×
10.04.2015
216.013.3d79

Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи цифровой информации. Техническим результатом является создание логического элемента, обеспечивающего циклический сдвиг многозначной входной логической переменной (x), в котором внутреннее преобразование информации производится в многозначной токовой форме сигналов, что позволяет повысить быстродействие устройств преобразования информации. Устройство содержит три токовых зеркала, два источника опорного тока, два источника напряжения смещения, четыре выходных транзистора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи 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]. 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], 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 патенте US 5.742.154, структура которого присутствует во многих других патентах [1-14]. Он содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 выходные транзисторы с объединенными базами, которые подключены к первому 5 источнику напряжения смещения, третий 6 и четвертый 7 выходные транзисторы другого типа проводимости с объединенными базами, которые подключены ко второму 8 источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого 3 и третьего 6 выходных транзисторов объединены, а эмиттеры второго 4 и четвертого 7 выходных транзисторов связаны друг с другом, первый 9 источник опорного тока, первое 10 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, второе 12 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, причем коллектор третьего 6 выходного транзистора соединен со входом первого 10 токового зеркала, третье 13 токовое зеркало, согласованное со второй 14 шиной источника питания.

Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что он не реализует функцию циклического сдвига многозначной входной переменной (x1), соответствующей многоуровневым значениям входного тока Iin. 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 циклический сдвиг многозначной входной логической переменной (x1), 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 вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 выходные транзисторы с объединенными базами, которые подключены к первому 5 источнику напряжения смещения, третий 6 и четвертый 7 выходные транзисторы другого типа проводимости с объединенными базами, которые подключены ко второму 8 источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого 3 и третьего 6 выходных транзисторов объединены, а эмиттеры второго 4 и четвертого 7 выходных транзисторов связаны друг с другом, первый 9 источник опорного тока, первое 10 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, второе 12 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, причем коллектор третьего 6 выходного транзистора соединен со входом первого 10 токового зеркала, третье 13 токовое зеркало, согласованное со второй 14 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - третье 13 токовое зеркало содержит первый 15 и второй 16 токовые выходы, вход третьего 13 токового зеркала соединен со входом 1 устройства, первый 15 токовый выход третьего 13 токового зеркала подключен к объединенным эмиттерами первого 3 и третьего 6 выходных транзисторов и через дополнительный источник опорного тока 17 связан со второй 11 шиной источника питания, коллекторы первого 3 и второго 4 выходных транзисторов соединены со второй 14 шиной источника питания, токовый выход второго 12 токового зеркала связан с выходом устройства 2, коллектор четвертого 7 выходного транзистора подключен ко входу второго 12 токового зеркала, коллектор третьего 6 выходного транзистора подключен ко входу первого 10 токового зеркала, выход первого 10 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами второго 4 и третьего 7 выходных транзисторов и через первый 9 источник опорного тока связан со второй 14 шиной источника питания, второй 16 токовый выход третьего 13 токового зеркала подключен к токовому выходу первого 10 токового зеркала.

Схема известного устройства показана на фиг.1.

На фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

На фиг.3 приведена схема исследованного в среде MC9 заявляемого устройства фиг.2 с конкретным выполнением его функциональных узлов 10, 12, 13 на биполярных транзисторах.

На фиг.4 приведены результаты компьютерного моделирования схемы фиг.3 для случая, когда входная многозначная переменная (x1) имеет три уровня токов.

На фиг.5 приведена схема фиг.3 в среде Cadence на моделях транзисторов по технологии Zarlink HJV.

На фиг.6 приведены результаты компьютерного моделирования схемы фиг.5 в среде Cadence на моделях транзисторов по технологии Zarlink HJV.

