схема вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] содержит входы а и b и выход out, шины источника питания высокого и низкого уровней напряжения, МОП транзисторы Р-типа с первого по четвертый и N-типа с пятого по восьмой.This XOR gate circuit [1] contains inputs a and b and output out, high and low voltage power supply rails, P-type MOS transistors from the first to the fourth and N-type transistors from the fifth to the eighth.
Недостатком известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] является низкое быстродействие, вызванное наличием больших значений встроенных паразитных узловых емкостей на выходе инвертора в цепи прохождения сигнала от входа b до выхода out через передаточный вентиль, подсоединенный к выходу КМОП инвертора, формирующего инверсный сигнал .A disadvantage of the known EXCLUSIVE-OR gate circuit [1] is the low performance caused by the presence of large values of built-in parasitic node capacitances at the inverter output in the signal circuit from input b to output out through a transfer gate connected to the output of the CMOS inverter generating the inverse signal .
Кроме того, динамический ток потребления известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] увеличивается из-за повышенного времени переходного процесса перезаряда данного узла, что приводит к дополнительному перегреву элементов схемы и снижает общую надежность схемы.In addition, the dynamic current consumption of the known EXCLUSIVE-OR gate circuit [1] increases due to the increased time of the transient recharging process of this node, which leads to additional overheating of the circuit elements and reduces the overall reliability of the circuit.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] и ее надежности за счет уменьшения динамического тока потребления.The objective of the present invention is to increase the performance of the known EXCLUSIVE-OR gate circuit [1] and its reliability by reducing the dynamic current consumption.
Поставленная задача достигается тем, что, в Схеме вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1], содержащей МОП транзисторы Р-типа с первого по четвертый и N-типа с пятого по восьмой, вход сигнала А, соединенный с затворами транзисторов первого, второго, пятого и восьмого, причем стоки транзисторов первого и пятого соединены между собой и соединены с затворами транзисторов четвертого и шестого, вход сигнала В, соединенный затворами транзисторов третьего и седьмого и с истоками транзисторов второго и шестого, причем стоки транзисторов третьего и седьмого соединены между собой, шину источника питания высокого уровня напряжения VDD, соединенную с истоком первого транзистора, шину источника питания низкого уровня напряжения GND, соединенную с истоком пятого транзистора, выход OUT, соединенный со стоками транзисторов второго и шестого, в отличие от известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1], исток четвертого транзистора соединен с шиной источника питания высокого уровня напряжения VDD, а сток - с истоком третьего, исток восьмого транзистора соединен с шиной источника питания низкого уровня напряжения GND, а сток - с истоком седьмого, и стоки транзисторов третьего и седьмого соединены с выходом OUT.The task is achieved by the fact that, in the EXCLUSIVE-OR gate circuit [1], containing MOS transistors of the P-type from the first to the fourth and N-type from the fifth to the eighth, the signal input A is connected to the gates of the transistors of the first, second, fifth and eighth, and the drains of the first and fifth transistors are interconnected and connected to the gates of the fourth and sixth transistors, signal input B, connected by the gates of the third and seventh transistors and with the sources of the second and sixth transistors, and the drains of the third and seventh transistors are connected to each other, the source bus high-voltage power supply VDD connected to the source of the first transistor, low-voltage power supply bus GND connected to the source of the fifth transistor, OUT output connected to the drains of the second and sixth transistors, in contrast to the well-known EXCLUSIVE-OR gate circuit [1], The source of the fourth transistor is connected to the high voltage power supply bus VDD, and the drain is connected to the source of the third, the source of the eighth transistor is connected to the low voltage power supply bus GND, and the drain is connected to the source of the seventh, and the drains of the third and seventh transistors are connected to the OUT output .
Таким образом, в предлагаемом техническом решении КМОП логического вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ, в отличие от известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1], отсутствует физическое соединение истоков МОП транзисторов третьего и седьмого и стоками МОП транзисторов четвертого и восьмого между собой, которое увеличивает емкость данного узла и тем самым снижает быстродействие Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] из-за увеличения длительности переходного процесса переключения этого узла. Поэтому быстродействие в предлагаемом КМОП логическом вентиле ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ выше быстродействия известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1].Thus, in the proposed technical solution of the CMOS logical gate EXCLUSIVE-OR, in contrast to the well-known EXCLUSIVE-OR gate circuit [1], there is no physical connection between the sources of the MOS transistors of the third and seventh and the drains of the MOS transistors of the fourth and eighth among themselves, which increases the capacity of this node and thereby reduces the performance of the EXCLUSIVE-OR gate circuit [1] due to an increase in the duration of the transient switching process of this node. Therefore, the performance of the proposed CMOS EXCLUSIVE-OR logic gate is higher than the performance of the well-known EXCLUSIVE-OR gate circuit [1].
