DE1300969B

DE1300969B - Circuit arrangement for supplying voltage to logic circuits

Info

Publication number: DE1300969B
Application number: DE1966ST026153
Authority: DE
Inventors: Schoenemeyer Hilmar; Schmidt; Dipl-Ing Volker
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1966-11-25
Filing date: 1966-11-25
Publication date: 1969-08-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisespannungsversorgung einer Vielzahl zu einer Gesamtschaltung gehörenden logischen Schaltkreisen, von denen ein erheblicher Teil im Betriebsbereitschaftszustand der Gesamtschaltung leitend ist und wobei die Betriebsbereitschaftszeiten der Gesamtschaltung wesentlich länger als die Betriebszeiten sind.The invention relates to a circuit arrangement for the supply voltage supply a plurality of logic circuits belonging to an overall circuit, of a significant part of which is conductive when the overall circuit is ready for operation is and wherein the operational readiness of the entire circuit is much longer than the hours of operation are.

In vielen Gebieten der Nachrichtentechnik, z. B. bei elektronischen Rechenanlagen, in der Fernsprech-und Fernschreibvermittlungstechnik, bei Werkzeugmaschinensteuerungen, in Satelliten, werden logische Schaltkreise in großem Umfang verwendet, und zwar sowohl sogenannte integrierte Schaltkreise als auch Schaltkreise mit diskreten Bauelementen.In many areas of communications engineering, e.g. B. in electronic Computer systems, in telephone and telex switching technology, in machine tool controls, in satellites, logic circuits are used extensively both so-called integrated circuits and circuits with discrete components.

Die einzelnen logischen Schaltkreise sind dabei stets zu mehr oder weniger umfangreichen komplex verketteten Netzwerken zusammengeschaltet, wobei man bestrebt ist, die Netzwerke auf möglichst kleinem Raum unterzubringen, d. h. auch die Schaltkreise selbst möglichst klein zu machen. Man hat auch, insbesondere bei integrierten Schaltkreisen, schon sehr kleine Abmessungen realisiert. Der weiteren Verkleinerung sind jedoch durch die in den Schaltkreisen auftretende Verlustleistung und die damit verbundene Erwärmung Grenzen gesetzt, bzw. man kann die einzelnen Schaltkreise nicht beliebig eng zusammenbauen, da die Wärme durch die die Schaltkreise umströmende Luft abgeführt werden muß. Die Verlustleistung setzt also der Packungsdichte Grenzen.The individual logic circuits are always to more or less extensive complex interlinked networks, whereby one strives to accommodate the networks in the smallest possible space, d. H. even to make the circuits themselves as small as possible. One also has, especially at integrated circuits, realized even very small dimensions. The other However, reduction is due to the power dissipation occurring in the circuits and the associated warming set limits, or you can limit the individual Circuits do not assemble as tightly as the heat passes through the circuits Circulating air must be removed. The power loss depends on the packing density Limits.

Bei bestimmten Systemen von logischen Schaltkreisen, z. B. bei der NAND- oder bei der NOR-Technik, aber auch bei Flip-Flop-Stufen, ist im Betriebsbereitschaftszustand ein Teil der aktiven Bauelemente leitend gesteuert, so daß auch während dieser Zeit Leistung verbraucht wird. Ein solches logisches Netzwerk unterscheidet sich also grundsätzlich von den klassischen Relais-Netzwerken, bei denen man bestrebt ist, sie so auszulegen, daß sie im Betriebsbereitschaftszustand keine Leistung verbrauchen.In certain systems of logic circuits, e.g. B. at the NAND or NOR technology, but also with flip-flop stages, is in the ready state some of the active components are conductively controlled, so that also during this time Power is consumed. Such a logical network is therefore different basically from the classic relay networks, where one strives to to design them in such a way that they do not consume any power when they are ready for operation.

Nun gibt es Anwendungen dieser logischen Schaltungen, bei denen die Betriebsbereitschaftszeiten einen wesentlich größeren Teil der Einschaltzeit ausmachen als die Betriebszeit, beispielsweise bei den obenerwähnten Vermittlungseinrichtungen, bei Satelliten usw.Now there are applications of these logic circuits in which the Standby times make up a significantly larger part of the switch-on time than the operating time, for example in the case of the switching equipment mentioned above, for satellites etc.

