RU2513478C1 - Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation - Google Patents
Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513478C1 RU2513478C1 RU2012138997/08A RU2012138997A RU2513478C1 RU 2513478 C1 RU2513478 C1 RU 2513478C1 RU 2012138997/08 A RU2012138997/08 A RU 2012138997/08A RU 2012138997 A RU2012138997 A RU 2012138997A RU 2513478 C1 RU2513478 C1 RU 2513478C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- input
- switches
- quantum
- source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных системах автоматического управления, передачи информации и т.п.The present invention relates to the field of computer engineering, automation and can be used in various systems of automatic control, information transfer, etc.
В различных вычислительных и управляющих системах широко используются логические элементы «2-И» (ЛЭ), реализованные на основе эмиттерно-связанной логики [1-12], работающие по законам булевой алгебры и имеющие по выходу два логических состояния «0» и «1», характеризующихся низким и высоким потенциалами.In various computing and control systems, “2-I” (LE) logic elements are widely used, implemented on the basis of emitter-coupled logic [1-12], operating according to the laws of Boolean algebra and having two logical states “0” and “1 at the output »Characterized by low and high potentials.
В работе [13], а также монографиях соавтора настоящей заявки [14-15] 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 «2-И» относится к этому типу логических элементов.In [13], as well as in the monographs of the co-author of this application [14-15], it was shown that Boolean algebra is a special case of a more general linear algebra, the practical implementation of which in the structure of computing and logic devices of automation of a new generation requires the creation of a special element base, implemented on based on logic with a multi-valued internal representation of signals, in which the current quantum is the equivalent of a standard logic signal. The inventive device "2-I" refers to this type of logic elements.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является логический элемент «2-И», представленный в патенте US 3.508.076, фиг.1. Он содержит первый 1 и второй 2 входные коммутаторы кванта тока I0, управляемые источниками входных логических напряжений 3 и 4.The closest prototype of the claimed device is a logical element "2-I", presented in patent US 3.508.076, figure 1. It contains the first 1 and second 2 input switches of the current quantum I 0 , controlled by sources of input
Существенный недостаток известного логического элемента «2-И» состоит в том, что он, используя потенциальные двоичные сигналы, обладает усложненной структурой связей, нелинейностью рабочих режимов элементов и критичностью параметров структуры ЛЭ и входных сигналов, что в конечном итоге приводит к снижению его быстродействия.A significant drawback of the well-known “2-I” logical element is that, using potential binary signals, it has a complicated structure of connections, nonlinearity of the operating modes of the elements, and critical structure parameters of the LE and input signals, which ultimately leads to a decrease in its speed.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании логического элемента «2-И», в котором внутреннее преобразование информации производится в многозначной токовой форме сигналов, определяемое состоянием входных потенциальных двоичных сигналов. В конечном итоге это позволяет повысить быстродействие и создать элементную базу вычислительных устройств, работающих на принципах многозначной линейной алгебры [14-15].The main objective of the invention is to create a 2-I logic element, in which the internal transformation of information is carried out in a multi-valued current signal form, determined by the state of the input potential binary signals. Ultimately, this allows you to improve performance and create an elemental base of computing devices operating on the principles of multivalued linear algebra [14-15].
Поставленная задача решается тем, что в логическом элементе «2-И», содержащем первый 1 и второй 2 входные коммутаторы кванта тока I0, управляемые источниками входных логических напряжений 3 и 4, токостабилизирующий двухполюсник 5, включенный между объединенными токовыми выходами 6, 7 первого 1 и второго 2 входных коммутаторов квантов тока I0 и шиной 8 источников питания, предусмотрены новые элементы и связи - токовые выходы 6, 7 первого 1 и второго 2 входных коммутаторов кванта тока I0 соединены с эмиттером дополнительного транзистора 9, база которого связана с источником опорного напряжения 10, а коллектор является логическим токовым выходом устройства 11, причем в качестве токостабилизирующего двухполюсника 5 используется источник опорного тока, выходной ток которого кратен кванту тока I0.The problem is solved in that in the logic element “2-I”, containing the first 1 and second 2 input switches of the current quantum I 0 , controlled by sources of input
Схема многозначного логического элемента «2-И»-прототипа показана на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения.The diagram of the multi-valued logical element of the “2-I” prototype is shown in the drawing of FIG. 1. The drawing of figure 2 presents a diagram of the inventive device in accordance with
На чертеже фиг.3 приведена одна из возможных схем первого 1 (или второго 2) входного коммутатора кванта тока I0.The drawing of figure 3 shows one of the possible circuits of the first 1 (or second 2) input switch of the current quantum I 0 .
