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Dokumentenidentifikation DE3780482T2 11.03.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0235507
Titel Oder-Funktion mit gemeinsamer Verbindung für stromgesteuerte Gatter.
Anmelder International Business Machines Corp., Armonk, N.Y., US
Erfinder Dansky, Allan H., Poughkeepsie New York 12603, US;
Savalle, Martine Marie Francoise, F-06140 Vence, FR;
Schettler, Helmut, W-7405 Dettenhausen, DE
Vertreter Teufel, F., Dipl.-Phys., Pat.-Ass., 8000 München
DE-Aktenzeichen 3780482
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 13.01.1987
EP-Aktenzeichen 871003448
EP-Offenlegungsdatum 09.09.1987
EP date of grant 22.07.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.1993
IPC-Hauptklasse H03K 19/082
IPC-Nebenklasse H03K 19/00   H03K 3/288   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft digitale Halbleiter-schaltungen, die als stromgesteuerte Gatter bekannt sind.

Die Fähigkeit eines logischen Schaltkreises, große Lasten anzusteuern, z. B. hohe Ausgangsbelastung und/oder Ausgangskapazität, ist sehr wünschenswert. Häufig ist ein Gegentakttreiber verwendet worden, um diese Fähigkeit wirkungsvoll zu erzielen.

Solch ein Schaltkreis, eine Schaltung mit stromgesteuerten Gattern (CCG), enthält einen Emitterfolger und einen Wechselstrom gekoppelten Pull-down-Ausgang, der in einer Gegentaktanordnung verwendet wird. Solch ein CCG-Schaltkreis wird im folgenden Artikel unter dem Titel "Active Pull-Down Circuit For Current-Controlled Gate" von A.H. Dansky und J.P. Norsworthy, IBM Technical Disclosure Bulletin, Ausgabe Nr. 24 vom 11. April 1982, Seiten 5613-5618 und in der U.S. Patentschrift US-A-4.605.870 vom 25. März 1983, veröffentlicht am 08. August 1986, offengelegt.

Ein für eine logische Schaltung sehr wünschenswertes Merkmal ist die logische Funktion eines "verdrahteten Oder-Gliedes" zu besitzen. Das "verdrahtete Oder" ist der Übergang von zwei logischen Pegeln in einen logischen Pegel durch einfaches Verbinden der Ausgänge zweier oder mehrerer Schaltkreise miteinander, um ein logisches "Oder" der Ausgänge zu schaffen. Die logische Leistungsfähigkeit von CCG-Schaltungen würde erhöht werden, wenn solche Schaltungen fest verdrahtet werden. Ohne feste Verdrahtung wäre eine zusätzliche Logikstufe erforderlich, um die Pegel zusammenzuführen. Außerdem wird die "Verdrahtung" benötigt, um einen Zwischenspeicher aus CCG-Schaltungen aufzubauen.

Unglücklicherweise funktionieren Gegentaktschaltungen wie die CCG's kaum, wenn die Ausgänge von zwei oder mehr Schaltungen verdrahtet sind. Besonders wenn CCG-Ausgänge verdrahtet sind, verursachen Übergänge zwischen bestimmten Eingangszuständen ein aktives Pull-up gegen ein aktives Pull-down. Wenn das geschieht, fließen hohen Ströme in den CCG-Schaltungen und unzulässig hohe Energiemengen werden verschwendet. Desweiteren würden im Falle der CCG-Schaltung während der Übergänge zwischen bestimmten Eingangszuständen Impulsspitzen auf den Ausgang wirken, wenn der Ausgang nicht geändert würde.

Allgemein sind CCG-Schaltungen besonders durch das IBM Technical Disclosure Bulletin, Ausgabe Nr. 26 vom 03. August 1986, Seite 1088-1090 und auch durch US-A-3,505,535 bekannt. Das letztere Dokument legt insbesondere offen, wie CCG-Schaltungen so direkt miteinander verbunden werden, daß sie eine verdrahtete logische Funktion liefern.

Zusammenfassung der Erfindung

Übereinstimmend mit der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung können CCG-Schaltungen vorteilhaft auf solche Weise verdrahtet werden, um während Übertragungen zwischen bestimmten Eingangszuständen hohe Ströme und Impulsspitzen am Ausgang zu vermeiden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Schottky-Dioden zwischen verdrahteten CCG-Schaltungen gekoppelt. Speziell wird eine Schottky-Diode zwischen einer Basis-Kollektor- Kopplungsdiode einer CCG-Schaltung zum Emitter der Eingangstransistoren einer anderen CCG-Schaltung verbunden und wieder zurück.

Die so gekoppelten Schottky-Dioden entladen die Diffusionskapazität der Basis zu den Kollektordioden. Dies wiederum hindert die aktiven Pull-down Bauteile am Betrieb während des Übergangs zwischen bestimmten Eingangszuständen. Als Resultat werden hohe Ströme nicht in aktive Pull-down Bauteile gekoppelt und der verdrahtete Ausgang hat keine Impulsspitzen.

