鲍里斯·齐林（Boris Tsirlin）和亚历山大·库什内罗夫（Alexander Kushnerov）
10/30/2019
对于经验丰富的电路设计人员而言，无论以哪种形式绘制，都不难发现熟悉的电路。 在本文中，我们展示了该专利的两个晶体管电路是异步计数触发器（AST）的一种变体。 与标准电路相比，专利中缺少一些晶体管。 这可能被认为是故障。 我们将证明，如果在标准电路中发生相同的故障，则它将继续正常工作。 仅在OR-NOT元素[1]或仅在AND-NOT元素上实现的AST被称为哈佛触发器。 该方案的两个变体在图1中示出。 1，其中g7指示瞬态完成。 将来，我们不会考虑。 在图 图1还显示了Workcraft [3]中内置的信号转换图（STG）[2]。
图 1.异步计数触发器（AST）及其STG。
请注意，在AST的两个版本中，都有三对具有共同输入的元素（g1，g2），（g4，g5）和（g3，g6）。 图1中所示的元件2I-NOT和2OR-NOT的晶体管电路被示出。 2.三个输入元件的排列相似，并包含6个晶体管。
图 2.元件2I-NOT和2OR-NOT的晶体管电路。
我们取两个元素2OR-NOT并在每个输入处进行选择，其中p-MOS晶体管连接到Upit。 将这些输入连接在一起并接地（日志0）。 两个晶体管都将打开，并且其漏极处的电压将等于Upit。 这样是否足以安全地连接漏极并用一个替换两个晶体管，如图2所示。 3？ 不行 您需要检查如果登录共享输入会发生什么。 1.两个元件的输出都将接地，并且我们将有一个由四个p-MOS晶体管组成的桥式电路。 对于其余的两个输入，我们有四个组合0和1。很容易证明，在Upit和地之间没有短路。
图 3.两个2OR-NOT元素共享一个公共输入。
现在我们考虑图1中的脉冲分配器电路[4]。 4.使用图 3，我们可以重画这个图，如图 5.在图5中已经可以识别AST。 但是，在图1中，元素g3和g6具有3个输入。
图 4.文献[4]中的脉冲分配器方案。
图 5.图中电路的一种变体。 4。
可以将晶体管11和12的栅极视为其中第三p-MOS晶体管短路的3OR-NOT元件的输入。 这会影响电路的正确运行吗？ 考虑在元素g3的输入处g1，g2和g6中信号的出现顺序。 为此，请删除图11中相应STG中的所有其他信号。 如图1所示。 6。
图 6. STG是否为。 输入g2，g6和g3。
由于第三p-MOS晶体管短路，因此在切换in-和g6-（以任何顺序）之后可能会发生切换g3 +，而不允许切换g2-。 但是，从图可以看出。 如图6所示，在从g2 +到g2-的部分中，只有in-和g6 +，因此不会发生禁止切换g3 +的情况。 在切换g2 +之前，元素g3已经为0，而其输入g6仍为0，即 第一个p-mos晶体管处于打开状态。 开关g2 +会打开晶体管11，并应关闭短路的p-MOS晶体管。 而且，这种情况不会发生，开关会打开第二个p-MOS晶体管。 因此，通过两个打开的p-MOS晶体管和一个打开的晶体管11，电流开始从Upit流到地。 这会持续很短的时间，直到下一个g6 +开关关闭第一个p-MOS晶体管。 在这段时间内，晶体管11在g3的输出端提供0。 到底如何 假设打开的p-MOS和n-MOS晶体管的电阻相同且等于R，则在将in接通后，g3上的电压从0跃升到（1/3）Upit，但这是理想情况。 在实践中，g3与地面之间存在一些寄生电容，该电压处的电压平滑增加，并且可能不会达到（1/3）Upit。 一种或另一种方式，该电压将小于（1/2）Upit，并表示对数。 0。对于晶体管12，一切都相似，它在g6的输出端提供了一个短时间0。 因此，元件g6和g3的延迟确定了触发器消耗大约等于Upit /（3R）的大电流时的两个时间段。
