DE3007849C2

DE3007849C2 - Logikschaltung

Info

Publication number: DE3007849C2
Application number: DE3007849A
Authority: DE
Inventors: Mineki Otawara Tochigi Nishikawa; Norimasa Nohara; Eiichi Mitaka Tokyo Tanaka; Takehiro Chiba Tomitani
Original assignee: NAT INST RADIOLOG SCIENCES SCIENCE TECHNOLOGY AGENCY; Director Of National Institute Of Radiological Sciences Science And Technology Agency Chiba; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Director Of National Institute Of Radiolog
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1982-09-16
Also published as: CA1125869A; GB2045489A; FR2450534A1; JPS55117336A; FR2450534B1; GB2045489B; US4426699A; DE3007849A1

Description

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40

Darin bedeuten: F= eine logische Funktion; η = Zahl der binären logischen Signale und Si = das binäre Ergebnis der ODER-Verknüpfung von So,S\,...S„-t; und

45

η-I3/>/20

läßt sich wie folgt ausdrucken:

(S₀-S₁)-(S_n-S₂)... (S₀-

⁵⁰

55 (TT₁)... (S₁ -

Die Erfindung bezieht sich auf eine Logikschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Radiotherapeutische Diagnosegeräte arbeiten mit Szintiliationskameras. In jüngster Zeit ist eine Szintillationskamera entwickelt worden, die mit Positronen arbeitet (sog. Positronkamera). Derartige Kameras liefern Szintigramme mit bezüglich sowohl der Position als auch der Größe höherer Meßgenauigkeit als übliche Szintiliationskameras durch Messung der Vernichtungs-Wenn in Gleichung (1) η ■■
das Ergebnis

2 gegeben ist, entspricht

F-{So +S₁)-[S₀-5

- S₀ ■ Si+S_n ■ S\ .

Gleichung (2) ist ein logischer Ausdruck der exklusiven ODER-Verknüpfung von zwei Eingangssi-

gnalen, die mittels eines einzigen, handelsüblichen ODER-Glieds verarbeitet werden können. Wenn die Größe von η erhöht wird, muß eine logische Schaltung aus einer großen Zahl von logischen Elementen, wie Umsetzern, UND-Gliedern, ODER-Gliedern usw„ aufgebaut werden. Je größer somit der Wert von π ist, um so komplizierter wird der Aufbau der Logikschaltung.

Eine bekannte Logikscha'tung (vgL DE-OS 26 38 729) der eingangs genannten Art verwendet zusätzlich zum ersten Kodierer noch einen zweiten !Codierer, wobei ι ο beide Kodierer der gleichen Bedingung 2'"--^s<n^2'ⁿ genügen und Binärkodierer sind. Die Eingangssignale sind an den ersten und/oder zweiten Kodierer anlegbar, wodurch die Anzahl der Signaleingänge vergrößert wird, ohne die Signallaufzeiten stark zu erhöhen. Die binär kodierten Ausgangssignale der beiden Kodierer werden einem Volladdierer zugeführt, dem eine Vergleichsschaltung nachgeschaltet ist, in der diese Ausgangssignale bitweise mit einem binärkodierten Schweliwert verglichen werden.

Eine andere bekannte Logikschaltung (vgL DE-OS 26 34 296=Hauptanmeldung zur o. g. DE-OS 26 38 729) besteht aus einem mehrere Verknüpfungsgiieder aufweisendem Schwellwertglied, das wiederua mehrere Eingänge für binäre Eingangssignale hat, deren Anzahl, soweit sie unter sich gleich sind, bewertet wird, und das für verschiedene Betriebsarten ausnutzbar ist

Schließlich ist auch noch eine Schaltungsanordnung bekannt (vgL DE-PS 15 37 536), die an einem Ausgang nur dann ein »wahres« Signal abgibt, wenn an einer bestimmten Anzahl der Eingangsanschlüsse jeweils ebenfalls ein »wahres« Signal anliegt.

