Логический элемент

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повышение надежности работы логического элемента, содержащего и-p-h-транзистор (т), эмиттер которого соединен с общей шиной 2, коллектор - с выходом 3, а база - с входом 4 и коллектором р-Ь-р Т 5. База Т 5 соединена с шиной 2, а эмиттер - с шиной 6 питания. База и коллектор дополнительного р-и-р Т 7 соединены соответственно с коллектором и базой Т 1, а эмиттерс дополнительной шиной 8 питания. В описании приведена интегральная структура логического элемента. Введение дополнительного Т 7 и его функциональные связи позволили расширить область допустимых значений параметров компонентов и увеличить нагрузочную способность. 1 ил. (П tsD tsD СО 00 ел sl У Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1223357 A (58 4 Н 03 К 19/09

Г

>ф ъ :-*.Оу б.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИф -:::::;:-:- : :,-,/

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ig t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3735613/24-21 (22) 07.05.84 (46) 07.04.86. Бюл. Ф 13 (71) Московский институт электронной техники (72) В.В.Баринов, Д.Е.Ковалдин и В.Ф.Онацько (53) 621. 374 (088. 8) (56) Агаханян Т.М., Плеханов С.П.

Интегральные триггеры устройств автоматики. М.: Машиностроение, 1978, с. 174, рис. 2.62.

Шагурин Н.И., Петросянц К.О. Проектирование цифровых микросхем на элементах инжекционной логики. М.:

Радио и связь, 1984, с. 8, рис.1.2. (54) ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения — повышение надекности работы логического элемента, содершащего и -р-ti-транзистор (Т), эмиттер которого соединен с общей шиной 2, коллектор — с выходом

3, а база — с входом 4 и коллектором р- т-р Т 5. База Т 5 соединена с шиной 2, а эмиттер — с шиной 6 питания.

База и коллектор дополнительного р-е-р Т 7 соединены соответственно с коллектором и базой Т 1, а эмиттерс дополнительной шиной 8 питания.

В описании приведена интегральная структура логического элемента. Введение дополнительного Т 7 и его функциональные связи позволили расширить область допустимех значений параметров компонентов и увеличить нагрузочнув способность. 1 ил.

1223357

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к логическим элементам (ЛЭ) с инжекционным питанием.

Цель изобретения — повышение надежности работы логического элемента путем расширения области допустимых значений параметров входящих в него компонентов.

На фиг.1 приведена принципиаль1О ная электрическая схема ЛЭ; "на фиг.2- 0 интегральная структура ЛЭ, поперечное сечение", на фиг.3 — эквивалентная схема для анализа взаимодействия

ЛЭ при реализации различных логических функций.

Логический элемент (фиг.1) содержит H -р-Q-òpàíçâñтор 1, эмиттер которого соединен с общей шиной 2, коллектор соединен с выходом 3, а база — с входом 4 и коллектором р-н-ртранзистора 5, база которого соединена с общей шиной 2, а эмиттер подключен к шине 6 питания, база и коллектор дополнительного р-е-р-тран-:: зистора 7 соединены соответственно

25 с коллектором и базой а-р-h-транзистора 1, а эмиттер подключен к дополнительной шине питания 8.

Интегральная структура (фиг.2) содержит подложку 9, эпитаксиальную ппенку h -типа 1О с высоколегированным и - скрытым слоем 11, инжекторную область р -типа 12 и базовую область р-типа 13, расположенные в эпитаксиальной пленке, коллекторную 35 областьп -типа 14, расположенную в базовой области 13, и высоколегированную поликремниевую область р+-типа 15, расположенную на коллекторной области 14. 40

Работу ЛЭ рассмотрим в цепи аналогичных элементов (фиг.3), когда вход каждого последующего элемента соединяется с выходом предыдущего.

При этом ЛЭ нагружен на один, но бо- 45 лее мощный ЛЭ (например, площади р-ь-переходов нагрузочного элемента в К; раз превышают аналогичные площади р-и-переходов исследуемого элемента), и токи, втекающие из шин пи- 50 тания в нагрузочный элемент, в К.„ раз больше токов, втекающих из шин питания в исследуемый ЛЭ, где К, коэффициент разветвления по выходу

ЛЭ в реальной логической схеме. 55

Максимальный коэффициент К„, при котором ЛЭ работоспособен, характеризует его нагрузочную способность, Аналогичным образом вход исследуемого

ЛЭ считаем соединенным с одним таким же элементом, параметры которого в

К аз отличаются от параметров исP следуемого ЛЭ, где К вЂ” коэффициент объединения по входу ЛЭ в реальной логической схеме.

