Многоканальное коммутирующее устройство

Многоканальное коммутирующее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

„,;790319 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (51) М. Кл. (22) За"в"е"о 02.02.79 (2>) 2721029/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 231280 Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23,12. 80

Н 03 К 17/56//

Н 03 К 17/72

Государствен ай комитет

СС Р по делам изобретений и открытий

Ю) УД (621. 382 (088.8) (72) ASTOpb4 изобретения

В. А. Горохов, С. М. Берглезсв, B. И, Кимарский, Б. И. Левашов, В ° A. Решетарсв, В. С. Рыбаков и А. П. Шевьев (73 ) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени электротехнический институт св язи (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ КОММУТИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, требующих поочередного подключения коммутируемых шин. 5

Широко известны многоканальные коммутирующие устройств а, содержащие трехвыводные приборы с многсслоййсй

p A p-Yl структурой — тиристоры, включенные последовательно с нагрузками lo между шиной питания и общей шиной, и цепи связи, осуществляющие направленное перемещение включенного состояния в схеме и содержащие элементы памяти на основе реактивностей (1), Наличие в устройстве большого числа реактивных элементов, выполняемых в виде намсточных изделий — индуктивнсстей или дискретных конденсаторов, пр.зктически не позволяет реализовать 20 в ю схему подобных устройств средствами микроэлектроники, Более высокими техническими характеристиками обладают многоканальные коммутирующие устройства, содержащие 25 приборы с многослойной р-к-р-и

Структурой, аноды которых соединены с лервой шиной, которая через резистор соединена с шиной питания, катоды соединены с базами транзисторов, 30 первые эмиттеры нечетных транзисторов соединены с второй шиной, которая соединена с инверсным выходом управляющего устройства, первые змиттеры четных транзисторов соединены с третьей шиной, которая ссединена с инверсным выходом управляющего устройства, а вторые эмиттеры транзисторов соединены с р-базами следующих по направлению коммутации приборов с многослойной p-n-p-и структурой (2), Известные устройства обеспечивают более высокий ур-.вень интеграции, поскольку в них имеется только один т окоо граничив ающий ре з иск ср, явл яющийся общим для всех приборов с многослойной р-и-р-и структурой. Однако напряжение между анодами и катодами невключенных приборов с многослойной р-и-р-н структурой, которое не превышает падения напряжения на включенном тиристоре и эмиттернсм переходе транзистора, т.е. около

1,7В, в указанных устройствах оказывается несколько большим минимально возможного в тиристорной схемотехнике напряжения, составляющего падение напряжения на одном включенном приборе с многослойной р-и-р790319

-и структурой. Следов ательно, недостатками этого устройства являются низкая надежность, большая потребляемая мощность и сложность.

Цель изобретения — повышение надеж ности, снижение потребляемой мощности и упрощение устройства.

С этой целью в многоканальном коммутирующем устройстве, содержащем приборы с многослойной р-h-р-П структурой, аноды которых соединены с первой шиной, которая через резистор соединена с шиной питания, вторую и третью шины, которые соединены с неинверсным и инверсным выходом упразляющего устройства соответственно, цепь запуска, первые катоды нечетных приборов с многослойной р-ь-р-и струк турой соединены с второй шиной, первые катоды четных приборов с многослойной р-и-р-и структурой соединены с третьей шиной, а вторые катоды при- 20 боров с многослойной р-а-р-h струк— турой соединены с соответствующими базами последующих приборов с четырехслойной р-h-р-и структурой.

Кроме того, с целью приданйя до- Я полнительных воэможностей многоканальное коммутирующее устройство мо" жет быть модифицировано дополнительным введением цепи сброса, содержащей транзистор, коллектор которого сое- Зр единен с первой шиной, эмиттер соединен с общей шиной, а база через рези стор соединена с шиной сброса; цепи запуска, выполненной в виде порогово» го элемента, который включей между первой шиной и р-базой первого прибо. ра с многослойной р-n-p-n структурой; цепи запуска, содержащей пороговый элемент, транзистор, резистор, и прибор с многослойной р-и-р- струк-. турой, анод которого соединен с пер- 4О вой шиной, первый катод соединен с третьей шиной, второй катод соединен с р-базой первого прибора с многослойной р-и-р-д структурой, а р-база через пороговый элемент соединена с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с первой шиной, а ба эа через резистор соединена с третьей шиной; а также дополнительным введением цепи вывода сигнала 1„, содер- щ жащей резистор, диод и трайэистор, эмиттер которого соединен с общей шйной, база через диод соединена с и-базой 2 -го прибора с многослойно9 р-и-р-о структурой и.одним из

