Логический элемент Советский патент 1988 года по МПК H03K19/20 

4

О

ел

со О5

Изобретение может быть использовано в качестве логических вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НЕ- ИЛИ в вычислительных системах для обработки информации, поступающей в виде оптических или радиоимпульсных сигналов. Для 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 управляющим входом 3 ДП 1, а ЛВ 8 с объединенными управляющими входами 3 ДП 11 и 12 позволяет увеличить коэффициент объединения по входу. Объединение инверсных и прямых сигнальных выходов 4 и 5 ДП 11 и 12 с помощью кольцевых сумматоров 13 и 14 мощности позволяет 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

Фиъ.

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

Целью изобретения является уменьшение потребляемой мощности по опорному каналу.

На фиг. 1 показана структурная схема логического элемента; на фиг. 2 и 3 - при- меры выполнения двухпозиционных переключателей с радиоимпульсным и оптиче- ским представлением входной информации; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема кольцевого сумматора мощности.

Логический элемент содержит двухпо- зиционный переключатель 1, который имеет информационный вход 2 управляющий вход 3, прямой 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 переключателя 11 и 12 и два кольцевых сумматора 13 и 14 мощности, информационный вход 2 первого двухпози- ционного переключателя 1 соединен с шиной 6 опорного сигнала, управляющий вход 3 является первым логическим входом 7 элемента, вторым логическим входом 8 которого является управляющий вход 3 второго двух- позиционного переключателя, который соединен с управляющим входом 3 третьего двухпозиционного переключателя, прямой 4 и инверсный 5 входы первого двухпозиционного переключателя 1 соединены с информационными входами 2 соответственно второго 11 и третьего 12 двухпозиционных переключателей, прямой выход 4 второго 11 и инверсный выход 5 третьего 12 двухпозиционных переключателей соединены с входами первого кольцевого сумматора 13 мощности, выход которого является первым логическим выходом 9 элемента, второй логический выход 10 которого является выходом второго кольцевого сумматора 14 мощности, входы которого соединены с инверсным выходом 5 второго 11 и прямым 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 фазовращателя 25 и 26, две индуктивности 27 и ,28 и узел 29 питания с положительной 30 и отрицательной 31 клеммами питания, вход первого кольцевого делителя 15 мощности является управляющим входом 3 двухпозиционного переключателя, первый выход первого кольцевого делителя 15 мощности соединен с входом первого фазовращателя 25, а второй выход - с входом второго фазовращателя 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, которая 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 питания, которая 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 переключателя и первым выходом второго кольцевого делителя 16 мощности, вход и второй выход которого соединены соответственно с информационным входом 2 двухпозиционного переключателя и через пятый конденсатор 21 - с коллектором второго транзистора 24, который через шестой конденсатор 22 соединен с прямым выходом 4 двухпозиционного переключателя, а вторые выводы первой 32 и второй 33 четвертьволновых линий соединены с отрицательной клеммой 31 узла 28 питания, 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 является информационным входом 2 двухпозиционного переключателя, 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 является управляющим входом 3 двухпозиционного переключателя, и инвертор 56, шина 57 питания 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 делителя 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, которая соединена через первую индуктивность 52 и пятый 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 прямым 4 и инверсным 5 выходами двухпозиционного переключателя.

Логический элемент работает следующим образом.

В исходном состоянии на шину б опорного сигнала подается переменный сигнал определенной опорной частоты, которая является 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 переключателя с радиочастотным управлением (фиг. 2) входные логические уровни образуются амплитудной модуляцией радиочастотного сигнала, а при использовании переключателя с оптическим управлением (фиг. 3) входные логические уровни образуются модуляцией оптического сигнала. В последнем случае оптический сигнал преобразуется в высокочастотный радиосигнал и все действия в схеме выполняются на несу1цей радиочастотного опорного сигнала. При необходимости перехода в оптический диапазон на выходе схемы становится детектор и светоизлучатель. Каждый двух- позиционный переключатель представляет собой радиочастотный ключ, который с информационного входа 2 переключает сигнал опорной частоты на прямой 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 переключателя 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 перебросится 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 прямом 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 переключателя 12 перебросится на прямой сигнальный выход 4 и через кольцевой сумматор 14 мощности пройдет на логический выхОлТ. 10, что соответствует наличию на этом выходе уровня логической «1. На логическом выходе 9 уровень логического «О, так как на инверсном 5 и прямом 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 переключателя 11. При логическом «О на входе 8 этот сигнал с информационного входа 2 перебросится на инверсный выход 5 и через кольцевой сумматор 14 мощности поступит на логический выход 10. Это соответствует наличию уровня логической «1 на этом выходе. На первом логическом выходе 9 в это время сигнал логического «О. Подача на вход 8 уровня логической «1 перебросит опорный сигнал с информационного входа 2 на прямой 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 является двухпо- зиционный переключатель 1, 11, 12.

