RU2515225C1 - Multistage paraphase logic device - Google Patents
Multistage paraphase logic device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515225C1 RU2515225C1 RU2012152692/08A RU2012152692A RU2515225C1 RU 2515225 C1 RU2515225 C1 RU 2515225C1 RU 2012152692/08 A RU2012152692/08 A RU 2012152692/08A RU 2012152692 A RU2012152692 A RU 2012152692A RU 2515225 C1 RU2515225 C1 RU 2515225C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- type
- cascade
- output
- transistors
- clock
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в КМДП интегральных схемах для реализации логических устройств.The invention relates to the field of computer technology and can be used in CMDP integrated circuits for the implementation of logical devices.
Известно каскадное логическое устройство (Патент США №6211704, FIG.7, Н(А)03К 19/096, НКИ 326/121 от 03.04.2001). Это устройство содержит в каждом каскаде два инвертора с обратными связями, логический блок в виде ключевых цепей, выполненных на последовательно соединенных транзисторах n-типа, два входных и выходной инверторы, элемент контроля на двух транзисторах n-типа и транзисторе p-типа, а также тактовый и ключевой транзисторы n-типа. Недостаток этого устройства - его избыточная сложность, когда для реализации необходимо 4 входных и 4 выходных управляющих сигнала и 15 МДП транзисторов, помимо логических.Known cascading logic device (US Patent No. 6211704, FIG.7, H (A) 03K 19/096, NKI 326/121 from 04/03/2001). This device contains in each stage two inverters with feedback, a logic block in the form of key circuits made on series-connected n-type transistors, two input and output inverters, a control element on two n-type transistors and a p-type transistor, and n-type clock and key transistors. The disadvantage of this device is its excessive complexity, when the implementation requires 4 input and 4 output control signals and 15 MOS transistors, in addition to logical ones.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является каскадное парафазное логическое устройство (Патент РФ №2349028, Н03К 19/0948 от 10.03.2009). Устройство содержит в каждом каскаде входной и выходной тактирующие элементы, два транзистора сброса n-типа, два КМДП инвертора, включенных по схеме триггера, и логический блок, содержащий, по меньшей мере, две ключевые цепи, выполненные каждая из последовательно соединенных транзисторов n-типа. Недостатком устройства является ограниченное быстродействие, что обусловлено распространением сигнала с тремя временными задержками соответственно в входном и выходном тактирующих элементах и в логической триггерной части.The closest technical solution to the proposed one is cascade paraphase logic device (RF Patent No. 2349028, Н03К 19/0948 dated 03/10/2009). The device contains input and output clock elements in each cascade, two n-type reset transistors, two KMDP inverters connected according to the trigger circuit, and a logic block containing at least two key circuits made by each of the n-type transistors connected in series . The disadvantage of this device is its limited performance, due to the propagation of the signal with three time delays in the input and output clock elements and in the logical trigger part, respectively.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства.The technical result of the invention is to increase the speed of the device.
Технический результат достигается тем, что каскадное парафазное логическое устройство, содержащее тактовый КМДП инвертор и в каждом каскаде первый и второй транзисторы сброса n-типа, первый и второй КМДП инверторы, включенные между соответствующими клеммами питания и шиной земли, и логический блок, содержащий по меньшей мере две ключевые цепи, выполненные каждая из последовательно соединенных транзисторов n-типа, затворы которых подключены к парафазным логическим входам каскада таким образом, что только одна ключевая цепь нормально замкнута, а все другие - нормально разомкнуты, при этом первые выводы ключевых цепей подключены к шине земли, а вторые являются соответственно прямым и инверсным выходами каскада, которые подключены к одному из парафазных логических входов последующего каскада, прямой выход каскада соединен с выходом первого и с входом второго КМДП инверторов, а инверсный выход каскада соединен с выходом второго и с входом первого КМДП инверторов, первый и второй транзисторы сброса n-типа включены между шиной земли и соответственно прямым и инверсным выходами каскада, вход тактового КМДП инвертора и затворы транзисторов сброса n-типа в первом каскаде подключены к тактовой шине, клемма питания в первом каскаде подключена к выходу тактового КМДП инвертора, который включен между шиной питания и шиной земли, а также содержит в каждом каскаде элемент задержки, содержащий первый и второй инвертирующие элементы, каждый из которых содержит транзистор p-типа и транзистор n-типа, которые включены последовательно между шиной питания и шиной земли, затворы транзисторов p- и n-типа первого инвертирующего элемента соединены соответственно с выходом тактового КМДП инвертора и с клеммой питания данного каскада, затвор транзистора n-типа второго инвертирующего элемента подключен к тактовой шине, точка соединения транзисторов p- и n-типов первого инвертирующего элемента подключена к затвору транзистора p-типа второго инвертирующего элемента, точка соединения транзисторов p- и n-типов второго инвертирующего элемента является выходом элемента задержки и подключена к клемме питания последующего каскада, затворы транзисторов сброса n-типа