Тактируемый @ -триггер в интегральной инжекционной логике

 

ТАКТИРУЕМЧЙ DK-ТРИГГЕР В ИНТЕГРАЛЬНОЙ ИНЖЕКЦИОННОЙ ЛОГИКЕ, содержащий первый и второй п-р-П транзисторы, образующие триггер с непосредственными связями, третий, четвертый и пятый п-р-п-транзисторы , первые коллекторы третьего и четвертого п-р-п-транзисторов объединены с базой пятого п-р-п-транзисчт тора, первый коллектор которого соединен с базой второго п-р-п-транзистора , многоколлекторный инжектирующий п -р-п -транзистор, эмизгтер которо го образован инжекторной р-областью, соединенной с источником питгиощего . тока, база совмещена с эмиттерами всех h-р-п-транзисторов и подложкой п-типа, соединенной с шиной нулевого потенцигша, а коллекторы соответственно совмещены с базами первого, второго, третьего и пятого п-р-отранзисторов , вторые коллекторы первого и второго п-р-п-транзисторов соединены с выходными шинами устройства , .о тли ч а ющи и с я тем, что, с целью уменьшения площади , занимаемой устройством на кристалле , сокращения потребляемой мощности и улучшения технологичности, в него введены шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый р-п-р . транзисторы, причем их эмиттеры, об . разованные р-областями, совмещены с коллекторами многоколлекторного инжектирующего р-п-р-транзистора, второй коллектор третьего п-р-п-транзистора соединен с эмиттером восьмого р -п-р-транзистора, коллектор которого совмещен с базой четвертого п-р-п-транзистора, второй коллек (Л тор пятого п-р-п-тразистора соединен с базой первого гт-р-п-транзистора, котЬрая совмещена с коллекторами шестого и седьмого р-п-р-транзисторов , базЬ второго п-р-п-транзистора совмещена с коллекторами девятого и десятого р-п-р-транзисторов, база третьего п-р-п-транзисторз соединена с тактовой--шиной, вторые коллекторы СП первого и второго п-р-п-транзисторов соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого м-п-р-трано .листоров, эмиттер седьмого р-п-ртранзистора соединение входом D, а ф ,эмиттер десятого р-п-р-транзистора Ю «с входом k триггера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1(51) Н 03 К 3/286

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОеСН0ММ СвиДЯТЕЛьСтв

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ (21) 3477226/18-21 (22) 26.07 ° 82 (46) 30. 10. 83. Вюл. М 40 (72),Л.K.Ñàìîéëîâ, Ю.И.Рогозов, A.Â.AìèðxàHîÜ и В.A.Êàçèíîâ (53) 621.375.083(088.8) (56) L. Агаканян T.N..ÈHòåãðàëüíûå триггеры устройств, автоматики. М., Энергия, 1978, с.23, рис.1,-4.

2. Заявка ФРГ В 1912241, кл. Н 03 К 3/286, 1975 (прототип). (54)(57) ТАК1ИРУЕМЧЙ 3K-TPHITEP В

ИНТЕГРАЛЬНОИ ИНЖЕКЦИОННОЙ ЛОГИКЕ, содержащий первый и второй n --p-. транзисторы, образующие триггер с непосредственными связями, третий,, четвертый и пятый и -р-и-транзисторы, первые коллекторы третьего и четвертого и -р-п-транзисторов объединены с базой пятого и-р-п-транзис тора, первый коллектор которого соединен с базой второго n-p-n-транзис- . тора, многоколлекторный инжектирующий п-р-п-транзистор, эмизтер которо го образован инжекторной р-областью, соединенной с источником питающего: тока, база совмещена с эмиттерами всех h-ð-п-транзисторов и подложкой п-типа, соединенной с шиной нулевого потенциала, а коллекторы соответственно совмещены с базами первого, второго, третьего и пятого n-p-птранзисторов, вторые коллекторы пер„„Su„„1051692 А вого и второго и-р-п-транзисторов соединены с выходными шинами устройства,.отличающийся тем, что, с целью уменьшения площади, занимаемой устройством на кристалле, сокращения потребляемой мощности и улучшения технологичности, в него введены шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый р-и-ртранзисторы, причем их эмиттеры, об-. разованные р-областями, совмещены с коллекторами многоколлекторного инжектирующего р-n-p-транзистора, второй коллектор третьего и-р-п-транзистора соединен с эмиттером восьмого р -n-р-транзистора, коллектор которого совмещен с базой четверто- I го n-р-п-транзистора, второй коллектор пятого и-р-и-тразистора соединен с базой первого и --р-п-транзистора, котЬрая совмещена с коллекторами С шестого и седьмого р-и-р-транзисторов, база второго и-р-п-транзистора совмещена с коллекторами девятого и десятого р-п-р-транзисторов, база третьего и-р-и-транзистора соединена с тактовой шиной, вторые коллекторы (мР первого и второго и-р-и-транзисто- ©ф ров соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого n-n-p-тран,зисторов, эмиттер седьмого р-и-р- ф транзистора соединен:.с входом 3 а ,эмиттер десятого р-и-р-транзисторас входом k триггера. Ю

