Накапливающий двоичный счетчик

 

НАКАПЛИВАЮЩИЙ ДВОИЧНЫЙ СЧЕТЧ1Ж, содержащий входную шину, блок синхронизации, первый пороговый элемент ИЛИ, два пороговых элемента И , элемент НЕ и первую линию за:держки , вход которой соединен с выходом первого порогового элемента ;ИЛЙ первый вход которого соединён с выходом первого порогового эле- ; мента И,- выход элемента НЕ соединен .с первым вхрАсмл второго порогового , элемента И входная шина соединена с зходом блока синхронизации, о тл и ч а ю и и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введе.ны вторая линия задержки , связанная с первой линией задержки неуравновешенной электромаг-. : ниткой связью, второй пороговый элемент ИЛИ, два усилителя и .аттенюатор , вход которого соединен с первым входом первого порогового элемента И и с выходом первой линий задержки, выход второй линии задержки соединен с инверсным входом первого усилителя и с входом второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом первого порогового элемента И, выход которого .соединен с первым входом второго порогового элемента ИЛИ, выход которого соединен с BTopt i входе второго порогового элемента И, выход которого соединен с вхрдом второй линии задержки , выход первого усилителя соединен с вторыми входами первого и второго пороговых элементов ИЛИ, выходы блока синхронизации и аттенюатора соединены соответственно с третьим входом первого порогового элемента ИЛИ и с входом элемента lil НЕ. СП 4 О СО

СОЮЗ COBFTCMHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГЗУБЛИН

0 (5Р .Н 03 К 27/2й.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21 ) 3450556/18-21 .(22) 09.06.82 (46)30.09.83. Вюл. 9 36 . (72) В.В; Дмитриев и М.М. Седых (71), Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. A.À. Жданова (53) .621.374.32(.088.8) .(56) 1. Патент Clllh 9 3521036, кл. 235-92, 1970 °

2.. Авторское свидетельство СССР

Р 395989, кл. Н 03 К 27/02, 1973. (прототип). (54 ) (57 ) НАКАПЛИВИОЩИЙ ДВОИЧНЫЙ

СЧЕТЧИК, содержащий входную шину, блок синхронизации, первый пороговый элемент ИЛИ, два пороговых элемента И, элемент НЕ и первую линию задержки, вход которой соединен с выходом первого порогового элемента

;ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом nepsoro порогового элемента И, выход элемента НЕ соединен.с первьж входом второго порогового элемента И, входная шина соединена с входом блока .синхронизации, о тличающийся тем, что, с

ÄÄsuÄÄ1 045403 A целью повышения быстродействия, в него введены вторая линия задержки, связанная с первой линией задержки неуравновешенной электромаг-. . нитной связью, второй пороговый элемент ИЛИ, два усилителя и,атте. нюатор, вход которого соединен с первым входом первого порогового элемента И и с выходом первой линии задержки, выход второй линии задержки соединен с инверсным входом первого усилителя и с входом второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом первого порогового элемента И, выход которого, соединен с первым входом второго порогового элемента ИЛИ, выход которого соеди- Ф нен с вторяк входом второго порогового элемента И, выход которого соединен с входом второй линии задержки, выход первого усилителя соединен с вторыми входами первого и второго пороговых элементов ИЛИ, выходы блока синхронизации и аттенюатора соединены соответственно с третьим входом первого порогового элемента ИЛИ и с входом элемента . НЕ °

1045403

-Изобретение относится к импульсной технике, а именно к счетчикам .импульсов, в которых импульсы непрерывно циркулируют в замкнутом шлейфе, содержащем линии задержки, и может быть применено в вычислительной технике и радиоприемной аппаратуре с цифровой .обработкой информации.

Известен двоично-десятичный счетчик импульсов, содержащий замкнутый контур циркуляции импульсов, образованный полусумматором, подключенным входом А и выходом 5 к линии задержки. Вход В и выход С полусумматора, соединенные с однобитовой линией задержки и элементом ИЛИ, образуют цепь переноса импульса в следующий разряд P1 ).

