Криотронный логический элемент или

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных в интегральном исполнении. Цель изобретения - упрощение и снижение требований к параметрам криотрона. Криотронный логический элемент ИЛИ содержит входные шины, выходные шины, шины питания 7 и 8, четыре трансформатора, пять контуров. Цель достигается за счет новой совокупности связей. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ям Н 03 К 19/195

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

191 Ь

" :Мсср Зсмк

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 4803274/21 (22) 29.01.90

{46) 07.08.92. Бюл, N 29

P1) Московский инженерно-физический институт (72) М.В,Алюшин и А.В.Алюшин

{56) Авторское свидетельство СССР

М 248766, кл. Н 03 К 19/195, 1969.

Алфеев В.Н., Бахтин П.А„Васенков

А.А., Войтович И.Д. и др. Интегральные схемы и микроэлектронные устройства на сверхпроводниках. — М,: Радио и связь, 1985. с. 136.

: Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных в интегральном исполнении.

Известен криотронный логический элемент HE-ИЛИ, содержащий две ветви, образуюгцие сверхпроводящий контур. Первая ветвь содержит последовательно включенные входные криотроны, вторая — последоват льно включенные выходной и установочный криотроны. При наличии сигнала на входе одного иэ кр«отранов первой ветеи ток, проходящий в ней, переключается во вторую ветвь и обуслолливает формирование выходного сигнала логического элемента.

Недостатками устройства @BRÿþòñÿ трудности, связанные с соглàcî-:анием таких лементов между собо., же".-к«е гребования на парамвтры яр«тронов Kàcêàäío включейнйх зле ентов. н«-K,ttt -.рэффициент усиления по току. 4io эзтруд..:.е г реализацию вычисл«елbl". ы ) c р .tc TQ в интегральном исполнен««

„„БЦ„„1753590 А1 (54) КРИОТРОННЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ИЛИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании цифровых устройств обработки данных. в интегральном исполнении.

Цель изобретения — упрощение и снижение требований к параметрам криотрона. Криотронный логический элемент ИЛИ содержит входные шины, выходные шины, шины питания 7 и 8, четыре трансформатора, пять контуров. Цель достигается за счет новой совокупности связей. 1 з,п.ф-лы. 5 ил. О

Наиболее близким к предлагаемому является криотронный логический элемент

ИЛИ, содержащий (фиг. 1) входные шины 1, 2 и 3, 4, выходные шины 5, 6 и шины 7. 8 питания. четыре трансформатора 9-12, пять контуров t3-17. причем первичные обмотки трансформаторов 10 и 11 соединены последосательно и подключены к шинам питания, р вторичные обмотки этих трансформаторов л входят в контуры 14 и 16, Обмотки транс- - -) форматоров 9 и 12 входят в контуры 13, .5 и

17 (порядок включения обмоток в контуры показан на фиг. 1). Появление тока вс входных шинах 1, 2 лиоо 3;4 посредством индуктивной связи контуров 13 и 17 с контуром 15 через трансфррматори 9 и 12 ирмеHllåT ток ьл„ а контуре 6. Это обусловливает перераспределен«е тоха в ветвях контуров 15, 16 и форм«ровэние выыходногро перепада ток;-. в шил.-х 5, б.

К н,-,остаткам логического 1лечренга

СЛЕдуЕт Отн;-C". бОЛЬШуЮ аППа>атурнУЮ «Э быточность 1д ч реализации -.,р кц « от д. " с и "it t4etK ) е у р; р д г °, 3 ., 1753590 4 параметрон криотронов, низкий кбЭффици- Топологические варианты интегральвнт усиления по току, большая плоЩадь в ной реализации логического элемента(фиг. интегральном исполнении. ::-.:,. 4 и 5) содержат шину 53 питания, фрагмент