Außerdem enthält die Zwischenspeicherschaltung, die verdrahtete CCG-Schaltungen enthält, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Schottky-Diode, um die Diffusionskapazität der Basis-Kollektor-Dioden zu entladen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein volles Verständnis der vorliegenden Erfindung kann bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erreicht werden, in welcher:

Fig. 1, in bildlicher Darstellung, ein Schaltungsdiagramm einer CCG-Schaltung zeigt;

Fig. 2, in bildlicher Darstellung, ein Schaltungsdiagramm einer verdrahteten CCG-Schaltung zeigt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; und

Fig. 3, in bildlicher Darstellung, ein Schaltungsdiagramm verdrahteter CCG-Schaltungen mit Zwischenspeicher zeigt.

Um dem Leser das Verständnis zu erleichtern, sind zur Bezeichnung der den Figuren gemeinsamen Elemente identische Referenznummern verwendet worden.

Detaillierte Beschreibung

Vor der Beschreibung der erfindungsgemäßen verdrahteten CCG- Schaltung möchten wir die CCG-Schaltung selbst kurz beschreiben, um einen Verständnisrahmen für die vorliegende Erfindung zu schaffen.

Fig. 1 zeigt die Verwirklichung einer CCG-Schaltung. Zuerst werden wir die Funktion dieser CCG-Schaltung in ihren zwei DC-Zuständen beschreiben. Danach werden wir die Funktion der Schaltung während Übergängen zwischen diesen DC-Zuständen beschreiben.

Für die nachfolgende Erörterung soll angenommen werden, daß ein UP-Pegel oder eine logische "1" einer Spannung von etwa 1,35 V entspricht und ein DOWN-Pegel oder eine logische "0" einer Spannung von etwa 0,55 V entspricht, und die Energieversorgungsspannung für die Schaltung, Vcc, einer Spannung von etwa 2,1 V entspricht. Dem Fachkundigen sollte klar sein, daß diese speziellen Werte lediglich für die Erörterung gewählt sind und durch ein entsprechendes Schaltungsdesign geändert werden können

Außerdem wird zur Vereinfachung der Erörterung der Eingangspegel für die Transistoren T2A und T2AA in allen Fällen als ein DOWN- Pegel angenommen. Deshalb wird er, weil die CCG-Schaltung eine logische NOR-Funktion darstellt, sich in Bezug auf den Eingangspegel zur Basis des Transistors T1A wie ein Inverter verhalten.

Der Eingangspegel an T1A bestimmt so den Ausgangspegel der Schaltung an Knoten A4.

DC-Zustand für Eingangsgröße = UP-Pegel

Ist der Eingangspegel an Transistor T1A ein UP-Pegel, d. h. 1,35 V wird der Ausgang der Schaltung, Knoten A4, ein DOWN-Pegel sein, d. h. 0,55 V. Da der Eingangspegel an der Basis des Transistors T1A 1,35 V beträgt, ist T1A "an". Angenommen die Basis- Emitter-Spannung von T1A hat einen Wert von 0,75, dadurch beträgt die Spannung VA2 am Knoten A2 0,6 V.

Das Begrenzungsnetzwerk gegen eine Übersättigung besteht aus den Widerständen R1A und R2A und dem Transistor T6A, der in der US- Patentschrift US-A-3,505,535 beschrieben ist. Diese Begrenzungsschaltung führt den selben Strom wie T1A, und die Spannung VA1 am Knoten A1 beträgt 1,1 V.

In dieser CCG-Schaltung ist der Widerstand R4A typischerweise etwa zehnmal so groß wie R3A. Zum Beispiel wählen wir R4A mit 64.000 Ohm und R3A mit 6.400 Ohm.

Da am Ausgang der Schaltung am Knoten A4 ein DOWN-Pegel anliegt, ist die Spannung VA4 am Knoten A4 ein DOWN-Pegel mit 0,55 V. Dies bewirkt, daß der Kollektorstrom durch den Transistor T4A etwa 0,09 uA beträgt (solch ein Wert resultiert, weil NPN Transistoren des hier verwendeten Typs die Eigenschaft haben, daß ihr Kollektorstrom Ic sich etwa bei jedem Abfall der Basis-Emitter-Spannung um 20 mV halbiert und sich bei jedem Anstieg der Basis-Emitter-Spannung um 20 mV etwa verdoppelt. Für die hier verwendeten Transistoren ist Ic = 100 uA, wenn die Basis- Emitter-Spannung etwa 75 mV beträgt. Dadurch fällt Ic von 100 uA auf etwa 0,09 uA, wenn die Basis-Emitter-Spannung von 0,75 mV auf 0,55 mV abfällt). Wenn der ganze Strom der durch den Transistor T4A fließt, auch durch den Widerstand R4A fließen würde, wäre der Abfall durch R4A etwa 0,064 mV. Auf diese Weise wäre die Spannung VA3 am Knoten A3 etwa 0,55 mV. Weil die Spannung VA2 am Knoten A2 0,6 V und die Spannung VA3 am Knoten A3 0,55 V beträgt, ist die Basis-Kollektor-Diode von T3A "aus". Im Ergebnis ist die Kapazität der Basis-Kollektor-Diode von T3A allein aufgrund der Sperrschichtkapazität niedrig, und hat in der Regel einen Wert von 0,1 pF. Da die Spannung VA3 etwa 0,55 V beträgt, ist der Transistor T5A "aus". Außerdem ist die Schottky-Diode LA "aus", weil die Spannungen VA3 und VA4 an den Knoten A3 beziehungsweise A4 annähernd 0,55 V beträgt.

