Логический элемент Советский патент 1988 года по МПК H03K19/20 

4

о

сд

со

Изобретение может быть использовано в радиоимпульсных вычислительных устройствах для обработки сигналов пикосекунд- ной длительности. Цель изобретения - уменьшение мощности по опорному каналу. Для 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 прямым и инверсными сигналами. Объединение прямых сигнальных выходов в один логический выход и соединение инверсного выхода последнего П с вторым логическим выходом позволяют одновременно выполнять 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, позволяет увеличивать количество шин, а следовательно, и количество обрабатываемых переменных до нескольких десятков, при уменьшенной потребляемой мощности по опорному каналу. 2 з. п. ф-лы, 6 ил. (О (Л

Фи-г,-1

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

Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности по опорному каналу.

На фиг. 1 представлена структурная схема логического элемента; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема двухпози- ционного переключателя логического элемента с разночастотным входом; на фиг. 3 - таблица истинности данного логического элемента; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема двухпозиционного переключателя 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 прямы.м сигнальным выходом 9,

первый выход второго кольцевого делителя 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 делителя 12 мощности через второй фазовращатель 23 подключен к эмиттеру второго транзистора 17, базой соединенного с общей щиной 19. К тому же, отрицательная клемма 24 блока 25 питания, состоящего

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

электрическая схема, по которой выполня-через четвертьволновые отрезки 30 и 31 лиются кольцевые делители и сумматоры мощ-нии передач соединена с эмиттерами, а поности; на фиг. 6 - принципиальная элект-ложительная клемма 32 через четвертьволрическая схема фазовращателя.новые отрезки 33 и 34 линии передач - с

Логический элемент содержит щину 1 опорного сигнала, логические выходы 2 и 3, п управляющих входов 4-1-4-п, совпадающих с входами логического элемента, функциональный узел 5, состоящий 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 управляющий вход совпадающий с i-м входом 4-i логического устройства, прямой 9-/ и инверсный 10-/ сигнальные выходы, управляющий 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 делителя 35 мощности является информационным входом 8-i, оптический вход фотоприемника 36 - управляющим входом, совпадающим с входом 4-i логического устройства, первый выход кольцевого делителя 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, прямые сигнальные выходы 9-г присоединены к соответствующему входу кольцевого сумматора 6 мощности, выход которого является первым логическим выходом 2, информационный вход 8-1 первого двухпозиционного переключателя 7-1 соединен с шиной 1 опорного сигнала, а каждый информационный вход 8-/ последующих переключателей, начиная с переключателя 7-2, подключен к инверсному сигнальному выходу 10-М соответствующего предыдущего переключателя, а инверсный сигнальный выход lQ-/i переключателя 7-п является вторым логическим выходом 3. Кроме того, в каждом из п двухпозиционных переключателей 7-i с радиочастотным входом, вход первого кольцевого делителя 11 мощности является информационным входом 8-i, вход второго кольцевого делителя 12 мощности является управляю35

щиной 39, а коллектор через первый конденсатор 40 и индуктивность 41 - с общей щиной 39 и через второй разделительный конденсатор 42 с прямым сигнальным выходом 9., второй выход кольцевого делителя 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 питания 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 развязки 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 делителя 11 мощности через пер- зок 53 линии передачи подключен к эмиттеру

второго транзистора 44 и через второй конденсатор 54 развязки 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- стоят из полосковых линий 55-1-55-5, резистора 56, входной клем.мы 57 и выходных клемм 58 и 59. Кольцевой сумматор 6 .мощтеля 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 прямы.м сигнальным выходом 9,

первый выход второго кольцевого делителя 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 делителя 12 мощности через второй фазовращатель 23 подключен к эмиттеру второго транзистора 17, базой соединенного с общей щиной 19. К тому же, отрицательная клемма 24 блока 25 питания, состоящего

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 делителя 35 мощности является информационным входом 8-i, оптический вход фотоприемника 36 - управляющим входом, совпадающим с входом 4-i логического устройства, первый выход кольцевого делителя 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 прямым сигнальным выходом 9., второй выход кольцевого делителя 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 питания 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 развязки 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- стоят из полосковых линий 55-1-55-5, резистора 56, входной клем.мы 57 и выходных клемм 58 и 59. Кольцевой сумматор 6 .мощности содержит ячейки (фиг. 5), только клеммы 58 и 59 в этом случае будут входными, а клемма 57 - выходной. Фазовращатели 21 и 23 (фиг. 6) содержат циркулятор 60, у которого клемма 61 является 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 управляющего напряжения. На фиг. 3 представлена таблица истинности логического элемента.

Элемент работает следующим образом.

В исходном состоянии на шину 1 опорного сигнала подается переменный сигнал определенной частоты, который является рабочей частотой всего логического устройства и частотой выходного сигнала, снимаемого с логических выходов 2 и 3 в виде амплитуды. Выходным уровнем логической «1 является наличие амплитуды синусоидального сигнала, а выходным уровнем логического «О - отсутствие колебаний сигнала синусоидальной формы. Входные логические уровни в зависимости от применяемого двухпозицион- ного переключателя 7 могут образовываться с помощью амплитудной модуляции радиочастотного сигнала (переключатель с радиочастотным управлением, изображенный на фиг. 2) или с помощью модуляции оптического сигнала (переключатель с оптическим управлением, изображенный на фиг. 4). В общем случае каждый двухпозиционный переключатель 7 представляет собой радиочастотный ключ, который с информационного входа 8 переключает сигнал опорной частоты на прямой сигнальный выход 9 при наличии управляющего сигнала на входе 4 и на инверсный сигнальный выход 10 при отсутствии управляющего 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 я 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 переключателя 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 устанавливается 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) имеется сигнал логического «О, так как на прямых сигнальных выходах 9 всех переключателей опорный сигнал отсутствует.

