×
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 231-240 of 245 items.
26.08.2017
№217.015.dd99

Многозначный триггер

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении быстродействия специализированных вычислителей таких как многозначный триггер. Указанный результат достигается за счет использования многозначного триггера, который содержит первый логический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624581
Дата охранного документа: 04.07.2017
26.08.2017
№217.015.e595

Многоканальный быстродействующий операционный усилитель

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники. Технический результат: повышение быстродействия ОУ в режиме большого сигнала до уровня 20000 В/мкс. Это обеспечивается за счет исключения динамической перегрузки промежуточного каскада ОУ, выполненного в виде комплементарных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626667
Дата охранного документа: 31.07.2017
26.08.2017
№217.015.e5ac

Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания

Изобретение относится к аналоговой микроэлектронике и радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства усиления малых сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении качества амплитудно-частотной характеристики устройства без увеличения напряжения питания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626665
Дата охранного документа: 31.07.2017
26.08.2017
№217.015.e789

Низкотемпературный радиационно-стойкий мультидифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат: уменьшение систематической составляющей напряжения смещения нуля, а также создание условий для применения в схеме заявляемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627094
Дата охранного документа: 03.08.2017
26.08.2017
№217.015.e9ea

Радиационно-стойкий мультидифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат заключается в уменьшении систематической составляющей напряжения смещения нуля. Радиационно-стойкий мультидифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628131
Дата охранного документа: 15.08.2017
29.12.2017
№217.015.f52a

Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала

Изобретение относится к области электроники и радиотехники. Технический результат: уменьшение коэффициента передачи входного синфазного сигнала. Технический результат достигается за счет новых элементов и связей, введенных в дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637465
Дата охранного документа: 04.12.2017
20.01.2018
№218.016.1d8f

Токовый элемент ограничения многозначной выходной логической переменной

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления и передачи информации. Технический результат заключается в возможности в рамках одной и той же архитектуры реализовывать две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640740
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d98

Каскодный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении разомкнутого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя. Каскодный дифференциальный операционный усилитель содержит: входной дифференциальный каскад с общей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640744
Дата охранного документа: 11.01.2018
13.02.2018
№218.016.205a

Широкополосный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в повышении верхней граничной частоты коэффициента усиления по напряжению без увеличения тока потребления. Усилитель содержит: первый входной дифференциальный каскад с первым и вторым токовыми выходами, общая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641445
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.213f

Интегральная индуктивность с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в ВЧ и СВЧ устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре интегральных микросхем различного функционального назначения (например, избирательных усилителях, смесителях, генераторах и т.п.)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641719
Дата охранного документа: 22.01.2018
Showing 231-240 of 262 items.
04.05.2020
№220.018.1b9f

Токовое зеркало для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в создании как инвертирующего, так и неинвертирующего токового зеркала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом для работы при низких температурах, обеспечивающего для разных выходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720365
Дата охранного документа: 29.04.2020
14.05.2020
№220.018.1bf5

Промежуточный каскад операционного усилителя с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом

Изобретение относится к области радиотехники и микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых микросхемах и аналого-цифровых интерфейсах датчиков. Технический результат заключается в создании стабильно работающего промежуточного каскада с повышенными коэффициентами усиления по току с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720555
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c03

Активный rc-фильтр нижних частот с одноэлементной перестройкой частоты полюса на дифференциальном и двух мультидифференциальных операционных усилителях

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в обеспечении перестройки амплитудно-частотной характеристики ФНЧ без изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720559
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c41

Многофункциональное токовое зеркало на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве функционального узла аналоговых микросхем (например, дифференциальных (ОУ) и мультидифференциальных операционных усилителях (МОУ), компараторах и т.п.) для задач усиления и фильтрации сигналов, в том числе в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720557
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c59

Неинвертирующее токовое зеркало на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении неинвертирующего преобразования входного токового сигнала с коэффициентом передачи по току больше единицы. Токовое зеркало содержит вход и выход устройства, согласованные с первой шиной источника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720554
Дата охранного документа: 12.05.2020
14.05.2020
№220.018.1c66

Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала с аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении низкой параметрической чувствительности при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720558
Дата охранного документа: 12.05.2020
20.05.2020
№220.018.1ddc

Фильтр нижних частот третьего порядка с минимальным количеством конденсаторов на порядок

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является уменьшение числа конденсаторов в схеме ФНЧ и увеличение гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики. Изобретение представляет собой фильтр нижних частот третьего порядка с минимальным количеством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721155
Дата охранного документа: 18.05.2020
21.05.2020
№220.018.1e71

Универсальный программируемый arc- фильтр на основе матриц r-2r

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может использоваться в качестве перестраиваемых ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в повышении стабильности реализуемой добротности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721405
Дата охранного документа: 19.05.2020
21.05.2020
№220.018.1e72

Активный rc-фильтр с независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат: создание схемы полосового фильтра с более низкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721404
Дата охранного документа: 19.05.2020
27.05.2020
№220.018.20ee

Входной каскад дифференциального операционного усилителя с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах

Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой микроэлектроники. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности ВК и ОУ на его основе в диапазоне криогенных температур и воздействии проникающей радиации, а также получении повышенных значений дифференциального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721945
Дата охранного документа: 25.05.2020
+ добавить свой РИД