DC-Zustand für Eingangsgröße = DOWN-Pegel

Ist der Eingangspegel an Transistor T1A ein DOWN-Pegel d. h. 0,55 V, wird der Schaltungsausgang am Knoten A4 ein UP-Pegel sein, d. h. 1,35 V. Da der Eingangspegel an der Basis des Transistors T1A 0,55 V beträgt, ist T1A "aus" und es fließt kein Strom hindurch. Somit beträgt die Spannung VA1 am Knoten A1 gleich Vcc, d. h. 2,1 V. Da durch den Transistor T1A kein Strom fließt, ist der Knoten A2 geerdet. Außerdem ist Transistor T4A "an" und seine Basis-Emitter-Spannung ist geringfügig geringer als 0,75 V, d. h. etwa 0,725 V. Das führt dazu, daß die Ausgangsspannung am Knoten A4 1,35 V beträgt. In Übereinstimmung mit der oben ausgeführten Regel über den Ic und die Basis-Emitter-Spannung, beträgt der Kollektorstrom von Transistor T4A etwa 30 uA.

Die Spannung VA3 am Knoten A3 beträgt 0,7 V. Somit beträgt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T5A 0,7 V. Deshalb ist T5A am Rande der Durchlässigkeit, d. h. er ist fast an. Dies wiederum führt dazu, daß der Strom, der durch T5A fließt etwa 20 uA beträgt, übereinstimmend mit der oben ausgeführten Regel über den Ic und die Basis-Emitter-Spannung.

Der Strom durch den Widerstand R4A beträgt etwa 10 uA, z. B. (1,35-0,7)/64.000. Durch R4A, T3A und R3A wird in einem Zweig und durch T5A in einem anderen Zweig ein "Stromspiegel" gebildet. Die Basis-Kollektor-Spannung von T5A entspricht der Basis- Kollektor-Spannung von T3A plus dem Spannungsabfall über R3A. Da R4A viel größer als R3A ist, gibt es über R3A einen vernachlässigbaren Spannungsabfall. Bei Anwendung der Spannungs-Strom-Regel, wie oben erörtert, ist der Strom durch T5A, wenn der Spannungsabfall durch R3A etwa 0,05 V beträgt, 4 bis 5 mal so groß wie der durch Widerstand R4A. Diese 10 uA die durch die Basis- Kollektor-Sperrschicht des T3A fließen, spannen ihn vor, so daß eine Diffusionskapazität im Bereich von 2 bis 10 pF entsteht.

Nun untersuchen wir die Übergänge der CCG-Schaltung zwischen den beiden DC-Zuständen, die wir gerade beschrieben haben.

Übergang von Eingangsgröße = DOWN-Pegel zur Eingangsgröße = Up- Pegel.

Wenn der Eingangspegel von einem DOWN-Pegel zu einem UP-Pegel wechselt, fällt die Spannung VA1 am Knoten A1 von 2,1 V auf 1,1 V und die Spannung VA2 am Knoten A2 steigt von 0 auf 0,6 V.

Resultierend aus der Kopplung des Spannungsanstiegs am Knoten A2 durch die Basis-Kollektor-Diode T3A steigt die Spannung VA3 am Knoten A3 von 0,7 V auf 0,83 V. Die Schottky-Diode LA ist anfänglich "aus", weil die Spannung VA3 anfänglich 0,7 V beträgt, und die Ausgangsspannung VA4 anfänglich 1,35 V beträgt. Jedoch fällt die Spannung VA4 ab, sobald die Spannung VA1 abfällt. An dem Punkt, an dem die Spannung VA4 auf etwa 0,3 V abfällt, schaltet die Schottky-Diode LA "ein", da die Spannung VA3 auf etwa 0,83 V gestiegen ist. Jetzt beträgt die Basis-Emitter-Spannung für den Transistor T5A 0,83 V. Im Ergebnis und in Übereinstimmung mit den oben erörterten Verhältnissen fließt ein Strom von über 1 mA durch T5A, d. h. er ist gerade "ein"-geschaltet.

