×
20.11.2015
216.013.8fa1

Результат интеллектуальной деятельности: k-ЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ "МАКСИМУМ"

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в цифровых вычислительных структурах, системах автоматического управления, передачи и обработки цифровой информации. Техническим результатом является повышение быстродействия устройств преобразования информации. k-значный логический элемент «максимум» содержит первый (1) и второй (2) логические входы устройства, выход (3) устройства, первый (4) вспомогательный транзистор, первый (5) источник напряжения смещения, второй (6) вспомогательный транзистор другого типа проводимости, второй (7) источник напряжения смещения, первое (8) токовое зеркало, первую (9) шину источника питания, второе (10) токовое зеркало, третье (11) токовое зеркало, вторую (12) шину источника питания, четвертое (13) токовое зеркало, первый (14) выход, второй (15) токовый выход. 5 ил.
Основные результаты: k-значный логический элемент «максимум», содержащий первый (1) и второй (2) логические входы устройства, выход (3) устройства, первый (4) вспомогательный транзистор, база которого подключена к первому (5) источнику напряжения смещения, второй (6) вспомогательный транзистор другого типа проводимости, база которого подключена ко второму (7) источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого (4) и второго (6) вспомогательных транзисторов объединены и подключены к токовому выходу первого (8) токового зеркала, согласованного с первой (9) шиной источника питания, второе (10) токовое зеркало, согласованное с первой (9) шиной источника питания, третье (11) токовое зеркало, согласованное со второй (12) шиной источника питания, четвертое (13) токовое зеркало, согласованное со второй (12) шиной источника питания, вход четвертого (13) токового зеркала соединен с коллектором второго (6) вспомогательного транзистора, а токовый выход связан с выходом (3) устройства, коллектор первого (3) вспомогательного транзистора связан с первой (9) шиной источника питания, причем первый (1) логический вход устройства связан со входом второго (10) токового зеркала, а второй (2) логический вход устройства соединен со входом первого (8) токового зеркала, отличающийся тем, что выход второго (10) токового зеркала соединен со входом третьего (11) токового зеркала, первый (14) выход которого подключен к выходу (3) устройства, а второй (15) токовый выход третьего (11) токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого (4) и второго (6) вспомогательных транзисторов.

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в цифровых вычислительных структурах, системах автоматического управления, передачи и обработки цифровой информации и т.п.

В различных аналого-цифровых вычислительных и управляющих устройствах широко используются транзисторные каскады преобразования входных логических переменных (токов), реализованные на основе токовых зеркал [1-14, 18, 19]. Данные функциональные узлы используются, например, во входных каскадах операционных преобразователей сигналов с так называемой «токовой отрицательной обратной связью» [1-14], а также в качестве самостоятельных нелинейных преобразователей входных токов без цепей обратной связи [9, 18, 19], реализующих функцию логической обработки входных токовых переменных.

