SU1401596A1 - Логический элемент - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в качестве логических вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НЕ- ИЛИ в вычислительных системах дл  обработки информации, поступающей в виде оптических или радиоимпульсных сигналов. Дл  этого в логический элемент, содержащий двухпозиционный переключатель (ДП) I, введены кольцевые сумматоры 13 и 14 мощности, ДП II и 12. Соединение логического входа (ЛВ) 7 с управл ющим входом 3 ДП 1, а ЛВ 8 с объединенными управл ющими входами 3 ДП 11 и 12 позвол ет увеличить коэффициент объединени  по входу. Объединение инверсных и пр мых сигнальных выходов 4 и 5 ДП 11 и 12 с помощью кольцевых сумматоров 13 и 14 мощности позвол ет выполнить по первому и второму выходам 9 и 10 функции равнозначности и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ при малом потреблении мощности по опорному каналу 6. В описании приведены примеры реализации ДП 1, 11 и 12 и кольцевых сумматоров 13 и 14 мощности. 2 3. п. ф-лы, 4 ил, 1 табл. g

Description

4

О

ел

со О5

Фиъ.

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в качестве логических вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НЕ-ИЛИ в вычислительных системах дл  обработки информации, поступающей в виде оптических или радиоимпульсных сигналов.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение потребл емой мощности по опорному каналу.

На фиг. 1 показана структурна  схема логического элемента; на фиг. 2 и 3 - при- меры выполнени  двухпозиционных переключателей с радиоимпульсным и оптиче- ским представлением входной информации; на фиг. 4 - принципиальна  электрическа  схема кольцевого сумматора мощности.

Логический элемент содержит двухпо- зиционный переключатель 1, который имеет информационный вход 2 управл ющий вход 3, пр мой 4 и инверсный, 5 выходы, шину 6 опорного сигнала, два логических вхо- да 7 и 8 и два логических выхода 9 и 10, два двухпозиционных переключател  11 и 12 и два кольцевых сумматора 13 и 14 мощности, информационный вход 2 первого двухпози- ционного переключател  1 соединен с шиной 6 опорного сигнала, управл ющий вход 3  вл етс  первым логическим входом 7 элемента , вторым логическим входом 8 которого  вл етс  управл ющий вход 3 второго двух- позиционного переключател , который соединен с управл ющим входом 3 третьего двухпозиционного переключател , пр мой 4 и инверсный 5 входы первого двухпозиционного переключател  1 соединены с информационными входами 2 соответственно второго 11 и третьего 12 двухпозиционных переключателей , пр мой выход 4 второго 11 и инверсный выход 5 третьего 12 двухпозиционных переключателей соединены с входами первого кольцевого сумматора 13 мощности , выход которого  вл етс  первым логическим выходом 9 элемента, второй логический выход 10 которого  вл етс  выходом второго кольцевого сумматора 14 мощности, входы которого соединены с инверсным выходом 5 второго 11 и пр мым выходом 4 третьего 12 двухпозиционных переключателей .

Двухпозиционный переключатель (фиг. 2) содержит первый 15 и второй 16 кольцевые делители мощности, шесть конденсаторов 17-22, два транзистора 23 и 24, два фазовращател  25 и 26, две индуктивности 27 и ,28 и узел 29 питани  с положительной 30 и отрицательной 31 клеммами питани , вход первого кольцевого делител  15 мощности  вл етс  управл ющим входом 3 двухпозиционного переключател , первый выход первого кольцевого делител  15 мощности соединен с входом первого фазовращател  25, а второй выход - с входом второго фазовращател  26, выходы первого 25 и второго 26 фазовращателей соединены с эмитте

