×
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 111-120 of 245 items.
10.12.2014
№216.013.0f13

Способ электрохимической защиты текстильных изделий от статического электричества

Изобретение относится к области охраны труда и технике безопасности и предназначено для индивидуальной защиты от воздействия электростатического поля. Изобретение позволяет повысить эффективность индивидуальной защиты работников современных электростатических и взрывоопасных производств при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535276
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fc9

Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники. Технический результат - расширение частотного диапазона обрабатываемых сигналов АЦП. Сверхбыстродействующий параллельный дифференциальный аналого-цифровой преобразователь, каждая из N секций которого содержит компаратор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535458
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.12.2014
№216.013.1359

Операционный усилитель с парафазным выходом

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении стабильности операционного усилителя на постоянном токе. Устройство содержит входной дифференциальный каскад с токовыми выходами, согласованный с первой шиной источника питания, первое и второе токовые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536376
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.135a

Сверхбыстродействующий параллельный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям. Технический результат заключается в расширении предельного частотного диапазона обрабатываемых сигналов. Преобразователь содержит N идентичных по архитектуре секций. Каждая из секций включает компаратор напряжения, первый вход которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536377
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.135b

Широкополосный усилитель мощности с малым уровнем нелинейных искажений и шумов

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в уменьшении уровня нелинейных искажений и шумов в цепи нагрузки широкополосного усилителя мощности с инвертирующим выходным каскадом. Широкополосный усилитель мощности с малым уровнем нелинейных искажений и шумов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536378
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.135d

Высокочастотный аттенюатор

Изобретение относится к высокочастотным аттенюаторам. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот устройства и повышении его быстродействия при работе с импульсными сигналами большой амплитуды. Высокочастотный аттенюатор содержит вход и выход устройства, между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536380
Дата охранного документа: 20.12.2014
27.12.2014
№216.013.147f

Быстродействующий истоковый повторитель напряжения

Изобретение относится к устройству выходного усилителя. Техническим результатом является уменьшение времени установления переходного процесса при импульсном изменении входного напряжения. В схему истокового повторителя напряжения введено первое (9) токовое зеркало, согласованное с первой (3)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536671
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.12.2014
№216.013.1480

Составной транзистор с малой выходной емкостью

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в уменьшении эквивалентной выходной емкости составного транзистора. Составной транзистор с малой выходной емкостью содержит выходной транзистор, база которого связана с эмиттером входного транзистора, коллектор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536672
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.12.2014
№216.013.1482

Широкополосный аттенюатор с управляемым коэффициентом передачи

Изобретение относится к области измерительной техники, электротехники, радиотехники, связи и может использоваться в структуре различных интерфейсов, измерительных приборах, быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ПАП) преобразователях. Технический результат - существенное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536674
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.1af0

Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия драйвера при работе на емкостную нагрузку, расширении диапазона его рабочих частот. Быстродействующий драйвер емкостной нагрузки содержит источник сигнала, связанный со входом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538324
Дата охранного документа: 10.01.2015
Showing 111-120 of 262 items.
27.08.2016
№216.015.50b8

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат - повышение коэффициента усиления дифференциального сигнала в разомкнутом состоянии ОУ до уровня 90÷100 дБ. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит первый (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595926
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.50ee

Быстродействующий операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода

Изобретение относится к области радиоэлектроники в качестве быстродействующего устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в обеспечении более высоких уровней выходного тока «перегнутого каскода», это повышает быстродействие ОУ в режиме большого сигнала, уменьшает время...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595923
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.5188

Конструкция теплозащитного пакета с армирующими элементами

Предлагаемое изобретение относится к швейной промышленности и может использоваться при изготовлении верхней теплозащитной одежды с объемным несвязным утеплителем, обеспечивая заданный уровень эстетических и гигиенических свойств. Конструкция теплозащитного пакета с армирующими элементами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596123
Дата охранного документа: 27.08.2016
12.01.2017
№217.015.5859

Пассажирское кресло с устройством для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается систем, позволяющих обеспечить пассивную безопасность пассажиров при опрокидывании в поперечной плоскости. Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании содержит датчик углового положения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588361
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.64cc

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат - повышение коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя. Биполярно-полевой операционный усилитель содержит входной дифференциальный каскад, общая истоковая цепь которого связана с первой шиной источника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589323
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.65ae

Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат: уменьшение статического тока, потребляемого ОУ от источников питания (без нагрузки), и уменьшение напряжения смещения нуля. Биполярно-полевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592429
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6622

Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности усиления сигналов. Технический результат - уменьшение статического тока, потребляемого ОУ при отключенной нагрузке. Биполярно-полевой операционный усилитель на основе «перегнутого» каскода содержит входной дифференциальный каскад,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592455
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.66d2

Способ обработки мелкоразмерных деталей и устройство для его осуществления

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для очистки, шлифования, полирования и упрочнения поверхностного слоя мелкоразмерных деталей в свободной абразивной среде. Способ обработки включает взаимодействие поверхностей обрабатываемых деталей с уплотняемой под действием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592013
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.8bc2

Дифференциальный усилитель двуполярных токов

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: создание энергоэкономичного устройства для усиления разности двух входных токов и подавления их синфазной составляющей. Для этого предложен дифференциальный усилитель двуполярных токов, который содержит первый и второй входы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604683
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8bfd

Rs-триггер

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в специализированных цифровых структурах, системах автоматического управления и передачи цифровой информации. Технический результат: заключается в повышении быстродействия систем обработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604682
Дата охранного документа: 10.12.2016
+ добавить свой РИД