×
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 171-180 из 245.
20.12.2015
№216.013.9c12

Прецизионный операционный усилитель для радиационно-стойкого биполярно-полевого техпроцесса

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала. Прецизионный операционный усилитель содержит: входной параллельно-балансный каскад, первый и второй противофазные токовые выходы которого соединены с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571579
Дата охранного документа: 20.12.2015
10.01.2016
№216.013.9ee2

Измельчитель материала

Изобретение относится к дробильно-обогатительному оборудованию для измельчения полезных ископаемых и может быть использовано, в частности, в угольной, рудной, металлургической промышленности, а также в промышленности строительных материалов. Измельчитель содержит раму, опорную плиту, барабан с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572311
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.01.2016
№216.013.9f22

Двойной каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без ухудшения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572375
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.01.2016
№216.013.9f23

Каскодный усилитель с расширенным диапазоном рабочих частот

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, широкополосных усилителях). Технический результат: расширение диапазона...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572376
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.01.2016
№216.013.9f26

Реконфигурируемое устройство аппаратной реализации генетического алгоритма

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в снижении вычислительных затрат на проведение эволюционного поиска и обеспечении автономности функционирования объекта при принятии решений в изменяющейся среде в автономных интеллектуальных системах....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572379
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.01.2016
№216.013.9f27

Симметричная активная нагрузка дифференциальных усилителей для биполярно-полевых радиационно-стойких технологических процессов

Изобретение относится к применению симметричных активных нагрузок, обеспечивающих преобразование выходных токов симметричных дифференциальных каскадов и их согласование с промежуточными выходными каскадами. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкой и низкотемпературной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572380
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.01.2016
№216.013.9f2f

Транзисторный усилитель с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых ВЧ и СВЧ сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот без...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572388
Дата охранного документа: 10.01.2016
10.01.2016
№216.013.9f30

Быстродействующий драйвер коммутатора разрядного тока цифро-аналогового преобразователя на полевых транзисторах

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в быстродействующих цифроаналоговых преобразователях (ЦАП), в том числе системах передачи информации. Технический результат заключается в повышении быстродействия и уменьшении искажения спектра выходного сигнала ЦАП. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572389
Дата охранного документа: 10.01.2016
20.01.2016
№216.013.a345

Способ аккумулирования водорода в ламельных электродах

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности. Согласно изобретению емкость для хранения водорода представляет собой обычный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573439
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.01.2016
№216.013.a3ae

Способ аккумулирования водорода в металлокерамических электродах

Изобретение относится к области водородной энергетики - аккумулированию и хранению водорода, который в настоящее время используется в химическом, транспортном машиностроении и других отраслях промышленности. Согласно изобретению емкость для хранения водорода представляет собой обычный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573544
Дата охранного документа: 20.01.2016
Показаны записи 171-180 из 262.
14.12.2018
№218.016.a6e8

Быстродействующий буферный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение максимальной скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса в буферном усилителе (БУ) при больших импульсных входных сигналах. Для этого предложен быстродействующий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674885
Дата охранного документа: 13.12.2018
26.12.2018
№218.016.ab0f

Быстродействующий операционный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: повышение скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса. Для этого предложен операционный усилитель, который содержит четыре входных транзистора, первый двухполюсник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676014
Дата охранного документа: 25.12.2018
18.01.2019
№219.016.b0db

Биполярно-полевой буферный усилитель

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве выходного каскада для усиления быстроизменяющихся аналоговых сигналов по мощности (буферного усилителя - БУ), в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например операционных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677401
Дата охранного документа: 16.01.2019
18.01.2019
№219.016.b0e7

Входной каскад быстродействующего операционного усилителя

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в различных аналоговых микросхемах. Технический результат заключается в расширении диапазона активной работы входного дифференциального каскада, повышении максимальной скорости нарастания выходного напряжения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677364
Дата охранного документа: 16.01.2019
18.01.2019
№219.016.b15d

Активный rc-фильтр

Изобретение относится к области аналоговой микросхемотехники и может быть использовано в качестве устройства частотной селекции в современных системах связи и телекоммуникации. Технический результат заключается в уменьшение влияния площади усиления применяемых операционных усилителей (ОУ) на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677362
Дата охранного документа: 16.01.2019
16.02.2019
№219.016.bb79

Дифференциальный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с управляемым напряжением ограничения проходной характеристики

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов. Технический результат заключается в повышении стабильности статического режима при отрицательных температурах и изменении напряжений питания, также обеспечивается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679970
Дата охранного документа: 14.02.2019
29.03.2019
№219.016.edf0

Быстродействующий операционный усилитель с повышенной скоростью нарастания выходного напряжения

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат: повышение максимальной скорости нарастания выходного напряжения и уменьшение времени установления переходного процесса. Для этого предложен быстродействующий операционный усилитель, содержащий первый (1) и второй (2) входные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683160
Дата охранного документа: 26.03.2019
30.03.2019
№219.016.f921

Компенсационный стабилизатор напряжения

Изобретение относится к области вторичных источников электропитания и может быть использовано в структуре систем на кристалле (СнК). Технический результат: уменьшение амплитуды «провалов» и «всплесков» выходного напряжения компенсационного стабилизатора напряжения (КСН) при импульсных токах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683249
Дата охранного документа: 27.03.2019
04.04.2019
№219.016.fb76

Многоканальный быстродействующий операционный усилитель

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в аналоговых интерфейсах и устройствах преобразования сигналов, в том числе работающих в диапазоне низких температур и проникающей радиации. Технический результат заключается в повышении максимальной скорости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002683851
Дата охранного документа: 02.04.2019
12.04.2019
№219.017.0b7f

Буферный усилитель на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом для работы при низких температурах

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в качестве двухтактных буферных и выходных усилителей мощности различных аналоговых устройств (операционных усилителей, драйверов линий связи и т.п.), допускающих работу в условиях воздействия проникающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684489
Дата охранного документа: 09.04.2019
+ добавить свой РИД