СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ МАЖОРИТАРНЫХ И ПОРОГОВЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ Советский патент 1973 года по МПК H03K19/162 

1

Изобретение относится к логнчески.м устройствам цифровой электронной вычислительной те.хники, автоматики и связи.

Известен способ выполнения мажоритарных и порогоаы.х логических операций в колебательном контуре фазового радиоимиульсного логического эле,1ента, на;пример параметрона нутем суммирования в.ходных сигналов.

Благодаря высокое надежности, быстродействию и логической универсальяости параметроны в комбинационных схемах обладают существенными нреимущес вами неред нидеоимпульсными элемента.ми. Однако как элементарный автомат иараметрон ири сущес11вуюии1х способах построения схем з начительно уступает, например, триггеру на трзнзисторах. Это обусловлено тем, что состояние, в которое иереходит параметрон, заBffCTiT только от входных сигналов, в то время как состояние, в которое переходит триггер, зависит также и от его предыдущего состояния. Поэтому для построения логических схем с динамической памятью, таких как триггер, счетчик, регистр приходится расходовать не менее трех параметронов на каждую единицу ийформации.

В то же время в контуре параметрона в промежутках между интервалами возбуждения сущест вуют затухающие остаточные колебания, фаза которых завнсит от фазы параметрических колебаний, существовавших в предыдущем цнкле возбуждения. При существующих способах построения логических схем остаточные колебания рас-сматриваются как по.меха, и параметры элемента, коэффициент связи II тактовая частота выбираются с таким расчетом, чтобы к началу следующего цикла возбуждения амплитуда этих колебаПИЙ была миого меньше амплитуды управляющего сигиала. Это существенно ограничивает быстродействие устройства и нагрузочную способность параметрона. Логическ-ие возможности параметронов в

схемах конечных автоматов могут быть значительно расширены, и их быстродействие увеличено, если при построении логических схем использовать остаточные колебания в качестве сигнала, несущего инфор.мацию о

предыдущем состоянии параметрона. В дальнейшем будем называть такой сигнал сигналом намят.

На фиг. 1 изображена иршщипиальиая схема цараметрона, иа фиг. 2 -- график изменения амплитуд параметрических и остаточных колебаний и управляющего сигнала в контуре иараметрона; на фиг. 3 и 4 - схематическое изображение и графы переходов нараметрона, обладающего свойствами триггера, на ф.иг. 5 - график амплитуды синфазной составляющей остаточ-пых колебаний при наличии расстройки; на фиг. б-схематическое изображение элементарного конечного автомата на иараметроне с инверсией сигнала памяти ,и граф переходов этого автом.ата.

Колебательныйконтур лараметрона

(фиг. 1) образован катушкой / индуктивности и йелинёйной емкостью диодов 2 и 3. Постоянное на-пряжение смещения и высокоча-стотное ваиряжение иитания (нодкачки) подводятся к зажимам 4. Связь с Внещними цепями осуществляется с помощью обмотки 5 связи, расположенной на общем сердечнике с катущкой / индуктивности. Входные сигналы TiOu-BoiJiTCH через сопротивления связи 5 и 7. Выход ной сигнал без ивверсии снимается с зажима S, а с инверсией - с зажима 9. Входные сигналы также можно подвертнуть инверсии, подключив сОп-ротивлепня связи к зажиму 9. Число входных сигналов при одинаковых весах, в отличие от известных схем на параметронах, может быть четным.

На фиг. 2 кривая а изображает изменение амплитуды параметрических колебаний параметрона. Возбуждение нараметрона прекрапи1егся в момент времени /i и вновь начинается в момент /9. В промежутке времени /1/0 в контуре существуют затухающие остаточн яе колебания (кривая б) и постепенно нарастающие управляющие колебания (кривая в), создаваемые входными сигналами.

Параметры контура и коэффициент связи выбирают таким образом, чтобы амплитуда остаточных колебаний в .момент tz была эквивалентна входному сигналу с единичным или целочисленным весом. Если средняя частота остаточных колебаний равна частоте параметрического возбуждения, то фаза остаточных колебаний в указанный мо.мент времени совпадает с фазой параметрических колебаний в предыдущем цикле возбуждения. Следовательно, сигнал намяти имеет то же значение, что и предыдущее состояние параметрона.