1051692

Изобретение относится к микроэлектронике и вычислительной технике и может быть использовано для создания интегральных устройств сбора н обработки информации.

Известен асинхронный 3К -триггер, содержащий два логических элемента и схему управления на двух логических элементах, первый и второй логические элементы образуют между собой основной триггер с непосредственными связями, первый вход первого логического элемента соединен с выходом третьего логического элемента (1 ).

В данном триггере в любой момент времени информация на входах одно- 15 эначно определяет состояние триггера, что обусловливает низкую помехозащищенность схемы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Я интегральный инжекционный ЗК -триггер, выполненный по принципу NasterSfave 2(, Устройство содержит шесть п -ð-итранзисторов, четыре из них образуют основной триггер с непосредственными связями, а оставшиеся два и-р-итранзистора образуют вспомогательный триггер с непосредственными связями, коллекторы вспомогательного триггера через схему управления, содержащую четыре п-р-п-транзистора, соединен с базами транзисторов основного триггера, многоколлекторный р-п-ртранзистор, эмижтер которого образоз ван инжекторной P-областью, соединенной с источником питающего тока, база совмещена с эмиттерами всех . и -р-и-транзисторов и подложкой

П-типа, соединенной с шиной нулевого потенциала, а коллекторы соответ- 40 ственно совмещены с базами A-ð-итранзисторов, коллекторы п-р-и-транзисторов триггера с непосредственными связями подключены к выходам устройства. 45

Недостатком данного триггера яв-; ляется использование большого количества и -р-и-транзисторов (14-п-р-и транзисторов, и, как следствие, большое количество контактных окон, 5О большое число межсоединений, значительная мощность потребления, а также большая занимаемая площадь на кристалле.

Цель изобретения - уменьшение площади, занимаемой устройством на кристалле, уменьшении потребляемой мощности и улучшение технологичности.

Для достижения поставленной цели в тактируемый 3К-триггер в ин- ® тегральной инжекционной логике,, содержащий первый и второй п-р-итранзисторы образующие триггер с непосредственными связями, третий, четвертый и пятый п-р-птранзисторы, 65 первые коллекторы третьего и четвертого п -р-и-транзисторов объединены с базой пятого и -р-h-транзистора, первый коллектор которого соединен с базой второго и-р-п-транзистора, многоколлекторный инжектирующий р-n-p-транзистор, эмиттер которого образовав инжекторной Р-областью, соединенной с источником питающего тока, база совмещена с эмиттерами всех и-р-и-транзисторов и подложкой п-типа, соединенной с шиной нулево-го потенциала, а коллекторы соответственно совмещены с базами первого, второго, третьего и пятого и-р.-.птранзисторов, вторые коллекторы первого и второго и-р-и-транзисторов соединены ..с выходными шинами устройства, введены шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый р-Й- р транзисторы, причем нх эмиттеры, образованные P-областями, совмещены-.с коллекторами мнагоколлекторного инжектирующего р- п-р-транзистора, второй коллектор третьего и-р=птранзистора соединен с эмиттером восьмогор-ь-р-транзистора, коллен» тор которого совмещен с базой четвертого n-p-п-транзистора, -второй коллектор пятого и-р-и-транзистора соединен с базой первого и -р-и-транзистора, которая совмещена с коллекторами шестого и седьмого р-h-Р-транзисторов, база второго и -р-и-транзистора совмещена с коллекторами деФвятого и десятого р-п-р-транзисторов, база третьего п -р-и -транзистора соединена с тактовой шиной, вторые коллекторы первого и второго п-р-п-транзисторов соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого р-и-р-транзисторов, эмиттер седьмого р -и-р-транзистора соединен с входом 3, а эмиттер -десятого р-и-ртранзистора - c входом К триггера.

На фиг.1 приведена:принципиальная электрическая схема предлагаемого триггера; на фиг.2 - функционально-топологическая схема.