Недостатком данного устройства является наличие цепи переноса импульса в следующий разряд, что ведет к снижению быстродействия.

Известен накапливающий двоичный счетчик., содержащий линию задержки, три элемента И, элемент НЕ, триггер,. элемент ИЛИ, элемент задержки и блок синхронизации. Первый элемент И входами соединен с выходом линии задержки и .нулевым выходом триггера. Выход первого элемента И подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом линии задержки. Второй, элемент И входами соединен через элемент НЕ с выходом линии задержки и единичным выходом триггера, выход второго элемента И соединен с вторым входом элемента ИЛИ и через элемент задержки с нулевым входом триггера. Третий элемент И входом соединен с выходом блока синхронизации, а выходом с единичным входом триггера, входная шина соединена с входом блока синхронизации. В данном устройстве сокращено количество элементарных логических элементов, тем самым уменьшено время обработки импульса, т.е, увеличено быстродействие счетчика 2 ).

Однако наличие цепи переноса. импульса в следующий разряд, образо ванной вторым элементом И, элементом задержки и триггером, ведет к снижению бйстродействия:счетчика. Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в накапливающий двоичный счетчик, содержащий входную шину, блок 1синхронизации, первый пороговый элемент ИЛИ, два пороговых элемента И, элемент .НЕ и первую линию задержки, вход которой соединен с выходом первого порогового элемента

ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого порогового эле5

25 мента И, выход элемента HE соединен с первым входом второго порогового элемента И, входная шина соединена с входом блока синхронизации, введены вторая линия задержки, связайная с первой линией задержки неуравновешенной электромагнитной связью, второй пороговый элемент ИЛИ, два усилителя и аттенюатор, вход которого соединен с первым входом первого порогового элемента И и с выходом первой линии задержки, выход второй линии задержки соединен с инверсным входом первого усилителя и с входом, второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом первого порогового элемента И, выход которого соединен с первым входом второго порогового элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго порогового элемента

И, выход которого соединен с входом второй линии задержки, выход первого усилителя соединен с вторыми входами. первого и второго пороговых элементов ИЛИ, выходы блока синхронизации и аттенюатора соединены соответственно с третьим входом первого порогового элемента ИЛИ н входом элемента HE.

На фиг. 1 представлена схема на30 капливающего двоичного счетчика> .на .фиг. 2 и 3 — эпюры сигналов в характерных точках устройства.

Схема содержит связанные линии

1 и 2 задержки, логический блок 3, 35 блок 4 синхронизации, усилители

5 и б, аттенюатор 7, элемент HE 8, пороговые элементы И 9 и 10, пороговые элементы ИЛИ 11 и 12, выходную шину 13 и входную шину 14.

40 Выход элемента ИЛИ 11 соединен с выходной шиной.13 и с входом линии 1 задержки, выход которой соединен с входом аттенюатора 7 и с первым входом элемента И 10, выход .

45 которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ 11 и 12., выход последнего из которых соединен с первым входом элемента И 9, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 8, вход которого соединен с

50 выходом аттенюатора 7, выход элемента И 9 соединен с входом линии

2 задержки, выход которой соединен с инверсным входом усилителя.5 и с входом усилителя б, выход которого

55 соединен с вторым входом элемента

И 10, выход усилителя 5 соединен с вторыми входами элементов ИЛИ 11 и 12, входная шина 14 соединена с входом блок 4 синхронизации, выход

60 которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ 11.

Логический блок 3 содержит усилители 5 и б, аттенюатор 7, элемент

НЕ 8, элементы И 9 и 10 и элементы

ИЛИ 11 и 12.

1045403

-15

50.На фиг. 2 обозначены эпюры 15-23 сигналов соответственно на выходе блока 4 синхронизации на входах связных линий 1 и 2 задержки, на выходах линий 1 и 2 задержки, на вы,ходе усилителя 5, выходе элемента

И 10; на выходе элемента НЕ 8 и на выходе элемента ИЛИ 12. 1

На фиг. 3 обозначены эпюры 24-27 сигналов соответственно на выходах .связанных линий 1 и 2 задержки,и на выходах линий 1,2 задержки.

