Ранговый селектор

 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров. Техническим результатом является уменьшение аппаратурных затрат. Устройство содержит реляторы, каждый их которых состоит из замыкающих и размыкающих ключей, устройств выборки/хранения, дифференциального компаратора. 4 ил.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Известны ранговые селекторы (см., например, А.с. СССР 1262531, кл. G 06 G 7/25), содержащие n реляторов, каждый из которых выполнен в виде дифференциального компаратора, и выполняющие селекцию из нескольких аналоговых сигналов х₁,...,х_n+1 сигнала только (n+1)-го ранга.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных ранговых селекторов, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не выполняется селекция сигнала любого заданного ранга r∈{1,...,n+1}.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является, принятый за прототип, ранговый селектор (фиг.1 в описании изобретения к патенту РФ 2172980, кл. G 06 G 7/25, 2001), содержащий n реляторов и выполняющий селекцию из n+1 аналоговых сигналов сигнала любого заданного ранга r∈{1,...,n+1}.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся большие аппаратурные затраты.

Техническим результатом изобретения является уменьшение аппаратурных затрат при сохранении функциональных возможностей прототипа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в ранговом селекторе, содержащем n реляторов, каждый из которых выполнен в виде дифференциального компаратора, особенность заключается в том, что в каждый релятор, кроме n-ного, введены первый, третий, пятый, а в n-ный релятор и седьмой ключи, выполненные размыкающими, второй, четвертый, шестой, а в n-ный релятор и восьмой ключи, выполненные замыкающими, первое, второе, а в n-ный релятор и третье, четвертое устройства выборки/хранения, причем первый, второй информационные входы релятора образованы соответственно входами первого, второго ключей, а в n-ном реляторе третий и четвертый информационные входы образованы соответственно входами седьмого и восьмого ключей, первый управляющий вход релятора образован объединением входов управления первого и второго ключей, а в n-ном реляторе образован объединением входа управления первого, второго, седьмого и восьмого ключей, выходы первого, второго ключей соединены с информационным входом первого устройства выборки/хранения, а в n-ном реляторе дополнительно выходы седьмого, восьмого ключей соединены с информационным входом третьего устройств выборки/хранения, вход записи первого, а в n-ном реляторе первого и третьего устройств выборки/хранения образуют второй управляющий вход релятора, выход первого устройства выборки/хранения объединен с входом второго устройства выборки/хранения, а в n-ном реляторе дополнительно выход третьего устройства выборки/хранения объединен с входом четвертого устройства выборки/хранения, вход записи второго, а в n-ном реляторе объединенные входы записи второго и четвертого устройств выборки/хранения образуют третий управляющий вход релятора, выход дифференциального компаратора подключен к входу управления третьего,..., шестого ключей, неинвертирующий вход дифференциального компаратора соединен с объединенными выходом второго устройства выборки/хранения, входами четвертого, пятого ключей, инвертирующий вход дифференциального компаратора объединен с входами третьего, шестого ключей и является третьим информационным входом любого релятора, кроме n-ного, а в n-ном реляторе инвертирующий вход дифференциального компаратора объединен с входами третьего, шестого ключей и выходом четвертого устройства выборки/хранения, выходы третьего, четвертого и выходы пятого, шестого ключей являются соответственно первым и вторым выходами релятора, первый выход j-го релятора соединен с третьим информационным входом (j-1)-го релятора, первый выход первого релятора соединен со вторым информационным входом первого релятора и является первым выходом рангового селектора, второй выход i-го релятора подключен ко второму информационному входу (i+1)-го релятора и является (i+1)-м выходом рангового селектора, а второй выход n-го релятора подключен к четвертому информационному входу n-ного релятора и является n-ным выходом рангового селектора, первый настроечный вход которого образован объединением первого управляющего входа первого,..., n-го реляторов, третий управляющий вход первого,..., n-го реляторов объединены и подсоединены к выходу булевого инвертора, второй управляющий вход первого,..., n-го реляторов объединен с входом булевого инвертора и является вторым настроечным входом рангового селектора.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;

- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4 представлены соответственно схема предлагаемого рангового селектора, временные диаграммы сигналов настройки, схема i-го релятора и схема n-го релятора, использованных при построении этого селектора.