Цель изобретения — упрощение jñ1ðîé- 54 которой выполнен в первом слое коммуства и снижение требований к параметрам 5 тации, замкнутый контур .55, содержащий криотронав, .. : . управляемый криотронный элемент 56, упУказанная цель достигается тем, что в равляющие шины 57 и 58, выходной контур криотронном логическом элементе ИЛИ, со- . 59, выходные шины 60 и 61, индуктивно свядержащем входныеи выходныешины"иши- занные фрагменты соедйнительных шин .. ны питания, три трансформатора, 10 первого и второго уровней (трансформатопервичные обмотки первого и второго ры) 62 — 64, контактные окна междусоедитрансформаторов соединены последова- нениями первого и второго слоев тельно и подключены к шинам питания; а коммутации 65,соединение второго слоя 66. также криотран. первый вывод которого со- Элемент работает следующим образом. единен с первым выводом нторичной обмот- 15 На шины 24-25 питания подаются имки первого трансформатора, первичная - пульсы 39-42 тока (фиг. 2 и 3). В том случае, обмотка третьего трансформатора соедйне- когда в управляющих шинах 31 и 32 отсутстнапоследовательносовторичной обмоткой вует входной так Ie> в контуре 29 через второго трансформатора и с выходными ши- . трансформатор 26 наводится ток 1х1, катонами, вторичная обмотка третьего транс - 20 рый протекает через криотрон 30, находяформатора соединена со вторым выводом щийся в сверхпроводящем состоянии криотрона и со вторым выводом вторичной (импульс 46 тока, ф, 3). Э тока, фиг, ). тат ток, протекая обмотки первого трансформатора, первич- через обмотку 38 трансформатора 28 навоные обмотки первого и второго трансформа- дит ток в выходном контуре. Одновременно торов соединены встречно, а криатрон 25 ток питания, проходя через обмотку 34 .выполнен н виде магнитно-управляемого трансформатора 27, также наводитток в вывентиля с двумя шинами управления, кото-" ходнам контуре. Направление этого тока рые являются входными шинами логическа- противоположно направлению тока, создаваемого обмоткой 35 трансформатора 28.

С целью увеличения коэффициента уси- 30 Такое взаимное направление токов дастигаления по току первый и третий трансформа- ется соответствующим включением первичторы выполняются таким образом, что их ных и вторичных обмоток трансформаторов коэффициенты трансформации удавлетво- (фиг. 2, начала обмоток отмечено точками). ряют соотношению, ..., .. - .:,. В результате на выходах 22 и 23 элемента й1 пз=К к > 1, 35 отсутствует выходной сигнал (фиг. 3, 4 х = где п1и пз- соответственно коэффицйенты =О). В том случае, когда в одной из управлятрансфармации первого и третьего т1эанс- ющих шин криотрона 30 появляется входф р р в, .: - . най ток (ex, криотрон 30 переходит из формата ов, . H3 фиг, 1 показана схема криатраннога сверхпроводящего состояния в закрытое. логического элемента ИЛИ; на фиг, 2 — схе- 40 После появления импульса 40 тока пита редлагаемого криогенного логического в цепи 24-25 н контуре 29 ток Jxt =О. Поэтока питания элемента; на фиг. 4 и 5 — нарианты 50 (фиг. 3) с па 1ащью трансф элемента; на фиг. 3 — временная диаграммка таму н выходном контуре нанодитс

2 ., чта формирование выхаднаическои реализации элемента н ин- — Очевидно, чта фармир теграль с алненьи". —, -.:.",45 го сигнала обусловлено наличием входного

Криотронный лагйческий элемент ИЛИ . тока хотя бы н а ной из дв аэтаму логический элемент содержит входные шины 1 — 4, выходные шй-": . шин 3 и 32. Поэтому ла ны 5 и 6, шины 7 и 8 питания, трансформа- выполняет функцию ИЛИ по 31. 32.р —, замкнутые контуры 13-17. Логический элемент выпал. ф емыи элемнт содержит входные 50 цика 1)ЛИ только н момент праха>кдения имшины 1 —, выходные шины 22 и 23, шины пульса тока питания — сигнаЛы 43 и 44 (риг. и питайия,.три трансформатора 26-28; 3). Б там случае, когда й. о" н" с -, ка да ходнап сиГнзл панн контур с криатранам 30, упрэгляющие ляется раньше л;;пульса питания (сигнлл 45, шины 31 и 3 криатрана, пе нпчны б 1 - . "), " т р р, g абь от- фиг. а), логический элемент осуществляет ки тран-..фарматаран 33-35, втар..чные аб- 55 фарм:1ранание длительности ны;,аднага мотки транс ьар.атаров 36-38.. сигнала 52. р.:,лэгаемй» логический элемент им=На временной диаграмме (фиг. 3) абаз- Прн-лэгаем-: на е О, М ) " ;. и Ь-4 тоха питания, ",.,эд- . ет пр:етую тапалогическ га р угьсы <..— 5 така, импульсы 0-52 (;„. ã. - . В ингегрэльнам исп",л:., .-и-ф рматарь! 6 28 реализуются D ниде рэс

5 1753590 6

Ф

-доложенных друг над другом в разных слоях коммутации соединительных шин — соответственно области 62, 64 и 63. Шина 53 пита— ния имеет фрагменты в двух слоях коммутации — первом 54 и во втором 62. 5