Da die Schottky-Diode LA nun "ein"-geschaltet ist, weil die Spannung VA4 abfällt, zieht Schottky LA die Spannung VA3 mit und verringert sie somit. Da die Spannung VA3 verringert ist, ist der Strom durch den Transistor T5A in Übereinstimmung mit der oben erörterten Regel verringert und T5A beginnt "aus"-zuschalten. Wenn T5A "aus"-zuschalten beginnt, steigt die Spannung VA4 langsam auf 0,55 V an. Durch den Spannungsanstieg von VA4 auf 0,55 V schaltet T3A "aus" und es erfolgt ein weiterer Stromfluß durch R4A bis T5A "aus" ist. An diesem Punkt ist die Kapazität der Basis-Emitter-Diode von T3A verringert worden und der Schaltkreis entspricht dem im vorhergehenden beschriebenen DC Eingang = UP Pegel.

Übergang von der Eingangsgröße = UP-Pegel zur Eingangsgröße = DOWN-Pegel.

Wenn die Eingangsgröße von einem UP-Pegel auf einen DOWN-Pegel schaltet, steigt die Spannung VA1 am Knoten A1 von 1,1 V auf 2,1 V und die Spannung VA2 am Knoten A2 fällt von 0,6 auf 0 V. Da die Diffusionskapazität des Transistors T3A anfangs 0,1 pF betrug, besteht eine sehr geringe Kopplung zwischen Knoten A2 und Knoten A3. Somit bleibt Transistor T5A "aus". Wenn die Spannung VA1 von 1,1 V auf 2,1 V steigt, steigt die Ausgangsspannung VA4 am Knoten A4 von 0,55 V auf 1,35 V, da der Transistor T4A "ein"schaltet und mehr Strom zieht.

Nun wird die erfindungsgemäße verdrahtete CCG-Schaltung beschreiben, die in Fig. 2 dargestellt ist. Wie in Fig. 2 dargestellt, gibt es drei Eingänge zu jeder CCG-Schaltung; beispielsweise T1A, T2A, T2AA und T1B, T2B und T2BB. Zum einfacheren Verständnis und ohne Verlust an Allgemeingültigkeit werden wir annehmen, daß zwei der Eingänge in jeder CCG-Schaltung einen DOWN- Pegel besitzen, z. B. wird angenommen, daß die Eingänge T2A, T2AA, T2B und T2BB alle einen DOWN-Pegel besitzen. In diesem Fall bestimmt der dritte Eingang jeder CCG-Schaltung den Ausgang jeder CCG-Schaltung. Außerdem wollen wir im Streben nach einem konkreten Beispiel, um der Diskussion einen Rahmen zu geben, und ohne Verlust an Allgemeingültigkeit, wie zuvor, annehmen, daß ein DOWN-Pegel etwa 0,5 V, ein UP-Pegel etwa 1,35 V und die Energieversorgungsspannung VCC etwa 2,1 V entspricht.

Für die in Fig. 2 dargestellten verdrahteten CCG-Schaltungen zeigt Tabelle 1 die logischen Pegel der Eingänge und der Ausgänge den Betriebszustand der über Kreuz gekoppelten Schottky-Dioden D1A und D1B und der Kapazitäten CDA und CDB der Basis-Kollektor-Dioden von T3A und von T3B als Beispiel. In Tabelle 1 sind beispielsweise IN1A und IN1B Eingänge der Transistoren T1A und T1B der CCG-Schaltungen A und B. D1A und D1B sind beispielsweise gekoppelte Schottky-Dioden von CCG-Schaltkreis B zu A und über Kreuz zurück; CDA und CDB sind beispielsweise die Kapazitäten der Basis-Kollektor-Dioden von T3A und von T3B der CCG- Schaltungen A und B; und OUT ist der Ausgang des "verdrahteten Oder-Gliedes" der erfindungsgemäßen Schaltung.

Tabelle 1
Zustand

Wie hiernach dargelegt wird, produziert die Verdrahtung der CCG- Schaltungen ohne über Kreuz gekoppelte Schottky-Dioden hohe Stromflüsse während folgender Übergänge: Dem Übergang von Zustand (a), wo IN1A = DOWN und IN1B = DOWN ist, zum Zustand (b), wo IN1A = DOWN und IN1B = UP ist; und dem Übergang von Zustand (a), wo IN1A = DOWN und IN1B = DOWN ist, zum Zustand (c), wo IN1A = UP und IN1B = DOWN ist. Man beachte, daß diese zwei Übergänge von einem anfänglichen Zustand aus geschehen, bei dem Eingänge einen DOWN-Pegel aufweisen, einer an jeder Schaltung, zu einem Endzustand, bei dem einer der DOWN-Pegel sich zu einem UP- Pegel geändert hat.

