SU1401597A1 - Логический элемент - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в радиоимпульсных вычислительных устройствах дл  обработки сигналов пикосекунд- ной длительности. Цель изобретени  - уменьшение мощности по опорному каналу. Дл  этого в логический элемент, содержа-щий сумматор 6 мощности и двухпозицион- ный переключатель (П) 7-1, введены (н --Г) П 7-2 ... 7-п с пр мым и инверсными сигналами . Объединение пр мых сигнальных выходов в один логический выход и соединение инверсного выхода последнего П с вторым логическим выходом позвол ют одновременно выполн ть две логические функции: дизъюнкцию ИЛИ и дизъюнкцию с инверсией ИЛИ-НЕ. К тому же использование П в качестве основного структурного звена, имеющего высокое быстродействие из-за работы в СВЧ-диапазоне и не имеюн,его потерь сигнала , позвол ет увеличивать количество шин, а следовательно, и количество обрабатываемых переменных до нескольких дес тков , при уменьшенной потребл емой мощности по опорному каналу. 2 з. п. ф-лы, 6 ил. (О (Л

Description

4

о

сд

со

Фи-г,-1

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в радиоимпульсных вычислительных устройствах дл  обработки сигналов пикосекундной длительности .

Цель изобретени  - уменьшение потребл емой мощности по опорному каналу.

На фиг. 1 представлена структурна  схема логического элемента; на фиг. 2 - принципиальна  электрическа  схема двухпози- ционного переключател  логического элемента с разночастотным входом; на фиг. 3 - таблица истинности данного логического элемента; на фиг. 4 - принципиальна  электрическа  схема двухпозиционного переключател  логического элемента с оптичера 16, второй вывод которого соединен с коллектором второго транзистора 17, через второй конденсатор 18 - с общей шиной 19 и через четвертый разделительный конденсатор 20 с пр мы.м сигнальным выходом 9,

первый выход второго кольцевого делител  12 .мощности через первый фазовращатель 21 подключен к эмиттеру первого транзистора 22, база которого соединена с общей шиной 19, а коллектор - с вторым выводом

10 конденсатора 14, второй выход второго кольцевого делител  12 мощности через второй фазовращатель 23 подключен к эмиттеру второго транзистора 17, базой соединенного с общей щиной 19. К тому же, отрицательна  клемма 24 блока 25 питани , состо щего

ским входом; на фиг. 5 - принципиальна из резисторов 26 и 27 и конденсаторов 28 и 29

электрическа  схема, по которой выполн -через четвертьволновые отрезки 30 и 31 лиютс  кольцевые делители и сумматоры мощ-нии передач соединена с эмиттерами, а поности; на фиг. 6 - принципиальна  элект-ложительна  клемма 32 через четвертьволрическа  схема фазовращател .новые отрезки 33 и 34 линии передач - с

Логический элемент содержит щину 1 опорного сигнала, логические выходы 2 и 3, п управл ющих входов 4-1-4-п, совпадающих с входами логического элемента, функциональный узел 5, состо щий из кольцевого сумматора 6 мощности и п радиочастотных двухпозиционных переключателей 7-1-7-п, каждый i-й из которых имеет один инфор- .мационный вход 8-/, один управл ющий вход совпадающий с i-м входом 4-i логического устройства, пр мой 9-/ и инверсный 10-/ сигнальные выходы, управл ющий вход каждо

20 коллекторами первого 22 и второго 17 транзисторов (фиг. 2).

Во втором случае (фиг. 4) в каждом из п двухпозиционных переключателей 7-г с оптическим входом вход кольцевого делител  35 мощности  вл етс  информационным входом 8-i, оптический вход фотоприемника 36 - управл ющим входом, совпадающим с входом 4-i логического устройства, первый выход кольцевого делител  35 мощности через первый разделительный конденсатор 37 подключен к эмиттеру первого тран25

из п двухпозиционных переключателей зистора 38, база которого соединена с общей

го

7-i соединен с соответствующей входной щиной логического устройства, пр мые сигнальные выходы 9-г присоединены к соответствующему входу кольцевого сумматора 6 мощности, выход которого  вл етс  первым логическим выходом 2, информационный вход 8-1 первого двухпозиционного переключател  7-1 соединен с шиной 1 опорного сигнала, а каждый информационный вход 8-/ последующих переключателей, начина  с переключател  7-2, подключен к инверсному сигнальному выходу 10-М соответствующего предыдущего переключател , а инверсный сигнальный выход lQ-/i переключател  7-п  вл етс  вторым логическим выходом 3. Кроме того, в каждом из п двухпозиционных переключателей 7-i с радиочастотным входом, вход первого кольцевого делител  11 мощности  вл етс  информационным входом 8-i, вход второго кольцевого делител  12 мощности  вл етс  управл ю35

