Логический элемент

 

Изобретение может быть использовано в радиоимпульсных вычислительных устройствах для обработки сигналов пикосекундной длительности. Цель изобретения - уменьшение мощности по опорному каналу. Для этого в логический элемент, содержа-щий сумматор 6 мощности и двухпозиционный 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК

А1 (5g 4 11 03 К 19/ 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4092583/24-21 (22) 26.05.86 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (71) Винницкий политехнический институт (72) Н. А. Филинюк, В. В. Глинский и В. Г. Красиленко (53) 681.325.65 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1211874, кл. Н 03 К 19/20, !985.

Авторское свидетельство СССР № 1283961, кл. Н 03 К 19/20, 1985. (54) ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение может быть использовано в радиоимпульсных вычислительных устройствах для обработки сигналов пикосекундной длительности. Цель изобретения уменьшение мощности по опорному каналу.

Для этого в логический элемент, содержаÄÄSUÄÄ 1401597 щий сумматор 6 мощности и двухпозиционный переключатель (П) 7-1, введены (и -11

П 7-2 ... 7-л 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: дизьюнкцию ИЛИ и дизъюнкцию с инверсией

ИЛИ-НЕ. К тому же использование П в качестве основного структурного звена, имек щего высокое быстродействие из-за paonòû в СВЧ-диапазоне и не имеющего потерь сигнала, позволяет увеличивать количество шин, а следовательно, и количество обрабатываемых переменных до нескольких десятков, при уменьшенной потребляемой мощности по опорному каналу. 2 з. и. ф-лы, 6 ил.

1401597

Изобретение относится к импульсной технике и может оыть 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 двухпозиционного 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 оптическим входом; на фиг. 5 — принципиальная электрическая схема, по которой выполняются кольцевые делители и сумматоры мощности; на фиг. 6 — принципиальная электрическая схема фазовращателя.

Логический элемент содержит шину 1 опорного сигнала, логические выходы 2 и 3, и управляющих входов 4-1 — 4-п, совпадающих с входами логического элемента, функциональный узел 5, состоящий из кольцевого сумматора 6 мощности и и радиочастотных двухпозиционных переключателей 7-1 — 7-п, каждый i-й из которых имеет один информационный вход 8-i, один управляющий вход совпадающий с -м входом 4-с логического устройства, прямой 9-i и инверсный 104 сигнальные выходы, управляющий вход каждого из и двухпозиционных переключателей

7-i соединен с соответствующей входной шиной логического устройства, прямые сигнальные выходы 9-i 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-i последующих переключателей, начиная с переключателя 7-2, подключен к инверсному сигнальному выходу 10-i-1 соответствующего предыдущего переключателя, а инверсный сигнальный выход 10-п переключателя 7-п является вторым логическим выходом 3. Кроме того, в каждом из и двухпозиционных переключателей 7-1 с радиочастотным входом, вход первого кольцевого делителя 11 мощности является информационным входом 8-i, вход второго кольцевого делителя 12 мощности является управляющим входом, совпадающим с входом 4-i логического устройства, первый выход первого кольцевого делителя 11 мощности через первый разделительный конденсатор 13 соединен с первым выводом первого конденсатора 14 и еще через второй разделительный конденсатор 15 с инверсным сигнальным выходом 10, второй выход кольцевого делителя 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 прямым 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 шиной 19. К тому же, отрицательная клемма 24 блока 25 питания, состоящего из резисторов 26 и 27 и конденсаторов 28 и 29 через четвертьволновые отрезки 30 и 31 линии передач соединена с эмиттерами, а положительная клемма 32 через четвертьволновые отрезки 33 и 34 линии передач — с коллекторами первого 22 и второго 17 транзисторов (фиг. 2).

Во втором случае (фиг. 4) в каждом из и двухпозиционных переключателей 7-i с оптическим входом вход кольцевого делителя 35 мощности является информационным входом 8-, 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 транзистора 38, база которого соединена с общей шиной 39, а коллектор через первый конденсатор 40 и индуктивность 41 — с общей шиной 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 шиной 39, а коллектор через вторые конденсатор 45 и индуктив4О ность 46 соединен с общей шиной 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 четвертьвол новый 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 соединен с входом инвертора 52, выход кото рого через второй четвертьволновый отрезок 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 микрополосковое исполнение (фиг. 5) и состоят из полосковых линий 55-1 — 55-5, резистора 56, входной клеммы 57 и выходных клемм 58 и 59. Кольцевой сумматор 6 мощ1401597

3 ности 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, клем ма 62 — выходом устройства, а клемма 63 через отрезок 64 микрополосковой линии длиной 1 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 отри- !О цательной 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 20 наличие амплитуды синусоидального сигнала, а выходным уровнем логического «О»вЂ” отсутствие колебаний сигнала синусоидальной формы. Входные логические уровни в зависимости от применяемого двухпозиционного 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 В и В„ — это входы 40

4-1 — 4-и логического устройства, а выходы

F(и Fg — 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. Основным 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 сигнал. С помощью кольцевого делителя 11 мощности, имеющего микрополосковое исполнение, этот сигнал делится на две равные 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 передачи 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 микрополосковом исполнении. Синфазность сигналов осуществляется подбором длин микрополосковых линий.