На чертеже фиг.4 приведена схема первого 1 (или второго 2) входного коммутатора кванта тока I0, реализованного в соответствии с п.2, п.3 формулы изобретения.The drawing of figure 4 shows a diagram of the first 1 (or second 2) input switch of the current quantum I 0 implemented in accordance with
На чертеже фиг.5 приведена схема логического элемента фиг.2, в котором входные коммутаторы 1, 2 квантов тока 10 реализованы на основе дифференциальных каскадов фиг.4.The drawing of figure 5 shows a diagram of the logical element of figure 2, in which the input switches 1, 2 quanta of current 1 0 are implemented on the basis of differential stages of figure 4.
На чертеже фиг.6 показана схема неинвертирующего логического элемента «2-И» фиг.5 в среде Cadance на моделях SiGe транзисторов.The drawing of Fig.6 shows a diagram of a non-inverting logic element "2-I" of Fig.5 in a Cadance environment on SiGe transistor models.
На чертеже фиг.7 приведен график переходного процесса на входах и выходах ЛЭ фиг.6 при подаче на входы синфазных сигналов (X1=1, Х2=1; Х1=0, Х2=0), а на чертеже фиг.8 - переходный процесс на входах и выходах ЛЭ фиг.6 при подаче на входы прямоугольных импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 90 градусов (X1=1, Х2=0).The drawing of Fig. 7 shows a graph of the transient process at the inputs and outputs of the LE of Fig. 6 when applying in-phase signals to the inputs (X 1 = 1, X 2 = 1; X 1 = 0, X 2 = 0), and in the drawing of Fig. 8 is a transient process at the inputs and outputs of the LE of FIG. 6 when rectangular impulses are fed to the inputs, 90 degrees shifted relative to each other (X 1 = 1, X 2 = 0).
На чертеже фиг.9 представлена схема инвертирующего логического элемента «2-И» на основе каскода в среде Cadance на моделях SiGe интегральных транзисторов.The drawing of Fig.9 shows a diagram of the inverting logic element "2-I" on the basis of cascode in the environment Cadance on models SiGe integrated transistors.
На чертеже фиг.10 показан переходный процесс на входах и выходах при подаче на входы синфазных сигналов (X1=1, Х2=1; Х1=0, Х2=0), а на чертеже фиг.11 - переходный процесс на входах и выходах при подаче на входы прямоугольных импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 90 градусов (Х1=1, Х2=0).The drawing of figure 10 shows the transient process at the inputs and outputs when applying in-phase signals to the inputs (X 1 = 1, X 2 = 1; X 1 = 0, X 2 = 0), and in the drawing of figure 11 - transient inputs and outputs when applying to the inputs of rectangular pulses shifted relative to each other by 90 degrees (X 1 = 1, X 2 = 0).
Логический элемент «2-И» с многозначным внутренним представлением сигналов фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входные коммутаторы кванта тока I0, управляемые источниками входных логических напряжений 3 и 4, токостабилизирующий двухполюсник 5, включенный между объединенными токовыми выходами 6, 7 первого 1 и второго 2 входных коммутаторов квантов тока I0 и шиной 8 источников питания. Токовые выходы 6, 7 первого 1 и второго 2 входных коммутаторов кванта тока I0 соединены с эмиттером дополнительного транзистора 9, база которого связана с источником опорного напряжения 10, а коллектор является логическим токовым выходом устройства 11, причем в качестве токостабилизирующего двухполюсника 5 используется источник опорного тока, выходной ток которого кратен кванту тока I0. В частном случае нагрузкой ЛЭ является двухполюсник 12, моделирующий влияние нагрузки ЛЭ на работу схемы и включенный между выходом устройства 11 и общей шиной источника питания 13.The logic element "2-I" with a multi-valued internal representation of the signals of figure 2 contains the first 1 and second 2 input switches of the current quantum I 0 , controlled by sources of input
На чертеже фиг.3 показан частный случай построения входных коммутаторов 1, 2 квантов тока I0, которые реализованы на транзисторах 13, 15 и р-n переходе 16.The drawing of figure 3 shows a special case of the construction of the
На чертеже фиг.4, в соответствии с пп.2, 3 формулы изобретения каждый из входных коммутаторов 1, 2 кванта тока I0, управляемых источниками входных логических напряжений 3, (4), выполнен в виде дифференциальных каскадов на первом 18 и втором 19 входных транзисторах, эмиттеры которых связаны с источником 20 кванта тока I0 I0, база первого 18 входного транзистора соединена с источником входного логического напряжения 3, (4), база второго 19 входного транзистора соединена с источником опорного напряжения 10, причем коллекторы первого 18 и второго 19 входных транзисторов соединены с инвертирующими
Рассмотрим работу логического элемента «2-И» фиг.2. Синтез логической функции «2-И» производится на основе ее многозначного аналога, описываемого выражениемConsider the work of the logical element "2-And" figure 2. The synthesis of the logical function "2-I" is based on its multi-valued analogue, described by the expression
где k - значность логики, Р((х1+х2)>а) предикат [14, 15];where k is the significance of the logic, P ((x 1 + x 2 )> a) the predicate [14, 15];
х1, х2 - входные логические сигналы.x 1 , x 2 - input logic signals.