во втором и последующих каскадах также подключены к тактовой шине.The technical result is achieved by the fact that a cascade paraphase logic device containing a clock KMDP inverter and in each cascade the first and second reset transistors of n-type, the first and second KMDP inverters connected between the corresponding power terminals and the ground bus, and a logic block containing at least at least two key circuits made by each of the n-type transistors connected in series, the gates of which are connected to the paraphase logic inputs of the cascade in such a way that only one key circuit is normally closed whip, and all others are normally open, while the first outputs of the key circuits are connected to the ground bus, and the second are respectively the direct and inverse outputs of the cascade, which are connected to one of the paraphase logic inputs of the subsequent cascade, the direct output of the cascade is connected to the output of the first and the input of the second KMDP of the inverters, and the inverse output of the cascade is connected to the output of the second and the input of the first KMDP of the inverters, the first and second reset transistors of n-type are connected between the ground bus and, respectively, direct and inverse outputs and the cascade, the inverter clock input KMDP and the gates of the n-type reset transistors in the first stage are connected to the clock bus, the power terminal in the first stage is connected to the inverter clock KMDP output, which is connected between the power bus and the ground bus, and also contains an element in each cascade delays containing the first and second inverting elements, each of which contains a p-type transistor and an n-type transistor, which are connected in series between the power bus and the ground bus, the gates of the p- and n-type transistors of the first inverting electric The elements are connected respectively to the output of the inverter CMDC clock and to the power terminal of this stage, the gate of the n-type transistor of the second inverting element is connected to the clock bus, the connection point of the p- and n-type transistors of the first inverting element is connected to the gate of the p-type transistor of the second inverting element , the connection point of p- and n-type transistors of the second inverting element is the output of the delay element and is connected to the power terminal of the subsequent stage, the gates of the n-type reset transistors to the second m and subsequent stages are also connected to the clock bus.
Существенными отличительными признаками в указанной совокупности признаков является наличие в каждом каскаде элемента задержки, который включен между клеммами питания соседних каскадов, подключение затворов транзисторов сброса n-типа во всех каскадах к тактовой шине и выполнение элемента задержки в виде двух последовательно включенных тактируемых инвертирующих элементов.Significant distinguishing features in this set of features are the presence of a delay element in each cascade that is connected between the power terminals of adjacent cascades, the connection of the gates of n-type reset transistors in all stages to the clock bus, and the execution of the delay element in the form of two clockwise inverting elements connected in series.
Наличие в предлагаемом устройстве перечисленных выше существенных отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышения быстродействия устройства. В устройстве-прототипе временная задержка на каскад является суммой задержек входного и выходного тактирующих элементов и задержки в триггерной части - КМДП инверторах при участии цепей логического блока. В заявленном устройстве тактовый инвертор один на все каскады и его вклад в общую задержку незначителен. Процесс формирования парафазного состояния в такой же триггерной части происходит синхронно с переключением элемента задержки. Напряжение на клемме питания последующего каскада формируется одновременно с появлением парафазных сигналов на выходах предыдущего каскада. Поэтому при соответствующем выборе параметров транзисторов элемента задержки и при заданной емкостной нагрузке на выходах каскада временная задержка на каскад может соответствовать только одной задержке установления парафазного сигнала в триггерной части, состоящей из КМДП инверторов и ключевых цепей логического блока.The presence in the proposed device of the above significant distinguishing features provides a solution to the technical problem - improving the speed of the device. In the prototype device, the time delay per cascade is the sum of the delays of the input and output clock elements and the delays in the trigger part — the CMDP inverters with the participation of the logic block circuits. In the claimed device, the clock inverter is one for all stages and its contribution to the total delay is negligible. The process of forming a paraphase state in the same trigger part occurs synchronously with the switching of the delay element. The voltage at the power terminal of the subsequent stage is formed simultaneously with the appearance of paraphase signals at the outputs of the previous stage. Therefore, with the appropriate choice of the parameters of the transistors of the delay element and for a given capacitive load at the outputs of the cascade, the time delay per stage can correspond to only one delay in the establishment of the paraphase signal in the trigger part, which consists of the CMOS of inverters and the key circuits of the logic block.