Устройство (фиг.1) содержит первый и второй и-р-и-транзисторы 1 и 2, образующие. триггер с непосредственными связями, третий, четвертый и пятый и-р-и-транзисторы 3-5, первые коллекторы третьего и четвертого .п-ð-П-транзисторов 3 и 4 объединены с базой пятого и-р-п-транзистора 5, первый коллектор которого соединен с базой второго и-р-и-транзистора 2, многоколлекторный инжектирующий ,и-и-р-транзистор б, эмиттер которого образован инжекторной р-областью, соединенной с источником питающего тока, база совмещена с эмиттерами всех и -р-п-транзисторов и подложкой

iII-типа, соединенной с шиной нулевого потенциала, а коллекторы соответст- венно совмс.-:-.,ы.-с базами первого, 1051692

45 второго, третьего и пятого и-р-птранзисторов 1,2,3, и 5, вторые коллекторы первого и второго и-р-итранзисторов 1 и 2 соединены с выходными шинами устройства, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятйй 5 р-П-р-транзисторы 3,7,8,9,.10 и 11 эмиттеры которых, образованные р-обl ластями, совмещены с коллекторами многоколлекторного, инжектирующего р-и-р-транзистора 6, второй .коллектор третьего п --p-и-транзистора 9, коллектор которого совмещен с базой четвертого и-р-и-транзистора 4, второй коллектор пятого п-р-п-транзистора 5 соединен с базой первого 15 и-р-п-транзистора 1, которая совмещена с коллекторами шестого и седьмого.р-п-р-транзисторов 7 и 8, база второго n-p-ft-транзистора 2 совмеще.на с коллекторами девятого и десято- 20 го р-и-р-транзистора 3 соединена с тактовой шиной : вторые коллекторы первого и второго и-р-и-транзисторов 1 и 2 соответственно соединены с эмиттером шестого и девятого р-и-Р у5 транзисторов 7 н 10 эмиттер седьмого р-n-p-транзистора 8 соединен со входом 3, а эмиттер десятого p-n-р- . транзистора 11 — с входом К триггера. 30

Устройство выполнено на подложке и -типа, соединенной с шиной нулевого потенциала. Подложка. является эмиттером всех и-р-и и базой всех р-п-р-транзисторов, причем многоколлекторный инжектирующий шестой, седь-З5 ,мой, восьмой, девятый и десятый р-п-р-транзисторы 6,7,8,9,10 ll образованы P-областями (переинжектирующими P-областями), которые одновременно выполняют функцию коллекто 40 ров многоколлекторного инжектирующего p-n-р-транзистора 6 и эмиттеров р-п-р-транзисторов, коллекторы которых совмещены и базовыми P-областями и-р-и-транзисторов (фнг.2).

Предварительно условимся, что в базе первого и второго и -p-п-транзисторов 1 и 2 инжектируются многоколлекторным инжектирующим р-h-р-. транзистором 11 Tort 3<= 23О через, 50 седьмой и девятый p-n-p-транзисторы 11 ток равный Э -3o,,а через шестой, и девятый р-п-,р-транзисторы 7 и 10 ток 3у < /2 ° Такого соотношения токов можно достичь изменением коэф-фициентов прямой передачи от инжектора к переинжектору..Ы или от переинжектора к базовой P-области вертикального n-р-п-транзистора, что величина а изменяется путем вариации . геометрическим расстоянием от инжектора к инжектору или от переинжектора к базовой P-области и-р-и-транзистора.

Устройство работает следующим образом. 65

Пусть в исходном состоянии открыт первый h -р-и-транзистор 1

85-триггера. На 3 и К входах присутствует логическая единица (на эмиттерах седьмого и десятого р-n-ртранзисторов 8 и 11), на входе синхронизации третьего и-р-и-транзис.тора 3 имеем логическую единицу.

Тогда в базу первого h-p-П-транзистора 1 будет инжектироваться ток:

3„+ 3 2 ток, инжектируемый многоколлекторным инжектирующим p-n-p-транзистором 6 в базу первого и-р-итранзистора 1 через переинжектирующий шестой p-n-р-транзистор 7, будет отбираться коллектором открытого первого п-р-П-транзистора.l.. В базу второго п.-p-п-транзистора 2 будет инжектироваться ток 3 +3 + 3