5

0

0 0

Q 5

0

5

5

рами соответственно первого 23 и второго 24 транзисторов, которые подключены к выводам первой 32 и второй 33 четвертьволновой линии, базы транзисторов 23 и 24 соединены с общей шиной 34, котора  через первую индуктивность 27 и первый конденсатор 17 соединена с коллектором второго транзистора 24, который через третью четвертьволновую линию 35 соединен с положительной клеммой узла питани , котора  через четвертую четвертьволновую линию 36 соединена с коллектором первого транзистора, который через вторую индуктивность 28 и второй конденсатор 18, которые соединены последовательно , соединен с первыми обкладками третьего 19 и четвертого 20 конденсаторов , вторые обкладки которых соединены соответственно с инверсным выходом 5 двухпозиционного переключател  и первым выходом второго кольцевого делител  16 мощности , вход и второй выход которого соединены соответственно с информационным входом 2 двухпозиционного переключател  и через п тый конденсатор 21 - с коллектором второго транзистора 24, который через шестой конденсатор 22 соединен с пр мым выходом 4 двухпозиционного переключател , а вторые выводы первой 32 и второй 33 четвертьволновых линий соединены с отрицательной клеммой 31 узла 28 питани , клеммы 30 и 31 которого соединены через резисторы 37 и 38 и конденсаторы 39 и 40 с общей шиной 34.

Двухпозиционный переключатель (фиг. 3) содержит кольцевой делитель 4 мощности, вход которого  вл етс  информационным входом 2 двухпозиционного переключател , первый 42 и второй 43 транзисторы, базы которых соединены с общей щиной 34, восемь конденсаторов 44-51, две индуктивности 52 и 53, резистор 54 и фотоприемник 55, оптический вход которого  вл етс  управл ющим входом 3 двухпозиционного переключател , и инвертор 56, шина 57 питани  соединена через резистор 54 и фотоприемник 55, которые включены последовательно, с входом инвертора 56, который через первый конденсатор 44 и первую четвертьволновую линию 58 соединен соответственно с общей щиной 34 и эмиттером первого транзистора 42, который через второй конденсатор 45 соединен с первым выходом кольцевого делител  41 мощности, второй выход которого соединен через третий конденсатор 46 с эмиттером второго транзистора 43, который через вторую четвертьволновую линию 59 соединен с выходом инвертора 56, который соединен через четвертый конденсатор 47 с общей шиной 34, котора  соединена через первую индуктивность 52 и п тый конденсатор 48 с коллектором первого транзистора 42, а через вторую индуктивность 53 и через шестой конденсатор 49 с коллектором второго транзистора 43, коллекторы первого 42 и второго 43 транзисторов соединены через соответственно седьмой 50 и восьмой 51 конденсаторы с пр мым 4 и инверсным 5 выходами двухпозиционного переключател .

Логический элемент работает следующим образом.

В исходном состо нии на шину б опорного сигнала подаетс  переменный сигнал определенной опорной частоты, котора   вл етс  рабочей частотой логической схемы и частотой логических сигналов, снимаемых с выходов 9 и 10 в виде амплитуды синусоидального высокочастотного сигнала. Наличие высокочастотного сигнала соответствует уровню логической «1, а отсутствие - уровню логического В случае двухпозиционного переключател  с радиочастотным управлением (фиг. 2) входные логические уровни образуютс  амплитудной модул цией радиочастотного сигнала, а при использовании переключател  с оптическим управлением (фиг. 3) входные логические уровни образуютс  модул цией оптического сигнала . В последнем случае оптический сигнал преобразуетс  в высокочастотный радиосигнал и все действи  в схеме выполн ютс  на несу1цей радиочастотного опорного сигнала . При необходимости перехода в оптический диапазон на выходе схемы становитс  детектор и светоизлучатель. Каждый двух- позиционный переключатель представл ет собой радиочастотный ключ, который с информационного входа 2 переключает сигнал опорной частоты на пр мой выход 4 при наличии на входе 3 сигнала логической «1 и на инверсный выход 5 при наличии на входе 3 сигнала с уровнем логического «О. Таблица истинности логической схемы имеет следующий вид:

А

В

fi

В таблице входы А и В соответствуют входам 7 и 8, а выходы Fi и f 2 - логическим выходам 9 и 10 соответственно. Пусть на входах А и В присутствует сигнал логического «О. Тогда радиочастотный опорный сигнал с информационного входа 2 будет подан на инверсный выход 5 первого переключател  1. Переключатель П в этом случае работать не будет,так как на его информационном входе 2 отсутствует опорный сигнал. В переключателе 12 опорный сигнал с информационного входа 2 переброситс  на инверсный выход 5 и через кольцевой сумматор 13 мощности пройдет на логический выход 9, что соответствует на этом выходе уровню логической «1. На логическом выходе 10 уровень логического «О, так как на инверсном 5 и пр мом 4 выходах опорный сигнал отсутствует. Переключатель 11 имеет

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на выходах 4 и 5 уровень логическ()|-о ;.() если на входе 8 присутствует сигнал логичс ского «О. Если на вход 8 поступил сигнал логической «1, то опорный сигнал с информационного входа 2 третьего двухпозиционного переключател  12 переброситс  на пр мой сигнальный выход 4 и через кольцевой сумматор 14 мощности пройдет на логический выхОлТ. 10, что соответствует наличию на этом выходе уровн  логической «1. На логическом выходе 9 уровень логического «О, так как на инверсном 5 и пр мом 4 выходах опорный сигнал отсутствует. Если на выходе 7 сигнал логической «1, то при рассмотрении работы логической схемы двух- позиционным переключателем 12 можно пренебречь , так как на его информационный вход 2 опорный сигнал не поступает. Опорный сигнал будет в этом случае только на информационном входе 2 переключател  11. При логическом «О на входе 8 этот сигнал с информационного входа 2 переброситс  на инверсный выход 5 и через кольцевой сумматор 14 мощности поступит на логический выход 10. Это соответствует наличию уровн  логической «1 на этом выходе. На первом логическом выходе 9 в это врем  сигнал логического «О. Подача на вход 8 уровн  логической «1 перебросит опорный сигнал с информационного входа 2 на пр мой сигнальный выход 4, который через кольцевой сумматор 13 мощности пройдет на логический выход 9. Это соответствует уровню логической «1 на этом выходе. Основным узлом логической схемы  вл етс  двухпо- зиционный переключатель 1, 11, 12.

Принцип работы переключател  с радиочастотным управлением заключаетс  в следующем . Пусть на информационном входе 2 присутствует опорный сигнал. Кольцевой делитель 16 мощности (фиг. 4), имеющий микрополосковое исполнение, делит этот сигнал в два плеча. Резистор 60 служит дл  выполнени  необходимой разв зки этого сигнала. С помощью блока 29 питани  транзисторы 23 и 24 вывод тс  в активную область рабочей характеристики. Четвертьволновые линии служат дл  разв зки цепей посто нного тока. Разделительные конденсаторы 19-22 необходимы дл  согласовани  волнового сопротивлени  данного устройства с 50-омным трактом линии передачи. Синфазность сигналов осуществл етс  подбором длин микрополосковых линий. Управл ющий сигнал,  вл ющийс  входным сигналом , поступает на вход 3, делитс  в два канала кольцевым делителем 15 мощности и поступает на входы фазовращателей 25 и 26. Цепочка из фазовращател  и транзистора выполн ет роль управл емого переменным сигналом аналога полного сопротивлени , которое возникает между коллектором и базой транзисторов 23 и 24. При сдвиге входного сигнала по отношению к опорному на угол, лежащий в пределах от л/2 до л.

между коло юктором и базой транзисторов 23 и 24 возникают реактивное индуктивное сопротивление и активное отрицательное сопротивление . В случае сигнала логической «1 на входе 3 наведенное индуктивное сопротивление транзистора 23 образует с конденсатором 18 последовательный колебательный контур, настроенный на частоту опорного сигнала. Наведенное индуктивное сопротивление транзистора 24 образует с конденсатором 17 параллельный колебательный контур, также настроенный на частоту опорного сигнала. Индуктивности 27 и 28 служат дл  увеличени  диапазона подстройки резонансной частоты и уменьшени  вли ни  дестабилизирующих факторов на колебательный контур. Последовательный колебательный контур шунтирует опорный сигнал на обшую шину и на выход 5 опорный сигнал не поступает, что соответствует уровню логического «О. Настроенный параллельный колебательный контур пропустит опорный сигнал на выход 4, что соответствует уровню логической «1. В случае уровн  логического «О на входе 3 оба контура окажутс  расстроены. Последовательный колебательный контур пропустит сигнал опорной частоты на выход 5, что соответствует уровню логической «1, а параллельный контур погасит этот сигнал, что соответствует на выходе 4 сигналу логического «О. Наведенное отрицательное активное сопротивление устран ет потери в данных контурах.