щиной 39, а коллектор через первый конденсатор 40 и индуктивность 41 - с общей щиной 39 и через второй разделительный конденсатор 42 с пр мым сигнальным выходом 9., второй выход кольцевого делител  35 мощности через третий разделительный конденсатор 43 подключен к эмиттеру второго транзистора 44, база которого непосредственно соединена с общей щиной 39, а коллектор через вторые конденсатор 45 и индуктив- 40 ность 46 соединен с общей щиной 39 и через четвертый разделительный конденсатор 47 с инверсным сигнальным выходом 10, клемма 48 источника питани  через ограничительный резистор 49 подключена к первому выводу фотоприемника 36, второй вывод которого через первый четвертьволновый отрезок 50 линии передачи соединен с эмиттером первого транзистора 38 и через первый конденсатор 51 разв зки с общей шиной 39, а также второй вывод фотоприемника 36

45

щим входом, совпадающим с входом 4-г ло- ., соединен с входом инвертора 52, выход кото- гического устройства, первый выход первого рого через второй четвертьволновый отре- кольцевого делител  11 мощности через пер- зок 53 линии передачи подключен к эмиттеру

второго транзистора 44 и через второй конденсатор 54 разв зки соединен с общей шиной 39. Делители 11, 12 и 35 мощности имеют

вый разделительный конденсатор 13 соединен с первым выводом первого конденсатора 14 и еще через второй разделительный конденсатор 15 с инверсным сигнальным 55 микрополосковое исполнение (фиг. 5) и со- выходом 10, второй выход кольцевого дели- сто т из полосковых линий 55-1-55-5, резистора 56, входной клем.мы 57 и выходных клемм 58 и 59. Кольцевой сумматор 6 .мощтел  11 мощности соединен с первым выводом третьего разделительного конденсатора 16, второй вывод которого соединен с коллектором второго транзистора 17, через второй конденсатор 18 - с общей шиной 19 и через четвертый разделительный конденсатор 20 с пр мы.м сигнальным выходом 9,

первый выход второго кольцевого делител  12 .мощности через первый фазовращатель 21 подключен к эмиттеру первого транзистора 22, база которого соединена с общей шиной 19, а коллектор - с вторым выводом

конденсатора 14, второй выход второго кольцевого делител  12 мощности через второй фазовращатель 23 подключен к эмиттеру второго транзистора 17, базой соединенного с общей щиной 19. К тому же, отрицательна  клемма 24 блока 25 питани , состо щего

20 коллекторами первого 22 и второго 17 транзисторов (фиг. 2).

Во втором случае (фиг. 4) в каждом из п двухпозиционных переключателей 7-г с оптическим входом вход кольцевого делител  35 мощности  вл етс  информационным входом 8-i, оптический вход фотоприемника 36 - управл ющим входом, совпадающим с входом 4-i логического устройства, первый выход кольцевого делител  35 мощности через первый разделительный конденсатор 37 подключен к эмиттеру первого тран25

зистора 38, база которого соединена с общей

5

щиной 39, а коллектор через первый конденсатор 40 и индуктивность 41 - с общей щиной 39 и через второй разделительный конденсатор 42 с пр мым сигнальным выходом 9., второй выход кольцевого делител  35 мощности через третий разделительный конденсатор 43 подключен к эмиттеру второго транзистора 44, база которого непосредственно соединена с общей щиной 39, а коллектор через вторые конденсатор 45 и индуктив- 0 ность 46 соединен с общей щиной 39 и через четвертый разделительный конденсатор 47 с инверсным сигнальным выходом 10, клемма 48 источника питани  через ограничительный резистор 49 подключена к первому выводу фотоприемника 36, второй вывод которого через первый четвертьволновый отрезок 50 линии передачи соединен с эмиттером первого транзистора 38 и через первый конденсатор 51 разв зки с общей шиной 39, а также второй вывод фотоприемника 36

5

ной 39. Делители 11, 12 и 35 мощности имеют

микрополосковое исполнение (фиг. 5) и со- сто т из полосковых линий 55-1-55-5, резистора 56, входной клем.мы 57 и выходных клемм 58 и 59. Кольцевой сумматор 6 .мощности содержит  чейки (фиг. 5), только клеммы 58 и 59 в этом случае будут входными, а клемма 57 - выходной. Фазовращатели 21 и 23 (фиг. 6) содержат циркул тор 60, у которого клемма 61  вл етс  входом устройства , клемма 62 - выходом устройства, а клемма 63 через отрезок 64 микрополос- ковой линии длиной I соединена с общей шиной 19 и с катодом варактора 65, анод которого через конденсатор 66 соединен с общей шиной 19 и через резистор 67 с отрицательной клеммой 68 источника управл ющего напр жени . На фиг. 3 представлена таблица истинности логического элемента.