Wenn mit diesen bekannten Logikschaltungen Einzelereignisse erfaßt werden sollen, dann müssen für den Schaltungsaufbau UND-Glieder, ODER-Glieder und J5 Umsetzer verwendet werden, die aber eine begrenzte Anzahl von Eingangsanschlüssen haben, wie dies bereits oben erläutert wurde. Dies bedeutet aber, daß bei einer großen Anzahl π der binären logischen Eingangssignale die Schaltung äußerst kompliziert und aufwendig wird, d.h., der Aufwand für die Schaltung nimmt mit der Anzahl dieser Eingangssignale zu.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Logikschaltung, die unabhängig von der Anzahl der empfangenen binären logischen Eingangssignale einfach aufgebaut ist und die Erfassung eines Einzelereignisses ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Logikschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst

Da die erfindungsgenilße Logikschaltung zur Erfassung eines Einzelereignisses mit zwei Prioritätskodierern ausgestattet ist, kann der Ate und der (2m— 1 —i)-ie Binärkode eines logischen Eingangssignals in einer exklusiven ODER-Beziehung bezüglich jeder Ziffer ausgelegt werden. Die Logikschaltung hat so den ersten Prioritätskodierer für einen Eingangs-Prioritätsrang / (-0 ... 2/77-1) und den zweiten Prioritätskodierer für einen Eingangs-Prioritätsrand 2m-\-j. Ein Binärkode vom ersten Prioritätskodierer kann dann mit einem Binärkode vom zweiten Prioritätskodierer Ziffer für Ziffer verglichen werden, um so zu erfassen, ob der Ate und der (2/n-l-/)-te Binärkode eine exklusive ODER-Beziehung bezüglich jeder Ziffer aufweisen.

Die Erfindung ermöglicht so durch die Ausführung des ersten Kodierers als Prioritätskodierer und durch die Anordnung eines zweiten Prioritätskodierers eine einfach aufgebaute Logikschaltung, die durch Hardware eine Funktion F (vgl, oben) verarbeiten kann, um ein Einzelereignis zu erfassen. Für diese Logikschaltung können auch ohne weiteres integrierte Prioritätskodierer verwendet werden, was eine sehr hohe Datenverarbeitungsgeschwindigkeit gewährleistet

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.

Bei der erfindungsgemäßen Logikschaltung werden also ein erster und ein zweiter 2<"-Bit-Prioritätskodierer vorgesehen, weiche der Bedingung 2"⁷-i</7<2^m genügen, und π binäre Logikeingangssignale werden dem ersten Prioritätskodierer entsprechend Prioritätsreihenfolgen bzw. -rängen i(i=0 bis 2""-') und dem zweiten Prioritätskodierer entsprechend Rangfolgen 2^m- 1 -/eingegeben. Auch ist eine Vergleichsschaltung vorhanden, welche die kodierten Signale von den beiden Prioritätskodierern bezüglich jedes korrespondierenden Paars signifikanter Bits vergleicht und nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die Inhalte jedes korrespondierenden Paars signifikanter Bits voneinander abweichen.

Im folgenden sind bevorzugte Au.^cfühningsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Logikschaltung zur Verarbeitung von acht binären Eingangssignalen und

Fig.2 ein Schaltbild einer Logikschaltung zur Verarbeitung von η binären Eingangssignalen.

F i g. 1 veranschaulicht eine Logikschaltung, bei welcher die Größe π gemäß Gleichung (1), d. h. die Zahl der binären Eingangssignale, 8 beträgt Dabei werden acht binäre Eingangssignaie 5b, 5j,... S₇ an Eingangsklemmen Do,D{,...Dj einer integrierten Schaltungsvorrichtung, z. B. eines 8-Bit-Prioritätskodierers 11, sowie an die Eingangsklemmen Di, D₆,... D₀ einer weiteren integrierten Schaltungsvorrichtung, z. B. eines 8-Bit-Prioritätskodierers 12, über entsprechende Leitungen angelegt Als Prioritätskodierer kann z. B. das Modell CD 4532 der Firma RCA Co, Ltd. oder das Mcdell SN 74148 der Firma Texas Instrument Co., Ltd. Verwendung finden. Die Ausgangsklemmen A, B und C des K">dierers 11 sind an die ersten Eingangsklemmen von exklusiven ODER-Gliedern 13, 14 bzw. 15 angeschlossen, während die Ausgangsklemmen A, 3 und C des Kodierers 12 mit zweiten Eingangskieminen dieser ODER-Glieder 13 -15 verbunden sind Die Ausgangsklemmen der exklusiven ODER-Glieder 13-15 sind mehrfach an die Eingangsklemmen eines UND-Glieds 16 angeschlossen.