Wir wollen zuerst das Problem beschreiben, das auftritt, wenn CCG-Schaltungen, wie die in Fig. 1 dargestellten, fest verdrahtet sind, z. B. die Ausgangsknoten verbunden sind, ohne die über Kreuz gekoppelten Schottky-Dioden der vorliegenden Erfindung. Folgendes sei angenommen: IN1A und IN1B liegen anfänglich auf 0,55 V, d. h. auf einem DOWN-Pegel, und dann geht IN1A auf 1,35 V, d. h. ein Übergang auf einen UP-Pegel. Diese Bedingungen entsprechen einem Übergang von Zustand (a) zum Zustand (c) der Tabelle 1.

In Übereinstimmung mit der vorangegangenen Erörterung der CCG- Schaltung, bei der IN1A und IN1B DOWN sind, sind die Transistoren T1A und T1B beide "aus" und die Spannungen VA1 und VB1 an den Knoten A1 und B1, beispielsweise, sind VCC oder 2,1 V. Wenn IN1A auf den UP-Pegel geschaltet ist, schaltet der Transistor T1A auf "ein" und die Spannung VA1 fällt von 2,1 V auf 1,1 V, wie oben erläutert. Als Resultat schaltet der Transistor T4A "aus".

Dadurch steigt die Spannung VA2 am Knoten A2, da dies der Ausgang des Emitterfolgers ist, der durch den Transistor T1A gebildet wird. Wie oben erläutert, hat die Kapazität CDA der Basis- Kollektor-Diode von T3A einen Wert von etwa 5 pF, um die Spannung VA2 am Knoten A2 an den Eingang des aktiven Pull-down Transistors T5A zu koppeln. Da somit die Spannung VA2 ansteigt, steigt die Spannung VA3 am Knoten A3 aufgrund der Kopplung von 0,7 V auf 0,83 V, die durch die Kapazität CDA der Basis-Kollektor-Diode von T3A geschaffen wurde. Da die Spannung VA3 am Knoten A3 ansteigt, hat der Transistor T5A im Gegenzug gerade auf "ein" geschaltet und es fließt eine beträchtlicher Strom durch T5A. Es ist anzumerken, daß die Schottky-Diode LA keinen Strom leitet und daher die untere Spannung VA3 am Knoten A3 anliegt, weil die Spannung VA4 größer als die der Spannung VA3 mit 0,83 V ist. Die Spannung VA4 ist größer als 0,83 V, da der Ausgang einen UP-Pegel hat und als Ergebnis die Schottky-Diode LA "aus" ist.

Der erhöhte Strom, der vom Transistor T5A gezogen wird, wird durch den Transistor T4B in der CCG-Schaltung B geliefert. Weil T5A gerade auf "ein" umgeschaltet hat und einen großen Strom zieht, fließt ein entsprechend großer Strom durch T4B. Weil die Spannung VB3 am Knoten B3 2,1 V beträgt, da der Transistor T1B "aus" ist, muß die Basis-Emitter-Spannung für den Transistor T4B im Ergebnis ansteigen, um T4B mit dem erhöhten Strom für T5A zu versorgen. Als Resultat des Anstieges der Basis-Emitter-Spannung für T4B fällt die verdrahtete Ausgangsspannung ab.

Das Endresultat ist, daß ein großer Strom durch die Schaltung fließt und die Ausgangsspannung der Schaltung abfällt, sogar obwohl, wie eine Betrachtung der OUT-Spalte der Tabelle 1 zeigt, die Ausgangsspannung der Schaltung konstant bei 1,35 V bleiben sollte, d. h. ein UP-Pegel oder eine logische "1". Dasselbe Problem tritt beim Übergang von Zustand (a) zu Zustand (b) aus demselben Grund auf, wie er schon für den Übergang von Zustand (a) zum Zustand (c) diskutiert wurde.

Im wesentlichen wird das Problem durch die Tatsache verursacht, daß die Kapazität der Basis-Emitter-Diode von T3A oder von T3B einen großen Wert hat, wenn der Übergang zwischen diesen Zuständen stattfindet. Diese Kapazität koppelt an den betreffenden aktiven Pull-down Transistor T5A oder T5B und schaltet ihn fest auf "ein".

Das oben beschriebene Problem wird durch die erfindungsgemäße Schaltung gelindert, die in Fig. 2 dargestellt ist. Über Kreuz gekoppelte Schottky-Dioden D1A und D1B schaffen einen Entladungspfad für die Ladungen, die innerhalb der Basis-Kollektor-Dioden von T3B und von T3A gespeichert sind, immer dann wenn jene Diode nichtleitend ist.