На фиг.1 приведена принципиальная схема заявляемого каскадного парафазного логического устройства на примере двух каскадов. На фиг.2 приведена в качестве примера принципиальная схема логического блока для реализации функции 'Исключающее ИЛИ'.Figure 1 shows a schematic diagram of the inventive cascade paraphase logic device for example, two cascades. Figure 2 shows as an example the schematic diagram of a logical unit for implementing the function 'Exclusive OR'.
Каскадное парафазное логическое устройство (Фиг.1) содержит тактовый КМДП инвертор 1 и в каждом каскаде 2 первый 3 и второй 4 транзисторы сброса n-типа, первый 5 и второй 6 КМДП инверторы, элемент задержки 7 и логический блок 8, который содержит по меньшей мере две ключевые цепи 9, 10, выполненные из последовательно соединенных транзисторов n-типа каждая, затворы которых подключены к парафазным логическим входам 11 каскада таким образом, что только одна ключевая цепь нормально замкнута, а все другие - нормально разомкнуты. Элемент задержки 7 содержит первый 12 и второй 13 инвертирующие элементы, каждый из которых содержит транзистор p-типа и транзистор n-типа, которые включены последовательно между шиной питания 14 и шиной земли 15.The cascade paraphase logic device (FIG. 1) contains a
Первые выводы ключевых цепей 9, 10 подключены к шине земли 15, а вторые являются соответственно прямым 16 и инверсным 17 выходами каскада, которые подключены к одному из парафазных логических входов 11 последующего каскада. Прямой выход 16 каскада соединен с выходом первого 5 и с входом второго 6 КМДП инверторов, а инверсный выход 17 каскада соединен с выходом второго 6 и с входом первого 5 КМДП инверторов. Первый 3 и второй 4 транзисторы сброса n-типа включены между шиной земли 15 и соответственно прямым 16 и инверсным 17 выходами каскада.The first outputs of the
Вход тактового КМДП инвертора 1 и затворы транзисторов сброса 3, 4 n-типа подключены к тактовой шине 18.The input clock KMDP inverter 1 and the gates of the
Затвор транзистора p-типа первого инвертирующего элемента 12 подключен к выходу 19 тактового КМДП инвертора 1, который включен между шиной питания 14 и шиной земли 15, а затвор транзистора n-типа второго инвертирующего элемента 13 подключен к тактовой шине 18, точка соединения транзисторов p- и n-типов первого инвертирующего элемента 12 подключена к затвору транзистора p-типа второго инвертирующего элемента 13, точка соединения транзисторов p- и n-типов которого является выходом 20 элемента задержки. Первый 5 и второй 6 КМДП инверторы включены между клеммой питания данного каскада 21 и шиной земли 15, причем в первом каскаде клемма питания 21 соединена с выходом 19 тактового КМДП инвертора 1, а во втором и последующих каскадах клемма питания 21 соединена с выходом 20 элемента задержки предыдущего каскада, затвор транзистора n-типа первого 12 инвертирующего элемента соединен с клеммой питания 21 данного каскада и является входом элемента задержки.The gate of the p-type transistor of the first inverting element 12 is connected to the
Логический блок 8 при реализации функции 'Исключающее ИЛИ' (Фиг.2) содержит 6 транзисторов 22-27 n-типа, которые включены попарно последовательно и составляют 4 ключевые цепи логического блока: первая содержит первый 22 и второй 23 транзисторы n-типа, вторая - третий 24 и четвертый 25 транзисторы n-типа, третья - пятый 26 и четвертый 24 транзисторы n-типа, четвертая - второй 23 и шестой 27 транзисторы n-типа. Количество ключевых цепей соответствует числу логических состояний элемента - в данном случае 4 от двух переменных. Затворы первого 22 и пятого 26 транзисторов n-типа подключены к первому 28 логическому входу каскада, затворы третьего 24 и шестого 27 транзисторов n-типа подключены к второму 29 логическому входу, затворы второго 23 и четвертого 25 подключены соответственно к третьему 30 и четвертому 31 логическим входам каскада. Первая и вторая ключевые цепи включены между прямым 16 выходом каскада и шиной земли 15, а третья и четвертая цепи включены между инверсным 17 выходом каскада и шиной земли 15.Logical block 8 when implementing the function 'Exclusive OR' (Figure 2) contains 6 n-type transistors 22-27, which are connected in pairs in series and comprise 4 key circuits of the logical block: the first contains the first 22 and the second 23 n-type transistors, the second - the third 24 and fourth 25 transistors of n-type, the third - fifth 26 and fourth 24 transistors of n-type, the fourth -