Кроме того, повышение быстродействия схемы за счет уменьшения длительности переходного процесса приводит к уменьшению времени протекания сквозного тока между шинами источника питания высокого VDD и низкого GND уровней, снижению величины динамического тока потребления схемы и уменьшению дополнительного перегрева элементов схемы, что повышает общую надежность предлагаемого КМОП логического вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ.In addition, increasing the speed of the circuit by reducing the duration of the transient process leads to a decrease in the time of flow of through current between the power supply buses of high VDD and low GND levels, a decrease in the dynamic current consumption of the circuit and a decrease in additional overheating of circuit elements, which increases the overall reliability of the proposed CMOS logic EXCLUSIVE-OR gate.
На Рисунке приведена схема предлагаемого КМОП логического вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ.Figure shows the schematic diagram of the proposed CMOS XOR logic gate.
Предлагаемый КМОП логический вентиль ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ содержит МОП транзисторы Р-типа с первого по четвертый 1-4 и N-типа с пятого по восьмой 5-8, вход сигнала А, соединенный с затворами транзисторов первого 1, второго 2, пятого 5 и восьмого 8, причем стоки первого 1 и пятого 5 транзисторов соединены между собой и соединены с затворами транзисторов четвертого 4 и шестого 6, вход сигнала В соединенный с затворами транзисторов третьего 3 и седьмого 7 и истоками транзисторов второго 2 и шестого 6, причем стоки транзисторов третьего 3 и седьмого 7 соединены между собой, выход OUT, соединенный со стоками транзисторов второго 2 третьего 3, шестого 6 и седьмого 7, шину источника питания высокого уровня напряжения VDD, соединенную с истоками транзисторов первого 1 и четвертого 4, шину источника питания низкого уровня напряжения GND, соединенную с истоками транзисторов пятого 5 и восьмого 8, причем сток четвертого транзистора 4 соединен - с истоком третьего 3, а сток восьмого 8 - с истоком седьмого.The proposed CMOS XOR logic gate contains P-type MOS transistors from the first to the fourth 1-4 and N-type from the fifth to the eighth 5-8, signal input A connected to the gates of the first 1, second 2, fifth 5 and
Предлагаемый КМОП логический вентиль ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ представляет собой логическую схему комбинационного типа, предназначенную для формирования логической функции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ и работает согласно нижеприведенной таблице истинности. Таблица истинности КМОП логического вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИThe proposed CMOS XOR gate is a combinational type logic circuit designed to form an XOR logic function and operates according to the truth table below. Truth Table of CMOS Exclusive-Or Logic Gate
В исходном состоянии (Комбинация №1) на входы А и В поступает напряжение низкого уровня GND, которое соответствует напряжению низкого логического уровня «0» таблицы истинности. При этом транзисторы Р-типа 1, 2 и 3 открываются, а N-типа 5, 7 и 8 закрывается. Через открытый транзистор 1 на затворы транзисторов Р-типа 4 и N-типа 6 поступает напряжение высокого уровня VDD, которое соответствует напряжению высокого логического уровня «1» таблицы истинности, в результате чего транзистор 6 открывается, а транзистор 4 - закрывается. Поэтому на выход OUT через открытые транзисторы 2 и 6 с входа В поступает напряжение низкого логического уровня «0», которое соответствует значению таблицы истинности комбинации №1.In the initial state (Combination No. 1), a low level voltage GND is supplied to inputs A and B, which corresponds to the voltage of the low logical level “0” of the truth table. In this case, P-
Если на вход А поступает напряжение высокого логического уровня «1», а на вход В напряжение низкого логического уровня «0» (Комбинация №2), то транзисторы Р-типа 1 и 2 и транзистор N-типа 7 закрываются, а транзистор Р-типа 3 и транзисторы N-типа 5 и 8 - открываются. Через открытый транзистор 5 на затворы транзисторов Р-типа 4 и N-типа 6 поступает напряжение низкого логического уровня «0», в результате чего транзистор 4 открывается, а транзистор 6 - закрывается. Поэтому на выход OUT через открытые транзисторы 3 и 4 поступает напряжение высокого логического уровня «1», которое соответствует значению таблицы истинности комбинации №2.If a voltage of a high logical level “1” is supplied to input A, and a voltage of a low logical level “0” is supplied to input B (Combination No. 2), then P-type transistors 1 and 2 and N-