现在让我们考虑图5中的计数触发电路[5]。 在此，晶体管11、12、24、23形成2I-NOT元件，这显然是图7中AST的指示器。 另一个元件2I-NOT由晶体管7、13、25和18形成。让我们注意晶体管18接地的事实，类似于图1中的例子。 3，这是三个要素的共同点。 包括晶体管18的第二元件2I-NOT由晶体管5、9、21形成，并且第三元件在晶体管2、4、16、20上是3I-NOT。与晶体管2和4并联，应该有第三p-MOS晶体管。但他不在。 图中的电路 图7是对称的，为了更好地理解，我们将其重新绘制，如图5所示。 8。
图 7. [5]中的可计数触发器的方案。
图 8.图中电路的一种变体。 7
图中会有g3和g6输出。 8如果缺少第三个并联的p-mos晶体管，是否可以正确切换？ 在分析图5中的STG之后将理解这一点。 如先前的情况一样，图9是从图9中的对应STG获得的。 通过除去g2，g6和g3中的所有信号消除1。
图 9. STG for NAND。 输入g2，g6和g3。
g3元素为3I-NOT，因此在按+，g6 +和g2 +（按任意顺序）切换后，g3-将切换。 in-，g6-或g2-反向切换中的任何一个都应引起g3 +切换。 但是，g2-无法打开丢失的p-MOS晶体管，因此g3将保持为0，并等待in-或g6-切换。 从图可以看出。 如图9所示，在从g3-到g3 +的区域中，没有开关g2-，并且这里不需要p-MOS晶体管。 另一方面，该晶体管应提供对数。 输入时从1到g3和g6任意切换。 考虑在图。 从g3 +到g2 +的第9部分。 开关g 2闭合晶体管19。接着，接通+闭合晶体管1并断开晶体管15。 晶体管17打开，晶体管3关闭。 因此，in +将g3与地球和Upit断开连接。 但是，日志保存在g3上。 如图1所示，因为实际上在g3与地面之间存在一个寄生电容，该寄生电容被充电至Upit。 开关g6-断开晶体管3并将该电容连接到Upit。 对于该方案的后半部分，一切都是相似的。 因此，元件g6和g3的延迟确定状态存储在罐上的时间。 实际上，重要的是晶体管19和20的漏电流小，否则电容可能在分配的时间内放电到低于（1/2）Upit。
与图中的标准AST相比。 图1中的图1。 图5和图。 在图8中，将元素3 OR NOT设置为1的功能以及将元素3 OR NOT设置为0的复位功能已损坏。 这意味着即使元素g6和g3中发生相应的故障，标准AST也将继续正常工作。 对于标准电路（不带g7），需要28个晶体管。 对于图中的电路 图4和图。 7（没有晶体管11、12、24、23）分别需要23和22个晶体管。 如果返回缺少的p-MOS晶体管，这些电路将更可靠地工作。 图中电路中的最小晶体管数 图7的电路不一定意味着它比图6的电路更好。 图4和更好的电路。 1.除了晶体管的数量和电流消耗外，还有其他重要参数，例如，
- 设置初始状态的附加电路的复杂性
- 负荷能力（负荷能力的再负荷率）
- 亚稳态退出率
- 寄生电容的数量和值
- 漏电流的数量和值
这些参数的比较分析以及对在其他元素上实现的AST方案的讨论不在本文的讨论范围之内。
文学作品
[1] GT Osborne，“具有触发器和门的异步二进制计数器寄存器级，利用多个互连的NOR电路。” 专利US3139540，6月30日。 1964年。
[2] L. Ya。Rosenblum和A. V. Yakovlev，“在用于说明发明实质的新图形形式上”，《发明问题》，第11期，第134页。 1988年第36-40页。
[3] https://workcraft.org
[4] V. I. Goryachev，B。M. Mansurov，Y。D. Martynenko和R. G. Talibov，“四相脉冲分配器”。 版权证书SU342299，06 / 14/1972。
[5] V. I. Varshavsky，N。M. Kravchenko，V。B. Marakhovsky和B. S. Tsirlin，“计数CMOS晶体管上的触发器”。 版权证书SU1398069，1988年5月23日。