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии - на первом полутакте, при единичном сигнале на тактовой шине 18 напряжение на выходе 19 тактового КМДП инвертора 1, на выходах 20 элементов задержки 7, клеммах питания 21 всех каскадов равно нулю, транзисторы сброса 3 и 4 открыты и сигналы на выходах 16 и 17 каскадов 2 также нулевые. Все ключевые цепи 9, 10 логических блоков 8 находятся поэтому в выключенном состоянии. На других логических входах 11 каскадов устанавливаются парафазные сигналы, соответствующие входным переменным. Например, на первый 28 и второй 29 логические входы для заданной, в данном случае функции 'Исключающее ИЛИ' поданы соответственно прямой и логически дополняющий сигналы первой переменной X, а на третий 30 и четвертый 31 логические входы поданы соответственно прямой и логически дополняющий сигналы второй переменной Y. При равенстве переменных X=Y в замкнутом состоянии находится первая ключевая цепь логического блока. При логическом неравенстве переменных в замкнутом состоянии находятся третья или четвертая ключевые цепи. Причем транзисторы n-типа ключевых цепей работают в режиме переключателей на разряд узловых емкостей выходов каскада. Ключевые цепи формируются по правилам булевой алгебры для парафазных сигналов.The device operates as follows. In the initial state, on the first half-cycle, with a single signal on the
Рабочий полутакт начинается с подачи на тактовую шину 18 нулевого сигнала, при этом на все его логические входы 11 подаются сигналы от внешних устройств или от предыдущего каскада. Транзисторы сброса 3 и 4 n-типа закрываются, а на выходе 19 входного тактового инвертора 1 и клемме питания 21 первого каскада напряжение нарастает до величины напряжения на шине питания 14. Одновременно через открытые транзисторы p-типа КМДП инверторов 5 и 6 начинает расти напряжение на емкостях нагрузок, связанных с выходами этих инверторов. При поступлении на тактовую шину 18 нулевого сигнала транзистор n-типа второго инвертирующего элемента 13 и транзистор p-типа первого инвертирующего элемента 12 всех элементов задержки 7 закрываются, но напряжения в точках соединения транзисторов этих элементов сохраняются, что подготавливает их переключение с малой задержкой за счет уменьшения узловых емкостей. Если в замкнутом состоянии находится первая ключевая цепь, то благодаря току через транзисторы этой цепи напряжение на выходе первого КМДП инвертора 5 растет медленнее, чем на выходе второго КМДП инвертора 6. Поскольку данные инверторы объединены обратными связями по схеме триггера, процесс приводит к формированию нулевого напряжения на выходе первого инвертора 5 и на прямом выходе 16 каскада, а на выходе второго инвертора 6 и инверсном выходе 17 каскада - положительного напряжения, равного напряжению на шине питания 14, соответствующего логической 1 при X=Y.The working half-cycle begins with the supply of a zero signal to the
Одновременно с нарастанием сигнала на выходе 19 тактового КМДП инвертора 1 начинает открываться транзистор n-типа первого инвертирующего элемента 12 и напряжение в точке соединения транзисторов этого элемента убывает до 0 с задержкой, определяемой скоростью формирования напряжения на выходе тактового КМДП инвертора 1, которая определяется величиной нагрузки на выходах 16 и 17 каскада. На выходе 20 элемента задержки 7 и на клемме питания 21 последующего каскада при этом также с задержкой начинает повышаться напряжение. Таким образом одновременно с установкой КМДП инверторов 5, 6 первого каскада в парафазное состояние синхронно, но с задержкой подготавливается включение последующего каскада устройства.Simultaneously with the increase in the signal at the
Завершается полный такт при срабатывании последнего каскада устройства единичным сигналом на тактовом входе 13 первого каскада. Напряжение на выходе тактового КМДП инвертора 1 и на клемме питания 21 убывает, а транзисторы сброса 3, 4 n-типа открываются и независимо от состояния проводимости ключевых цепей логического блока 8 напряжения на выходах 16, 17 каскадов падает до нуля, что ведет к установке в исходное состояния устройства.The complete cycle ends when the last stage of the device is triggered by a single signal at the clock input 13 of the first stage. The voltage at the output of the clock CMDC of the