Элемент работает следующим образом.

В исходном состо нии на шину 1 опорного сигнала подаетс  переменный сигнал определенной частоты, который  вл етс  рабочей частотой всего логического устройства и частотой выходного сигнала, снимаемого с логических выходов 2 и 3 в виде амплитуды. Выходным уровнем логической «1  вл етс  наличие амплитуды синусоидального сигнала , а выходным уровнем логического «О - отсутствие колебаний сигнала синусоидальной формы. Входные логические уровни в зависимости от примен емого двухпозицион- ного переключател  7 могут образовыватьс  с помощью амплитудной модул ции радиочастотного сигнала (переключатель с радиочастотным управлением, изображенный на фиг. 2) или с помощью модул ции оптического сигнала (переключатель с оптическим управлением, изображенный на фиг. 4). В общем случае каждый двухпозиционный переключатель 7 представл ет собой радиочастотный ключ, который с информационного входа 8 переключает сигнал опорной частоты на пр мой сигнальный выход 9 при наличии управл ющего сигнала на входе 4 и на инверсный сигнальный выход 10 при отсутствии управл ющего сигнала на этом входе. Таблица истинности (фиг. 3) показывает , как функционирует данное логическое устройство. Здесь Si и В - это входы 4-1-4-п логического устройства, а выходы FI   р2 - это логические выходы 2 и 3 соответственно . Опорный сигнал определенной частоты подан на шину 1 опорного сигнала или, что то же самое, на информационный вход 8-1 первого двухпозиционного переключател  7-1. При отсутствии сигнала логической «1 на входе 4-1 опорный сигнал пройдет на инверсный сигнальный выход 10-1. Если же и на входе 4-2 устанавливаетс  сигнал логического «О, этот опорный сигнал пройдет и на инверсный сигнальный выход 10-2. Следовательно, на логическом выходе 3 присутствует сигнал логической «1 в том случае, если на всех входах 4 будет сигнал логического «О. При этой кодовой комбинации на входах на логическом выходе 2 (Fi) имеетс  сигнал логического «О, так как на пр мых сигнальных выходах 9 всех переключателей опорный сигнал отсутствует.

С по влением сигнала логической «1 хот  бы на одном из входов 4 логического устройства , на логических выходах 2 и 3 результирующее значение входной кодовой комбинации измен етс  на противоположное. Ос- новным узлом данного логического устройства  вл етс  двухпозиционный переключатель 7.

Принцип работы двухпозиционного переключател  (фиг. 2) заключаетс  в следующем . Пусть на информационном входе 8 присутствует опорный высокочастотный сиг- нал. С помощью кольцевого делител  11 мощности, имеющего микрополосковое исполнение , этот сигнал делитс  на две равные

с части. Разв зка сигнала опорной частоты в двух каналах осуществл етс  с помощью резистора 56. С помощью блока 25 питани  транзисторы 17 и 22 вывод тс  в активную область рабочих характеристик. Четвертьволновые отрезки 30, 31, 33 и 34 линии пе0 редачи служат дл  разв зки устройства по посто нному току. Разделительные конденсаторы 13, 15, 16 и 20 предназначены дл  согласовани  данного устройства по волновому сопротивлению. с 50-омным трактом. Все устройство выполн етс  гибридной интегральной схемой в мик рополосковом исполнении . Синфазность сигналов осуществл етс  подбором длин микрополосковых линий.