Im Zustand (a) der Tabelle 1 sind beide Schottky-Dioden LA und LB auf "ein" und leitend. Das verringert die Kapazitäten CDA und CDB der Basis-Kollektor-Dioden von T3A, beziehungsweise von T3B auf niedrige Werte, zum Beispiel 0,1 pF wie in Tabelle 1 dargestellt. Die Schottky-Dioden LA und LB sind aus folgenden Gründen "ein". IN1A und IN1B sind beide auf einem DOWN-Pegel, d. h. 0,55 V. Im Ergebnis sind die Transistoren T1A und T1B "aus" und die Spannungen VA2 und VB2 an den Knoten A2 und beziehungsweise B2 sind geerdet. Die Ausgangsspannung VA4 am Knoten A4 ist 1,35 V und ein 10 uA großer Strom fließt durch Knoten A4. Der Transistor T5A ist "aus". Somit fließen etwa 10 4A durch den Widerstand R4A und von dort durch die Schottky-Diode D1B. Dies bewirkt, daß die Schottky-Diode D1B die Spannung VA3 am Knoten A3 auf etwa 0,55 V anhebt. Somit wird die Basis-Kollektor-Spannung der Transistoren T3A und T3B unterhalb der Leitfähigkeit sein. Dadurch bleiben die Kapazitäten CDA und CDB klein.

Nun wird die Schaltfunktion während des Übergangs von einem Down- zu einem UP-Pegel des Eingangs IN1A beschrieben, d. h. von 0,55 V auf 1,35V. Die Spannung VA1 am Knoten A1 sinkt von 2,1 V auf 1,1 V. Wie zuvor, reicht dieser Spannungsabfall aus, daß der Transistor T4A auf "aus" schaltet. Die Spannung VA2 am Knoten A2 steigt auf etwa 0,6 V, während der Transistor T1A auf "ein" schaltet und Strom zieht. Dieser Spannungsanstieg VA2 reicht aus, um die Schottky-Diode D1A auszuschalten. Die Spannung VA3 am Knoten A3 beträgt 0,55 V, weil die Schottky-Diode D1B "ein"geschaltet ist. Die Kapazität CDA ist mit 0,1 pF unzureichend, um den Anstieg der Spannung VA2 am Knoten A2 mit Basis des aktiven Pull-down Transistors T5A solide zu koppeln. Somit bleibt T5A "aus".

Die Spannung VB1 am Knoten B1 beträgt 2,1 V, da der Transistor T1B "aus" ist. Dadurch ist der Transistor T4B "ein" und die Basis-Emitter-Spannung von T4B beträgt 0,75 V. Die Ausgangsspannung VB4 am Knoten B4 beträgt somit etwa 1,35 V, d. h. der Ausgang bleibt bei einem UP-Pegel oder einer logischen "1".

Der Transistor T5B war anfangs "aus". Also fließt der Strom, der durch T4B fließt, durch den Widerstand R4B, dann durch die Basis-Kollektor-Diode von T3B und schließlich durch den Widerstand R3B zur Masse. Dieser Stromfluß hebt die Spannung VB3 am Knoten B3 von 0,55 V auf 0,7 V an. Währenddessen wird der aktive Pulldown Transistor T5B an die Grenze der Leitfähigkeit gebracht und die Kapazität CDB steigt auf 5 pF.

Die Schaltungsfunktion während des Übergangs vom Zustand (a) zum Zustand (b) ist dieselbe wie sie oben erläutert worden ist, und resultiert in der in Tabelle 1 dargestellten Konfiguration.

Im Zustand (b) ist die Spannung VA1 am Knoten A1 2,1 V, da der Eingangspegel am Transistor T1A 0,55 V beträgt, z. B. ein DOWN- Pegel. T1A ist deshalb "aus" und T4A ist "ein".

Der Transistor T1B ist "an", weil der Eingangspegel des Eingangs IN1B 1,35 V beträgt, z. B. ein UP-Pegel. In diesem Fall ist die Spannung VB1 am Knoten B1 1,1 V und der Transistor T4B ist "aus". Die Spannung VB2 am Knoten B2 beträgt etwa 0,6 V, da die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T1A 0,75 V beträgt.

Der Transistor T5A ist an der Grenze der Leitungsfähigkeit und die Spannung VA3 am Knoten A3 beträgt 0,7 V. Somit ist die Schottky-Diode D1B aus. Dadurch kann die Ladung von der Basis- Kollektor-Diode von T3A nicht abfließen und die Kapazität CDA hat einen Wert von 5 pF.

Jedoch ist die Spannung VA2 0 V, da der Transistor T1A "aus" ist. Die Spannung VB3 am Knoten B3 beträgt etwa 0,55 V und die Schottky-Diode von D1A ist "an", weshalb die Ladung von der Basis-Kollektor-Diode von T3B abfließt und die Kapazität CDB den kleinen Wert von 0,1 pF hat.