Im folgenden ist anhand von F i g. 1 die Arbeitsweise der Logikschaltung unter der Voraussetzung beschrieben, daß die Prioritätskodierer 11 und 12 so ausgelegt sind, daß die acht Eingangsklemmen D₀-D₇ Prioritätsbzw. Rangfolgen in aufsteigender bzw. zunehmender Reihe besitzen. Dies bedeutet, daß die Eingangsklemmen Da und Dj die niedrigste bzw. höcliste Priorität besitzen, Wenn bei derartigen Prioritätskodierern Ii und 12 der logische Pegel eines Freigabe-Eingangssignals Ein zu einer »1« wird, d. h. wenn der Pegel dieses Eingangssignals Jen logischen Schwellenwertpegel übersteigt, wird von den Eingangsklemmen eine Eingangsklemme mit der höchsten Priorität, deren logischer Pegel »1« ist, festgestellt, und das Eingangssignal zur festgestellten Eingangsklemme wird zu einem Binärkode kodiert und von den Ausgangsklemmen A, B und C abgenommen. Die nachstehende Funktionstabelle gilt für den Fall £/*-»!«:

Tabelle O₇ D₆ D₅ D₄ D, D₃ D₁ D₁, C Ii I

00000000000

0
0
0
0
0
I

0
0
0
I

I 0 I 0

I 1

I I

In obiger Tabelle kann das Symbol »*« entweder eine »0« oder eine »1« bedeuten. Die an den Ausgangsklemmen A, B und C der Prioritätskodierer erscheinenden Ausgangssignale stellen Bits niedrigster, mittlerer bzw. höchster .Signifikanz dar. Wenn die Ausgangssignale an den Ausgangsklemmen A - Cdes Prioritätskodierers 11 Ai, B\ bzw. Ci und diejenigen an den Ausgangsklemmen A-C des Prioritätskodierers 12 A₂, B₂ bzw. C₂ entsprechen, werden die Ausgangssignale A\ und A₂ dem exklusiven ODER-Glied 13, die Ausgangssignale ß'i und B₂ dem exklusiven ODER-Glied 14 und die Ausgangssignale C\ und Cy dem exklusiven ODER-Glied 15 eingegeben. Die Ausgangssignale dieser ODER-Glieder 13, 14 und 15 werden dem UND-Glied 16 eingespeist, das ein Signal entsprechend der vorher genannten logischen Funktion Fliefert. Genauer gesagt: wenn alle Signale Sb- SV den Pegel »0« besitzen, entsprechen die Ausgangssignale Ai-Ci, Ai-C₂ der Ausgangsklemmen A — Cgernäß obiger Funktionstabelle jeweils einer »0«. Demzufolge sind die Ausgangssignale der exklusiven ODER-Glieder sämtlich »Null«, so daß (auch) das Ausgangssignal des UND-Glieds 16 den Pegel »0« besitzt

Wenn der Pegel eines der Eingangssignale 5b—5% z. B. des Signals S₀, auf den Pegel »1« übergeht, werden die Eingangssignale an der Eingangsklemme Db des Prioritätskodierers 11 und an der Eingangsklemme Dj des Prioritätskodierers 12, dem das Signal 5b eingespeist wird, zu Binärkodes kodiert Infolgedessen bleiben die Ausgangssignale Au Bi und Ci der Ausgangsklemmen A, Bund Cdes Kodierers 11 auf dem Pegel »0«, während die Ausgangssignale A2, B₂ und C₂ an den Ausgangsklemmen A, B und C des Kodierers 12 auf »1« übergehen. Damit gehen alle Ausgangssignale der exklusiven ODER-Glieder 13,14 und 15 auf »1« über, so daß das Ausgangssignal des UND-Glieds 16, d. h. F, zu einer »1« wird.