Если на вход А поступает напряжение низкого логического уровня «0», а на вход В напряжение высокого логического уровня «1» (Комбинация №3), то транзисторы Р-типа 1 и 2 и транзистор N-типа 7 открываются, а транзистор Р-типа 3 и транзисторы N-типа 5 и 8 закрываются. Через открытый транзистор 1 на затворы транзисторов Р-типа 4 и N-типа 6 поступает напряжение высокого логического уровня «1», вследствие чего транзистор 4 закрывается, а транзистор 6 открывается. Поэтому с входа В на выход OUT через открытые транзисторы 2 и 6 поступает напряжение высокого логического уровня «1», которое соответствует значению таблицы истинности комбинации №3.If a voltage of a low logical level “0” is supplied to input A, and a voltage of a high logical level “1” is supplied to input B (Combination No. 3), then P-type transistors 1 and 2 and N-
Если на входы А и В поступает напряжение высокого логического уровня «1» (Комбинация №4), то транзисторы Р-типа 1, 2 и 3 закрываются, а транзисторы N-типа 5, 7 и 8 - открываются. Через открытый транзистор 5 на затворы транзисторов Р-типа 4 и N-типа 6 поступает напряжение низкого логического уровня «0», в результате чего транзистор 6 закрывается, а транзистор 4 - открывается. Поэтому напряжение шины источника питания низкого уровня GND, соответствующее напряжение низкого логического уровня «0», через открытые транзисторы 7 и 8 поступает на выход OUT. Таким образом данное состояние соответствует значениям таблицы истинности комбинации №4.If inputs A and B receive a high logic level voltage “1” (Combination No. 4), then P-
При возврате схемы исходное состояние (Комбинация №1 таблицы истинности) на входы А и В поступает напряжение низкого логического уровня «0». При этом транзисторы Р-типа 1, 2 и 3 открываются, а N-типа 5, 7 и 8 закрывается. Через открытый транзистор 1 на затворы транзисторов Р-типа 4 и N-типа 6 поступает напряжение высокого логического уровня «1», в результате чего транзистор 6 открывается, а транзистор 4 - закрывается. Поэтому с входа В на выход OUT через открытые транзисторы 2 и 6 поступает напряжение низкого логического уровня «0», которое соответствует значению таблицы истинности комбинации №1 и КМОП логический вентиль ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ переходит в исходное состояние.When the circuit returns to its original state (Combination No. 1 of the truth table), a low logic level voltage “0” is supplied to inputs A and B. In this case, P-
Так как в предложенном КМОП логическом вентиле ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ, физическое соединение истоков МОП транзисторов третьего и седьмого и стоками МОП транзисторов четвертого и восьмого между собой, которое увеличивает емкость данного узла и тем самым снижает быстродействие Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] отсутствует, то емкость данного узла существенно уменьшена. Поэтому длительность переходного процесса связанная с перезарядом паразитных емкостей уменьшена и быстродействие предлагаемого КМОП логического вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ выше известной Схемы вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1].Since in the proposed CMOS EXCLUSIVE-OR logic gate, there is no physical connection between the sources of the MOS transistors third and seventh and the drains of the MOS transistors fourth and eighth, which increases the capacitance of this node and thereby reduces the performance of the EXCLUSIVE-OR gate circuit [1] is absent, then The capacity of this node is significantly reduced. Therefore, the duration of the transient process associated with the recharging of parasitic capacitances is reduced and the performance of the proposed CMOS XOR logic gate is higher than the well-known XOR gate circuit [1].
Кроме того, повышение быстродействия схемы за счет уменьшения длительности переходного процесса приводит к уменьшению времени протекания сквозного тока между шинами источника питания высокого VDD и низкого GND уровней, снижению динамического тока потребления, уменьшению дополнительного перегрева элементов схемы и тем самым повышает общую надежность предлагаемого КМОП логического вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ.In addition, increasing the speed of the circuit by reducing the duration of the transient process leads to a decrease in the flow time of the through current between the power supply buses of high VDD and low GND levels, a decrease in dynamic current consumption, a reduction in additional overheating of circuit elements and thereby increases the overall reliability of the proposed CMOS logic gate EXCLUSIVE-OR.