-1 выводов резистора, другой вывбд ко- торого соединен с шиной питания °

Кроме того, возможно. дополнительное введение приборов с многослойной р-и-р-и структурой и четвертой шины, которая соединена с дополнительным 40 инверсным выходом устройства управления, аноды дополнительных приборов с многослойной р->-р-qi структурой ,соединены с первой шиной, первые катоды соединены с четвертой шиной, 65 вторые катоды соединены с р-базами предыдущих нечетных приборов с многослойной р-и-р-и структурой, а р-базы — с третьими катодами последующих нечетных приборов с многослойной р-h-ð-и структурой.

Дополнительно введенная четвертая шина может быть соединена с третьим дополнительным выходом устройства управления, первый катод каждого третьего прибора с многослойной р-и -р-h структурой соединен с четвертой ши ной, а третьи катоды приборов с многослойной р-и-р-h структурой - с рбазами предыдущих приборов с многослойной р-h-р-л структурой.

На фиг..1 изображена схема основного варианта предлагаемого устройства с управлением -структурами по р-ба" эам, предусматривающая включенное состояние одного из приборов с многослойной р-r-p-и структурой в исходном состоянии; на фиг. 2 — то же, с управлением структурами по h -базам; на фиг. 3 — модифицированный вариант устройства, обеспечивающего выключенное состояние всех приборов с многослойной р-h-p-и .структурой в исходном состоянии; на фиг. 4 — то же, реверсивный вариант; на фиг, 5 — модифицированный реверсивный вариант устройства.

Основной вариант предлагаемого устройства (фиг. 1) содержит приборы с многослойной р-h-р-и структурой

1„ - 1, аноды которых соединены с первой шиной 2, которая через резистор

3 соединена с шиной 4 питания. Первые катоды нечетных приборов с многослойной р-ъ p-n структурой 1 — 1 соединены со второй шиной 5, а первые катоды четных приборов с многослойной р-h-p-и структурой 1 -12

31 с третьей шиной б. Шина 5 соединена с неинверсным, а шина б - с инверсным выходом управляющего устройства

7. управляющее устройство 7 в данном варианте представляет собой моностабильную переключающую схему, выполненную на транзисторах 8-10. Эмиттеры транзисторов 8 и 10 соединены с общей шиной 11. База транзистора 9 через резистор 12 соединена с шиной

4 питания, базы транзисторов 8 и 10 соединены с выходом элемента И 13, выполиенного на двухэмиттерном транзисторе 14, база,которого через резистор 15 соединена с шиной 4 питания. Один иэ эмиттеров двухэмиттерного транзистора 14 соединен с общей шиной 16. разрешения, а второй - с .сигнальной шиной 17.

В качестве управляющего устройства

7 можно использовать бистабильную схему, например триггер. В этом случае устройство может содержать в два раза меньшее количество приборов с многослойной р-и-р-и структурой.

790319

Кроме того, устройство содержит цепь сброса, состоящую из транзистора 18, коллектор которого соединен с шиной 2, эмиттер соединен с общей шиной 11, а база через резистор 19 соединена с шиной 20 сброса, цепь запуска, состоящую из порогового элемента 21, выполненного в виде двух последовательно включенных транзисторов 22 и 23 и включенного между шиной

2 и р-базой прибора с многослойной р->-р-н структурой 1, и цепь вывода сигнала 1, содержащую резистор 24, н один из выводов которого соединен с шийой 4 питания, а другой — с н-базой прибора с многослойной р-и-р-а структурой 12 и через диод 25 — с 15 базой транзистора 26, эмиттер которого соединен с общей шиной 11.

Коммутируемые шины 27„ — 27п в данном варианте устройства соединены с н -базами нечетных приборов с мно-, 20 гослойной р-и-р-н структурой.