С появлением сигнала логической «1 хотя бы на одном из входов 4 логического устройства, на логических выходах 2 и 3 результирующее значение входной кодовой комбинации изменяется на противоположное. Ос- новным узлом данного логического устройства является двухпозиционный переключатель 7.

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

с части. Развязка сигнала опорной частоты в двух каналах осуществляется с помощью резистора 56. С помощью блока 25 питания транзисторы 17 и 22 выводятся в активную область рабочих характеристик. Четвертьволновые отрезки 30, 31, 33 и 34 линии пе0 редачи служат для развязки устройства по постоянному току. Разделительные конденсаторы 13, 15, 16 и 20 предназначены для согласования данного устройства по волновому сопротивлению. с 50-омным трактом. Все устройство выполняется гибридной интегральной схемой в мик рополосковом исполнении. Синфазность сигналов осуществляется подбором длин микрополосковых линий.

0 Управляющий сигнал, являющийся входным сигналом, поступает на вход 4, делится на две равные части с помощью второго кольцевого делителя 12 мощности и поступает на входы фазовращателей 21 и 23. Цепочка из фазовращателя и транзистора

5 выполняет функцию управляемого переменным сигналом аналога индуктивности с регулируемыми диссипативными потерями, которая возникает между коллектором и базой транзисторов 17 и 23. При сдвиге входного сигнала по отношению к опорному

0 на угол, лежащий в пределах от я/2 до л между коллектором и базой транзисторов 17 и 22, возникает полное сопротивление, реактивная составляющая которого имеет индуктивный характер, а активная составляющая является 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 время 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 оказываются расстроены, а следовательно, на выходе 10 ноявляется опорный сигнал, на выходе 9 он отсутствует. Наведенное - рицательное активное сопротивление позволяет компенсировать активные потери в контурах, обусловливая возможность усиления опорного сигнала, а следовательно, и подстройки логических уровней. Принцип работы двухпозиционного переключателя изображен на фиг. 4. При этом исполнении переключателя 7 опорный сигнал определенной частоты также подается на кольцевой делитель 35 мощности и делится 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 для разделения и согласования внешних узлов с данным устройством. Четвертьволновые отрезки 50 и 53 линии передач и конденсаторы 51 и 54 развязки предназначены для развязки переменного сигнала в первом и втором каналах от цепей питания транзисторов 38 и 44. Фотоприемник 36 служит для управления с помощью светового потока активным режимом транзисторов. Световой поток различной интенсивности является входным логическим сигналом данного устройства. В качестве фотогтриемника 36 могут использоваться фотодиоды и фоторезисторы., а в качестве логического инвертора 52 - инвертор любой серии с отрицательной логикой. Устройство выполняется в микропо- лосковом исполнении. В исходном состоянии на информационный вход 8 подан опорный сигнал, а на клемму 18 питания - постоянное напряжение. При отсутствии светового потока на входе 4 фотоприемник 36 закрыт и ток от источника питания не поступает ни на транзистор 38, ни на логический инвертор 52. Транзистор 38 запирается и опорный сигнал с пе)вого выхода кольцевого делителя 35 мощности на прямой 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 питания может состоять из индуктивного реактивного и отрицательного активного. Это наведенное сопротивление включается параллельно емкости конденсатора 45 и образует таким образом параллельный колебательный контур без потерь. Опорный сигнал с второго выхода кольцевого делителя 35 мощности

проходит на инверсный сигнальный выход 10. Таким образом, при отсутствии оптического сигнала на входе 4 (логический «О) на прямом сигнальном выходе 9 устанавливается сигнал логического «О, а на инверсном сигнальном выходе 10 - сигнал логической «1. При появлении оптического сигнала на фотоприемнике (вход 4) через него проходит ток, который открывает эмиттерный переход транзистора 38 и опрокидывает в обратное состояние логический инвертор 52. Транзистор 38 находится в активнбм, а транзистор 44 - в запертом состояниях. 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 прямым и инверсным сигнальными выходами объединение прямых сигнальных выходов с помощью кольцевого сумматора моплности в один логический выход и соединение инверсного выхода последнего переключателя с вторым логическим выходом позволяет одновременно выполнять две логические функции: дизъюнкции ИЛИ и дизъюнкции с инверсией ИЛИ-НЕ. К тому же использование такого переключателя в качестве основного структурного звена, имеющего высо- кое быстродействие из-за работы в СВЧ- диапазоне и не имеющего потерь сигнала, позволяет увеличивать количество входных щин, а следовательно, и количество обрабатываемых переменных до нескольких десятков при уменьщенной потребляемой мощности по опорному каналу.

Формула изобретения

нальный выход п-го переключателя является вторым логическим выходом.

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 питания, ограничительный резистор, фотонриемник, инвертор, первую и вторую индуктивности, первую и вторую цепи развязки, состоящие из первого и второг о конденсаторов развязки и nepBoi o i второго четвертьволнового отрезка линии передачи, вход кольцевого делителя мощности является 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)я- 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 питания через ограничительный резистор соединена с первым электрическим выводом фотоирнемника, оптический вход которого является управляю0 щим входом, второй электрический вывод фотоприемника соединен через первый четвертьволновый отрезок линии передач с эмиттером первого транзистора, через первый конденсатор развязки - 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 развязки - 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, Раушская наб., д. 4/5 Производстненно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

QJi/zA

86

-г F KBrHF

ф1/г.