Рассмотрим принцип работы двухпози- ционного переключател  с оптическим управлением (фиг. 3). Опорный сигнал определенной частоты подаетс  на кольцевой делитель 41 мощности и делитс  в два канала: в первый через разделительный конденсатор 45 поступает на транзистор 42, во второй через разделительный конденсатор 46 поступает на транзистор 43. Разделительные конденсаторы служат дл  согласовани  50-ом- ного тракта с данной логической схемой. Четвертьволновые отрезки линий 58 и 59 передач, а также конденсаторы 44 и 47 разв зки предназначены дл  разв зки цепей посто нного тока. Фотоприемник 55 служит дл  управлени  с помощью светового потока активны.м режимом транзисторов 42 и 43. Модулированный световой поток  вл етс  входным сигналом данной схемы. В качестве фотоприемника 55 могут использоватьс  фотодиоды и фоторезисторы.

Инвертор 56 служит дл  инвертировани  входного логического сигнала, т. е. дл  выключени  второго канала .при включении первого. В качестве инвертора можно использовать любую схему с отрицательной логикой. Схема имеет микрополосковое исполнение . В исходном состо нии на информационный вход 2 подан опорный сигнал, а на шину 57 питани  - посто нное напр жение . При отсутствии оптического сигнала на входе 3 фотоприемник 55 заперт и ток

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

от источника питани  не поступает ни на транзистор 42, ни на вход логического инвертора 56. Транзистор 42 заперт и, следовательно , на выходе 4 опорный сигнал отсутствует , что соответствует уровню логического «О. Выход инвертора 56 находитс  под высоким отрицательным потенциалом, который выведет транзистор 43 в активную область рабочей характеристики. Транзистор 43 с закороченными через индуктивность 53 базой и коллектором образуют так называемый «индуктивный транзистор, полное выходное сопротивление которого в зависимости от величины индуктивности и тока эмиттера может мен ть свой характер. При определенных значени х этих величин это сопротивление состоит из индуктивного реактивного и отрицательного активного. Наведенное индуктивное сопротивление образует с конденсатором 49 параллельный колебательный контур, а отрицательное активное устран ет активные потери- в этом контуре. Опорный сигнал во втором канале пройдет на инверсный сигнальный выход 5, что соответствует уровню логической «1. Таким образом, при отсутствии оптического сигнала на входе 3 (уровень логического «О) на пр мом сигнальном выходе 4 уровень логического «О, а на инверсном сигнальном выходе 5 - уровень логической «1. При по влении оптического сигнала на входе 3, что соответствует уровню логической «1, через переход фотоприемника пройдет ток, который откроет эмиттерный переход транзистора 42 и опрокинет в обратное положение логический инвертор 56. Теперь, наоборот, транзистор 42 находитс  в активной области рабочих характеристик, а транзистор 43 - в области отсечки. В первом канале точно также возникает параллельный колебательный контур, настроенный на частоту опорного сигнала, который пропустит этот сигнал на выход 4, что соответствует уровню логической «1. На выходе 5 в это врем  будет сигнал логического «О.

Таким образом, соединение первого логического входа с управл ющим входом первого переключател , а второго логического входа - с объединенными управл ющими входами второго и третьего переключателей позвол ет увеличить коэффициент объединени  по входу, а данное объединение инверсных и пр мых сигнальных выходов второго и третьего переключателей с помощью кольцевых сумматоров мощности позвол ет выполн ть по первому и второму логическим выходам функции равнозначности и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ при малом потреблении мощности по опорному каналу.

