×
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 241-245 из 245.
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
Показаны записи 241-250 из 262.
27.05.2020
№220.018.2107

Буферный усилитель класса ав 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 усилителей. Технический результат заключается в создании радиационно-стойкого и низкотемпературного схемотехнического решения БУ на комплементарных полевых транзисторах с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721940
Дата охранного документа: 25.05.2020
27.05.2020
№220.018.215d

Низкотемпературный входной каскад операционного усилителя с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом

Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой микроэлектроники. Технический результат заключается в повышении коэффициента ослабления входных синфазных сигналов, оказывающего существенное влияние на погрешности различных аналоговых интерфейсов с заявляемым устройством....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721943
Дата охранного документа: 25.05.2020
27.05.2020
№220.018.215f

Низкотемпературный двухкаскадный операционный усилитель с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом

Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности ОУ в диапазоне криогенных температур и воздействии проникающей радиации, а также в получении в этих условиях повышенных значений дифференциального коэффициента усиления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721942
Дата охранного документа: 25.05.2020
04.06.2020
№220.018.23fd

Активный полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров

Изобретение относится к средствам, используемым в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении схемы полосового фильтра с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722602
Дата охранного документа: 02.06.2020
05.06.2020
№220.018.244a

Полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи

Изобретение относится к средствам, используемым в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении схемы полосового фильтра с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722752
Дата охранного документа: 03.06.2020
19.06.2020
№220.018.2802

Низкотемпературный и радиационно-стойкий повторитель напряжения на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом для задач проектирования активных rc-фильтров

Изобретение относится к области аналоговой микроэлектроники. Технический результат: создание простого радиационно-стойкого и низкотемпературного схемотехнического решения повторителя напряжения на комплементарных полевых транзисторах, обеспечивающего повышенную стабильность статического режима...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723673
Дата охранного документа: 17.06.2020
19.06.2020
№220.018.2808

Токовый пороговый параллельный троичный компаратор

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат: создание токового порогового компаратора, в котором внутреннее преобразование производится в токовой форме и повышение быстродействия. Для этого предложен токовый пороговый параллельный троичный компаратор, в котором по сравнению с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002723672
Дата охранного документа: 17.06.2020
29.06.2020
№220.018.2ca7

Универсальный активный rc-фильтр второго порядка на мультидифференциальных операционных усилителях с минимальным количеством пассивных и активных элементов

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат: создание универсального фильтра, обеспечивающего реализацию фильтра высоких и низких частот и полосового фильтра. Для этого предложен активный RC-фильтр, у которого по сравнению с прототипом вход (1) соединён с неинвертирующим входом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724917
Дата охранного документа: 26.06.2020
29.06.2020
№220.018.2ccb

Операционный усилитель с парафазным выходом для активных rc-фильтров, работающих в условиях воздействия потока нейтронов и низких температур

Изобретение относится к области радиотехники и микроэлектроники. Технический результат заключается в создании операционного усилителя с парафазным выходом только на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом, обеспечивая высокую радиационную стойкость и устойчивую работу при криогенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724921
Дата охранного документа: 26.06.2020
01.07.2020
№220.018.2d80

Преобразователь дифференциального входного напряжения с парафазными токовыми выходами на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом

Изобретение относится к области электроники и радиотехники. Технический результат: уменьшение входной емкости устройства по первому и второму входам, а также повышение крутизны преобразования входного дифференциального напряжения в выходные токи устройства. Для этого предложен преобразователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724975
Дата охранного документа: 29.06.2020
+ добавить свой РИД