0 Управл ющий сигнал,  вл ющийс  входным сигналом, поступает на вход 4, делитс  на две равные части с помощью второго кольцевого делител  12 мощности и поступает на входы фазовращателей 21 и 23. Цепочка из фазовращател  и транзистора

5 выполн ет функцию управл емого переменным сигналом аналога индуктивности с регулируемыми диссипативными потер ми, котора  возникает между коллектором и базой транзисторов 17 и 23. При сдвиге входного сигнала по отношению к опорному

0 на угол, лежащий в пределах от  /2 до л между коллектором и базой транзисторов 17 и 22, возникает полное сопротивление, реактивна  составл юща  которого имеет индуктивный характер, а активна  составл юща   вл етс  отрицательной. В случае сигнала v oгичecкoй «1 на входе 4 наведенное индуктивное сопротивление транзистора 22 образует последовательный колебательный контур с конденсатором 14, настроенный на частоту опорного сигнала. Наведенное

Q индуктивное сопротивление транзистора 17 с конденсатором 18 образует параллельный колебательный контур, также настроенный на частоту опорного сигнала. Последовательный колебательный контур шунтирует опорный сигнал на общую шину и на выхо5 де 10 сигнал отсутствует, что соответствует значению логического «О. Параллельный колебательный контур в это врем  п|юпус- кает опорный сигнал на выход 9. что соот5

ветствует значению логической «1. В случае сигнала логического «О на входе 4 последовательный и параллельный колебательные контуры оказываютс  расстроены, а следовательно , на выходе 10 но вл етс  опорный сигнал, на выходе 9 он отсутствует. Наведенное - рицательное активное сопротивление позвол ет компенсировать активные потери в контурах, обусловлива  возможность усилени  опорного сигнала, а следовательно , и подстройки логических уровней. Принцип работы двухпозиционного переключател  изображен на фиг. 4. При этом исполнении переключател  7 опорный сигнал определенной частоты также подаетс  на кольцевой делитель 35 мощности и делитс  на две равные части: в первый канал через разделительный конденсатор 37 на вход первого транзистора 38 и во второй канал через разделительный конденсатор 43 на вход транзистора 44. В этой схеме разделительные конденсаторы 37, 42, 43 и 47 служат дл  разделени  и согласовани  внешних узлов с данным устройством. Четвертьволновые отрезки 50 и 53 линии передач и конденсаторы 51 и 54 разв зки предназначены дл  разв зки переменного сигнала в первом и втором каналах от цепей питани  транзисторов 38 и 44. Фотоприемник 36 служит дл  управлени  с помощью светового потока активным режимом транзисторов. Световой поток различной интенсивности  вл етс  входным логическим сигналом данного устройства . В качестве фотогтриемника 36 могут использоватьс  фотодиоды и фоторезисторы., а в качестве логического инвертора 52 - инвертор любой серии с отрицательной логикой . Устройство выполн етс  в микропо- лосковом исполнении. В исходном состо нии на информационный вход 8 подан опорный сигнал, а на клемму 18 питани  - посто нное напр жение. При отсутствии светового потока на входе 4 фотоприемник 36 закрыт и ток от источника питани  не поступает ни на транзистор 38, ни на логический инвертор 52. Транзистор 38 запираетс  и опорный сигнал с пе)вого выхода кольцевого делител  35 мощности на пр мой сигнальный выход 9 не проходит. А выход логического инвертора 52 имеет высокий отрицательный потенциал, который выводит транзистор 44 в активную область выходных рабочих характеристик . Транзистор 44 с закороченными через индуктивность 46 коллектором и базой образуют так называемый индуктивный транзистор, полное выходное сопротивление которого в зависимости от величины индуктивности 46 и тока источника питани  может состо ть из индуктивного реактивного и отрицательного активного. Это наведенное сопротивление включаетс  параллельно емкости конденсатора 45 и образует таким образом параллельный колебательный контур без потерь. Опорный сигнал с второго выхода кольцевого делител  35 мощности

проходит на инверсный сигнальный выход 10. Таким образом, при отсутствии оптического сигнала на входе 4 (логический «О) на пр мом сигнальном выходе 9 устанавливаетс  сигнал логического «О, а на инверсном сигнальном выходе 10 - сигнал логической «1. При по влении оптического сигнала на фотоприемнике (вход 4) через него проходит ток, который открывает эмиттерный переход транзистора 38 и опрокидывает в обратное состо ние логический инвертор 52. Транзистор 38 находитс  в активнбм, а транзистор 44 - в запертом состо ни х. В этом канале точно так же возникает параллельный колебательный контур без потерь, настроенный на частоту опорного сигнала, и пропустит этот сигнал на выход 9. На выходе 10 сигнал отсутствует.

Таким образом, применение радиочастотных двухпозиционных переключателей с пр мым и инверсным сигнальными выходами объединение пр мых сигнальных выходов с помощью кольцевого сумматора моплности в один логический выход и соединение инверсного выхода последнего переключател  с вторым логическим выходом позвол ет одновременно выполн ть две логические функции: дизъюнкции ИЛИ и дизъюнкции с инверсией ИЛИ-НЕ. К тому же использование такого переключател  в качестве основного структурного звена, имеющего высо- кое быстродействие из-за работы в СВЧ- диапазоне и не имеющего потерь сигнала, позвол ет увеличивать количество входных щин, а следовательно, и количество обрабатываемых переменных до нескольких дес тков при уменьщенной потребл емой мощности по опорному каналу.