Таким образом, предлагаемый КМОП логический вентиль ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ по сравнению с известной Схемой вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ [1] обладает более высоким быстродействием и надежностью.Thus, the proposed CMOS exclusive-or logic gate, compared to the well-known exclusive-or gate circuit [1], has higher performance and reliability.
ЛитератураLiterature
1. Balaji, G. N. Combinational Circuits Using Transmission gate Logic for Power Optimization / G. Naveen Balaji, V. Aathira, K. Ambhikavathi, S. Geethiga, R. Havin // International Research J. of Eng. and Tech. - May 2016. - Vol. 03, Issue 05. - ISO 9001: 2008 Certified Journal. - P. 649-654. - e-ISSN: 2395-0056, p-ISSN: 2395-0072 (Fig. 7.5, p. 652).1. Balaji, G. N. Combinational Circuits Using Transmission gate Logic for Power Optimization / G. Naveen Balaji, V. Aathira, K. Ambhikavathi, S. Geethiga, R. Havin // International Research J. of Eng. and Tech. - May 2016. - Vol. 03, Issue 05. - ISO 9001: 2008 Certified Journal. - P. 649-654. - e-ISSN: 2395-0056, p-ISSN: 2395-0072 (Fig. 7.5, p. 652).
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814896C1 true RU2814896C1 (en) | 2024-03-06 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6469541B2 (en) * | 2000-03-28 | 2002-10-22 | Translogic Technology, Inc. | Exclusive Or/Nor circuit |
RU2761172C1 (en) * | 2020-11-25 | 2021-12-06 | Акционерное общество "Новосибирский завод полупроводниковых приборов Восток" | Three-input cmos exclusive or/exclusive nor logic gate |
RU2784457C1 (en) * | 2022-06-23 | 2022-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Four-input cmos logic gate exclusive-or/exclusive-or-no |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6469541B2 (en) * | 2000-03-28 | 2002-10-22 | Translogic Technology, Inc. | Exclusive Or/Nor circuit |
RU2761172C1 (en) * | 2020-11-25 | 2021-12-06 | Акционерное общество "Новосибирский завод полупроводниковых приборов Восток" | Three-input cmos exclusive or/exclusive nor logic gate |
RU2784457C1 (en) * | 2022-06-23 | 2022-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Four-input cmos logic gate exclusive-or/exclusive-or-no |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BALAJI G. N. et al., "Combinational Circuits Using Transmission gate Logic for Power Optimization", International Research J. of Eng. and Tech (IRJET), May 2016 Vol. 03, ISO 9001: 2008 Certified Journal, фиг. 7.5, стр. 652. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4417552B2 (en) | High speed ratio type CMOS logic structure for pulse input | |
RU2604054C1 (en) | Voltage level converter | |
CN114567291A (en) | D flip-flop, and processor and computing device including the same | |
Srinivasulu et al. | ULPD and CPTL pull-up stages for differential cascode voltage switch logic | |
RU2814896C1 (en) | Cmos exclusive-or logic gate | |
RU2802665C1 (en) | Exclusive-or logic gate | |
JP2007504734A (en) | Static latch | |
RU2679186C1 (en) | Voltage level converter | |
NL8702986A (en) | CMOS LOGIC CIRCUIT. | |
RU2642416C1 (en) | Voltage logical level converter | |
Yeo et al. | Ultra-low-voltage bootstrapped CMOS driver for high performance applications | |
RU2756445C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2667798C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2632567C1 (en) | Voltage level converter | |
RU2784457C1 (en) | Four-input cmos logic gate exclusive-or/exclusive-or-no | |
RU2739487C1 (en) | Voltage level converter | |
Singh et al. | Analysis and design guidelines for customized logic families in CMOS | |
RU2761172C1 (en) | Three-input cmos exclusive or/exclusive nor logic gate | |
RU2664014C1 (en) | Control signals generator circuit | |
RU2787930C1 (en) | Input register element | |
RU2771447C1 (en) | Input register element | |
RU2444050C1 (en) | Single-digit adder | |
Sadeghi et al. | Using level restoring method for dual supply voltage | |
Borkute et al. | Delay performance and implementation of quaternary logic circuits | |
Mahendranath et al. | Analysis of two new voltage level converters with various load conditions |