Wenn weiterhin die Pegel von zwei oder mehr Eingangssignalen Sb-SV, z. B. der Signale Si und S₅, auf »t« fibergehen, wird das Eingangssignal zur Eingangsklemme Ds, die von den EingangsJdemmen Di-Ds des mit den Eingangssignalen Si -5s gespeisten Kodierers 11 die höhere Priorität besitzt, zu einem Binärkode kodiert Gemäß obiger Funktionstabelle stellen die Ausgangssignale A₁, B₁ und C\ an den Ausgangsklemmen A, Bund Cdes Kodierers 11 »1«, »0« bzw. »1« dar, während die Ausgangssignale A₂ Bi und C₂ des Prioritätskodierers 12 den Pegel »0«, »1« bzw. »1« besitzen. Infolgedessen wird das Ausgangssignal des exklusiven ODER-Güeds 13 zu einer »0«, und die Ausgangssignale der ODER-Glieder 14 und 15 gehen auf den Pegei »i« aber, se daß dss Ausgsr.gssigna! des UND-Glieds 16 zu einer »0« wird.

Nunmehr sei angenommen, daß die drei Eingangsklemmen S₃, S₄ und S₅den Pegel »I« erhalten. In diesem Fall werden die Eingangssignale zu der die höchste Priorität besitzenden Eingagsklemme Ds des Kodierers 11 bzw. D, des Kodierers 12 zu Binärkodes kodiert. Demzufolge stellen die Ausgangssignale Ai, ß, und C₁ »I«, »0« bzw. »1« dar, während die Ausgangssignale A₂, B₂ und Cj die Pegel »0«, »0« bzw. »1« besitzen. Aus diesem Grund wird das Ausgangssignal des UND-Glieds 16 zu einer »0«.

Wenn alle Eingangssignale Sb-SV den Pegel »0« besitzen, entsprechen die Ausgangssignale Mi-Ci des Kodierers 11 sowie die Ausgangssignale A₂-C₂ sämtlich einer »0«. Die Ausgangssignale aller exklusiven ODER-Glieder 13—15 besitzen somit den Pegel »0«, so daß das Ausgangssignal des UND-Glieds 16 eine »0« ist.

Wenn eines der Eingangssignale So —Sj, dessen logischer Pegel — wie beschrieben — auf »t« gebracht wird, SiYZ=O, 1,2,... oder 7) entspricht, wird /durch den Kodierer 11 zu einem Binärkode kodiert, während (7 - i) durch den Kodierer 12 zu einem anderen Binärkode kodiert wird. Eine exklusive ODER-Verknüpfung wird Bit für Bit zwischen / und (7 - i) in einer binären Form durchgeführt, so daß das Ausgangssignal des UND-Glieds 16 zu einer »1« wird. Wenn die Pegel von zwei oder mehreren der Eingangssignale Sb-SV auf »1« übergehen, werden /durch den Kodierer 11 zu einem Binärkode und (7 —j) durch den Kodierer 12 zu einem anderen Binärkode kodiert. Dabei bedeutet / ein Eingangssignal entsprechend der höchsten Priorität, während j ein solches entsprechend der niedrigeren Priorität darstellt Da />/ gilt, kann die exklusive ODER-Funktion zumindest zwischen einem Paar der Ausgangssignale Ai und A₂, B\ und B₂ sowie Ci und C₂ der Kodierer 11 und 12 nicht durchgeführt werden, so daß das Ausgangssignal des UND-Glieds 16 eine »0« ist Auf diese Weise kann eine Einzelereignisbestimmung oder -messung durch Feststellung des logischen Pegels (I oder 0) des Ausgangssignals des UND-Gliedes 16 erfolgen.