Поскольку к шинам питания могут подключаться как генераторы тока, так и генераторы напряжения, возможны четыре различных режима питания

ЛЭ: когда обе шины питания подключены к генераторам тока: когда одна из шин питания подключена к генератору тока, а другая — к генератору напряжения, когда обе шины питания подключены к генераторам напряжения. .Рассмотрим режим, когда обе шины питания подключены к генераторам тока (фиг.3). Если исследуемый ЛЭ 16 находится во включенном состоянии, то транзисторы 1,5 и 7 работают в насыщенном режиме. При этом потенциал на входе 4 соответствует высокому логическому уровню (уровню логической "1") и равен падению напряжения

I на р-е-переходе база-эмиттер насыщенного q-p-q-транзистора i а потенциал на выходе 3 соответствует низкому логическому уровню (уровню логического "О") и равен падению напряжения на насыщенном -р-а-транзисторе 1. Ток 1 шины 6 питания через транзистор 5 с соответствующим коэффициентом передачи поступает в базу транзистора 1. Ток второй шины 8 питания через транзистор 7 с соответствующими коэффициентами передачи поступает в коллектор и базу транзистора 1.

Соседние логические элементы 17 и 18, соединенные соответственно с входом 4 и выходом 3 ЛЗ 16, находятся в выключенном состоянии: ключевые а-р-h-транзисторы работают в режиме отсечки, а р-ь-р-транзисторы — в нормальком активном режиме (НАР). При этом на выход 3 ЛЭ 16 поступает сумма коллекторных токов р-q-p-транзисторов из ЛЭ 18, а на вход 4 — базовый ток р-h-p-транзистора из ЛЭ 17.

Из эквивалентной модели типа Эберса-Молла следует ограничение на область допустимых значений параметров компонентов ЛЭ, которое выражает условие работоспособности (условие с 1,(> (1- Ы)(1- j 4 К 1 < 1 р1„ к,(— -(— ") К+1 к

1 2 з 1223357 4 работы ключевого а -р-h-транзистора где f — тепловой ток эмиттерного пепит в насыщенном режиме) рехода инжекционного транзис(к„к, -a)(1-e(, ) тора 5, М, — температурный потенциал. и к„+1 н 1 у (1+К -c((K -К }+ ((К+1) )

Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов обычи ного инжекционного ключа (известногде d. — нормальный коэффициент переN го), когда в качестве источника пидачи тока ключевого к-р-и- тания используется генератор напряжетранзистора 1 (снизу вверх ния, имеет вид в интегральной структуре) р

h K с(,М вЂ” нормальный и инверсный кои

> 1 (1()

К +1 эффициенты передачи тока ин1 жекционного р- -р-транзисто- Сравнение ограничений (3) и (4) ра 5 15 показывает что условием расширения

o(— нормальный коэффициент пере- области допустимых значений парадачи тока р-h-p-транзисто- метров компонентов предлагаемого ра 7. ЛЭ по сравнению с известным является

Ограничение на область допустимых выполнение неравенства К К >1 что и э э значений параметров компонентов обыч- в свою очередь, означает увеличение ного инжекционного ключа (известного) нагрузочкой способности предлагаемокогда в качестве источника питания го ЛЭ . При данном режиме питания используется генератор тока, имеет ЛЭ,область допустимых значений расвид К а а

> " (1-0(с(,) ширяется при уменьшении коэффициента

М (н К+1 н 25 передачи 0

В случае, если шина 6 питания

Сравнение ограничений (1) и (2) подключена к генератору тока I a показывает, что область допустимых шина 8 питания — к генератору напрязначений параметров компонентов пред- жения 0, режимы работы транзистолагаемого ЛЭ по сравнению с извест- Ров ЛЭ 16 (фиг.2) во включенном соЭ расширяется при работе ЛЭ на