Nun wird die Schaltungsfunktion während des Übergangs von Zustand (b) zum Zustand (d) beschrieben. Der Eingangspegel von Eingang IN1A an T1A steigt auf 1,35 V, d. h. Übergang auf einen UP-Pegel und Abfall der Spannung VA1 am Knoten A1 von 2,1 V auf 1,1 V. Die Spannung VA2 am Knoten A2 steigt von 0 V auf etwa 0,6 V und ist durch die Kapazität CDA der Basis-Kollektor-Diode von T3A mit dem Knoten A3 gekoppelt. Als Ergebnis steigt die Spannung VA3 von 0,7 auf 0,83 V an. Der Anstieg der Spannung VA2 am Knoten A2 schaltet die Schottky-Diode D1A aus. Der Strom beginnt durch den Transistor T5A zu fließen, was wünschenswert ist, da es das Ziel ist, die Ausgangsgröße schnell von 1,35 V auf 0,55 V zu schalten. Die verdrahtete Konfiguration verhält sich in ihrer beabsichtigten Weise, ähnlich einer einzelnen CCG-Schaltung.

Im Falle, daß beide Eingänge IN1A und IN1B gleichzeitig auf einen UP-Pegel geschaltet werden, haben die Kapazitäten CDA und CDB beide niedrige Werte. Deshalb werden beide aktiven Pull-down Transistoren T5A und T5B geradeso auf "ein" geschaltet und die Schaltung reagiert nicht so schnell wie für die Übergänge von Zustand (b) zum Zustand (d) und von Zustand (c) zum Zustand (d).

Eine Zwischenspeicherschaltung mit verdrahteten CCG-Schaltungen, in denen die Kopplungsdioden und die entladenden Schottky-Dioden entsprechend der vorliegenden Erfindung enthalten sein können, ist in Fig. 3 dargestellt. Im Zwischenspeicher wird in Verbindung mit geeigneten Taktsignalen das DATA IN-Signal, das auf CCG1 angelegt wird, gespeichert. Das bedeutet, daß 1) wenn DATA IN an CCG1 angelegt wird, der Ausgang des Zwischenspeichers, d. h. OUTPUT, mit dem DATA IN Pegel übereinstimmt und 2) daß, wenn DATA IN von CCG1 weggenommen wird, CCG2 so funktionieren wird, daß OUTPUT dem angelegten Wert von DATA IN behält. Somit funktioniert der Zwischenspeicher in Verbindung mit geeigneten Taktsignalen, sodaß DATA IN in der Schaltungskombination mit CCG1 und CCG3 "gespeichert" ist.

Die Nomenklatur, die in Fig. 3 benutzt wird, bedeutet folgendes daß der -C Takt ein Taktsignal mit aktiver fallender Flanke ist, d. h. welches von einer "1" auf eine "0" und dann nach einem Intervall zurück auf "1" geht.

Nun werden die zwei Eingangsfunktionen des Zwischenspeichers erörtert: 1) schreibe eine "1" in den Zwischenspeicher und 2) schreibe eine "0" in den Zwischenspeicher. Zuerst ist anzumerken, daß CCG3 in Fig. 3 als Inverter arbeitet d. h. OUTPUT ist lediglich das Komplement der verdrahteten Ausgangsgröße von CCG1, CCG2 und Vdot.

Schreibe "1"

Wenn der -C Takt an CCG1 angelegt wird, geht der -C Takt-Eingang auf "0". Dadurch ist der Ausgang von CCG1 das Komplement von DATA IN. Da wir eine "1" schreiben, geht DATA IN auf "1".

Als Resultat, in Übereinstimmung mit der oben erörterten Funktion der CCG-Schaltkreise, ist T2A "ein" und die Spannung VA2 ist größer wie 0 V. Somit ist die Schottky-Diode von D1A "aus" und die Basis-Kollektor-Diode von T3B hat eine Kapazität von etwa 5 pF. Bei CCG2 geht der +C Takt auf eine "1", wenn -C auf "0" geht. (Diese Funktion setzt voraus, daß der -C Takt auf "0" geht, bevor der +C Takt auf "1" geht). Die hohe Diffusionskapazität der Basis-Kollektor-Diode von T3B bewirkt daher, daß Vdot bei entsprechend normalem Verhalten einer CCG-Schaltung plötzlich auf einen "0"-Zustand schaltet. Nun untersuchen wir das "Speichern" der "1" im CCG2. OUTPUT, der logisch "1" ist, ist zum Transistor T2B von CCG2 zurückgekoppelt worden. Der -C Takt geht zurück auf "1" und der +C Takt geht auf "0". (Diese Funktion setzt jetzt voraus, daß der -C Takt "1" ist, nachdem der +C Takt auf "0" geht). Auf diese Weise ist der Ausgang von CCG2 durch den Eingang von T2B bestimmt, der in diesem Fall "1" ist. Auch weil der -C Takt jetzt "1" ist, ist der Ausgang von CCG1 nicht von DATA IN abhängig. Auf diese Weise wurde die "1" in den Zwischenspeicher geschrieben, weil DATA IN entfernt werden kann und der Zwischenspeicher Ausgang auf "1" bleiben wird.