В работе [15], а также монографиях соавтора настоящей заявки [16-17] показано, что булева алгебра является частным случаем более общей линейной алгебры, практическая реализация которой в структуре вычислительных и логических устройств автоматики нового поколения требует создания специальной элементной базы, реализуемой на основе логики с многозначным внутренним представлением сигналов, в которой эквивалентом стандартного логического сигнала является квант тока. Заявляемое устройство относится к этому типу логических элементов.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является логический элемент, представленный в патентной заявке US 2004/227477, структура которого присутствует во многих других патентах [1-14, 18, 19], в т.ч. JP 2004/328427. Он содержит первый 1 и второй 2 логические входы устройства, выход 3 устройства, первый 4 вспомогательный транзистор, база которого подключена к первому 5 источнику напряжения смещения, второй 6 вспомогательный транзистор другого типа проводимости, база которого подключена ко второму 7 источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого 4 и второго 6 вспомогательных транзисторов объединены и подключены к токовому выходу первого 8 токового зеркала, согласованного с первой 9 шиной источника питания, второе 10 токовое зеркало, согласованное с первой 9 шиной источника питания, третье 11 токовое зеркало, согласованное со второй 12 шиной источника питания, четвертое 13 токовое зеркало, согласованное со второй 12 шиной источника питания, вход четвертого 13 токового зеркала соединен с коллектором второго 6 вспомогательного транзистора, а токовый выход связан с выходом 3 устройства, коллектор первого 3 вспомогательного транзистора связан с первой 9 шиной источника питания, причем первый 1 логический вход устройства связан со входом второго 10 токового зеркала, а второй 2 логический вход устройства соединен со входом первого 8 токового зеркала.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не реализует функцию «максимум» двух многозначных входных переменных (x1, x2), соответствующих многоуровневым значениям входных токов I1, I2. Это не позволяет на его основе создать полный базис средств вычислительной техники, функционирующих на принципах преобразования многозначных токовых сигналов.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании логического элемента, обеспечивающего реализацию функции «максимум» двух многозначных переменных (x1, x2), в котором внутреннее преобразование информации производится в многозначной токовой форме сигналов. В конечном итоге это позволяет повысить быстродействие устройств преобразования информации и создать элементную базу вычислительных устройств, работающих на принципах многозначной линейной алгебры [16-17].

Поставленная задача решается тем, что в известном логическом элементе (фиг. 1), содержащем первый 1 и второй 2 логические входы устройства, выход 3 устройства, первый 4 вспомогательный транзистор, база которого подключена к первому 5 источнику напряжения смещения, второй 6 вспомогательный транзистор другого типа проводимости, база которого подключена ко второму 7 источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого 4 и второго 6 вспомогательных транзисторов объединены и подключены к токовому выходу первого 8 токового зеркала, согласованного с первой 9 шиной источника питания, второе 10 токовое зеркало, согласованное с первой 9 шиной источника питания, третье 11 токовое зеркало, согласованное со второй 12 шиной источника питания, четвертое 13 токовое зеркало, согласованное со второй 12 шиной источника питания, вход четвертого 13 токового зеркала соединен с коллектором второго 6 вспомогательного транзистора, а токовый выход связан с выходом 3 устройства, коллектор первого 3 вспомогательного транзистора связан с первой 9 шиной источника питания, причем первый 1 логический вход устройства связан со входом второго 10 токового зеркала, а второй 2 логический вход устройства соединен со входом первого 8 токового зеркала, предусмотрены новые элементы и связи - выход второго 10 токового зеркала соединен со входом третьего 11 токового зеркала, первый 14 выход которого подключен к выходу 3 устройства, а второй 14 токовый выход третьего 11 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого 4 и второго 6 вспомогательных транзисторов.

Схема известного устройства показана на чертеже фиг. 1. На чертеже фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг. 3 представлена принципиальная схема заявляемого устройства фиг. 2 в среде компьютерного моделирования МС9.

На чертеже фиг. 4 приведены временные диаграммы работы заявляемого устройства фиг. 3 для двоичных входных сигналов x1, x2.

На чертеже фиг. 5 представлены временные диаграммы работы заявляемого устройства фиг. 3 для троичных входных сигналов x1, x2.

k-значный логический элемент «максимум» фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 логические входы устройства, выход 3 устройства, первый 4 вспомогательный транзистор, база которого подключена к первому 5 источнику напряжения смещения, второй 6 вспомогательный транзистор другого типа проводимости, база которого подключена ко второму 7 источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого 4 и второго 6 вспомогательных транзисторов объединены и подключены к токовому выходу первого 8 токового зеркала, согласованного с первой 9 шиной источника питания, второе 10 токовое зеркало, согласованное с первой 9 шиной источника питания, третье 11 токовое зеркало, согласованное со второй 12 шиной источника питания, четвертое 13 токовое зеркало, согласованное со второй 12 шиной источника питания, вход четвертого 13 токового зеркала соединен с коллектором второго 6 вспомогательного транзистора, а токовый выход связан с выходом 3 устройства, коллектор первого 3 вспомогательного транзистора связан с первой 9 шиной источника питания, причем первый 1 логический вход устройства связан со входом второго 10 токового зеркала, а второй 2 логический вход устройства соединен со входом первого 8 токового зеркала. Выход второго 10 токового зеркала соединен со входом третьего 11 токового зеркала, первый 14 выход которого подключен к выходу 3 устройства, а второй 14 токовый выход третьего 11 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого 4 и второго 6 вспомогательных транзисторов.