1 2 3 (так как второй п-p-и-транзистор 2 закрыт, на К-входе логическая единица, пятый n — р-tl-Tðанэистор 5 закрыт). По прихождении на тактовый вход С логического нуля (на базу третьего и-р-и-транзистора 3) ток, инжектируемый в базу третьего

h-р-П-транзистора 3, будет отбираться входной тактовой шиной, третий h-p-n-транзистор 3 закроется, так как четвертый и -р-и-транзистор 4 был закрыт, то пятый П-p-П-транзистор 5 откроется. По истечении времени 1 зарядится входная емкость четвертого и-p-и-транзистора 4 током, инжектируемым многоколлекторным инжектирующим рп-р-транзистором 6, через восьмой р-и-р-транзистор 9, поэтому четвертый и-р-и-транзистор 4, откроется, запирая пятый

П-р-П-транзнстОр 5, Таким образом, на коллекторах пятого и-р-п-транзистора 5 сформируется короткий импульс, равный времени заряда входной емкости четвертого п-р-п-транзистора 4. В течение этого короткого импульса первый и второй

П-р-и-транзисторы 1 и 2 закроются, при этом начнет заряжаться эмиттер-. ная емкость шестого р-и-р-транзистора 7 инжекторным током 3 . По окончании сформированного ймпульса (длительйость которого не превышает времени заряда эмиттерной емкости шестого р-п-р-транзисто„ра 7) в базы закрытых первого и второго n-p-h-транзисторов 1 и 2 начнет поступать ток равный 3 + 3 .3„+3>+ 3 соответственно, поэтому второй и-р-п-транзистор 2 начнет открываться быстрей, запирая первый tt-p-h.-транзистор 1, по окончании переходного процесса, независимо от значения инжектируемых в их базы токов, второй A-р-и-тра знатоp 2 будет открыт, первый п-.р-п-транзис.тор 1 закроется. Если на Э и К входах присутствует логический ноль, то ток через седьмой и десятый

1051692

15

Ф а р-и-п-транзистор 2 открыт, эмиттерная емкость дйвятого р-и-р-транзистора 9 будет раэряжена н ток через девятый р-и-р-транзистор 9 не будет поступать в базу второго и-р-итранзистора 2. По приходе следующего нулевого логического уровня на базу третьего и-р-п-транзистора 3 последний закроется и на коллекторах пятого и -р-п-транзистора 5 сформируются короткие по времени логические нули. Первый и второй п-р-п-транзисторы 1 и 2 на время этих импульсов закроются, по окончании импульса (емкость эмиттерного перехода девятого р-n-p-транзистора 9 не зарядилась) в базу первого к второго и-р-и-транзисторов 1 и 2 . будет инжектироваться ток Э„+72 н Э„ соответственно. Поэтому емкость эмиттерного перехода первого и-р-n- yp транзистора 1 зарядится быстрее, первый -n-р-и-транзистор 1 откроется, запирая второй и-р-и-транзистор 2.

В случае, ели по прохождении следующего тактового импульса 3 = О, 25

К =1, то цо окончании сформированного короткого импульса емкости эмиттерных переходов первого и второго n-p-n-транзисторов 1 и 2 будут заряжаться током 7„, 7 + 32+ 7 первый и-р-и-транзистор 1 закроется, второй и-р-и 2-откроется. При 3=1, К = 0 независимо,от предыдущего состояния триггера по прохождении следукщего тактового импульса второй и-р-и- транзистор 2 закроется, первый п-.р-п-транзистор 1 откроет-. ся.

Как видно иэ принципа работы, устройство функционирует как такти" руемый ЭК-триггер, состояние которого зависит от.сигналов управления

Э и К. При 7 =К=О устройство работает как счетный триггер, при Э=О, K=1 на выходе устанавливается сигнал

9=0, а если 3 =1, R=O то Я =1 °

Технико-экономический эффект в предлагаемом устройстве заключается в уменьшении площади, зажимаемой устройством на кристалле, уменьшении потребляемой мощности и улучшении технологичности изготовления.

Использование новых, элементов переинжектирующих Р-областей, каждая из которых занимает на кристалле площадь, соизмеримую с площадью коллекторной n+-области, позволило, уменьшить площадь, занимаемую на кристалле, снизить потребляемую мощность, а также улучшить технологичность 7К -триггера за счет сокращения числа контактных окон и уменьшения числа межсоединений в два раза.

Предлагаемый триггер может быть использован для построения счетчиков, .статическических.и сдвигающих регистров, логических устройств, работающих в потенциально-импульсных системах обработки информации., 1"

1051692

Составитель А.Янов

Редактор .ОiСопко Техред Ж.Кастелевич Корректор A.Tÿñêo

Заказ 8686/56 Тираж 936 Подписное

> ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рбушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4