Im folgenden ist ein Fall beschrieben, bei dem anstelle von 8 als Zahl der Eingänge eine Zahl /1 (ganze Zahl) vorgegeben ist In diesem Fall werden für die Prioritätskodierer 2^m-Bit-Prioritätskodierer verwendet Hierbei bestimmt sich m wie folgt:

2""-' < η < 2^m.

Wenn η beispielsweise 10 ist ist das Ergebnis folgendes:

Mit anderen Worten: wenn /i=10 vorgegeben ist folgt hieraus, daß m=4 gilt
Zwei 2^m-Bit-Prioritätskodierer sind auf die in Fig. 2 gezeigte Weise geschaltet Insbesondere ist dabei die Leitung für das Eingangssignal S₀ an eine Eingangsklemme üb eines ersten Prioritätskodierers 21 angeschlossen, während die Leitung für das Eingangssignal S₁ mit einer Eingangsklemme D₁ desselben Prioritätskodierers verbunden ist Somit sind Leitungen für Eingangssignale 5b—S^_; mit den Eingangsklemmen Da—D_B-_t des Kodierers 21 verbunden. An den restlichen Eingangsklemmen D_n D_n+U-. ■ D₂ITi-1 Hegt eine logische »0« an. Bei einem zweiten Prioritätskodierer 22 liegen die Leitungen für die Eingangssignale Sb, Si, S₂,... S_n-, an Eingangsklemmen D₂In-I, Dim—2, ... D₂Bi-(n+l\ während an den restlichen Eingangsklemmen Dzm-(n+2), ...Di₁Dx und D₀ eine logische »0« anliegt

Wenn die Eingangssignale 5b- S_n zu den Prioritätskodierern 21 und 22 geleitet werden, werden sie durch letztere in Binärkodes umgesetzt. Die von den Ausgangsklemmen A, B usw. der Prioritätskodierer 21 und 22 gelieferten Binärkodesignale werden durch > exklusive ODER-Glieder 23_tl 23₂ usw. einer exklusiven ODER-Verknüpfung ur.d dann durch ein UND-Glied 24 einer UND-Verknüpfung unterworfen. Das Ausgangssigi *■; des UND-Glieds 24 entspricht der erwähnten logischen Funktion F. in

Bei der beschriebenen Logikschaltung, welche die logische Funktion Punter Verwendung iJiir 2^m-Bit-Prioritätskodierer ableitet oder liefert, sind nicht so viele logische Elemente erforderlich, so daß eine große Zahl von Lingangssignalen mittels sehr einfacher Schaltungs- ; -, anordnungen vertirbeitet werden kann.

Bei der beschriebenen Logikschaltung können somit kodierte Signale, die einige der Eingangssignale So-S_n-I darstellen, die den logischen Pegel »1« besitzen, bei Einzelereignisbestimmung von den Prioritätskodierern erhalten werden, so daß sie als Adressensignale für einen Speicher benutzt werden können, wenn sie auf die in den Fig. 1 und 2 durch die gestrichelten Linien angedeutete Weise abgenommen werden.

Mit der vorstehend beschriebenen Logikschaltung gemäß der Erfindimg laßt sich somit eine Einzelereignisbestimmung mittels logischer Signale unter Verwendung einfacher Schaltungsanordnungen und unabhängig von der Zahl der binaren Logiksignale erreichen.