Переход со слоя на слой осуществляется с помощью контактных окан 65. Фрагменты шины питания в местах 62 и 64 образуют индуктивную связь с соедийениями 55 и 59, .т.е. выполняют функцию первичных обмо- 10 ток трансформаторов 26 и 27, Замкнутый контур 29 образован с помощью соедине- ния 55. соединенного с криатроном 56 и имеющего индуктивную связь с выходным контуром 59 в области 63. Выходами эле- 15 мента являЮтся шины 60 и 61, входами 57 и

58, расположенные ва втором слое коммутации. Такое расположение этих шин упрощает процесс коммутации таких логических элементов между собой в совместном ис- 20 полнении в едином технологическом цикле;

Увелйчение коэффициента усиления по току в предло>кеннам элементе осуществляется за счет использования первого и треть- . его трансформаторов с коэффициентом 25 пеоелачи соответственно n! = пз = К где k >

> 1. При этом в k раз уменьшается ток 1к! цйркулирующий в контуре 29 при отсутствии входных сигналов. Поэтому в k раз может быть уменьшен входной так lax, 30 переводящий криотран 30 иэ сверхпроводящего состояния в закрытое.

Таким образом, использование первого и третьего трансформаторов с указанными коэффициентами передачи позволяет в k 35 раз увеличить коэффициент усиления по току.

-. Топологическая реализация логического элемента при k = 2 показана ка фиг, 5, В этом случае замкнутый контур 29 выполнен 40 в виде контура из двух витков, связанных индуктйвно с шиной питания 53 8 области

62 и выходным кантуаом 5 в области 63. В контуре используется coeäëíåíие 66 ва вгором слое коммутации. Криатран 56 характе- 45 ризуется в данном,случае a, вэ раза более низким значением критического токЪ и, саатoетcтвeн!!а, в два раза ба-ее низкими значениями вход!!Ога тока. ..-..: =-;,:.:Предельное з !ачение коэффициента 50 определяется техка1а! ичэски м ваз;.!о!кнбстями изгатавлекл трансфармйарав <: требуемым отка .. iением et1TYG, Обы <но предельное значение k даст !гзе-, 10-20. Beличина k мажет при!нимать нецелые значе- 55 ния. например, k = 1,5 в случае неполного перекрыть соединений в первом и втором слоях металлизации при интегральном исполнении прибора.

Па сравнению с известным предлагаемый логический элемект характеризуется использованием только одного управляемоьго криатрона, меньшим числом других элементов. Злемект допускает непосредственное каскадирование, имеет электрически независимые входы и выходы. Высокий коэффициент усиления по току дает вазможность снизить требования к разбрасу параметров криотранов разных логических элементов при их изготовлении в едином технологическом цикле. Достоинством элемента является также то, что отсутствует необходимость - согласования па раметрав криотрокав внутри отдельна взятого логического элемекта ввиду того, что такой криотрон только адин.

Фа рмула изобретения

1.. Криотранный логический элемент

ИЛИ, содержащий входные и выходные шины и шины трения, три трансформатора, первичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены последовательно и подключены к шинам питания, а также криотран, первый вывод котарага соединен с первым выводом вторичной обмотки первого трансформатора. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения устройства и снижения требований к параметрам криатрана, первичная обмотка третьего трансформатора соединена последовательна с вторичной обмоткой второго трансформатора и с выходными шинами, вторичная обмотка третьего трансформатора соединена с вторым вывода. крйотрона и с вторым выводам вторичной обмотки первого трансформатора, первичные обмотки первого и второго трансформаторов соединены встречна. а криатрок вь!полкен в виде магнитна-управляемого вентиля с двумя шинами управления, которые являются входными шиками логического элемента.

2. Логический элемент ИЛИ по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем. чта, с целью увеличения коэфф>!цйента усйлен!!я по току, первый и третий трзксфарматарь! выпал.::-:;ы тя кими, что их коэффициент транс а > .":ац !(и саатветствекно и f и пз удовлетворя!От саотнашени,а и, =-пз=к где k ) 1753590

- Ясг.5 с

Составитель H. Дубровская

Редактор М, Блэнар Техред ММоргентал Корректор А. Ворович

Заказ 2775 : Тираж . .. Подписное .ВНИИПИ Государствейного когиитета "по"изабретенилм и открытьМм 6ри ГКНТ СССР

113035. Ыосква, . .-35, Раушска наб., 4/5

Производственно-издательский кс. ;бинат Па гент". r. Ужгород, ул.Гагарина. 0 1