Um in diesem Fall die Verlustleistung während der Betriebsbereitschaftszeit herabzusetzen, sind aus dem Stand der Technik hauptsächlich zwei Lösungen bekanntgeworden, und zwar erstens die An- und Abschaltung der gesamten Versorgungsspannung (bzw. nur der Anodenspannung bei Funksprechgeräten) und zweitens - die Verwendung von komplementären Transistoren bei Flip-Flops. Bei der ersten Maßnahme ergibt sich der Nachteil, daß die Zeiten zum Wiederherstellen des gewünschten Ausgangsschaltzustandes abgewartet werden müssen, bis die Signale angelegt werden können, während die Verwendung komplementärer Transistoren aus Preisgründen im allgemeinen nicht möglich ist.In this case, the power loss during the standby time mainly two solutions have become known from the state of the art, Firstly, the switching on and off of the entire supply voltage (resp. only the anode voltage in walkie-talkies) and secondly - the use of complementary transistors in flip-flops. The first measure results the disadvantage that the times to restore the desired output switching state one must wait until the signals can be applied while using complementary transistors is generally not possible for price reasons.

Mit der Erfindung wird eine Schaltungsweise angegeben, die ebenfalls eine Herabsetzung der Verlustleistung während der Betriebsbereitschaft ermöglicht und bei der die Zeiten zum Wiederherstellen des Ausgangsschaltzustandes nicht mehr auftreten.With the invention, a circuit is specified that also enables a reduction in the power loss during operational readiness and at which the times to restore the initial switching state are no longer appear.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung erzeugenden Laststromkreise der im Betriebsbereitschaftszustand leitend gesteuerten Schaltkreise nur im Betriebszustand und die anderen Schaltkreise dauernd mit der Speisespannungsquelle verbunden sind.The invention is characterized in that the power loss generating load circuits of the conductive controlled in the operational readiness state Circuits only in the operating state and the other circuits permanently with the Supply voltage source are connected.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, for example explained.

Es zeigt F i g. 1 eine Kette aus Umkehrstufen und Torschaltungen, F i g. 2 eine Flip-Flop-Schaltung.It shows F i g. 1 a chain of reversing stages and gate circuits, F i g. 2 a flip-flop circuit.

Wie bereits oben angedeutet, besteht die Erfindung darin, daß man Verlustleistung dadurch einspart, daß während der Betriebsbereitschaftszeit diejenigen Verbraucher abgeschaltet werden, die zur Aufrechterhaltung des Betriebsbereitschaftszustandes nicht erforderlich sind.As already indicated above, the invention consists in that one Power loss saves in that those during the standby time Consumers are switched off in order to maintain the operational readiness state are not required.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Schaltung handelt es sich um eine Kette von hintereinandergeschalteten Umkehrstufen mit den Transistoren T 1... T 3, zwischen denen sich je Torschaltungen D11, D12, Dl:;; D,21, D22, D2;1; D31, D32, Das befinden. Die im Betriebsbereitschaftszustand leitend gesteuerten Transistoren T 1... T 3 sind schraffiert gezeichnet. Bei einem logischen Netzwerk, von dem F i g. 1 nur einen kleinen typischen Teil zeigt, durchläuft ein Signalpfad vielfältig verknüpft eine Reihe von Stufen. In jeder Stufe erfolgt eine Umkehrung der Signale, so daß abwechselnd leitende und gesperrte Umkehrstufen durchlaufen werden. Bei Ansteuerung des logischen Netzwerks mit den Eingangsinformationen verändert sich in Abhängigkeit von den Eingangsinformationen und den logischen Verknüpfungen der Schaltzustand einer Anzahl der Umkehrstufen. Man kann annehmen, daß die Anzahl der leitend gesteuerten Umkehrstufen im Betriebsbereitschaftszustand und im Betriebszustand etwa gleich ist.In the case of the in FIG. 1 is a chain of series-connected inverters with the transistors T 1 ... T 3, between which there are gate circuits D11, D12, Dl: ;; D, 21, D22, D2; 1; D31, D32, That are located. The transistors T 1 .. In the case of a logical network of which FIG. 1 shows only a small typical part, a signal path goes through a series of stages linked in a variety of ways. The signals are reversed in each stage, so that conducting and blocked reversing stages are passed through alternately. When the logical network is controlled with the input information, the switching status of a number of the reversing stages changes as a function of the input information and the logical links. It can be assumed that the number of conductive reversing stages in the ready state and in the operational state is approximately the same.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird der größte Teil der Leistung in beiden Zuständen in den Kollektorarbeitswiderständen R0, R13, R,3, R33, die gleichzeitig Bestandteil der Torschaltungen sind, verbraucht.As shown in FIG. 1 shows that most of the performance is in two states in the collector resistors R0, R13, R, 3, R33, which are simultaneously Part of the gate circuits are used up.