Claims (3)

1. Логический элемент, содержащий двух- позиционный переключатель, который имеет информационный вход, управл ющий вход.

пр мой и инверсный выходы, шину опорного сигнала, два логических входа и два логических выхода, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  потребл емой мощности по опорному каналу, в него введены дополнительно два двухпозиционных переключател  и два кольцевых сумматора мощности, информационный вход первого двухпозицион- ного переключател  соединен с щиной опорного сигнала, управл ющий вход  вл етс  первым логическим входом элемента, вторым логическим входом которого  вл етс  управл ющий вход второго двухпозиционного переключател , который соединен с управл ющим входом третьего двухпозиционного переключател , пр мой и инверсный входы первого двухпозиционного переключател  соединены с информационными входами соответственно второго и третьего двухпозиционных переключателей, пр мой выход второго и инверсный выход третьего двухпозиционных переключателей соединены с входами первого кольцевого сумматора мощности , выход которого  вл етс  первым логическим выходом элемента, второй логический выход которого  вл етс  выходом второго кольцевого сумматора мощности, входы которого соединены с инверсным выходом второго и пр мым выходом третьего двухпозиционных переключателей.

2. Элемент по п. 1, отличающийс  тем, что каждый двухпозиционный переключатель содержит первый и второй кольцевые делители мощности, щесть конденсаторов, два транзистора, два фазовращател , две индуктивности и узел питани  с положительной и отрицательной клеммами питани , вход первого кольцевого делител  мощности  вл етс  управл ющим входом двухпозиционного переключател , первый выход первого кольцевого делител  мощности соединен с входом первого фазовращател , второй выход первого кольцевого делител  мощности соединен с входом второго фазовращател , выходы первого и второго фазовращателей соединены с эмиттерами соответственно первого и второго транзисторов, которые подключены к выводам первой и второй четвертьволновых линий, базы транзисторов срединены с общей щиной, котора  через первую индуктивность и первый конденсатор соединена с коллектором второго транзистора, который через третью четвертьволновую линию соединен с положительной клеммой узла питани , котора  через чет0

вертую четвертьволновую линию соединена с коллектором первого транзистора, который через вторую индуктивность и второй конденсатор , которые соединены последователь- но, соединен с первыми обкладками третьего и четвертого конденсаторов, вторые обкладки которых соединены соответственно с инверсным выходом двухпозиционного переключател  и первым выходом второго кольцевого делител  мощности, вход и второй выход которого соединены соответственно с информационным входом двухпозиционного переключател  и через п тый конденсатор - с коллектором второго транзистора, который через шестой конденсатор соединен

с с пр мым выходом двухпозиционного переключател , а вторые выводы первой и второй четвертьволновых линий соединены с отрицательной клеммой узла питани , клеммы которого соединены через резисторы н конденсаторы с общей шиной.

0

3. Элемент по п. 1, отличающийс  тем, что каждый двухпозиционный переключатель содержит кольцевой делитель мощности, вход которого  вл етс  информационным входом двухпозиционного переключател , первый и второй транзисторы, базы которых соединены с общей шиной, восемь конденсаторов , две индуктивности, резистор и фотоприемник , оптический вход которого  вл етс  управл ющим входом двухпозиц11онного переключател , и инвертор, шина питани 

0 соединена через резистор и фотоприемник, которые включены последовательно, с входом инвертора, который через первый конденсатор и первую четвертьволновую линию соединен соответственно с общей шиной и эмиттером первого транзистора, который

5 через второй конденсатор соединен с первым выходом кольцевого делител  мощности, второй выход которого соединен через третий конденсатор с эмиттером второго транзистора , который через вторую четвертьволновую линию соединен с выходом инвертора, который соединен через четвертый конденсатор с общей шиной, котора  соединена через первую индуктивность и п тый конденсатор с коллектором первого транзистора, а через вторую индуктивность и через шестой

г конденсатор - с коллектором второго транзистора , коллекторы первого и второго транзисторов соединены через соответственно седьмой и восьмой конденсаторы с пр мым и инверсным выходами дву.хпозиционного переключател .

0

iijfrju О