Claims (3)

1. Логический элемент, содержащий кольцевой сумматор мощности, щину опорного сигнала, п логических входов, два логических выхода, двухпозиционный переключатель , имеющий информационный вход, управл ющий вход, пр мой сигнальный и инверсный сигнальный выходы, отличающийс  тем, что, с целью уменьщени  потребл емой мощности по опорному каналу, в него введены дополнительно п-1 двухпозиционных переключателей, управл ющие входы двухпозиционных переключателей  вл ютс  соответствующими логическими входами, пр мые сигнальные выходы соединены с соответствующими входами кольцевого сумматора мощности, выход которого  вл етс  первым логическим выходом, информационный вход первого переключател  соединен с шиной опорного сигнала, информационный вход каждого последующего двухпозиционного переключател  подключен к инверсно.му сигнальному выходу соответствующего предыдущего переключател , а инверсный сиг

нальный выход п-го переключател   вл етс  вторым логическим выходом.

2.Элемент по п. 1, отличающийс  тем, что двухпозиционный переключатель содер-- жит первый и второй фазовраплатели. транзисторы и конденсаторы, первый кольцевой делитель мощности, узел питани  с положительной и отрицательной клеммами питани , вход первого кольцевого делител  мощности  вл етс  управл юп им входом переключател , первый выход соединен с входом первого фазовращател , второй выход - с входом второго фазовращател , базы транзисторов соединены с общей шиной, эмиттеры транзисторов соединены с выходами соответствующих фазовращателей и через четвертьволновые отрезки линии передач с отрицательной клеммой узла питани , коллектор первого транзистора соединен с первым выводом первого конденсатора, коллектор второго транзистора через второй конденсатор соединен с общей щиной, коллекторы обоих транзисторов через четвертьволновые отрезки линии передач соединены с положительной клеммой узла питани , вход второго кольцевого делител  мощности  вл етс  информационным входом, первый выход через первый разделительный конденсатор соединен с вторым выводом первого конденсатора и первым выводом второго разделительного конденсатора, второй вывод которого  вл етс  инверсным сигнальным выводом, второй выход второго кольцевого делител  мощности через третий разделительный конденсатор соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом четвертого разделительного конденсатора , второй вывод которого  вл етс  пр мым сигнальным выводом.

3.Элемент по п. 1, отличающийс  тем, что двухпозиционный переключатель содер0

5

жит кольцевой делитель мощности, iiepBi)iii и второй транзисторы, базы которых соединены с общей шиной, первый и второй конденсаторы , причем коллектор второго транзистора через второй конденсатор соединен с общей шиной, а также содержит четыре разделительных конденсатора, клемму источника питани , ограничительный резистор, фотонриемник, инвертор, первую и вторую индуктивности, первую и вторую цепи разв зки , состо щие из первого и второг о конденсаторов разв зки и nepBoi o i второго четвертьволнового отрезка линии передачи, вход кольцевого делител  мощности  вл етс  информационным входом, первый выход через первый разделительный конденсатор соединен с эмиттером первого транзистора, второй выход через второй разделительный конденсатор соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор первого транзистора через первую индуктивность и первый кон0 денсатор соединен с общей щиной и через третий разделительный конденсатор с п) - мым сигнальным выходом, коллектор второго транзистора через второй конденсатор и вторую индуктивность соединен с общей щиной и через четвертый разделите.льный конденсатор с инверсным сигнальным выходом , клемма источника питани  через ограничительный резистор соединена с первым электрическим выводом фотоирнемника, оптический вход которого  вл етс  управл ю0 щим входом, второй электрический вывод фотоприемника соединен через первый четвертьволновый отрезок линии передач с эмиттером первого транзистора, через первый конденсатор разв зки - с общей тиной, а также с входом инвертора, выход которого

5 соединен через второй четвертьволновой отрезок линии передач с эмиттером второго транзистора и через второй конденсатор разв зки - с общей тиной.

5

фи-г,, J

55-3

фиг. 5

Редактор И. Рогулич Заказ 2540/54

Составитель О. Скворцов

Техред И. ВересКорректор И. Эрлейи

Тираж 928Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР поделай изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5 Производстненно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

QJi/zA

86

-г F KBrHF

ф1/г.