За счет выбора соответствующих параметров транзисторов элемента задержки 7 при заданной емкостной нагрузке на выходах 16, 17 каскада временная задержка на каскад может соответствовать задержке установления парафазного сигнала в триггерной части, состоящей из КМДП инверторов 5, 6 и ключевых цепей 9, 10 логического блока 8.By selecting the appropriate parameters of the transistors of the delay element 7 for a given capacitive load at the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152692/08A RU2515225C1 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Multistage paraphase logic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152692/08A RU2515225C1 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Multistage paraphase logic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2515225C1 true RU2515225C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152692/08A RU2515225C1 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Multistage paraphase logic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2515225C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6211704B1 (en) * | 1996-07-24 | 2001-04-03 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Asynchronous sensing differential logic (ASDL) circuit |
RU2209507C1 (en) * | 2002-05-13 | 2003-07-27 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Paraphase cascade logic device built around cmis transistors |
US6982572B2 (en) * | 2001-08-03 | 2006-01-03 | Micron Technology, Inc. | Digital logic devices with extremely skewed trip points and reset circuitry for rapidly propagating signal edges, circuits and systems including same |
RU2349028C1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-03-10 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Cascade paraphase logic unit |
RU2393631C1 (en) * | 2009-03-06 | 2010-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Paraphase logical element |
-
2012
- 2012-12-07 RU RU2012152692/08A patent/RU2515225C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6211704B1 (en) * | 1996-07-24 | 2001-04-03 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Asynchronous sensing differential logic (ASDL) circuit |
US6982572B2 (en) * | 2001-08-03 | 2006-01-03 | Micron Technology, Inc. | Digital logic devices with extremely skewed trip points and reset circuitry for rapidly propagating signal edges, circuits and systems including same |
RU2209507C1 (en) * | 2002-05-13 | 2003-07-27 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Paraphase cascade logic device built around cmis transistors |
RU2349028C1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-03-10 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Cascade paraphase logic unit |
RU2393631C1 (en) * | 2009-03-06 | 2010-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Paraphase logical element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9887698B2 (en) | Internal clock gated cell | |
Agarwal et al. | A new design of low power high speed hybrid CMOS full adder | |
US4506167A (en) | High speed logic flip-flop latching arrangements including input and feedback pairs of transmission gates | |
US7746117B2 (en) | Complementary energy path adiabatic logic | |
US5907589A (en) | GHZ range frequency divider in CMOS | |
Padmaja et al. | Design of a multiplexer in multiple logic styles for Low Power VLSI | |
RU2319299C1 (en) | Multi-input logical "and" element on cmos transistors | |
US8466729B2 (en) | Delay cell and digitally controlled oscillator | |
RU2515225C1 (en) | Multistage paraphase logic device | |
US3657557A (en) | Synchronous binary counter | |
RU2209507C1 (en) | Paraphase cascade logic device built around cmis transistors | |
WO2014012005A1 (en) | Adiabatic logic family | |
RU2349028C1 (en) | Cascade paraphase logic unit | |
JP3851906B2 (en) | Pulse generation circuit | |
US9979398B2 (en) | Buffer circuit and electronic device using same | |
RU2382490C1 (en) | Clocked paraphase logical element | |
RU2209508C1 (en) | Paraphase logic gate of cascade devices built around cmis transistors | |
Yang et al. | A high-performance 128-to-1 CMOS multiplexer tree | |
CN107579725B (en) | Half-cycle delay circuit | |
RU2515702C1 (en) | Clocked and-or gate | |
RU2258303C1 (en) | Para-phase logical element based on short-channel mis transistors | |
Willingham et al. | Asynchronous, quasi-adiabatic (Asynchrobatic) logic for low-power very wide data width applications | |
US6859072B2 (en) | Method for clock control of clocked half-rail differential logic with sense amplifier and single-rail logic | |
RU2412542C1 (en) | Clocked multi-input and-element | |
RU2580095C1 (en) | Dynamic and-or logic element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181208 |