30 стоянии не изменяются. В выключенных более мощную нагрузку, и условием ЛЭ 17 и 18 ключевой h-p-h-транзистор расширения области допустимых значе- 1 и p-h-Р-тРанзистоР 7 Работают в ний параметров компонентов является режиме отсечки, а инжекционный р-h-рвыполнение неравенства K K > j. Та- транзистор 5 — в нормальном активном ким образом, расширение области до- З5 режиме. Таким образом, ток на вход 4 пустимых значений параметров компо- ЛЭ 16 из элемента 17 не поступает, нентов приводит к увеличению нагру- а на вход 3 ЛЭ 16 поступает только зочной способности предлагаемого ЛЭ коллекторный ток р-и-р-транзистора по сравнению с известным, Область допустимых значении расширяется при

40 уменьшении коэффициента передачи (Ограничение на область допустимых введенного р- -р-транзистора 7. значений паРаметРов компонентов.ЛЭ

Аналогичным образом Работает ЛЭ, в данном Режиме питания имеет вид если шина б питания подключена к генератору напряжения U,, а шина 8

45 питания — к генератору тока 1 (фиг.3) а (5)

Режимы работы транзисторов во включенном и выключенном состояниях ЛЭ не изменяются по сравнению с режимом питания ЛЭ от двух генераторов тока.

Ограни чение на область допустиУсловие расширения области допустимых значений параметров компоненмых значений параметров компонентов тов предлагаемого ЛЭ в данном режив этом случае имеет вид ме питания по сравнению с известным (к К 1И1 "„) 55 (условие (2) ) имеет вид < >1/(К„+1), с(„>, р 1, и- J причем в данном случае область допус-

К„ь К,-W (К -К„) Ы (К-1) (Ю вЂ” "-1)) тимых значений расширяется при увеличении коэффициента передачио(N

В данном режиме питания тбк связан с напряжением на шине 8 пйтания и соотношением вида

Формула изобретения

Логический элемент, содержащий ь-р-п-транзистор, эмиттер которого соединен с общей шиной, коллектор— с выходом, а база — с входом и коллектором р-h-p-транзистора, база которого соединена с общей шиной, а эмиттер подключен к шине питания, о т л и,ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы логического элемента, в него введен дополнительный р-к-р-транзистор, база и коллектор которого соединены соответственно с коллектором и базой

h.-p-П-транзистора, а эммитер подключен к дополнительной шине питания. где ток д связан с напряжением 0 на шине 8 соотношением (6) .

Условие расширения области допустимых значений параметров компонентов ЛЭ в данном режиме питания по сравнению с известным (условие (4) имеет видЫ 1/(К. +1) . И в данном случае область допустимых значений

4Ьа1

ВНИИПИ Заказ 1723/58

Тираж 816 Подписное

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

1223357 6 расширяется при увеличении коэффициента передачи Ы .

Выполнение ЛЭ согласно предлагаемому изобретению позволяет расши(I ) +pJ +я=0 ° рить область допустимых значений паФ ° раметров компонентов и увеличить где р и g — коэффициенты, зависящие нагрузочную способность по сравнеот коэффициентов пере- нию с известным во всех режимах пидачи ol, коэффициента тания. Причем в зависимости от веК напряжения 0 тепло- 10 личины коэффициента передачи Ы;„ вве1% 2 вых токов 1 и темпера-, денного р-h-р-транзистора можно выgo турного потенциала Ч бирать тот или иной режим питания

Т

ЛЭ для обеспечения максимальной обP=f„(, К„,0,1,1 2; ) =f (ос К„О Т,ч 2. ласти допустимых значений параметров компонентов. Таким образом, в

И наконец если обе шины б и 8 сравнении с известным предлагаемое

9 У питания подключены к генераторам выполнение ЛЭ позволяет повысить нанапряжения U и 0 (фиг.3) работа дежность его работы путем расширения

2 У

ЛЭ во включенном и выключенном состо-. области допустимых значений параметяниях аналогична предыдущему случаю 20 ров компонентов.

1 режимы работы транзисторов не изменяются.

Ограничение на область допустимых значений параметров компонентов ЛЭ 25 в данном режиме питания имеет вид