Schreibe "0"

Wenn der -C Takt auf CCG1 angelegt wird, geht der -C Takt auf "0". Als Ergebnis ist der Ausgang von CCG1 das Komplement von DATA IN. Wenn wir eine "0" schreiben, geht DATA IN auf "0". Als Ergebnis, in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Funktion der CCG-Schaltungen geht T2A "aus" und die Spannung VA2 geht auf 0 V. Dies schaltet die Schottky-Diode D1A "ein" und entlädt die Diffusionskapazität der Basis-Kollektor-Diode von T3B. Dadurch kann die Kapazität einen Wert im Bereich von 0,1 pF haben. Deshalb bleibt Vdot bei "1", wenn der +C Takt auf "1" geht, und die Bedingung für den großen Strom, die durch das kurze Einschalten des Pull-down Transistors T5B bewirkt wird, ist vermieden, weil die Schottky D1A "ein" ist. (Diese Funktion setzt voraus, daß der -C Takt auf "0" geht, bevor der +C Takt auf "1" geht). Also ist Vdot "1", weil DATA IN "0" ist und als Resultat ist OUTPUT "0".

Nun untersuchen wir das "Speichern" von "0" in CCG2. Die "0" von OUTPUT wird zum Transistor T3B von CCG2 zurückgekoppelt. Der -C Takt geht zurück auf "1" und der +C Takt geht auf "0". (Diese Funktion setzt voraus, daß der -C Takt auf "1" geht, nachdem der +C Takt auf "0" geht). Somit ist der Ausgang von CCG2 durch den Eingang von T2B bestimmt, der in diesem Fall "0" ist. Da also der -C Takt jetzt "1" ist, ist der Ausgang von CCG1 nicht von DATA IN abhängig. Auf diese Weise wurde die "0" in den Zwischenspeicher geschrieben, weil DATA IN entfernt werden kann und der Ausgang auf "0" bleiben wird.


Anspruch[de]

1. Logische Schaltung mit stromgesteuerten Toren (CCG), die folgendes aufweist:

zumindest eine erste (A) und eine zweite (B) CCG-Schaltung, wobei jede folgendes besitzt: einen Eingangsteil, der zumindest einen Eingangstransistor (T1) aufweist, einen Ausgangsteil und eine Koppeldiode (T3), um den Eingangsteil an den Ausgangsteil zu koppeln, wobei die Koppeldiode eine Kapazität (CD) aufweist und

eine erste und eine zweite Schottky-Diode (D1A, D1B)) zum Entladen, wobei die erste Schottky-Diode (D1A) an einem Ende mit der Koppeldiode (T3A) der ersten CCG-Schaltung und an dem anderen Ende mit dem Emitter des zumindest einen Eingangstransistors (T1B) der zweiten CCG-Schaltung (B) verbunden ist und die zweite Schottky-Diode (D1B) an einem Ende mit der Koppeldiode (t3B) der zweiten CCG-Schaltung und an dem anderen Ende mit dem Emitter des zumindest einen Eingangstransistors (T1A) der ersten CCG- Schaltung verbunden ist, wodurch die logische CCG-Schaltung die logische Funktion eines verdrahteten ODER-Gliedes durchführt.

2. Logische Schaltung mit stromgesteuerten Toren (CCG), die folgendes aufweist:

zumindest eine erste CCG-Schaltung (CCG1), die einen Eingangsteil mit zumindest zwei Eingangstransistoren (T2A) und einen Ausgangsteil besitzt,

eine zweite CCG-Schaltung (CCG2), die folgendes besitzt: einen Eingangsteil mit zumindest zwei Eingängen, einen Ausgangsteil und eine Koppeldiode (T3B), um den Eingangsteil mit dem Ausgangsteil zu koppeln, wobei die Koppeldiode eine Kapazität aufweist und die Ausgangsteile der CCG-Schaltungen der Bildung eines verdrahteten ODER-s unterworfen sind, um einen ersten Ausgang zu liefern,

der erste Ausgang eines Inverter (CCG3) eingegeben ist, um einen zweiten Ausgang (OUT) zu liefern und der zweite Ausgang mit einem der zumindest zwei Eingänge der zweiten CCG-Schaltung verbunden ist und

eine Schottky-Diode (D1A) zum Entladen an einem Ende mit der Koppeldiode (T3B) der zweiten CCG-Schaltung (CCG2) und an dem anderen Ende mit dem Emitter des einen der zumindest zwei Eingangstransistoren (T2A) der zumindest einen ersten CCG-Schaltung (CCG1) verbunden ist, wodurch die logische CCG-Schaltung eine Zwischenspeicher-Funktion durchführt.

3. Logische Schaltung mit stromgesteuerten Toren nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Diode der Basis-Kollektor-Übergang eines Transistors (T3A, T3B) ist, dessen Basis und Emitter kurzgeschlossen sind.

4. Logische Schaltung mit stromgesteuerten Toren nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher der Inverter eine CCG-Schaltung ist.







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