Накапливающий двоичный счетчик ° работает следующим образом.

До поступления на входную шину

14 счетчика счетных импульсов по свя ванным линиям 1 и 2 не распространяется ни один импульс. При этом на входы усилителей 5 и 6 и аттенюатора 7 подаются потенциалы, соответствующие логическому нулю. Следовательно, на вход элемента HE 8 также поступает логический "О", а на его выходе будет логическая "1", которая подается íà вход элемента

И 9. На другой вход элемента И 9 ,с выхода усилителя б через элемент

И 10 и элемент HJIH 12 поступает логический "О". На выходе элемента

И 9 также будет логическая "1". С выхода усилителя 5 и с выхода элемента И 10 на вход элемента 11 ИЛИ подается логический О. А поскольку счетные импульсы с блока 4 синхронизации не поступают, то на всех входах элемента ИЛИ 11 будет логический "О" и, следовательно, на его выходе также будет логический

"0". Таким образом, на входы связанных линий 1 и 2 импульсы не подаются и нулевое состояние счетчика является устойчивым. 40

Пусть в момент (фиг. 2, эпюра 15) с блока 4 синхронизации на вход элемента ИЛИ 11 подается счетный импульс, тогда на входе линии 1 задержки (фиг. 2, эпюра 16) через 45 время, определяемое суммарной задержкой в .логическом блоке 3 появляется импульс положительной полярности амплитуды А . На выходе линии 2 задержки (фиг. 2, эпюра

17) потенциал остается равным нулю.

При таком несимметричном возбуждении импульс, поданный на вход линии

1 задержки, при прохождении по связанным линиям распадается на две пары импульсов. Это обусловлено неуравновешенностью электромагнитной связи между линиями, в результате чего синфазные и противофазные импульсы распространяются в линиях с разной скоростью: синфазные со скоростью Vg противофазные со скоростью Ч„, . Электрическая и магнитная составляющие .связи между линиями 1 и 2, имеющими длину выбраны таким образом, что раз-. 65 ница между временем задержки

T „= L/×, синфазных и временем ,,задержкй T>= L/V „, „ противофазных импульсов в связанных линиях равна Т= Т -T„=T где Тп — период следования кодовых импульсов.

Таким образом, на выходах связанных линий 1 и 2 (фиг. 2, эпюры

18 и 19 )через время Т= т„+Т». после подачи счетного импульса 1появят-. ся импульсы положительной полярности с амплитудой A/2 (считаем, что потери в линиях отсутствуют ), меньшей напряжения О и« срабатывания пороговых элементов 10-12. Поэтому на выход элемента И 10 импульс не пройдет и на входах элементов 11 и 12 ИЛИ останутся логические "0" (фиг. 2, эпюра 21). Положительный импульс с выхода линии 2 задержки, пройдя через инвертирующий усилитель 5, станет отрицательным, т.е. будет ниже 0д р логических элементов ИЛИ 11 и 12. Если при этом в момент 1 о + Т с блока 4 синхронизации не поступает следующий счетный импульс, то на всех входах элементов ИЛИ 11 и 12 будут логический О.

С выхода элемента ИЛИ 12 логический. О поступает на вход элемента

И 9, следовательно на выходе также останется логический О.

Таким образом, импульсы положительной полярности с амплитудой

A/2, поступающие в момент времени

4 о + Т на входы логич еского блок а 3, через него не пройдут. .Далее. через время ht = T (фиг.2, эпюры 18 и 19) после появления синфазной пары импульсов на выходе связанных линий 1 и 2 появится противофазная пара импульсов с амплитудами (A/2) на выходе линии 1 и (-A/2) на выходе линии 2. Положительный импульс поступает на вход аттенюатора 7, в котором его амплитуда еще уменьшается, в результате на входе элемента НЕ 8 будет логический "О", поэтому на выходе элемента НЕ 8 остается логическая "1" (фиг. 2, эпюра 22). Отрицательный импульс амплитуды (А/2/) с выхода линии 2 поступает на инвертирующий усилитель 5, имеющий коэффициент усиления, К-) 2. На выходе усилителя 5 появится положительный импульс амплитуды А большей (Jnop (фиг. 2, эпюра 20), который поступает на входы элементов или 11 и 12.