Рассмотрим работу устройства фиг. 2, которое выполняет логическую операцию определения максимума двух входных логических переменных, описываемую выражением

где символом обозначена операция усеченной разности:

Как следует из приведенной таблицы, она совпадает по значениям с известной функцией max(x1,x2) трехзначной логики.

Выходной сигнал устройства является суммой двух слагаемых, первое из которых представляет собой сигнал входной переменной x1, а второе - сигнал усеченной разности входных переменных.

Входные сигналы x1 и x2 поступают на входы 1 и 2 схемы в виде квантов втекающего тока (т.е. в виде -x1 и -x2). С помощью первого 8 и второго 10 токовых зеркал они преобразуются в кванты вытекающего тока (т.е. в x1 и x2).

Сигнал x1 поступает на вход третьего токового зеркала 11, где снова преобразуется в квант вытекающего тока (т.е. в -x1) для обеспечения соответствия направления тока выполняемым операциям при монтажном объединении выходов токовых зеркал.

Слагаемое в круглых скобках выражения (1) реализуется следующим образом. Из кванта вытекающего тока x2 с выхода первого токового зеркала 8 вычитается квант втекающего тока x1 с выхода 15 третьего токового зеркала 11 путем монтажного соединения указанных выходов.

Разностный сигнал x2-x1 подается на объединенные эмиттеры транзисторов 3 и 6, режимы работы которых задаются источниками напряжения смещения 5 и 7 (Ec5 и Ec7). При (x2-x1)>0 транзистор 4 закрыт, а транзистор 6 открыт, при (x2-x1)≤0 транзистор 4 открыт, а транзистор 6 закрыт.

В первом случае квант вытекающей разности токов с коллектора транзистора 6 поступает на вход четвертого токового зеркала 13, с выхода которого он подается в выходную цепь схемы.

Во втором случае транзистор 6 закрыт и выходной ток четвертого токового зеркала 13 равен нулю.

К выходному сигналу четвертого токового зеркала 13 путем подсоединения выхода 15 третьего токового зеркала 11 добавляется сигнал -x1, тем самым формируется сигнал -x1-(x2÷x1)=-[x1+(x2÷x1)], реализующий выражение (1) в виде кванта втекающего тока.

Резистор 16 является вспомогательным и служит для определения наличия тока в выходной цепи. Он используется только в процессе экспериментальных исследований схемы.

Как видно из приведенного описания реализация логической функции max(x1,x2) в схеме фиг. 2 производится формированием алгебраической суммы квантов тока и выделением определенных значений этой суммы токов. Все элементы приведенной схемы работают в активном режиме, предполагающем отсутствие насыщения в процессе переключений, что повышает общее быстродействие схемы. Кроме того, использование многозначного внутреннего представления сигналов повышает информативность линий связи, что уменьшает их количество. Использование стабильных значений квантов тока, а также определение выходного сигнала разностью этих токов обеспечивает малую зависимость функционирования схемы от внешних дестабилизирующих факторов (девиация питающего напряжения, радиационное и температурное воздействия, синфазная помеха и др.).

Показанные на чертеже фиг. 4 и фиг. 5 результаты моделирования подтверждают указанные свойства заявляемой схемы.

