Параллельный комбинационный сумматорна приборах c электронным гистере-зисом

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ «842797

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 101078 (21} 2675748/18-24 с присоединением заявки ¹ 2774704 (23) Приоритет—

Опубликовано 300681 Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 300681 (51) лЗ

G 06 F 7/50

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (53) VPX 681. 3 5. (088. 8) (72) Автор изобретения

О.Д.Баранцева (71) Заявитель

Запорожский индустриальный институт (54) ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ КОМБИНАЦИОННЫИ СУММАТОР

HA ПРИБОРАХ С ЭЛЕКТРОННЫМ ГИСТЕРЕЗИСОМ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в электронно-вычислительных системах и системах дискретной автоматики.

Известны сумматоры, используемые в электронно-вычислительных системах для выполнения арифметических операций, выполненные из элементов, включающих электровакуумные и полупроводниковые триоды или другие приборы и параметрические устройства, или выполненные из магнитных сердечников или пленок из материала с петлей маг- 15 нитного гистерезиса Г1 и (2).

Однако эти сумматоры имеют ограниченное быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является па- 2О раллельный комбинационный сумматор на приборах с электронным гистерезисом, содержащий в каждом разряде СВЧприборы с петлей электронного гистерезиса типа отражательного клистрона, а также элемент задержки. Использование этих элементов позволяет получить высокое быстродействие сумматора, а также достичь высокой стабильности параметров и надежности P3).

Недостаток известного сумматора невысокое быстродействие, связанное с наличием катодных сопротивлений у выходных СВЧ-приборов, что обусловливает "величение переходных процессов при переключении из одного устойчивого состояния в другое.

Цель изобретения — повышение быстродействия параллельного комбинационного сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что в параллельном комбинационном сумматоре на приборах с электронным гистерезисом, содержащем в каждом разряде СВЧ-приборы с электронным гистерезисом и элемент задержки, причем шины входных сигналов соответствующих разрядов первого и второго операндов подключены к резонаторам первого и второго входных СВЧ-приборов с электронным гистерезисом, резонатор первого выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом соединен с шиной сигнала суммы соответствующего разряда сумматора, резонаторы первого и второго СВЧ-приборов с электронным гистерезисом соединены через первую полосковую линию связи с бокоi вой связью со входом элемента задер842797

«хк-.;, а через вторую полосковую линию связи с боковой связью — с резонатором второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисам, выход элемента задержки и резонатор второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистереэисом предыдущего разряда параллельного сумматора соединены че зез вторую и третью полосковые линиц связи с боковой связью с резонаторами выходных СВЧ-приборов с электронным гистерезисом данного разряда параллельного сумматора.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема сумматора; на фиг. 2 — бистабильная область электронного гистерезиса на зависимости мощности прибора Р от напряжения на отражателе Е и по-. яожение рабочего напряжения смещения Вотр.ра, Сумматор, предназначенный для сложения двух п-разрядных чисел, содер;.:;ит СВЧ-приборы 1-16 с петлей электроннога гистерезиса типа отражательного клистрона, элементы 17-19 заержки.

При сложении два п-разрядных числа поступают на шины входных сигналов одновременно. Сложение поступивших чисел производится ва всех разрядах параллельно. Сумма двух чисел поступает на шины сигналов суммы„

Входные приборы 1 — 4 и 5 — 8 (в зависимости от назначения схемы сумматора) могут являться триггерами регистров, с которых цифры слагаемых одновременно поступают на выхрдные приборы 9 — 12 для образования кода суммы, а на выходные приборы 13 — 16 — ;îäà переноса в старший разряд.

Связь между приборами предыдущего разряда и последующего разряда, а также между входными и выходными приборами каждого разряда, осуществляется с помощью полосковых линий связи 20 с боковой связью 21.

Перед выполнением операции сложения все приборы сумматора переводят-..я управляющим отрицательным импульсам напряжения, подводимым к отражателям приборов, в исходное состоялиe "Отсутствие генерации" при рабом напряжении на отражателе Е фиг. 2). asap,„ðàá, При поразрядном сложении двух чисел складываются сразу три цифры: два одноименных разряда слагаемых и перенос, который, в свою очередь, складывается из переноса, образованного в данном и предыдущем разрядах.

Сумматор работает следующим образом.

При поступлении чисел на входные шин=;. приборы 1 — 4 и 5 — 8 переходят в состояния, соответствующие разрядам кодов чисел. При поступлении "1" прибор переходит в састояйие генера. ции, при поступлении "0" прибор ос тается в состоянии отсутствия генерации. Переход входных приборов 1

8 в состояние генерации происходит вследствие воздействия импульсов достаточной мощности на колебательную систему резонатора прибора в . режиме электронного гистерезиса при расположении рабочего напряжения смещения в бистабильнай области зависимости мощности прибора ат напряжения на отражателе (фиг. 2). Соединение входных 1 — 8 и выходных 9 — 12 прибаров осуществляется с помощью полос-=. ковых линий с боковой связью. В этом случае связь входных приборов 1 — 7 в каждом разряде с выходными 9 — 12 приборами рассчитана так, чта псслед— ние переходят в состояние генерации при воздействии сигнала одного генерирующего входного прибора„ при гене20 рирующих двух входных приборов их сигналы поступают на выходной прибор

9 — 12 соответствующего разряда в противофазе через петли боковой связи, расположенные на расстоянии )

25 2 и последний остается в состоянии отсутствия генерации.

Перенос "1" из предыдущего разряда в последующий производится с помощью приборов 13 — 16. Связь через полосковые линии 1 — 8 входных приборов с приборами 13 — 16 рассчитана так, чтобы последние переходили в состояние генерации только при синфазнам воздействии сигналов двух гене-рирующих входных приборов. Мощность колебаний, поступающих ат одного входного прибора 1 — 8 на прибор 1316 через боковые связи,. недостаточна для возбуждения колебаний в приборе

40 13 — 16. Возбуждение колебаний в приборе 13 — 16 при одном генерирующем входном приборе происходит лишь при синфазнам воздействии с сигналом последнего и сигнала переноса преды— дущега разряда (фиг. 1).

В цепи связи входных приборов 2

4, б — 8 с выходными 10 — 12, начиная со второго разряда, включены элементы 17 — 19 задержки, время задержки которых рассчитано таким образом, чтобы сигнал переноса предыдущего разряда поступал на выходной прибор данного разряда одновременно с сигналами от входных приборов этога же разряда. Следовательно, время задержки элемента 17 задержки определяется временем срабатывания (длительность переходных процессов) одного прибора

13, время задержки элемента 18 задержки - суммарной длительностью переходных процессов двух приборов 13, 14 и т.д. Таким образом, при распространении переноса из мпадшега разряда в старший все элементы задержки оказываются включенными последовательно у (один перенос вызывает другой и т.д.), 842797 из-за чего время выполнения суммирования увеличивается. Поэтому время суммирования при заданном числе разрядов и определяется в основном временем образования единицы переноса в каждом разряде сумматора Т = nt„, Быстродействие схемы, в основном, определяется длительностью переходных процессов в приборе и характеризуется отношением тактовой частоты

F к частоте собственных колебаний

F Т .Л

TÒ и, следовательно

Т ниах Х + YL, уст cn.где у -коэффициент быстродействия;

Т вЂ” период собственных колебаний, Т- — период тактовой частоты;, 1 ьуст — время установления колебаний; время спада колебаний.

Наименьшее число периодов N ; в одном цикле работы триггера равно

20 трах

Т 25

Как показывает анализ переходных процессов, время установления колебаний в отражательном клистроне равно т пшх 2, 45 уст и минимальное число периодов в одном цикле работы триггера равно

1 2 т и = g,„т

При использовании для построения схемы приборов, у которых период колебаний составляет 20 пс (f = 50 ГГц), получают быстродействие порядка 2 нс (Р = 0,5 ГГЦ).

5S уст

-- — — -=2 8 Q

Т Ф

ЗО где Q — добротность нагруженного резонатора, Поскольку в слаботочных клистронах

QUA =100 200, то у т составляет около

10 периодов, а в клистронах с широким диапазоном электронной настройки (Q =10) — 30-50 периодов генерируемых колебаний.

Если предположить, что L = G и, то максимальное быстродействие триггера, 40 построенного на микроприбора СВЧ-типа отражательного клистрона, находится из соотношения

Для полу че ни я суммы в сумматоре двух и-разрядных чисел необходимо производить п тактов работы с ы.

Следовательно, Ь =rl ттУ где Т-период тактовой частоты;

n — количество разрядов, Для случая Т =- 2 нс (F =0,5ГГц и и = 36 время суммирования равно

=иТ =2 нс 36=36 нс =7,2i10 с.

Введение новых связей позволяет повысить быстродействие предлагаемого сумматора на один порядок по срав(нению с известным.

Формула изобретения

Параллельный комбинационный сумматор на приборах с электронным гистерезисом, содержащий в каждом разряде

СВЧ-приборы с электронным гистерезисом и элементом задержки, причем шины входных сигналов соответствующих разрядов первого и второго операндов подключены к резонаторам первого и второго входных СВЧ приборов с электронным гистерезисом, резонатор первого выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом соединен с шиной сигнала суммы соответствующего разряда сумматора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, резонаторы первого и второго СВЧ-приборов с электронным гистерезисом соединены через первую полосковую линию связи с боковой связью со входом элемента задержки, а через вторую полосковую линию связи с боковой связью — с резонаторОм второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом, выход зле :..нта задержки и резонатор второго выходного СВЧ-прибора с электронным гистерезисом предыдущего разряда параллельного сумматора соединены через вторую и третью полосковые линии связи с боковой связью с резонаторами выходных СВЧ-приборов с электронным гистерезисом данного разряда параллельного сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 226946, кл. G 06 F 7/50, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 374600, кл. G 06 F 7/50, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2481375/18-24, кл. G 06 F 7/50, 1977 (прототип).

842797 асхад л L Л

Рог. 7

omg > Гоар

Äîå. г

Составитель В. Березкин

Редактор И.Ковальчук Техред И, Асталош Корректор Г.Назарова

Заказ 5102/60 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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