При этом на выходах элементов

ИЛИ 11 и 12 -появляется логическая

"1" (фиг. 2, эпюры 16 и 23), которая с выхода элемента ИЛИ 12 поступает на вход элемента И 9, на другом входе которой также присутствует

1045403 логическая 1. Следовательно, на выходе элемента И 9 появится логическая 1 (фиг. 2, эйюра 17). Таки л

Образовал, логический блок 3 преобразует протйвофазную пары импульсов с амплитудами (A/2 ) и (-A/2 ) в синфазную пару с амплитудами 1 и 2 (фиг. 2, эпюры 16 и 17 ) в момент о i Т+ Т„+ и распространяется вдоль связанных линий 1 и 2. со скоростью Чбь стр.и появляется на выходах линий 1 и 2 в момент 10.+Тп+2Т (фиг. 2, эпюры 18 и 19 ) Импульс с выхода линии 1 задержки поступает на вход аттенюатора 7, после прохождения которого амплитуда импульса оказывается меньше U p и, следовательно, на вход элемента НЕ 8 подается логический О, а на его выходе будет логическая 1. Импульс с выхода линии 2 задержки проходит через неинвертирующий усилитель б с коэффициентом усиления Кб,2.

На вход И 10 поступает импульс с выхода линии 1 задержки, имеющий амплитуду А, следовательно, на выходе элемента И 10 появится логическая "1", которая поступает на входы элементов ИЛИ. 11 и 12 (фиг. 2, эпюры 20 и 21 ), поэтому на их выходах также будет логическая "1".

Таким образом,. на оба входа элемента И 9 поступает логическая "1".

Логический блок 3 синфазную пару импульсов с амплитудой A пропускает без изменения и, следовательно, такая пара может циркулировать по . цепи, образованной логическим блоком 3 и связанными линиями 1 и 2 ьнеограниченно долго, до тех пор, пока не будет подан .новып четный импульс.

Стабильность амплитуды циркулирующих импульсов обеспечивается логическими элементами 9 и 11, на выходах которых при превышении входного порогового уровня формулируется сигнал постоянной амплитуды.

Логические элементы 9 и 11 выполняются со стробированием от блока 4 синхронизации (по аналогии с прототипом цепи стробирования не показаны ). После стробирования импульсы поступают соответственно на входы связанных линий 1 и 2 одновременно и равными по амплитуде и длительности (при условии идентичности параметров логических элементов). Эа счет ограничения полосы пропускания связанных линий 1 и 2 в области высоких частот происходит растягивание проходящих через них импульсов, вследствие чего исключается возможность несовпадения импульсов стробирования с импульсами, циркулирующими по петле запаздывающей обратной связи.

Условия устойчивой циркуляции в счетчике идеально синфазных. импульсов совпадают с условиями устойчивой циркуляции импульсов в обычном рециркуляторе с синхронизацией.

Если в некоторый момент времени 4 p+ и Т (фиг. 2, эпюра 15) с блока 4" синхронизации поступает новый счетный импульс, -то он, как и пер1() вый импульс, в процессе первой цир-, куляции распадется на две пары импульсов. Синфазная пара, появляющаяся на выходах линий 1 и 2 задержки в момент С +(и+1) Т (фиг. 2, зпюры

18 и 19), не проходит через логический блок 3, и в этот момент может быть подан следующий счетный импульс. Противофазная пара;оставшаяся от одиночного импульса, поя2О вится на выходах связанных линий 1 и 2 задержки в момент 1д (и+1) Т+ Тп, т.е. одновременно с появлением однофазной пары импульсов с амплитудой А, циркулирующих в счетчике после подачи импульса младшего разряда. Таким образом, в момент ,т,о+(и+1)Т+ Т„ на входе логического блока 3 (фиг. 2, эпюры 18 и 19) поступает сигнал, представляющий собой суперпозицию двух пар импульсов: синфазной с амплитудами A u противофазной с амплитудами (А/2) и (-A/2). При этом на вход усилителя б поступает импульс с амплитудой А -A/2=A/2. На выходе усилителя

35 6 будет импульс амплитуды 4 боль

I шей Uzp> . На вход аттенюатора 7 и элемента И 10 поступает импульс амплитуды A+A/2=1,5А. Таким образом, на входах элемента И 10 будут логи4р ческие "1", следовательно, на ее выходе (фиг. 2, эпюра 21) и на выхо-. дах элементов ЙЛИ 11 и 12 появится логическая 1 (фиг. 2, эпюры 16 и 23 ), которая проходит на вход

45 линии 1 задержки и на вход элемента И 9. Коэффициент ослабления аттенюатора 7 выбирается таки л, чтобы импульс с амплитудой 1,5А, пройдя аттенюатор 7,.имел амплитуду, большую 0 дор. Тогда на выходе элемента НЕ 8 появится логический "0", который подается на вход элемента

И 9 (фиг. 2, эпюры 19), на выходе которой будет также логический "0" (фиг. 2, эпюра 17). Таким образом, при приступлении на вход логического блока 3 одновременно двух пар импульсов на вход связанных линий . 1 и 2 задержки (фиг. 2, эпюры 16 и 17 ) поступает одиночный импульс, 60 который далее преобразуется подобно первому счетному импульсу. В результате в счетчике останется циркулировать одна пара импульсов с амплитудой A и временным положением 1 + КТ.+2Т„-", что соответствует

1045403

8 числу "два" (число поступивших с момента Фо счетных импульсов) в последовательном двоичном коде, у которого младший разряд занимает временное положение <<+ К Т, следующий t + КТ +2Т„и т.д. Таким образом, данная схема накапливающего двоичного счетчика осуществляет перенос логической "1" в следующий разряд. Если этот разряд свободен, то процесс переноса заканчивается, если же в,этом разряде уже находится логическая "1", то она стирается и за следующий период циркуляции переносится в более .старший разряд.

Этот, процесс повторяется до тех пор, пока логическая 1 не займет свободный разряд.

На .стабильность работы счетчика существенно влияет разброс параметров элементов логического блока 3 (уровней логической "1", логического "0" и времен задержки включения логических схем ), который приводит к неидентичности импульсов синфазной пары на входах связанных линий

1и2.

Для того, чтобы определить допустимую величину разброса, рассмотрим прохождение двух последовательных пар синфазных импульсов через связанные линии задержки.

Если на входы линий 1 и 2 в момент „ и 12 поступают две пары неидеально синфазных импульсов (фиг. 3, эпюры 24 .и 25 ), то через время Т„ на выходах линий 2 и 1 появятся две синфазные пары импуль-" сов равной амплитуды А = Я +=(4 .+

+Я )/2 и со сдвигом на Т„ относительно них две противофазные пары с амплитудами А>- А =(Я,;41,)/2(фиг. 3, эпюры 26 и 27). Появление противофазной пары на выходах линий обусловлено только неидентичностью импульсов на входах линий 1 и 2, т.е. в конечном счете, разбросом параметров элементов. логического блока, 3.

В момент времени Ф, произойдет . наложение синфазной и противофазной пар, в результате чего форма и амплитуда импульсов второй синфазной пары снова станут неодинаковыми (фиг. 3, эпюры 26 и 27 ) °

Кроме разброса параметров элементов логического блока различие в амплитудах синфаэной пары на выходах линий 1 и 2 могут быть вызваны неравенством волновых сопротивлений связанных линий. Частично они могут быть скомпенсированы подбором коэффициентов усиления усилителей 5 и б и коэффициента затухания аттенюатора 7. Кроме того, от клонения волновых .сопротивленйй от номинального значения обычно не- ь велики, поэтому влияние сопротивлений связанных линий на стабильцость работы схемы можно не учитывать. Од нако кроме разброса волновых сопротивлений погрешность в изготовлении связанных линий вызывает отклонение времен задержки импульсов от тре буемой величины Т . Если это отклонение не превйшает dТ„= (0,24 —:0,5) С „с, где 1 — длительность импульсов синхройизации (строб-импульсов 1, счетчик продолжает устой-.

10 чиво работать. Если счетчик обла-. дает емкостью восемь бит, для него, в петле циркуляции должно;умещать- ся девять импульсов, относительная погрешность времени задержки дТ„/Т

15 не должна превышать (0,2-0,5) ис/ЭТя=1,5-2,5% .(считаем, что Т, = 2+„,с ) .

Допустимые величины относительных погрешностей параметров элементов логического блока 3 (сРк„- коэффициента затухания аттенюатора 7, d - пороговых напряжений логичесU ких элементов, дк — коэффициента . усиления инвертирующего усилителя

5) и амплитуд. импульсов на его вхо де дА определяются из следующих требований: — максимальная амплиту- . да А(1+0 ) импульсов {фиг. 3, эпюра 26, момент времени 4 ) после прохождения аттенюатора 7 с максимально допустимым коэффициентом

Зо затухания К (1+ dà ) не должна

К. превышать. значения порогового напряжения Uпо (1- d" ) - элемента HE 8

A(1t d )K (%+ K "р(" О) с минимальная амплитуда 1,5А (1- Д"А j суммарного импульса на выходе линии

1 после прохождения аттенюатора 7 с

4О минимально допустимым коэффициентом затухания К (1- dà ). должна оставатьK÷ ся больше Йаксимального значения

:порогового напряжейия Опо (4+8" ) элемента НЕ 8; минимальйая амплитуда А (.1- РА ) импульса (фиг. 3, эпю45 ра 27, момент времени t ) должна превышать максимальное значение порогового напряжения Ц, (1+4"„) элемента И 10

А (1- О ) ъ Опфр (4+ д 0 ) ) амплитуда А д паразитного отрицательного выброса на выходе связанных линий (фиг. 3, эпюра 27 ), момент времени t> после прохождения ин55 вертирующего усилителя 5 с максимально допустимьм коэффициентом уси ления Х (1+ д" к5) не должна превышать минимального значения порогового напряжения:. U (1-d" ) элемента ИЛИ 11

Ас К (1+сГ )(U (4-d ) ..

Следовательно, самым жестким тре;боваяием является второе- условие.

1045403

Для -его1выполнения1при равенстве от носительных. погрешностей d+=d = d

« д; „ и номинальных значений ф к кт

Ц,ор = 0,75 А; К = 2; К- = 0,6 необходимо, чтобы разброс перечисленных параметров логического блока 3. 5 не превышал 6%. Это необходимо учитывать при выборе элементной базы для изготовления счетчика.

Таким образом, частота следования импульсов в пачке, т.е. минимальное 19 расстояние Тп между импульсами соседних разрядов определяется собственным быстродействием логических схем. У прототипа же эта величина ограничивается суммарным запаздыванием импульса в цепи переноса, вкчающей в себя не менее трех последо вательно соединенных логических схем. Поэтому частота следования импульсов в схеме прототипа существенно ниже предельного быстродейст- . вия используемых логических схем.

Поскольку в предлагаемом счетчике минимальный период подачи счетных импульсов Т=(1+И) Т„, где N количество разрядов числа, то уменьшение величины п. позволяет уменьшить период Т при сохранении количества разрядов N . Таким образом, предлагаемая схема счетчика позволяет обойтись без цепи переноса и вследствии этого повысить быстродействие.

1045403

Ь

Zfд 1з

72р

М д фий2

Составитель Ранов

Редактор И.Ковальчук Техред В.Далекорей Корректор Л.Бокшан

Заказ 7574/59

@з б

Щ

rb p

Й 7 0 и.

М ф

49

У .Ие

Тираж 936 П одписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская:наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4