Ранговый селектор содержит n реляторов 1₁,...,1_n. Каждый релятор содержит первый,..., шестой ключи 2₁,...,2₆, первое, второе устройства выборки/хранения 3₁, 3₂, дифференциальный компаратор 4, причем ключи 2₁, 2₃, 2₅ и 2₂, 2₄, 2₆ выполнены соответственно размыкающими и замыкающими, а n-ный релятор 1_n содержит дополнительно седьмой, восьмой ключи 2₇, 2₈, третье, четвертое устройства выборки/хранения 3₃, 3₄, причем ключи 2₇ и 2₈ выполнены соответственно размыкающим и замыкающим. Первый, второй информационные входы релятора образованы соответственно входами первого, второго ключей 2₁, 2₂, а в n-ном реляторе 1_n третий и четвертый информационные входы образованы соответственно входами седьмого и восьмого ключей 2₇, 2₈. Первый управляющий вход релятора образован объединением входов управления первого и второго ключей 2₁, 2₂, а в n-ном реляторе 1_n первый управляющий вход образован объединением входа управления первого, второго, седьмого и восьмого ключей 2₁, 2₂, 2₇, 2₈. Выходы первого, второго ключей 2₁, 2₂ соединены с информационным входом первого устройства выборки/хранения 3₁, а в n-ном реляторе 1_n дополнительно выходы седьмого, восьмого ключей 2₇, 2₈ соединены с информационным входом третьего устройств выборки/хранения 3₃, вход записи первого, а в n-ном реляторе 1_n первого и третьего устройств выборки/хранения 3₁, 3₃ образуют второй управляющий вход релятора, выход первого устройства выборки/хранения 3₁ объединен с входом второго устройства выборки/хранения 3₃, а в n-ном реляторе 1_n дополнительно выход третьего устройства выборки/хранения 3₃ объединен с входом четвертого устройства выборки/хранения 3₄, вход записи второго, а в n-ном реляторе 1_n объединенные входы записи второго и четвертого устройств выборки/хранения 3₂, 3₄ образуют третий управляющий вход релятора, выход дифференциального компаратора 4 подключен к входу управления третьего,..., шестого ключей 2₃, 2₄, 2₅, 2₆, неинвертирующий вход дифференциального компаратора 4 соединен с объединенными выходом второго устройства выборки/хранения 3₂ и входами четвертого, пятого ключей 2₄, 2₅, инвертирующий вход дифференциального компаратора 4 объединен с входами третьего, шестого ключей 2₃, 2₆ и является третьим информационным входом любого релятора, кроме n-ного, а в n-ном реляторе 1_n инвертирующий вход дифференциального компаратора 4 объединен с входами третьего, шестого ключей 2₃, 2₆ и выходом четвертого устройства выборки/хранения 3₄, выходы третьего, четвертого ключей 2₃, 2₄ и выходы пятого, шестого ключей 2₅, 2₆ являются соответственно первым и вторым выходами релятора. Первый выход j-го релятора 1_j, соединен с третьим информационным входом (j-1)-го релятора _j-1, первый выход первого релятора 1_l соединен со вторым информационным входом первого релятора 1₁ и является первым выходом рангового селектора, второй выход i-го релятора 1_i, подключен ко второму информационному входу (i+1)-го релятора 1_i+1 и является (i+1)-м выходом рангового селектора, а второй выход n-го релятора 1_n подключен к четвертому информационному входу n-ного релятора 1_n и является n-ным выходом рангового селектора, первый настроечный вход которого образован объединением первого управляющего входа реляторов 1₁,...,1_n, третий управляющий вход реляторов 1₁,...,1_n объединены и подсоединены к выходу булевого инвертора 5, второй управляющий вход реляторов 1₁,...,1_n объединены с входом булевого инвертора 5 и являются вторым настроечным входом рангового селектора.

Работа предлагаемого рангового селектора осуществляется следующим образом. На первые информационные входы реляторов ₁,...,1_n и третий информационный вход релятора 1_n подаются подлежащие обработке аналоговые сигналы (напряжения) х₁,...,х_n+1 ∈ (x_min, x_max); на первый, второй настроечные входы селектора подаются соответственно цифровые сигналы y₁, y₂ ∈ {0, 1} (фиг.2). При y₂=1 (y₂=0) устройства 3₁, 3₃ и 3₂, 3₄ работают соответственно в режимах выборки (хранения) и хранения (выборки). Если на входах управления ключей 2₁, 2₂, 2₃,...,2₆, 2₇, 2₈ присутствует логическая "1" (логический "0"), то ключи 2₁, 2₃, 2₅, 2₇ разомкнуты (замкнуты), а ключи 2₂, 2₄, 2₆, 2₈ замкнуты (разомкнуты). Следовательно, напряжения на втором выходе f_(i+1)j релятора 1_i и на первом выходе f_1j релятора 1₁ будут определяться рекуррентными выражениями:

f_(n+1)j=f_(n+1)(j-1)^f_n(j-1);

...

f_ij=(f_i(j-1) ∨ ...∨f_(n+1)(j-1))^f_(i-1)(j-1);

...

f_1j=f_1(j-1) ∨... ∨f_(n+1)(j-1),

где есть номер периода T_j сигнала y₂ (фиг.2), k=n+2-r, r∈{1,...,n+1} есть ранг сигнала х^(r) ∈ {х₁,...,х_n+1} х⁽¹⁾min{х₁,...,х_n+1},..., х⁽ⁿ⁺¹⁾max(х₁,...,х_n+1)); f_i0=x_i; f_(n+1)0=x_n+1.

Таким образом, на выходах f_ij ранговый селектор воспроизводит операции

f_(n+1)j=x⁽¹⁾=mix(x₁,...,x_n+1) при j=n+1

f_nj=x⁽²⁾ при j=n,

...

f_1j=x⁽ⁿ⁺¹⁾=max(x₁,...,x_n+1) при j=1

согласно которым его настройка на выделение из множества {x₁,...,x_n+1} сигнала х^(r) любого заданного ранга r∈{1,...,n+i} осуществляется без каких-либо структурных изменений соответствующим количеством периодов T_j сигнала y₂.Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый ранговый селектор обладает по сравнению с прототипом такими же функциональными возможностями, но с меньшими аппаратурными затратами, поскольку для построения данного рангового селектора потребуется на 2(n-1) меньше ключей и на 2(n-1) меньше устройств выборки/хранения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области автоматики и аналоговой вычислительной техники в качестве функционального узла аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Ранговый селектор, содержащий n реляторов, каждый из которых выполнен в виде дифференциального компаратора, отличающийся тем, что в каждый релятор, кроме n-го, введены первый, третий, пятый, а в n-й релятор и седьмой ключи, выполненные размыкающими, второй, четвертый, шестой, а в n-й релятор и восьмой ключи, выполненные замыкающими, первое, второе, а в n-й релятор и третье, четвертое устройства выборки/хранения, причем первый, второй информационные входы релятора образованы соответственно входами первого, второго ключей, а в n-м реляторе третий и четвертый информационные входы образованы соответственно входами седьмого и восьмого ключей, первый управляющий вход релятора образован объединением входов управления первого и второго ключей, а в n-м реляторе образован объединением входов управления первого, второго, седьмого и восьмого ключей, выходы первого, второго ключей соединены с информационным входом первого устройства выборки/хранения, а в n-м реляторе дополнительно выходы седьмого, восьмого ключей соединены с информационным входом третьего устройства выборки/хранения, вход записи первого, а в n-м реляторе первого и третьего устройств выборки/хранения образуют второй управляющий вход релятора, выход первого устройства выборки/хранения объединен с входом второго устройства выборки/хранения, а в n-м реляторе дополнительно выход третьего устройства выборки/хранения объединен с входом четвертого устройства выборки/хранения, вход записи второго, а в n-м реляторе объединенные входы записи второго и четвертого устройств выборки/хранения образуют третий управляющий вход релятора, выход дифференциального компаратора подключен к входу управления третьего,..., шестого ключей, неинвертирующий вход дифференциального компаратора соединен с объединенными выходом второго устройства выборки/хранения, входами четвертого, пятого ключей, инвертирующий вход дифференциального компаратора объединен с входами третьего, шестого ключей и является третьим информационным входом любого релятора, кроме n-го, а в n-м реляторе инвертирующий вход дифференциального компаратора объединен с входами третьего, шестого ключей и выходом четвертого устройства выборки/хранения, выходы третьего, четвертого и выходы пятого, шестого ключей являются соответственно первым и вторым выходами релятора, первый выход j-го релятора соединен с третьим информационным входом (j-1)-го релятора, первый выход первого релятора соединен со вторым информационным входом первого релятора и является первым выходом рангового селектора, второй выход i-го релятора подключен ко второму информационному входу (i+1)-гo релятора и является (i+1)-м выходом рангового селектора, а второй выход n-го релятора подключен к четвертому информационному входу n-го релятора и является (n+1)-м выходом рангового селектора, первый настроечный вход которого образован объединением первых управляющих входов первого,..., n-го реляторов, третьи управляющие входы первого,..., n-го реляторов объединены и подсоединены к выходу булевого инвертора, вторые управляющие входы первого,..., n-го реляторов объединены с входом булевого инвертора и являются вторым настроечным входом рангового селектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4