Hierzu - Hkill /

Claims

Patentansprüche;

1. Logikschaltung mit einem ersten 2<"-Bit-Kodierer, der einer Bedingung 2^m-' <ni 2<" für π binäre logische Eingangssignale genügt und mehrere Eingangsklemmen aufweist, an welche die η binären logischen Eingangssignale Anlegbar sind, wobei ein Eingangssignal in ein binäres Kodesignal von m Bits umsetzbar ist, das aus einer Anzahl signifikanter Bits besteht, und mit einer Vergleichsschaltung, an die das binäre Kodesignal vom ersten Kodierer geliefert wird, und die es mit einem anderen binärkodierten Signal von m Bits bitweise vergleicht und abhängig vom Vergleichsergebnis ein Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kodierer ein Prioritätskodierer (11; 21) ist, daß die binären logischen Eingangssignale (S₀-S₇; So-S_n-I) entsprechend Eingangs-Prioritätsrängen i (i=0 bis 2"-I) anlegbar sind, daß das Eingangssignal entsprechend der höchsten Priorität in das binäre Kodesignal umgesetzt wird, daß ein zweiter Prioritäisköuierer (12; 22) derselben Bedingung wie der. erste Prioritätskodierer (11; 21) genügt und mehrere Eingangsklemmen (D₀-Di; Do—Di^m—\) aufweist, an welche die binären logischen Eingangssignale entsprechend Eingangs-Prioritätsrängen 2^m~1-/ anlegbar sind, wobei ein Eingangssignal entsprechend der höchsten Priorität in ein weiteres binäres Kodesignal aus einer Anzahl signifikanter Bits umgesetzt wird, und daß die Vergleichsschaltung (13, 14, 15,16 oder 12i, 23₂... 24) die binären Kodesigna \^a. vom ersten und zweiten Prioritätskodierer bitweise vergleicht und das Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Inhalte jedes korrespondierenden Paars signifikanter Bits voneinander verschieden sind.

2. Logikschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung Torschaltungen (13, 14, 15) zur Durchführung einer exklusiven ODER-Operation an den korrespondierenden signifikanten Bits der binären Kodesignale und eine Torschaltung (16) zur Durchführung einer UND-Operation an den exklusiven ODER-Ausgangssignalen aller korrespondierenden signifikanten Bits umfaßt

3. Logikschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die binären logischen Eingangssignale (S₀-S_n-,) kleiner sind bzw. in kleinerer Zahl vorliegen als die Eingangsklemmen der beiden Prioritätskodierer (21 und 22), dieselben logischen Signale (»0«) an die restlichen Eingangsklemmen anlegbar sind

strahlung, die dann entsteht, wenn von einem als Positronemitter bezeichneten Radioisotop emittierte Positronen sich mit Elektronen vereinigen. Bei einer solchen Positronkamera wird eine Koinzidenzzählung zur Bestimmung des Erscheinungsorts der Vernichtungsstrahlung durch Bestimmung dieser Vernichtungsstrahlung angewandt Bei der Koinzidenzzählung sind zwei Detektoren einander zugewandt, während ein mit einem Positronemitter dotierter Patient dazwischen angeordnet ist, wobei das Auftreten von Vernichtungsstrahlung an einer beliebigen Stelle auf einer die beiden Detektoren verbindenden geraden Linie festgestellt wird, wenn diese Vernichtungsstrahlung durch beide Detektoren gleichzeitig gemessen wird. Obgleich dies selten der Fall ist, können während einer Konzidenzzählung mehrere Vernichtungsstrahlungen gleichzeitig auftreten. In diesem Fall können aber die beiden Detektoren keine einwandfreie Messung der Erscheinungspositionen der Vernichtungsstrahlungen) liefern, weshalb dann bei der Messung Meßsignale entsprechend der mehrfachen Vernichtungsstrahlungen nicht erfaßt werden, sondern nur eine einzige Vernichtungsstrahlung zur Bestimmung der entsprechenden Erscheinungsposition gemessen wird. Zu diesem Zweck wird die Einmaligkeit der entstehenden Vernichtungsstrahlung für jeden Detektor durch Einzelereignismessung geprüft und ein Meßsignal wird als objektive Dateneinheit für die Position- bzw. Ortsbestimmung nur dann verarbeitet wenn die beiden Detektoren die Vernichtungsstrahlung gleichzeitig feststellen.

Die Einzelereignismessung beruht auf folgender Gleichung: