Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах



Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах
Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах
Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах
Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах
Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах
Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах

Владельцы патента RU 2648565:

Маслов Сергей Петрович (RU)

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и предназначено для создания цифровых устройств троичной логики. Техническим результатом является повышение быстродействия, снижение размеров и энергопотребления устройства. Устройство содержит 30 транзисторов, 2 диода, 1 резистор и источник тока. 1 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к недвоичной технике, и предназначено для создания устройства, выполняющего функции Троичной Пороговой Логики и реализуемого средствами интегральной электроники.

Известной успешной реализацией недвоичных цифровых устройств являются троичные ЦВМ "Сетунь" и "Сетунь-70" [1, 2]. Элементы этих ЦВМ выполнены на основе электромагнитной техники, имеют низкое быстродействие, большие потребляемую мощность и размеры. Элементы ЦВМ "Сетунь" нельзя реализовать в интегральной форме.

Известен функциональный аналог элементов ЦВМ "Сетунь" - "Пороговый Элемент Троичной Логики" (ПЭТЛ) [3], реализуемый средствами интегральных технологий. На ПЭТЛ можно создавать троичные устройства, используя ПЭТЛ-схемотехнику [9], располагающую набором типовых узлов [3, 4, 5, 6, 7]. В интегральной форме ПЭТЛ реализуется двумя способами: на основе ЭСЛ схемотехники (ПЭТЛ-ЭСЛ) [10, 3] и на основе токовых зеркал (ПЭТЛ-ТЗ) [11, 8]. Обе реализации совместимы по интерфейсу и все типовые узлы ПЭТЛ-схемотехники можно выполнить как на ПЭТЛ-ЭСЛ, так и на ПЭТЛ-ТЗ.

Широко используемый типовой узел "Устройство Троичной Схемотехники" (УТС) построен на трех ПЭТЛ [4]. На токовых зеркалах УТС можно реализовать более эффективно.

Заявляемое изобретение описывает схему УТС на токовых зеркалах (УТС-ТЗ), более простую, экономичную и быстродействующую, чем схема с тремя ПЭТЛ.

Целью изобретения является повышение быстродействия, снижение размеров и энергопотребления троичных цифровых устройств.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является группа изобретений "Узел троичной схемотехники и дешифраторы - переключатели на его основе" [4]. Эта группа дает единственный вариант УТС - на трех ПЭТЛ.

Раскрытие изобретения

Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах (УТС-ТЗ) содержит блок источника постоянного тока Iф (ИТ), блок пороговой логики (ПЛ) и по меньшей мере один блок М-выходов (MB).

Коллектор и база транзистора PNP5 и базы транзисторов PNP6, PNP7 соединены с положительным выводом источника тока Iф, коллектор и база транзисторов NPN5 и базы транзисторов NPN6, NPN7 соединены с отрицательным выводом источника тока Iф.

Коллектор транзистора PNP6 соединен с эмиттерами транзисторов PNP3, PNP4, коллектор транзистора PNP7 соединен с эмиттерами транзисторов PNP1, PNP2, коллектор транзистора NPN6 соединен с эмиттерами транзисторов NPN3, NPN4, коллектор транзистора NPN7 соединен с эмиттерами транзисторов NPN1, NPN2.

Базы транзисторов PNP1, NPN1, PNP3, NPN3, анод диода D2 и катод диода D1 подключены ко входу X УТС-ТЗ и через резистор R к земле. Анод диода D1 и катод диода D2 подключены к земле, базы транзисторов NPN2, PNP2 подключены к шине опорного напряжения +Еоп, базы транзистора NPN4, PNP4 подключены к шине опорного напряжения -Еоп.

Коллектор и база транзистора PNP8 соединены с коллектором транзистора NPN1 и базой транзистора PNP15, коллектор и база транзистора PNP9 соединены с коллектором транзистора NPN2 и базой транзистора PNP14, коллектор и база транзистора PNP10 соединены с коллектором транзистора NPN3 и базой транзистора PNP13, коллектор и база транзистора PNP11 соединены с коллектором транзистора NPN4 и базой транзистора PNP12.

Коллектор и база транзистора NPN8 соединены с коллектором транзистора PNP3 и базой транзистора NPN15, коллектор и база транзистора NPN9 соединены с коллектором транзистора PNP4 и базой транзистора NPN14, коллектор и база транзистора NPN10 соединены с коллектором транзистора PNP1 и базой транзистора NPN13, коллектор и база транзистора NPN11 соединены с коллектором транзистора PNP2 и базой транзистора NPN12.

Коллекторы транзисторов PNP15, PNP14, PNP13, PNP12 соединены с выходами М1, М2, М6, М5.

Коллекторы транзисторов NPN15, NPN14, NPN13, NPN12 соединены с выходами М4, М3, М7, М8.

Эмиттеры j-ых транзисторов PNP соединены с шиной +Е, эмиттеры j-ых транзисторов NPN соединены с шиной -Е (j=5, 6…15).

На Фиг. 1 изображено устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах (УТС-ТЗ).

ПЭТЛ-схемотехика

Создание троичных устройств с цифрами +1,0,-1 основано на ПЭТЛ-схемотехнике - наборе элементов, узлов, правил, приемов, типовых решений и изобразительных средств [9].

Сведения о ПЭТЛ-схемотехнике в объеме, необходимом для понимания функционала УТС-ТЗ, даны ниже:

1. Троичные значения (триты) +1,0,-1 на физическом уровне представлены дискретными токами +Iф, 0, -Iф.

2. УТС-ТЗ имеет 1 вход и одну или несколько групп из 8-и выходов: M1, М2, М3, М4, М5, М6, М7, М8.

3. На входе X УТС-ТЗ происходит алгебраическое сложение разнополярных дискретных токов +Iф, и - Iф и формируется трит X. Если (число +Iф)>(числа -Iф)-Х=+1, если (число +Iф)<(числа -Iф)-Х=-1, если (число +Iф)=(числу -Iф)-Х=0.

4. На выходах M1, М4, М3, М3, М5, М8, М6, М7 УТС-ТЗ формируются дискретные токи +Iф, 0, -Iф. Эти токи на физическом уровне представляют значения двузначных компонент (ДК) трита X. Соответствие значений ДК значениям X дано в Таблице 1.

Отметим, что хотя в Таблице 1 фигурируют триты, сами ДК двузначны: компоненты на выходах М1, М2, М5, М6 имеют значения +1 или 0; компоненты на выходах М3, М4, М7, М8 -1 или 0.

Функционирование ПЭТЛ-ТЗ

Схема устройства троичной схемотехники на токовых зеркалах (УТС-ТЗ) представлена на Фиг. 1. Схема симметрична относительно горизонтальной оси визуально и электрически, поскольку в ней используются комплементарные транзисторы PNP и NPN типа. В симметричных цепях схемы напряжения имеют разные знаки, а токи противоположно направлены.

УТС-ТЗ состоит из источника тока (ИТ), блока пороговой логики (ПЛ) и блоков М-выходов (МВ-1 - MB-k).

Постоянные токи Iф для ПЛ формируются в ИТ с помощью 2-х токовых зеркал на транзисторах PNP5, PNP6, PNP7 и NPN5, NPN6, NPN7.

Формирование двузначных компонент X осуществляется в ПЛ с помощью 4-х токовых переключателей (ТП) на транзисторах PNP1, PNP2; PNP3, PNP4; NPN1, NPN2 и NPN3, NPN4. ТП коммутируют постоянные токи Iф в соответствии со значением трита X на входе УТС-ТЗ.

Базы PNP1, NPN1, PNP3, NPN3 подключены к входу X. На базах PNP4, NPN4 уровень -Еоп, на базах NPN2, PNP2 - +Еоп (|±Еоп|≈0,3V).

Разнополярные токи ±Iф на входе X, суммируются на R и формируют напряжение Ux, которое ограничивается диодами D1 и D2 на уровне |±Uпр|≈0,6V, если |(число +Iф)-(число -Iф)|>1.

В зависимости от соотношения напряжений Ux и ±Еоп между базами транзисторов ТП постоянные токи Iф, поступающие к их эмиттерам, переключаются между коллекторами.

Возможны три варианта:

1. Если (число +Iф)>(числа -IФ), Ux≈+0,6V

2. Если (число +Iф)=(числу -Iф), Ux≈0V

3. Если (число +Iф)<(числа -Iф), Ux≈-0,6V

В разных вариантах токи в ТП протекают по-разному. Информация об этом содержится в Таблице 2. Строки соответствуют Ux, столбцы - коллекторным токам транзисторов ТП.

Таблицы 1 и 2 различаются наполнением: в одном случае это триты, в другом - токи ±Iф. Те и другие представляют двузначные компоненты (ДК) трита X.

Токи транзисторов ТП передают на М-выходы, соблюдая при этом соответствие между ДК и выходами, предписываемое Таблицей 1. Передача происходит с помощью 8-ми токовых зеркал (ТЗ), содержащих управляющие (УТ) и отражающие (ОТ) транзисторы. УТ располагаются в блоке ПЛ, ОТ - в блоках MB-k.

Таблица 3 иллюстрирует передачу (столбцы соответствуют токам). Например, ток NPN3 поступает на ТЗ, состоящее из PNP10 и PNP13 (см. Фиг. 1), а затем отражается (передается) на выход М6.

При реализации УТС-ТЗ с несколькими группами выходов (число блоков MB-k>1) количество ОТ превышает 8 (16, 24…).

Оборудование, потребление, задержка

В Таблице 4 известная схема УТС сравнивается с патентуемой УТС-ТЗ по числу деталей (Σ=D+R+PNP+NPN), потреблению тока (ПТ) и задержке (ЗД).

Литература

1. Брусенцов Н.П., Маслов С.П., Розин В.П., Тишулина A.M. Малая цифровая вычислительная машина "Сетунь". - М.: Изд-во Московского университета, 1965. 145 с.

2. Брусенцов Н.П., Жоголев Е.А., Маслов С.П., Рамиль Альварес X. Опыт создания троичных цифровых машин. // Компьютеры в Европе. Прошлое, настоящее и будущее. - Киев: Феникс, 1998. С. 67-71.

3. Маслов С.П. Пороговый элемент троичной логики и устройства на его основе. Патент РФ на группу изобретений RU №2394366 С1. Зарегистрирован: 10.07.2010.

4. Маслов С.П. Узел троичной схемотехники и дешифраторы - переключатели на его основе. Патент РФ на группу изобретений RU №2461122 С1. Зарегистрирован: 10.09.2012.

5. Маслов С.П. Троичный D-триггер (варианты). Патент РФ на группу изобретений RU №2510129 С1. Зарегистрирован: 20.03.2014.

6. Маслов С.П. Троичный Т-триггер и Троичный реверсивный счетчик на его основе. Патент РФ на группу изобретений RU №2562370 С1. Зарегистрирован: 11.08.2015.

7. Маслов С.П. Троичный реверсивный регистр сдвига. Патент РФ на изобретение RU №2585263 С1. Зарегистрирован: 27.05.2016.

8. Маслов С.П. Пороговый элемент троичной логики на токовых зеркалах. Патент РФ на изобретение RU №2618901 С1. Зарегистрирован: 11.05.2017.

9. Маслов С.П. Троичная схемотехника. Тематический сборник №13 "Программные системы и инструменты", М.: Изд-во факультета ВМиК МГУ, 2012. С. 152-158.

10. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Изд-во "Металлург", Челябинское отд., 1989, 352 с.: (Массовая радиобиблиотека Вып. 1111), С. 285-295.

11. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. -Изд. 2-е. - М.: Изд-во БИНОМ. 2014, 704 с. С. 96-99.

Устройство троичной схемотехники на токовых зеркалах (УТС-ТЗ), содержащее блок источника тока (ИТ), блок пороговой логики (ПЛ) и по меньшей мере один блок М-выходов (MB), причем блок ИТ состоит из транзистора PNP типа, транзистора NPN типа и источника постоянного тока Iф, причем блок ПЛ состоит из десяти транзисторов PNP типа и десяти транзисторов NPN типа, двух диодов и резистора, причем блоки MB состоят из четырех транзисторов PNP типа и четырех транзисторов NPN типа, причем коллектор и база пятого и базы шестого и седьмого транзисторов PNP типа соединены с положительным выводом источника тока Iф, причем коллектор и база пятого и базы шестого и седьмого транзисторов NPN типа соединены с отрицательным выводом источника тока Iф, причем коллектор шестого транзистора PNP типа соединен с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов PNP типа, причем коллектор седьмого транзистора PNP типа соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов PNP типа, причем коллектор шестого транзистора NPN типа соединен с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов NPN типа, причем коллектор седьмого транзистора NPN типа соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов NPN типа, причем коллектор и база восьмого транзистора PNP типа соединены с коллектором первого транзистора NPN типа, причем коллектор и база девятого транзистора PNP типа соединены с коллектором второго транзистора NPN типа, причем коллектор и база десятого транзистора PNP типа соединены с коллектором третьего транзистора NPN типа, причем коллектор и база одиннадцатого транзистора PNP типа соединены с коллектором четвертого транзистора NPN типа, причем коллектор и база восьмого транзистора NPN типа соединены с коллектором третьего транзистора PNP типа, причем коллектор и база девятого транзистора NPN типа соединены с коллектором четвертого транзистора PNP типа, причем коллектор и база десятого транзистора NPN типа соединены с коллектором первого транзистора PNP типа, причем коллектор и база одиннадцатого транзистора NPN типа соединены с коллектором второго транзистора PNP типа, причем базы первых и третьих транзисторов PNP и NPN типа, анод второго диода, катод первого диода и вход X УТС-ТЗ через резистор подключены к земляной шине, причем анод первого и катод второго диодов подключены к земляной шине, причем базы вторых транзисторов PNP и NPN типа подключены к шине опорного напряжения +Еоп, причем базы четвертых транзисторов PNP и NPN типа подключены к шине опорного напряжения -Еоп, причем коллектор и база восьмого транзистора PNP типа соединены с коллектором первого транзистора NPN типа и базой пятнадцатого транзистора PNP типа, причем коллектор и база девятого транзистора PNP типа соединены с коллектором второго транзистора NPN типа и базой четырнадцатого транзистора PNP типа, причем коллектор и база десятого транзистора PNP типа соединены с коллектором третьего транзистора NPN типа и базой тринадцатого транзистора PNP типа, причем коллектор и база одиннадцатого транзистора PNP типа соединены с коллектором четвертого транзистора NPN типа и базой двенадцатого транзистора PNP типа, причем коллектор и база восьмого транзистора NPN типа соединены с коллектором третьего транзистора PNP типа и базой пятнадцатого транзистора NPN типа, причем коллектор и база девятого транзистора NPN типа соединены с коллектором четвертого транзистора PNP типа и базой четырнадцатого транзистора NPN типа, причем коллектор и база десятого транзистора NPN типа соединены с коллектором первого транзистора PNP типа и базой тринадцатого транзистора NPN типа, причем коллектор и база одиннадцатого транзистора NPN типа соединены с коллектором второго транзистора PNP типа и базой двенадцатого транзистора NPN типа, причем коллекторы пятнадцатого, четырнадцатого, тринадцатого и двенадцатого транзисторов PNP типа соединены соответственно с первым, вторым, шестым и пятым М-выходами УТС-ТЗ, причем коллекторы пятнадцатого, четырнадцатого, тринадцатого и двенадцатого транзисторов NPN типа соединены соответственно с четвертым, третьим, седьмым и восьмым М-выходами УТС-ТЗ, причем эмиттеры j-ых транзисторов PNP типа соединены с шиной питания +Е, причем эмиттеры j-ых транзисторов NPN типа соединены с шиной питания -Е, причем j=5, 6 … 15.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления, передачи цифровой информации.

Изобретение относится к импульсной технике и .может бь»ть использовано в устройствах цифровой автоматики и вычислительной техники. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах управления движением поездов, Цель изобретения - снижение энергопотребления при нулевых логических сигналах на входах и повышение достоверности функционирования .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения быстродействующих преобразователей логического уровня напряжения, в том числе при сопряжении элементов электронных систем с несколькими источниками питания.

Изобретение относится к логическим преобразователям. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для реализации простых симметричных булевых функций.

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления и передачи информации.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и вычислительной техники. Технический результат заключается в обеспечении дополнительно к режиму последовательного во времени преобразования входных потенциальных сигналов в выходное напряжение, алгебраического суммирования входных дифференциальных и недифференциальных напряжений, а также изменения их фазы в процессе мультиплексирования.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокоточных электроприводах. Технический результат - улучшение динамических характеристик электропривода.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат - повышение помехоустойчивости многовходового логического элемента при воздействии одиночной ядерной частицы.

Rs-триггер // 2615069
Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат: создание RS-триггера, в котором внутреннее преобразование информации производится в многозначной токовой форме сигналов.

Rs-триггер // 2604682
Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в специализированных цифровых структурах, системах автоматического управления и передачи цифровой информации.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для реализации каскадных логических устройств конвейерного типа. Технический результат заключается в упрощении конструкции динамического логического элемента.

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики, связи и может использоваться в цифровых вычислительных структурах, системах автоматического управления, передачи и обработки цифровой информации.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в коммутационных устройствах. Технический результат заключается в повышении надежности силового ключа.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах преобразования и распределения электроэнергии. Технический результат заключается в повышении надежности резервирования в системах бесперебойного питания с параллельной работой за счет сокращения до нуля времени резервирования.

Изобретение относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, работающим на индуктивную нагрузку. Технический результат заключается в повышении надежности устройства и уменьшении расхода электрической энергии.

Изобретение относится к области коммутационных сред для вычислительных систем и может быть использовано как составная часть высокоскоростного последовательного мультиканального приемопередатчика.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может найти применение при построении средств коммутации многопроцессорных и многомашинных вычислительных и управляющих систем, абонентских систем связи с децентрализованным управлением, систем сбора информации и информационно-измерительных комплексов.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в многоканальных коммутируемых источниках питания, где требуется информация о протекающем токе в нагрузке.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для коммутаций осветительных сетей. .

Изобретение относится к области, преимущественно, сельского хозяйства, машиностроения, а именно относится к средствам управления производственными и другого вида процессами.

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и предназначено для создания цифровых устройств троичной логики. Техническим результатом является повышение быстродействия, снижение размеров и энергопотребления устройства. Устройство содержит 30 транзисторов, 2 диода, 1 резистор и источник тока. 1 ил., 4 табл.

Наверх