Таким образом, рассмотренное схемотехническое решение k-значного логического элемента «максимум» характеризуется многозначным состоянием внутренних сигналов и сигналов на его токовых входах и выходах, что может быть положено в основу вычислительных и управляющих устройств, использующих многозначную линейную алгебру, частным случаем которой является булева алгебра.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Патент US 8.159.304, fig. 5

2. Патент US №5.977.829, fig. 1

3. Патент US №5.789.982, fig. 2

4. Патент US №5.140.282

5. Патент US №6.624.701, fig. 4

6. Патент US №6.529.078

7. Патент US №5.734.294

8. Патент US №5.557.220

9. Патент US №6.624.701

10. Патент RU №2319296

11. Патент RU №2436224

12. Патент RU №2319296

13. Патент RU №2321157

14. Патент RU №2383099

15. Малюгин В. Д. Реализация булевых функций арифметическими полиномами // Автоматика и телемеханика, 1982. №4. С. 84-93.

16. Чернов Н.И. Основы теории логического синтеза цифровых структур над полем вещественных чисел // Монография. - Таганрог: ТРТУ, 2001. - 147 с.

17. Чернов Н.И. Линейный синтез цифровых структур АСОИУ» // Учебное пособие Таганрог. - ТРТУ, 2004 г., 118 с.

18. Патент US 6.556.075 fig. 2

19. Патент US 6.556.075 fig. 6.

k-значный логический элемент «максимум», содержащий первый (1) и второй (2) логические входы устройства, выход (3) устройства, первый (4) вспомогательный транзистор, база которого подключена к первому (5) источнику напряжения смещения, второй (6) вспомогательный транзистор другого типа проводимости, база которого подключена ко второму (7) источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого (4) и второго (6) вспомогательных транзисторов объединены и подключены к токовому выходу первого (8) токового зеркала, согласованного с первой (9) шиной источника питания, второе (10) токовое зеркало, согласованное с первой (9) шиной источника питания, третье (11) токовое зеркало, согласованное со второй (12) шиной источника питания, четвертое (13) токовое зеркало, согласованное со второй (12) шиной источника питания, вход четвертого (13) токового зеркала соединен с коллектором второго (6) вспомогательного транзистора, а токовый выход связан с выходом (3) устройства, коллектор первого (3) вспомогательного транзистора связан с первой (9) шиной источника питания, причем первый (1) логический вход устройства связан со входом второго (10) токового зеркала, а второй (2) логический вход устройства соединен со входом первого (8) токового зеркала, отличающийся тем, что выход второго (10) токового зеркала соединен со входом третьего (11) токового зеркала, первый (14) выход которого подключен к выходу (3) устройства, а второй (15) токовый выход третьего (11) токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого (4) и второго (6) вспомогательных транзисторов.
k-ЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
k-ЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
k-ЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
k-ЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
k-ЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 245 items.
27.08.2014
№216.012.efc7

Широкополосный усилитель мощности

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является уменьшение уровня нелинейных искажений и шумов различного происхождения в цепи нагрузки ШНУ с неинвертирующим выходным каскадом. Широкополосный усилитель мощности содержит неинвертирующий выходной каскад (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527202
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.10.2014
№216.012.fb9d

Управляемый усилитель и аналоговый смеситель сигналов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в радиоприемных устройствах, фазовых детекторах и модуляторах, а также в системах умножения частоты. Достигаемый технический результат: получение на выходе не только амплитудных изменений выходного сигнала под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530259
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fb9e

Температурно стабильный источник опорного напряжения на основе стабилитрона

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Техническим результатом является повышение температурной стабильности выходного напряжения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530260
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fba0

Быстродействующий аттенюатор для входных цепей аналого-цифровых интерфейсов

Изобретение относится к области электротехники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, измерительных приборах. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот устройства и повышении его быстродействия при работе с импульсными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530262
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fba1

Быстродействующий истоковый повторитель напряжения

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в различных аналоговых устройствах на полевых и биполярных транзисторах в качестве выходного (буферного) усилителя. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот ИПН при наличии емкости на выходе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530263
Дата охранного документа: 10.10.2014
27.11.2014
№216.013.0be7