Схематическое изображение элементарного конечного автомата при двух входных сигналах с единичным весом и единичном весе сигнала памяти и его граф показано на фиг. 3. а eix) таблипа имеет вид

Как В-идно из таблицы, па,раметрон реализует операцию конъюнкции, если предыдущим состоянием был нуль и операцию дизъюнкции, если предыдущим состоянием была единица.

Это можно представить также логической функцией Qf,. XYQt V(XvY)Qt .

При большом числе входных сигналов и отлич-ном от единицы весе сигнала памяти можно реализовать еще более сложные логические функции.

Если одш из входных сигналов подвергнуть инверсии, как показано па фиг. 4, то получается триггер с двумя входами. Вход X является входом установки единицы, а вход Y - входом устаиов си нуля.

При таком способе построения схем параметроны могут р:ассматриваться также как пороговые элементы с переменным порогом, зависящим от результата логической операции в предыдущем такте. Это свойство используют при иостроении логических сетей с адаптацией, самоорганизующихся систем. Применяя в качестве отдельных входшлх сигналов константы нуль и единица, можно получить пороги с разными абсолютными величищами. Нетрудно получить и логические

5 элементы с нецелочисленными по;рогами.

Свойства остаточных колебаний позволяют осуществить инверсию сигнала -памяти. Для этого средняя частота остаточных колебаний должна отличаться от частоты параметрических колебаний на некоторую величину Ай) шост-шпар. Мы говорим о средней частоте остаточных колебаний потому, что из-за нелинейности емкости или индуктивности параметрона их частота с изменением амшлиту5 ды несколько меняется. Тогда напряжение остаточных колебаний можно записать в виде

t/oCT f/na4 е cos () 6пач е-cos ((011ар+Д(о)-|-фо-)-Дф,

где и us

-начальная амплитуда

оотаточиых колебаний;

-коэффициент затухания;

ц Ф

-начальная фаза;

-фаза наибольшей чувствительфоности параметрона.

Это выражение может иметь вид () cos (сопар/-)и ост и нам 6 (Аю + Дф) sin (сопар +фо) -f-фо)(Уиач е Следовательно, остаточные колебания можно представить как сумму двух сдвинутых друг относительно друга иа 90° колебаний частоты сопар. В силу фазоизбирательиых .свойств параметрона на фазу параметрических колебаний влияет только синфазная составляющая, ее ампл:итуда меняется по закону бнач (Au)/+Aq)) и, следовательно, в определенные отрез-ки времени при-нимает отрицательные значения, т. е. фаза оказьгвается сдвинутой на 180° относитёльно фазы лараметрических колебаний в предыдущем такте. Если выбрать параметры схемы таким образом, чтобы момент возбуждения napai ieTрона (фиг. 5) совпадал с одним из этих отрезков времени, то остаточные колебания будут играть роль сигнала памяти, значение которого является инверсией предыдущего соетояния параметрона. Схематическое изображение логического элемента с инверсией сигнала памяти и его граф показа ны иа фиг. 6. Такой элемент реализует дизъюнкцию, если предыдущее состояние нуль, и конъюикцию. предыдущее состояние единица, т. е. его логическзя функция имеет вид в, , {XvY)e( V(XY)e, . Предмет изобретения Способ вьшолНения мажоритарных и пороговых логических операций в колебательном контуре фазового радиоимпульсного логического элемента, например параметрона, путем суммирования входных сигналов, имеющих фазовое представление информации, отличающийся тем, что, с целью расширения логических возможностей повыщения быстродействия, элемеит возбуждают в момент времепи, когда синфазная или противофазная с сигналом составляющая остаточных колебаний эквивалентна по амплитуде входному сигналу с соответствующим весом.

Риг, 2

JlvY

лх

XvY

Фчг 3

XY KY

ХУ

XYv НУ V XY

Фиг

XvY