Многоканальное коммутирующее устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии транзистор

10 управляющего устройства 7 включен коллекторным током транзистора 9, а транзистор 8 выключен. Шина 5 через открытый транзистор 10 соединена с общей шиной 11, прибор с многослойной р-н-р-н структурой 1 включен благо1 ЗО даря прохождению тока через транзисторы 22 и 23 в момент включения напряжения питания. Коммутируемая шина

27 подключена к общей шине 11 через включенный прибор с многослойной р-н-р-П структурой 1 и транзистор

10. Остаточное напряжение на шине 27„ составляет около 0,6 В. Потенциал коллектора транзистора 26 находится на уровне около 0,3 В вследствие прохождения тока через его базоэмиттер- 40 ный переход.

При поступлении первого импульса на сигнальную шину 17 и наличке сигнала на шине 16 разрешения происходит включение транзистора 8 и выключение транзистора 10, поскольку базовый ток транзистора 9 перераспределяется в цепь его эмиттера. В результате этого шина 6 соедйняется с общей шиной 11 а шина 5 отсоединяется От нее щ

Это вызывает перераспределение анодного тока прибора с многослойной р-h-ð-ь структурой 1 через его второй

1 катод в цепь р-базы прибора с многослойной р->-р-н структурой 1, и включение прибора с многослойной р-ь-р-и структурой 1 . Далее происходит выключение прибора с четырехслойной р-и-р-е1 структурой 1 вследствие его

1 шунтирования цепью анод — р-база включенного прибора с многослойной р-Ь-p-nag структурой 1 . После окончания импульса на сигнальной шине 17 управляющее устройство 7 возвращается в исходное состояние, При этом аналогичным образом происходит включение прибора с многослойной р-t>-p-и структурой и включение прибора с многослойной р-н р — н структурой 1 . В этом состоянии устройства с общей i.èHîé 1 3 соединена коммутируемая .лна 27

Таким образом, поступление одного импульса на сигнальную шину 17 вызывает переключение устройства в следующее устойчивое состояние и, соответственно, подключение следующей коммутируемой шины 27 к общей шине 11.

Далее работа устройства осуществляется аналогичным образом. Цепь запуска при этом бездействует, поскольку напряжение на.шине 2 не достигает уровня, достаточного для прохождения тока через транзисторы 22 и 23.

При поступлении t -го импульса на сигнальную шину 17 прибор с многослойной р-н-р-и структурой 1 выключается

2п- и включается прибор с многослойной

p- -p-n структурой 12 . При этом ток резистора 24 начинает проходить через прибор с многослойной р-и-р-и структурой 1 и транзистор 8. Транзистор и

26 выключается, и потенциал на его коллекторе повышается. После окончания r-го импульса на сигнальной шине 17 устройство возвращается в исходное состояние. Таким образом, потенциал йа коллекторе транзистора

26 повторяет уровень n-ro импульса на сигнальной шине 17. Наличие цепи вывода сигнала 1 и позволяет организовывать на основе данных устройств многоразрядные делители числа импуль" сов путем соединеиия колектора транзистора 26 с шинОй 16 разрешения следующего устройства.

В устройстве, схема которого изображена на фиг. 2, управление включечным состоянием приборов с многослойной р-и-р-н структурой осуществляется по н-базам. Устройство включает в свой состав цепь для запуска первой многослойной р-н-р-н структуры, состоящую из транзистора 28 и резистора 29, управляемую по шине 30.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии транзистор 10 управляющего устройства 7 включен в связи с протеканием коллекторногo тока транзистора 9 через переход базаэмиттер и шина 5 оказывается соединенной с общей шиной 11. В этом состоянии все приборы с многослойной р-н-р-и структурой находятся в выключенном состоянии. При поступлении импульса напряжения на шину 30 открывается транзистор 28 эа счет протекания тока по шине 30 через резистор 29 и переход база-эмиттер транзистора 28.

Через открытый транзистор 28 протекает ток, вытекающий иэ и-базы многослойной р-н-р-н структуры 1„, в результате чего происходит включение многослойной р-и-р-н структуры )

После включения многослойной р-и-р-и

790319 структуры 1„напряжение на шине 30 снимается.

При включенном состоянии многослойной р-и-р-и структуры 1„ имеетсь инжекционная связь между катодами, что обуславливает протекание тока, вытекающего из и-базы многослойной р-и-р-и структуры 1, через второй катод многослойной р-и-р-> структуры

1„. При поступлении импульса на шину

17 и наличии сигнала разрешения на шине 16 происходит включение транзистора 8 и выключение транзистора 10.

Шина 5 отсоединяется от шины 11, а шина б присоединяется к ней. Цепь пйрвого катода многослойной р-и-р-ri структуры 1 разрывается и выключает. ся. В связи с предварительным протеканием тока через и -базу многослойной р-и-р-и структуры 1 н ней происходит накопление неосновных носителей заряда и при подключении первого като- 20 да многослойной р-п-р-и структуры 1 к общей шине 11 происходит включение

I данной многослойной p-n-p-и структуры. После окончания действия импульса на сигнальной шине 17 управляю- 25 щее устройство 7 возвращается в исходное состояние. При этом происходит включение следующей многослойной р-П-р-и структуры 1, что соотнетствует переключению устройства в следующее устойчивое состояние.

Кроме того, в данном варианте устройства реализован другой возможный способ подключения нагрузок коммутируемые шины 27„ -27п подключаются к дополнительным третьим катодам нечетных приборов с многослойной р-п-р-и структурой 1 — 1

2п — < что обеспечивает подключение коммутируемых шин 27„ — 27п к общей шине

11 при наличии достаточной связи меж- 40 ду катодами приборов с многослойной р-п-p.-h структурой 1„- 1

Предлагаемое устройство может иметь модифицированную цепь запуска (фиг. 3), содержащую прибор с мно- 45 гослойной р-и-р-и структурой 31, пороговый элемент 21, состоящий из диодов 22 и 23, транзистор 32 и резистор

33. Благодаря такому выполнению, цепи запуска все приборы с многослойной, о р-Ь-р- структурой 31, 1 — 1 - в исходйом i с оoс тTоQя нHиHи H в ы кKл ю ч еeнHы, йоскольток через транзистор 32 н этом состоянии устройства не проходит. Включение прибора с многослойной р-и-р-и структурой 1„происходит после поступления первого импульса,на сигнальную шину 17. Такое выполнение цепи запуска обеспечивает уменьшение мощности, потребляемой устройством.

Реверсинный> вариант предлагаемого Щ многоканального коммутирующего уст-ройства (фиг. 4) содержит дополнительную шину 34, соединенную с вторым инверсным выходом управляющего устройства 7, образованныМ коллекторной цепью транзистора 35, эмиттер которого соединен с общей шиной

11, а база — с выходом дополнительного элемента И 36, выполненного в виде двухэмиттерного транзистора 37г база которого через резистор 38 соединена с шиной 4 питания, один из эмиттерон соединен с сигнальной шиной 17, второй — c шиной 39 разрешения. Первый катод каждого третьего прибора с многослойной р-и-р-П структурой 13 — 1 соединен с дополнительной шиной 34, р-база соединена с вторым катодом последующего, а второй катод — с р-базой предыдущего прибора с многослойной р-и-р-и структурой, соединенного с шиной 5.

При наличии сигнала высокого уровня на шине 16 разрешения и сигнала низкого уровня на шине 39 разрешения устройство переключается н прямом направлении. Работа устройстна н этом случае. осуществляется аналогично описанному выше неренерсивному варианту устройства. Шина 4 постоянно находится под высоким потенциалом.

После поступления сигнала нысокого уровня на шину 39 разрешения и сигнала низкого уровня на шину 16 разрешения на шине 6 устанавливается постоянно высокий уровень потенциала, а потенциал на шине 34 н противофазе повторяет импульсы на сигнальной шине 17.. Вследствие этого поступление каждого импульса .на сигнальную шину 17 вызывает включение. прибора с многослойной р-и-р-п структурой

1(первый катод которого соединен с шиной 34, р-база соединена с третьим катодом (i+1) а второй катод— с р-базой (i-2) прибора с многослойной р-и-р-и структурой, что вызывает смещение включенного состояния в схе. ме на один разряд в обратном напранленни..

В модифицированном реверсивном варианте предлагаемого устройстна (фиг. 5) управляющее устройство 7 представляет собой трехстабильную реверсивную схему. Можно использовать, например, трехканальное реверсивиое устройство, аналогичное изображенному на фиг. 3.

В процессе работы управляющее устройство 7 реализует программу коммутации шин 5,6 и 34, указанную в таблице. Подключение шин 5,6 и

34 по данной программе обеспечивает перемещение включенного состояния в прямом или обратном направлении в соответствии с описанным выше мехайиэмом

Предлагаемое устройство может быть легко выполнено по стандартной ТТЛ технологии, поскольку используемые в нем многослойные приборы с р-и-р-и структурой в схемном и топологическом отношениях пред-.

790319

Уровни сигналов

16

Формула изобретения ставляют собой интегральные транзисторы противоположного типа проводи1. Многок анальное коммутирующее устройство, содержащее приборы с многослойной р-п-р п структурой, аноды которых соединены с первой шиной, которая через резистор соединена с шиной питания, вторую и третью шины, которые соединены с неинверсным и инверсным выходом уп- равляющего устройства соответственно, цепь запуска, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, снижения потребляемой мощности и упрощения, первые катоды нечетных приборов с многослойной р-и-р-и структурой соединены с второй шиной, первые катоды четных приборов с многослойной р-и-р-и структурой соединены с третьей шиной, а вторые катоды приборов с многослойной

p-n-p-n структурой соединены с соответствующими базами последующих приборов с многослойной р-и-р-р структурой.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительно введена цепь сброса, содержащая транзистор, коллектор которого соединен с первой шиной, эмиттер соединен с общей шиной, а база через резистор соединена с шиной сброса.

3. Устройство по и ° 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что цепь запуска, выполнена в виде порогового элемента, который включен между первой шиной и р базой первого прибора с многослойной p-a-p-и структурой.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что цепь запуска содержит пороговый элемент, транзистор, резистор и прибор с многослойной р-и-ри структурой, мости, соединенные соответствующим образом. анод которого соединен с первой шиной, первый катод соединен с третьей шиной, второй катод соединен с р-баЯ5 зой первого прибора с многослойной р-и-р-и структурой, а р-база через пороговый элемент соединена с коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с первой шиной, а база через резистор соединена с третьей шиной, 5. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дополнительно введена цепь вывода сигнала

1, содержащая резистор, диод и тр=нзистоp, зк ттер которого соединен с общей шиной, база чеРез диод соединена с п -базой 2„-ro прибора с многослойной р-n-p- и структурой и одним из выводов резистора, другой вывод которого соединен с шиной питан: я. б. Устройство ro и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я — åì, что дополнительно введены приборы с MHOI ocJloAной Р-h-p-n структурой и четвертая шина, которая соединена с дополнительным инверсным выходом устройства управления, аноды дополнительных приборов с многослойной р-и-p-v

$P структурой соединены с первой шиной, первые катоды соединены с четвертой шиной, вторые катоды соединены с р-базамй предыдущих нечетных приборов с многослойной p- -р-и структурой, а р-базы — с третьими катодами последующих нечетных приборов с многослойной р-n-p-n структурой.

7. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дополнительно введена четвертая шина, которая 0 соединена с третьим дополнительным выходом управляющего устройства,. первый катод каждого третьего прибора с многослойной р- -р-и структурой соединен с четвертой шиной, а третьи

65 катоды приборов с многослойной

790319

11

12 р-И-р- структурой соединены с р-базами предыду аих приборов c ìíoãoслойной р-h-ð-ü структурой.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертиэе

1. Горохов В. А. Шедрин М. Б.

Тиристоры в импульсных схемах. М., 1972, с. 220.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 577678, кл. Н 03 К 17/56, 1975.

790319

2 / г с 7ç К 37 27б

77 g Pn-1 /ад

Составитель Л. Скобелева

Редактор И. Николайчук Техред .Н,Граб

Корректор И. Муска

Подписное

Заказ 9075/67 Тираж 995

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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