Многозначный логический элемент циклического сдвига фиг.2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 выходные транзисторы с объединенными базами, которые подключены к первому 5 источнику напряжения смещения, третий 6 и четвертый 7 выходные транзисторы другого типа проводимости с объединенными базами, которые подключены ко второму 8 источнику напряжения смещения, причем эмиттеры первого 3 и третьего 6 выходных транзисторов объединены, а эмиттеры второго 4 и четвертого 7 выходных транзисторов связаны друг с другом, первый 9 источник опорного тока, первое 10 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, второе 12 токовое зеркало, согласованное с первой 11 шиной источника питания, причем коллектор третьего 6 выходного транзистора соединен со входом первого 10 токового зеркала, третье 13 токовое зеркало, согласованное со второй 14 шиной источника питания. Третье 13 токовое зеркало содержит первый 15 и второй 16 токовые выходы, вход третьего 13 токового зеркала соединен со входом 1 устройства, первый 15 токовый выход третьего 13 токового зеркала подключен к объединенным эмиттерам первого 3 и третьего 6 выходных транзисторов и через дополнительный источник опорного тока 17 связан со второй 11 шиной источника питания, коллекторы первого 3 и второго 4 выходных транзисторов соединены со второй 14 шиной источника питания, токовый выход второго 12 токового зеркала связан с выходом устройства 2, коллектор четвертого 7 выходного транзистора подключен ко входу второго 12 токового зеркала, коллектор третьего 6 выходного транзистора подключен ко входу первого 10 токового зеркала, выход первого 10 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами второго 4 и третьего 7 выходных транзисторов и через первый 9 источник опорного тока связан со второй 14 шиной источника питания, второй 16 токовый выход третьего 13 токового зеркала подключен к токовому выходу первого 10 токового зеркала. Двухполюсник 18 моделирует свойства нагрузки заявляемого логического элемента.

На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, коэффициент передачи по току второго 12 токового зеркала близок к трем единицам.

Рассмотрим работу устройства фиг.2, которое выполняет логическую операцию циклического сложения (сложения по модулю k) k-значной входной переменной с единицей (k=1, 2,…). Операция циклического сложения может быть описана выражением

где k - значность логики, которая определяется как арифметическая сумма двух слагаемых «x» и «1» за вычетом k в случае, когда эта сумма превышает значность логики. Конкретное значение k определяется назначением устройства. Например, для двоичной переменной (k=2) получим выражение:

При k=3 выражение (1) приобретает вид:

и т.д.

Рассмотрим далее работу устройства фиг.2 при k=3.

Входная переменная «x» в виде кванта втекающего тока поступает на вход 1 устройства и далее - на вход третьего токового зеркала 13. С помощью третьего токового зеркала 13 входной втекающий квант тока x преобразуется в квант вытекающего тока, размножается и поступает на выходы 15 и 16 этого токового зеркала.

Слагаемое 3(x÷1) реализуется следующим образом.

Из кванта вытекающего тока с выхода 15 третьего токового зеркала 13 вычитается квант втекающего тока дополнительного источника опорного тока 17. Разностный ток поступает на объединенные эмиттеры первого 3 и третьего 6 выходных транзисторов. Режимы работы этих транзисторов задаются значениями напряжений первого 5 и второго 8 источников напряжения смещения и обеспечивают предотвращение насыщения транзисторов дополнительного источника опорного тока 17 и первого токового зеркала 10. Разностный сигнал с коллектора третьего выходного транзистора 6 в виде кванта втекающего тока подается на первое токовое зеркало 10, где преобразуется в равный ему квант вытекающего тока.

Реализация алгебраического суммирования слагаемых в соответствии с приведенным выше выражением производится монтажным объединением вытекающего тока с выхода 16 третьего токового зеркала 13, вытекающего тока первого источника тока 9 и втекающего тока с выхода первого токового зеркала 10. Разностный ток поступает на объединенные эмиттеры второго 4 и четвертого 7 выходных транзисторов. Режимы работы этих транзисторов задаются значениями напряжений первого 5 и второго 8 источников напряжения смещения и обеспечивают предотвращение насыщения транзисторов второго токового зеркала 12. Разностный сигнал с коллектора четвертого выходного транзистора 7 в виде кванта вытекающего тока подается на второе токовое зеркало 12, где преобразуется в равный ему квант втекающего тока и подается на выход устройства 2.

Показанные на фиг.4 и 6 результаты моделирования подтверждают указанные свойства заявляемой схемы.

Таким образом, рассмотренное схемотехническое решение многозначного логического элемента циклического сдвига входной многозначной логической переменной x1 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.


МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА
МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА
МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА
МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА
МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА
МНОГОЗНАЧНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦИКЛИЧЕСКОГО СДВИГА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 151-160 из 245.
27.10.2015
№216.013.8a1d

Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в диапазоне дорезонансных частот

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в расширении допустимого диапазона частот квазирезонанса f, зависящего от численных значений сопротивления первого частотозадающего резистора. Избирательный усилитель с высоким асимптотическим затуханием в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566960
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.10.2015
№216.013.8a20

Дифференциальный входной каскад быстродействующего операционного усилителя для кмоп-техпроцессов

Изобретение относится к схемам входных каскадов на КМОП-транзисторах. Технический результат: расширение диапазона активной работы дифференциального входного каскада. Исток первого входного транзистора соединен со стоком четвертого входного полевого транзистора через первый дополнительный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566963
Дата охранного документа: 27.10.2015
27.10.2015
№216.013.8a21

Мультидифференциальный усилитель для радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат заключается в создании радиационно стойкого симметричного мультидифференциального усилителя для биполярно-полевого технологического процесса с повышенным коэффициентом усиления входного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566964
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.11.2015
№216.013.8f5c

Дифференциальный усилитель с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к устройствам усиления аналоговых сигналов в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных и избирательных усилителях ВЧ и СВЧ диапазонов). Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот КУ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568316
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.8f5d

Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов

Изобретение относится к области усилителей аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот цепи смещения статического уровня. Широкополосная цепь смещения статического уровня в транзисторных каскадах усиления и преобразования сигналов содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568317
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.8f5e

Мультидифференциальный операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат заключается в уменьшении абсолютного значения U, а также его температурных и радиационных изменений, обусловленных дрейфом β транзисторов. Мультидифференциальный операционный усилитель с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568318
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.8fa0

Прецизионный операционный усилитель на основе радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов различных сенсоров. Технический результат заключается в уменьшении напряжения смещения нуля для повышения прецизионности операционного усилителя. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568384
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.8fa1

K-значный логический элемент "максимум"

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568385
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.901b

Бытовой холодильник с отделением для горячих продуктов hotbox

Бытовой холодильник с отделением для горячих продуктов содержит холодильный шкаф, холодильные отделения, систему охлаждения, систему управления температурой в отделениях. Одно из отделений выполнено с двумя сквозными отверстиями, которые снабжены управляемыми герметичными заслонками и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568507
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.912c

Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот

Изобретение относится к области усилителей аналоговых сигналов. Техническим результатом является повышение значения верхней граничной частоты без ухудшения коэффициента усиления по напряжению в диапазоне средних частот. Каскодный усилитель содержит первый и второй входные транзисторы, первый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568780
Дата охранного документа: 20.11.2015
Показаны записи 151-160 из 262.
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
13.02.2018
№218.016.24ea

Компаратор токов с гистерезисом

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в датчиковых системах, нейронных сетях, устройствах передачи информации. Технический результат заключается в обеспечении сравнения двух входных токовых сигналов I, I с гистерезисом по входу I и возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642339
Дата охранного документа: 24.01.2018
13.02.2018
№218.016.2531

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в расширении диапазона изменения отрицательного выходного напряжения ОУ до уровня, близкого к напряжению на второй (12) шине...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642337
Дата охранного документа: 24.01.2018
13.02.2018
№218.016.253b

Неинвертирующий усилитель переменного тока

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве неинвертирующего усилителя переменного тока с коэффициентом передачи по току больше единицы. Технический результат: повышение коэффициентов усиления по току до уровня, который превышает единичное значение....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642338
Дата охранного документа: 24.01.2018
04.04.2018
№218.016.350e

Измерительный мост с повышенным быстродействием

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в датчиковых системах для преобразования сигналов сенсоров (ускорения, давления, радиации и т.п.) в напряжение. Технический результат - повышение быстродействия. Измерительный мост с повышенным быстродействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645867
Дата охранного документа: 28.02.2018
04.04.2018
№218.016.36b2

Асинхронный пиковый детектор

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат заключается в повышении надежности асинхронного пикового детектора в режиме разряда запоминающих конденсаторов. Асинхронный пиковый детектор содержит аналоговый вход (1) и аналоговый выход (2), первый (3) прецизионный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646371
Дата охранного документа: 02.03.2018
10.05.2018
№218.016.4896

Дифференциальный усилитель токов

Изобретение относится к устройствам усиления широкополосных сигналов. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления по току ДУТ при сохранении у него опции rail-to-rail. Дифференциальный усилитель токов содержит первый, второй, третий и четвертый дополнительные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651221
Дата охранного документа: 18.04.2018
10.05.2018
№218.016.4d3d

Быстродействующий дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Технический результат заключается в повышении максимальной скорости нарастания выходного напряжения при работе входных транзисторов ОУ на основе трех токовых зеркал с микроамперными статическими токами. Технический результат достигается за...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652504
Дата охранного документа: 26.04.2018
+ добавить свой РИД