Быстродействующий датчик физических величин с потенциальным выходом

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин. Датчик физических величин с потенциальным выходом содержит сенсор (1) с внутренней емкостью (2) и внутренним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534455
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0d0d

Трансрезистивный усилитель с парафазным выходом для преобразования сигналов лавинных фотодиодов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в системах обработки оптической информации. Технический результат: расширение допустимого диапазона изменения сопротивления передачи R. Устройство содержит первый (1) и второй (2) токовые входы, первый (3) и второй (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534758
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0d0e

Устройство для дистанционного измерения высоких напряжений статического электричества и электропитания системы мониторинга автономного объекта

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и связано с практическим использованием микромощных возобновляемых источников энергии, в частности энергии электростатического заряда, возникающего на поверхности полимерных материалов, например специальной одежде и т.п. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534759
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0de3

Широкополосный неинвертирующий усилитель с малым уровнем нелинейных искажений и шумов

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства для прецизионного усиления по мощности аналоговых сигналов, в структурах неинвертирующих усилителей и выходных каскадов различного функционального назначения, в том числе ВЧ- и СВЧ-диапазонов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534972
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb3

Дифференциальный аттенюатор с расширенным диапазоном рабочих частот

Изобретение относится к устройству дифференциального аттенюатора. Техническим результатом является повышение быстродействия устройства при работе с импульсными противофазными сигналами большой амплитуды. Устройство содержит первый (1) вход, первый (2) выход, первый (3) резистор, второй (4)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535180
Дата охранного документа: 10.12.2014
Showing 101-110 of 262 items.
20.04.2016
№216.015.33ad

Оптико-электронное устройство для контроля качества моторного масла

Изобретение относится к технике измерений и может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Оптико-электронное устройство для контроля качества...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582296
Дата охранного документа: 20.04.2016
27.04.2016
№216.015.37d1

Мини-машина для скалывания наледи

Изобретение относится к коммунальному хозяйству, в частности к средствам удаления наледи в стесненных условиях придомовой территории. Мини-машина для скалывания наледи содержит раму (1) на колесах (2), соединенный с рамой (1) посредством пружины (3) рабочий орган клиновидного типа (4) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582369
Дата охранного документа: 27.04.2016
10.05.2016
№216.015.3b0f

Устройство для предотвращения опрокидывания транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Устройство для предотвращения опрокидывания транспортного средства расположено в верхней части кузова и содержит датчик углового положения транспортного средства, источник питания, соединенный с пиропатроном газогенератора, подключенного к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583822
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3b22

Крепь подземного сооружения

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи заглубленных сооружений, и может быть использовано в стволах метрополитенов, угольных шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Задачей изобретения является создание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583800
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3bea

Устройство анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Устройство анализа загрязненности моторного масла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583344
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3c9b

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима операционного усилителя. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583760
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3cc4

Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами

Изобретение относится к технике измерений, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами включает зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583351
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.05.2016
№216.015.3fb2

Крепь заглубленного сооружения

Изобретение относится к подземному строительству, в частности к конструкциям крепи выработок, и может быть использовано в стволах шахт и рудников, а также в вертикальных выработках подземной инфраструктуры городов. Технический результат заключается в создании конструкции крепи, позволяющей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584174
Дата охранного документа: 20.05.2016
20.06.2016
№216.015.48a6

Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании содержит датчик углового положения транспортного средства, подключенный к источнику постоянного тока - аккумулятору. При наличии сигнала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587775
Дата охранного документа: 20.06.2016
27.08.2016
№216.015.505c

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в расширении диапазона изменения выходного напряжения до уровней, близких к напряжениям на положительной и отрицательной шинах питания. Устройство содержит: входной дифференциальный каскад, общая истоковая цепь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595927
Дата охранного документа: 27.08.2016
+ добавить свой РИД