Реализация предиката в соответствии с (1) производится сложением токовых сигналов с выходов токовых зеркал 5 и 6 и вычитанием из этой суммы кванта тока, формируемого опорным источником 11. При этом выходное значение предиката соответствует логическому нулю (отсутствие тока), если сумма х1+х2 меньше либо равна единице, и соответствует логической единице (наличие кванта тока), если сумма х1+х2 больше единицы.The predicate in accordance with (1) is implemented by adding current signals from the outputs of the
На вход логического элемента «2-И» по чертежу фиг.2 от источников входных логических напряжений 3 и 4 поступают сигналы, управляющие состоянием ключей S1 и S2 входных коммутаторов 1, 2 квантов тока I0, которые передают ток I0 в эмиттер транзистора 9.The input of the logic element "2" according to the drawing of figure 2 from the sources of
В выключенном состоянии каждый ключ S{, S2 отключен от точки суммирования. При этом сумма их токов в точке суммирования равна нулю. При включенном состоянии одного из ключей значение соответствующего кванта тока принимает величину I0 («1»), а значение их суммы в точке суммирования равно «1». При включенном состоянии обоих ключей значения квантов тока равны «1», а значение их суммы в точке суммирования равно «2». К этой сумме добавляется квант тока I0 источника тока 5 противоположного направления. При этом разность токов в точке суммирования принимается равной «0», если сумма токов ключей больше или равна «1», и равной «1», если сумма токов ключей равна «0». Результат вычитания поступает через транзистор 9 на токовый выход устройства 11.In the off state, each key S { , S 2 is disconnected from the summation point. Moreover, the sum of their currents at the summation point is zero. When the state of one of the keys is on, the value of the corresponding current quantum takes the value I 0 (“1”), and the value of their sum at the summation point is “1”. When the state of both keys is on, the values of the current quanta are “1”, and the value of their sum at the summation point is “2”. To this sum is added the current quantum I 0 of the
Как видно из приведенного описания реализация логической функции «2-И» здесь производится формированием алгебраической суммы квантов выходных токов ключей S1, S2 (выходных коммутаторов 1 и 2) с квантом выходного тока источника 5 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.).As can be seen from the above description, the implementation of the “2-I” logical function is carried out here by forming the algebraic sum of the quanta of the output currents of the keys S 1 , S 2 (
Отличием логического элемента по схеме фиг.5 является реализация входных коммутаторов тока 1, 2 (токовых ключей S2) в виде дифференциальных каскадов. Вариант такой реализации приведен на чертеже фиг.4. Дифференциальный каскад фиг.4 производит коммутацию кванта тока I0. При этом источник тока 20 при любом состоянии входного логического сигнала не выходит из активного режима, что повышает быстродействие схемы.The difference of the logical element according to the scheme of figure 5 is the implementation of the input
Показанные на чертежах фиг.7, фиг.8 и фиг.10-фиг.11 результаты моделирования подтверждают указанные свойства заявляемых схем. Следует отметить, что кратковременные импульсы на выходе ЛЭ, возникающие в момент переключения входных сигналов, характерные и для других известных логических элементов, определяются различными временами переключения входных коммутаторов квантов тока 1, 2 и могут быть устранены в реальных схемах средствами технологии.Shown in the drawings of Fig.7, Fig.8 and Fig.10-Fig.11 simulation results confirm these properties of the claimed schemes. It should be noted that short-term pulses at the LE output that occur at the time of switching the input signals, which are also characteristic of other known logic elements, are determined by different switching times of the input switches of
Таким образом, рассмотренные схемотехнические решения логического элемента «2-И» характеризуются многозначным состоянием внутренних сигналов и двоичным представлением сигнала на его токовом выходе и могут быть положены в основу вычислительных и управляющих устройств, использующих многозначную линейную алгебру, частным случаем которой является булева алгебра.Thus, the considered circuit solutions of the 2-I logic element are characterized by the multi-valued state of internal signals and the binary representation of the signal at its current output and can be the basis of computing and control devices using multi-valued linear algebra, a particular case of which is Boolean algebra.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Авторское свидетельство СССР SU 8927291. USSR Copyright Certificate SU 892729
2. Патентная заявка WO 2004/1122472. Patent application WO 2004/112247
3. Патент US 4.001.6033. Patent US 4.001.603
4. Патент US 4.359.6534. Patent US 4.359.653
5. Патент US 6.157.693, fig.55. Patent US 6.157.693, fig. 5
6. Патент US 5.216.2956. Patent US 5.216.295
7. Патент US 3.758.791, fig.57. Patent US 3.758.791, fig. 5
8. Патент US 4.593.2118. Patent US 4,593.211
9. Патент US 4.347.4469. Patent US 4.347.446
10. Патент US 4.516.039, fig.510. Patent US 4.516.039, fig. 5
11. Патент US 4.970.41611. Patent US 4.970.416
12. Патент US 4.605.871, fig.212. Patent US 4.605.871, fig. 2
13. Малюгин В.Д. Реализация булевых функций арифметическими полиномами.// Автоматика и телемеханика, 1982. №4. С.84-93.13. Malyugin V.D. The implementation of Boolean functions by arithmetic polynomials. // Automation and Telemechanics, 1982. No. 4. S.84-93.