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 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 на угол, лежащий в пределах от л/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 логической «1» на входе 4 наведенное индуктивное сопротивление транзистора 22 образует последовательный колебательный контур с конденсатором 14, настроенный на частоту опорного сигнала. На веден ное индуктивное сопротивление транзистора 17 с конденсатором 18 образует параллельный колебательный конту р, также настроенный на частоту опорного сигнала. Последовательный колебательный контур шунтирует опорный сигнал на общую шину и на выходе 10 сигнал отсутствует, что соответствует значению логического «О». Параллельный колебательный контур в это время пропускает опорный сигнал HB выход 9, что ooT1401597

Формула изобретения

55 ветствует значению логической «1». В случае сигнала логического «О» на входе 4 последовательный и параллельный колебательные контуры оказываются расстроены, а следовательно. на выходе 10 появляется 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 раздечитечьный 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 фотоприемника 36 могут использоваться фотодиоды и фоторезисторы, а в качестве логического инвертора 52— инвертор любой серии с отрицательной логикой. Устройство выполняется в микрополосковом исполнении. В исходном состоянии на информационный вход 8 подан опорный сигнал, а на клемму 18 питания — постоянное напряжение. Г1ри 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 первого 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 индуктивног о 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 активном, 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 мощности 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 высокое быстродействие из-за работы в СВЧдиапазоне и не имеющего потерь сигнала, позволяет увеличивать количество входных шин, а следовательно, и количество обрабатываемых переменных до нескольких десятков при уменьшенной потребляемой мощности по опорному каналу.

1. Логический элемент, содержащий коль. цевой сумматор мощности, шину опорного сигнала, п логических входов, два логических выхода, двухпозиционный переключатель, имеющий информационный вход, управляющий вход, прямой сигнальный и инверсный сигнальный выходы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности по опорному каналу, в него введены дополнительно и — 1 двухпозиционных переключателей, управляющие входы двухпозиционных переключателей являются соответствующими логическими входами, прямые сигнальные выходы соединены с соответствующими входами кольцевого сумматора мощности, выход которого является первым логическим выходом, информационный вход первого переключателя соединен с шиной опорного сигнала, информационный вход каждого последующего двухпозиционного переключателя подключен к инверсному сигнальному выходу соатветствующего предыдущего переключателя, а инверсный сиг1401597 нальныи выход и-го переключателя является вторым логическим выходом.

2, Элемент по и. 1, отличающийся тем, что двухпозиционный переключатель содер: жит первый и второй фазоврашатели, транзисторы и конденсаторы, первый кольцевой делитель мощности, узел питания с положительной и отрицательной клеммами питания, вход первого кольцевого делителя мощности является управляющим входом переключателя, первый выход соединен с входом первого фазовращателя, второй выход — с входом второго фазоврашателя, базы транзисторов соединены с общей шиной, эмиттеры транзисторов соединены с выходам и соответствующих фазовращателей и через четвертьволновые отрезки линии передач с отрицательной клеммой узла питания, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом первого конденсатора, коллектор второго транзистора через второй конденсатор соединен с общей шиной, коллекторы обоих транзисторов через четвертьволновые отрезки линии передач соединены с положительной клеммой узла питания, вход второго кольцевого делителя мощности является информационным входом, первый выход через первый разделительный конденсатор соединен с вторым выводом первого конденсатора и первым выводом второго разделительного конденсатора, второй вывод которого является инверсным сигнальным выводом, второй выход второго кольцевого делителя мощности через третий разделительный конденсатор соединен с коллектором второго транзистора и первым выводом четвертого разделительного конденсатора, второй вывод которого является прямым сигнальным выводом.

3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что двухпозиционный переключатель содер5

35 ж ит ко.1 bцево1I ц. .1 и те,1 ь мо! цнос1 и, I IO1) II I>I II и второй транзисторы, базы которых сосд»иены с общей шиной. первый» второй holiденсаторы, причем коллектор гторого тра»зистора через второй ко»де»сатор соед»»сн с общей шиной, а также содержит четыре разделительных конденсагора. клемму источника питания, ограничительный резистор. фотоприемник, инвертор, первук) и вторую индуктивности, первую и I3Tophю цспн развязки, состоящие»з первого и второго ко»денсаторов развязки и первого» второго четвертьволнового отрезка линии передачи, вход кольцевого делителя мощности является информационным входом, первый выход через первый разделительный конденсатор соединен с эMèòòåðом первого транзистор I, второй выход через второй разделительный конденсатор соединен с эмнттсром второго транзистора, коллектор »сoBol транзистора через первую индуктивность и первый конденсатор соединен с обшей шиной и через третий разделительный конденсатор 3. пр»мым сигнальным выходом, коллектор второго транзистора через второй конденсатор и вторую индуктивность соединен с общей шиной и через четвертый разделительный конденсатор с инверсным сигнальным выходом, клемма источника питания черсз ограничительный резистор соеди»сна с первым электрическим выводом фотоприемника, оптический вход которого является управляющим входом, второй электрический вывод фотоприемника соединен через первый четвертьволновый отрезок линии передач с эмиттером первого транзистора, через первый конденсатор развязки — — с общей»Зиной, а также с входом инвсртора, выход которого соединен через второй четвертьвол»овой отрезок линии передач с эмиттером второго транзистора и через второй ко»дс»сатор развязки — с общей »Зиной.

1401597

4c I Р-с

I (1

1 -с (I

I (I

I

1

3

Составитель О. Скворцов

Редактор I I. Рогулич Телред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Закaз 2540/54 Тираж 928 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета СССР по делам изооретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4