Принцип работы переключателя с радиочастотным управлением заключается 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 для выполнения необходимой развязки этого сигнала. С помощью блока 29 питания транзисторы 23 и 24 выводятся в активную область рабочей характеристики. Четвертьволновые линии служат для развязки цепей постоянного тока. Разделительные конденсаторы 19-22 необходимы для согласования волнового сопротивления данного устройства с 50-омным трактом линии передачи. Синфазность сигналов осуществляется подбором длин микрополосковых линий. Управляющий сигнал, являющийся входным сигналом, поступает на вход 3, делится в два канала кольцевым делителем 15 мощности и поступает на входы фазовращателей 25 и 26. Цепочка из фазовращателя и транзистора выполняет роль управляемого переменным сигналом аналога полного сопротивления, 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 для увеличения диапазона подстройки резонансной частоты и уменьшения влияния 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 уровня логического «О на входе 3 оба контура окажутся 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 устраняет потери в данных контурах.

Рассмотрим принцип работы двухпози- ционного переключателя с оптическим управлением (фиг. 3). Опорный сигнал определенной частоты подается на кольцевой делитель 41 мощности и делится 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 для согласования 50-ом- ного тракта с данной логической схемой. Четвертьволновые отрезки линий 58 и 59 передач, а также конденсаторы 44 и 47 развязки предназначены для развязки цепей постоянного тока. Фотоприемник 55 служит для управления с помощью светового потока активны.м режимом транзисторов 42 и 43. Модулированный световой поток является входным сигналом данной схемы. В качестве фотоприемника 55 могут использоваться фотодиоды и фоторезисторы.

Инвертор 56 служит для инвертирования входного логического сигнала, т. е. для выключения второго канала .при включении первого. В качестве инвертора можно использовать любую схему с отрицательной логикой. Схема имеет микрополосковое исполнение. В исходном состоянии на информационный вход 2 подан опорный сигнал, а на шину 57 питания - постоянное напряжение. При отсутствии оптического сигнала на входе 3 фотоприемник 55 заперт и ток

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

от источника питания 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 находится 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 менять свой характер. При определенных значениях этих величин это сопротивление состоит из индуктивного реактивного и отрицательного активного. Наведенное индуктивное сопротивление образует с конденсатором 49 параллельный колебательный контур, а отрицательное активное устраняет 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 прямом сигнальном выходе 4 уровень логического «О, а на инверсном сигнальном выходе 5 - уровень логической «1. При появлении 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 находится 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 время будет сигнал логического «О.

Таким образом, соединение первого логического входа с управляющим входом первого переключателя, а второго логического входа - с объединенными управляющими входами второго и третьего переключателей позволяет увеличить коэффициент объединения по входу, а данное объединение инверсных и прямых сигнальных выходов второго и третьего переключателей с помощью кольцевых сумматоров мощности позволяет выполнять по первому и второму логическим выходам функции равнозначности и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ при малом потреблении мощности по опорному каналу.

Формула изобретения

прямой и инверсный выходы, шину опорного сигнала, два логических входа и два логических выхода, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности по опорному каналу, в него введены дополнительно два двухпозиционных переключателя и два кольцевых сумматора мощности, информационный вход первого двухпозицион- ного переключателя соединен с щиной опорного сигнала, управляющий вход является первым логическим входом элемента, вторым логическим входом которого является управляющий вход второго двухпозиционного переключателя, который соединен с управляющим входом третьего двухпозиционного переключателя, прямой и инверсный входы первого двухпозиционного переключателя соединены с информационными входами соответственно второго и третьего двухпозиционных переключателей, прямой выход второго и инверсный выход третьего двухпозиционных переключателей соединены с входами первого кольцевого сумматора мощности, выход которого является первым логическим выходом элемента, второй логический выход которого является выходом второго кольцевого сумматора мощности, входы которого соединены с инверсным выходом второго и прямым выходом третьего двухпозиционных переключателей.

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 переключателя и первым выходом второго кольцевого делителя мощности, вход и второй выход которого соединены соответственно с информационным входом двухпозиционного переключателя и через пятый конденсатор - с коллектором второго транзистора, который через шестой конденсатор соединен

с с прямым выходом двухпозиционного переключателя, а вторые выводы первой и второй четвертьволновых линий соединены с отрицательной клеммой узла питания, клеммы которого соединены через резисторы н конденсаторы с общей шиной.

0 3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что каждый двухпозиционный переключатель содержит кольцевой делитель мощности, вход которого является информационным входом двухпозиционного переключателя, первый и второй транзисторы, базы которых соединены с общей шиной, восемь конденсаторов, две индуктивности, резистор и фотоприемник, оптический вход которого является управляющим входом двухпозиц11онного переключателя, и инвертор, шина питания

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 делителя 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, которая соединена через первую индуктивность и пятый 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 прямым и инверсным выходами дву.хпозиционного переключателя.

0

iijfrju О