14. Чернов Н.И. Основы теории логического синтеза цифровых структур над полем вещественных чисел.// Монография. - Таганрог: ТРТУ, 2001. - 147 с.14. Chernov N.I. Fundamentals of the theory of the logical synthesis of digital structures over the field of real numbers. // Monograph. - Taganrog: TRTU, 2001 .-- 147 p.
15. Чернов Н.И. Линейный синтез цифровых структур АСОИУ.// Учебное пособие. Таганрог. - ТРТУ, 2004 г., 118 с.15. Chernov N.I. Linear synthesis of digital structures ASOIU.// Textbook. Taganrog. - TRTU, 2004, 118 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012138997/08A RU2513478C1 (en) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012138997/08A RU2513478C1 (en) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012138997A RU2012138997A (en) | 2014-03-20 |
RU2513478C1 true RU2513478C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50279968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012138997/08A RU2513478C1 (en) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2513478C1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712412C1 (en) * | 2018-12-25 | 2020-01-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Current threshold logic element "equivalence" |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3508076A (en) * | 1967-04-26 | 1970-04-21 | Rca Corp | Logic circuitry |
SU513503A1 (en) * | 1974-12-02 | 1976-05-05 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Logical element |
SU1058061A1 (en) * | 1982-08-26 | 1983-11-30 | Организация П/Я А-3106 | Logic element |
SU1173551A1 (en) * | 1984-02-16 | 1985-08-15 | Предприятие П/Я А-1001 | Logical element |
-
2012
- 2012-09-11 RU RU2012138997/08A patent/RU2513478C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3508076A (en) * | 1967-04-26 | 1970-04-21 | Rca Corp | Logic circuitry |
SU513503A1 (en) * | 1974-12-02 | 1976-05-05 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Logical element |
SU1058061A1 (en) * | 1982-08-26 | 1983-11-30 | Организация П/Я А-3106 | Logic element |
SU1173551A1 (en) * | 1984-02-16 | 1985-08-15 | Предприятие П/Я А-1001 | Logical element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012138997A (en) | 2014-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Theoretical design and FPGA-based implementation of higher-dimensional digital chaotic systems | |
RU2615069C1 (en) | Rs-trigger | |
CN101351965A (en) | Locally asynchronous, block-level synchronous, configurable logic blocks with sub-threshold analog circuits | |
Raj et al. | A modified affine arithmetic-based power flow analysis for radial distribution system with uncertainty | |
RU2506695C1 (en) | "exclusive or" logic element with multidigit internal signal presentation | |
RU2506696C1 (en) | Majority decision element with multidigit internal signal presentation | |
RU2549142C1 (en) | Logic element for equality comparison of two multi-value variables | |
RU2513478C1 (en) | Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation | |
RU2547225C1 (en) | Multidigit logical element of cyclic shift | |
RU2513717C1 (en) | Two-input "and" logic gate with multidigit internal signal presentation | |
RU2504074C1 (en) | Single-bit full adder with multidigit internal signal notation | |
RU2553071C1 (en) | Multi-valued logical gate of reverse end-around shift | |
Balaji et al. | Low power and high speed synchronous circuits using transmission gates | |
RU2547233C1 (en) | Logical element of loose comparison for inequality of two multivalued variables | |
RU2604682C1 (en) | Rs flip-flop | |
RU2514789C1 (en) | Rs flip-flop with multidigit internal signal presentation | |
RU2546078C1 (en) | MULTIVALUED MODULUS k ADDER | |
RU2712412C1 (en) | Current threshold logic element "equivalence" | |
RU2546085C1 (en) | LOGICAL COMPARISON ELEMENT OF k-DIGIT VARIABLE WITH THRESHOLD VALUE | |
RU2554557C1 (en) | Multiple-valued logical element of reverse cyclic shift | |
RU2509412C1 (en) | Logical element "and" with multidigit internal representation of signals | |
RU2701108C1 (en) | Current threshold logical element "nonequivalent" | |
RU2624584C1 (en) | Multifunctional current logical element | |
Murali et al. | Construction of a reconfigurable dynamic logic cell | |
RU2553070C1 (en) | K-digit minimum gate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140912 |