Halbaddierer mit Tunneldioden Die Erfindung betrifft einen Halbaddierer für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten, der mit Tunneldioden aufgebaut ist.
Halbaddierer sind solche Schaltungen, die an einen ersten Ausgang dann und nur dann ein Aus gangssignal abgeben, wenn nur eine von zwei Ein gangsgrössen vorhanden ist. Ist keine oder sind beide Eingangsgrössen vorhanden, so erscheint am ersten Ausgang kein Ausgangssignal; im zweiten Fall wird jedoch ein übertragsimpuls an einen zweiten Ausgang gegeben.
Mit Tunneldioden lassen sich wesentlich höhere Arbeitsgeschwindigkeiten erreichen als z. B. mit Ma gnetkernen oder Transistoren. Es sind logische Grundschaltungen, wie UND-Schaltungen, ODER- Schaltungen und Negationsschaltungen, bekannt, die mit Tunneldioden aufgebaut sind.
Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung mit Tun neldioden bekannt, die die Funktion eines Halbad- dierers erfüllen soll. Diese Schaltungsanordnung be steht aus einer UND-Schaltung und einer ODER Schaltung, die über Widerstände von den zu ver knüpfenden Eingangsgrössen an ersten Steuereingänge angesteuert werden und mit je einer im bistabilen Betrieb arbeitenden Tunneldiode aufgebaut sind. Der Ausgang der UND-Schaltung ist mit einem zweiten, dem ersten Steuereingang gegenphasigen Steuerein gang der die ODER-Schaltung bildenden Tunnel diode verbunden.
Bei dieser Schaltungsanordnung soll dann, wenn beide Eingangsgrössen vorhanden sind, durch das Ausgangssignal der UND-Schaltung ein Kippen der ODER-Schaltung auf Grund der beiden Eingangs- grössen verhindert werden. Dieser Funktionsablauf ist jedoch mit der eben beschriebenen .Schaltung nicht zu erfüllen. Sind beide Eingangsgrössen vorhanden, so kippen beide Tunneldioden, also die der UND- und die der ODER-Schaltung um. Es erscheint also am ersten Ausgang (Summe) und am zweiten Aus gang (Übertrag) je ein Ausgangssignal.
Dies ent spricht nicht der am Anfang gestellten Bedingung für die Funktion eines Halbaddierers.
Gemäss der Erfindung wird eine Schaltungsan ordnung vorgeschlagen, die der eben beschriebenen ähnlich ist und dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste Steuereingang der die ODER-Schaltung bil denden Tunneldiode über ein Verzögerungsglied von den zu verknüpfenden Eingangsgrössen angesteuert wird. Das Verzögerungsglied kann vorteilhafterweise eine Induktivität sein.
Der Gegenstand der Erfindung wird nun anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Tun neldiode, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Halbaddie- rers gemäss der Erfindung.
Schliesst man die Tunneldiode über einen geeignet bemessenen Vorwiderstand an eine geeignete Vor, Spannung an, so ergibt sich die Arbeitsgerade 2, die die Kennlinie 1 der Tunneldiode in den beiden stabilen Arbeitspunkten<I>A</I> und<I>B</I> schneidet. Der Arbeitspunkt A liegt im niederohmigen Kennlinien- bereich, der Arbeitspunkt B im vergleichsweise hö- herohmigen Kennlinienbereich. Die Umschaltung zwi schen den beiden Arbeitspunkten ist durch kurzzeitige Erhöhung bzw.
Erniedrigung der an der Tunneldiode abfallenden Spannung möglich.
Fig. 2 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung. Die Tunneldiode TD1 ist über die beiden Vorwiderstände R6 und R7 gemäss Fig. 1 eingestellt. Sie befindet sich im Ruhezustand in dem höherohmigen Arbeitspunkt<I>B.</I> Die Tunneldiode TD2 ist über die Widerstände R7 und R8 ebenfalls ent- sprechend Fig. 1 eingestellt. Sie befinden sich jedoch im Ruhezustand im niederohmigen Arbeitspunkt A.
An den Eingängen El und E2 werden die zu ad dierenden binären Informationen zugeführt. Eine bi näre<B> l </B> ist dabei durch eine positive Spannung, eine binäre 0 durch fehlende Spannung gekenn zeichnet. Falls an der Eingangsklemme El oder E2 eine binäre<B> l ,</B> d. h. positive Spannung anliegt, so wird über den Widerstand R4 oder R5 und das Ver zögerungsglied V (z. B. eine Induktivität) die Tunnel dioden TD2 von dem niederohmigen Arbeitspunkt<I>A</I> in den höherobmigen Arbeitspunkt B umgeschaltet.
An der Klemme S' tritt eine Spannungserhöhung auf und kennzeichnet die binäre Summe als l . Über den Widerstand R1 oder R2 gelangt: die an der Klemme El oder E2 anliegende positive Spannung an die Kathode der Tunneldiode TD1. Diese Kathode ist über einen Widerstand R3 an eine negative Span nung angeschlossen.
Die Widerstände R1, R2 und R3 sowie diese negative Spannung sind so gewählt, dass, falls nur an einer Eingangsklemme El oder E2 positive Spannung anliegt, die Spannung an der Kathode der Tunneldiode TD1 nur so weit erhöht wird,
dass die Tunneldiode TD1 nicht von dem höherohmigen Arbeitspunkt B in den niederohmigen Arbeitspunkt A umgeschaltet wird. An der Aus gangsklemme Ü tritt also keine Spannungserhöhung auf, d. h. der Übertrag ist Null.
Befindet sich die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wieder im Ausgangszustand, und liegen nun mehr an beiden Eingangsklemmen El und E2 je weils eine binäre <B> l ,</B> d. h.
jeweils eine positive Spannung an, so steigt die Spannung an der Kathode der Tunneldiode TD1 so stark an, dass diese Tunnel diode von dem höherohmigen Arbeitspunkt B in den niederohmigen \Arbeitspunkt A kippt. Der Strom fluss durch die Widerstände R6 und R7 erhöht sich also sprunghaft, und an der Ausgangsklemme Ü tritt nunmehr eine positive Spannung auf, d. h. der Über trag ist<B> 1 .</B> Auch an dem Verbindungspunkt der Widerstände R6 und R7 tritt eine Spannungserhö hung auf.
Dadurch wird die Betriebsspannung für die Tunneldiode TD2 so weit erniedrigt, dass diese Tunneldiode nicht mehr über die Widerstände R4 und R5 in den höherohmigen Arbeitspunkt B um geschaltet werden kann. Die Kathode der Tunnel diode TD2 kann gegenüber der Anode als ein zweiter, gegenphasiger Eingang betrachtet werden. An der Ausgangsklemme S' tritt also keine Spannungser höhung auf, d. h. die Summe S' ist 0 .
Dass bei zwei positiven Eingangssignalen an den Klemmen El und E2 zuerst die Tunneldiode TD1 kippt und hierdurch die Tunneldiode TD2 sperrt, so dass diese nicht mehr auf Grund der beiden positiven Eingangssignale kippen kann, war mit der bekannten Schaltungsanordnung, die die Funktion eines Halbaddierers erfüllen sollte, nicht zu erfüllen.
Bei dieser bekannten Schaltung fehlte nämlich das Verzögerungsglied V. Gelangten an die beiden Klemmen El und E2 positive Signale, so kippte zunächst die zweite Tun neldiode TD2 um (von<I>A</I> nach<I>B)</I> und dann erst die erste Tunneldiode (von<I>B</I> und<I>A).</I> Dies kommt daher, weil die mit der Tunneldiode TD2 aufgebaute bistabile Kippschaltung empfindlicher ist und sein muss als die mit der Tunneldiode TD1 aufgebaute.
Dies ist dadurch bedingt, dass die Tunneldiode TD2 als ODER-Schaltung arbeitet und schon bei einem positiven Eingangssignal kippen muss, während die Tunneldiode TD1 als UND-Schaltung arbeitet und erst bei zwei positiven Eingangssignalen kippen darf. Ausserdem ist das Schaltverhalten einer Tunneldiode vom hochohmigen Zustand in der niederohmigen (TD1) langsamer als umgekehrt (TD2); weil sie im Zustand B eine höhere Eingangskapazität als im Zustand A besitzt.
Schaltet jedoch im eben beschriebenen Fall die Tunneldiode TD2 zuerst und erst dann die Tunnel diode TD1, so erscheint an beiden Ausgängen<I>S'</I> und Ü je ein Ausgangssignal, was jedoch nicht der Ar beitsbedingung eines Halbaddierers entspricht.
Hier wurde nun zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R4 und R5 und der Anode der Tunneldiode TD2 ein Verzögerungsglied V eingefügt, das z. B. aus einer Induktivität bestehen kann. Durch dieses Glied wird gewährleistet, dass bei zwei positi ven Eingangssignalen zuerst die Tunneldiode TD1 kippt und durch die Spannungserhöhung in positiver Richtung an dem Widerstand R7 ein Kippen der Tunneldiode TD2 durch die beiden Eingangssignale El und E2 verhindert wird,
weil die Sperrspannung am R7 früher zur Wirkung kommt als das über das Verzögerungsglied V verzögerte Eingangssignal.
Wie ersichtlich, erfüllt die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung auf Grund des eingefügten Ver zögerungsgliedes V sämtliche eingangs erwähnten Forderungen an einen Halbaddierer.
Da die Tunneldioden in bistabiler Schaltung be trieben werden, kippen sie nicht von selbst in die Ausgangslage zurück, sondern müssen zurückgestellt werden. Das Zurückstellen der Tunneldiode TD1 in den höherohmigen Arbeitspunkt B ist durch kurz zeitige Erhöhung der an dieser Tunneldiode abfallen den Betriebsspannung, das Zurückstellen der Tunnel diode TD2 in den niederohmigen Arbeitspunkt<I>A</I> durch kurzzeitige Erniedrigung der an dieser Tunnel diode abfallenden Betriebsspannung möglich.
Bei spielsweise kann der Anode der Tunneldiode TD <I>1</I> und der Kathode der Tunneldiode TD2 je ein posi tiver Impuls bestimmter Mindestamplitude zugeführt werden.