Die Arbeitswiderstände der im Betriebsbereitschaftszustand nicht leitend gesteuerten Transistoren (nur T 2 ist gezeigt) sind fest mit der Spannung + U2 verbunden, während die Arbeitswiderstände der im Betriebsbereitschaftszustand leitend gesteuerten Transistoren T 1 und T 3 über einen Schalter S 1 an der Spannung +U2 liegen. Dieser Schalter S1 wird von einer Steuereinrichtung St in Abhängigkeit von den Informationssignalen E geöffnet bzw. geschlossen. Sind keine Informationssignale E vorhanden, dann ist der SchalterSl geöffnet bzw. umgekehrt. Bei geöffnetem Schalter S1 sind durch diese Schaltmaßnahmen zwar die Arbeitswiderstände der leitend gesteuerten Transistoren abgeschaltet, die Eingangspotentiale, d. h. die Steuersignale dieser Transistoren, sind nach wie vor vorhanden. Der Schaltzustand bleibt also auch ohne nennenswerten Leistungsverbrauch erhalten, und beim Schließen des Schalters S2 stellt sich sofort derselbe Zustand wie vor dem Öffnen dieses Schalters ein.The load resistances of the transistors that are not conducting in the ready state (only T 2 is shown) are permanently connected to the voltage + U2 , while the load resistances of the transistors T 1 and T 3, which are turned on in the ready state, are connected to the voltage + U2 via a switch S 1 . This switch S1 is opened or closed by a control device St as a function of the information signals E. If no information signals E are present, then switch S1 is open or vice versa. When switch S1 is open, these switching measures switch off the load resistances of the conducting transistors, but the input potentials, ie the control signals of these transistors, are still present. The switching state is therefore retained without any significant power consumption, and when switch S2 is closed, the same state is immediately set as before this switch was opened.

Es ist leicht einzusehen, welche Vorteile die erfindungsgemäße Schaltungsweise hat. Bei einer Betriebszeit von z. B. 20% der Einschaltzeit ergibt sich für das angegebene Schaltungsbeispiel gegenüber der seitherigen Schaltungsart eine Einsparung von 80% der Leistung. Dementsprechend ist die Wärmeentwicklung geringer, und die Schaltkreise können dichter gepackt werden.It is easy to see the advantages of the circuit according to the invention Has. With an operating time of z. B. 20% of the switch-on time results for the specified circuit example compared to the previous type of circuit a saving of 80% of the performance. The heat development is accordingly less, and the circuits can be packed more tightly.

F i g. 2 zeigt die Anwendung des gleichen Prinzips auf eine Flip-Flop-Schaltung, die allgemein bekannt ist und deshalb nicht näher erläutert wird. Die Arbeitswiderstände der Transistoren T 4 und T 5 sind mit R 4 und R 5 bezeichnet. Zur Unterbrechung der Speisespannung zu dem im Betriebsbereitschaftszustand leitenden Transistor ist in Analogie zu Schalter S 1 (F i g. 1) der Schalter S 2 vorgesehen, der auf ähnliche Weise wie der Schalter S 1 gesteuert wird.F i g. 2 shows the application of the same principle to a flip-flop circuit, which is generally known and is therefore not explained in more detail. The load resistances of the transistors T 4 and T 5 are denoted by R 4 and R 5. To interrupt the supply voltage to the transistor, which is conductive in the operational readiness state, in analogy to switch S 1 (FIG. 1), switch S 2 is provided, which is controlled in a manner similar to switch S 1.

Zur Abschaltung der Speisespannung wählt man vorzugsweise einen Transistor komplementären Typs gegen die in der logischen Verknüpfung verwendeten Transistoren. Zur Sperrung dieses Transistors kann man z. B. eine besondere Sperrspannungsquelle oder einen Spannungsabfall an einer im Emitterkreis liegenden Diode verwenden.A transistor is preferably chosen to switch off the supply voltage complementary type to the transistors used in the logic combination. To block this transistor you can z. B. a special reverse voltage source or use a voltage drop across a diode in the emitter circuit.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for the supply voltage supply a plurality of logic circuits belonging to an overall circuit, of a significant part of which is conductive when the overall circuit is ready for operation is and wherein the operational readiness of the entire circuit is much longer than the operating times, characterized in that the power dissipation generating Load circuits of the switched-on circuits in the ready-to-operate state only in the operating state and the other circuits permanently connected to the supply voltage source are connected.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that in the ready state, the supply voltage to the power loss generating Load circuits of the conductive circuits in the ready state individually or in groups via mechanical or electronic contacts.

3. Arrangement according to Claim 2, characterized in that it is used as an electronic contact the emitter-collector path of a transistor is used.

4. Arrangement according to the claims 1 to 3, characterized in that when the overall circuit is made via passive Linkage stages connected to each other active reversing stages consists, the load resistances of the reversing stages belong to passive linkage stages and are in the operational readiness state are switched off in the case of conductive reversing stages.

5. Arrangement according to the claims 1 to 3, characterized in that the flip-flop stages without negative feedback The supply voltage of the conductive reinforcement element is switched off.