Пороговый элемент троичной логики на токовых зеркалах

Авторы патента:

H03K19/23 - мажоритарные или миноритарные схемы, т.е. в которых состояние выходного сигнала соответствует состоянию большинства или меньшинства входных сигналов соответственно

Владельцы патента RU 2618901:

Маслов Сергей Петрович (RU)

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к недвоичной технике, и предназначено для создания цифровых устройств троичной логики. Техническим результатом является реализация порогового элемента троичной логики на токовых зеркалах. Устройство содержит 16 транзисторов, 6 диодов, 3 резистора и источник тока. 1 ил., 1 табл.

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

Известной успешной реализацией недвоичных цифровых устройств являются троичные ЦВМ "Сетунь" и "Сетунь-70" [1, 2]. Логические элементы этих ЦВМ, выполняющие функции Троичной Пороговой Логики [9], изготавливаются на базе электромагнитной техники [9], имеют низкое быстродействие, большие потребляемую мощность и размеры. Элементы ЦВМ "Сетунь" не реализуются в среде интегральной электроники.

Известен функциональный аналог элементов ЦВМ "Сетунь" "Пороговый Элемент Троичной Логики" (ПЭТЛ) [3]. ПЭТЛ реализуется в среде интегральной электроники на основе технологий изготовления интегральных схем эмиттерно-связанной логики (ИС-ЭСЛ) [10].

На ПЭТЛ можно создавать троичные цифровые устройства используя ПЭТЛ-схемотехнику [3, 4, 5, 6, 7, 8], в арсенале которой имеется набор типовых решений и узлов.

Заявляемое изобретение описывает совместимый по интерфейсу аналог ПЭТЛ, реализуемый на основе технологий изготовления интегральных схем на токовых зеркалах (ИС-ТЗ) [11].

Целью изобретения является создание устройства, выполняющего функции Троичной Пороговой Логики и имеющего совместимый с ПЭТЛ интерфейс, на основе технологий, отличных от используемых для изготовления ПЭТЛ.

В результате увеличится выбор возможностей создания троичных устройств с помощью ПЭТЛ-схемотехники.

Наиболее близкими техническими решениями к заявляемому изобретению являются группа изобретений: "Пороговый Элемент Троичной Логики и устройства на его основе" [3]. Эта группа не поддерживает изготовление устройств Троичной Пороговой Логики на токовых зеркалах.

Раскрытие изобретения

Пороговый Элемент Троичной Логики на Токовых Зеркалах (ПЭТЛ-ТЗ) содержит блок Источника постоянного Тока I_ф (ИТ), блок Пороговой Логики (ПЛ) и по меньшей мере один блок Токовых Зеркал (ТЗ).

Коллектор и база транзистора PNP3 и база транзистора PNP4 соединены с положительным выводом источника тока I_ф, коллектор и база транзисторов NPN3 и база транзистора NPN4 соединены с отрицательным выводом источника тока I_ф.

Коллектор транзистора PNP4 соединен с эмиттерами транзисторов PNP1 и PNP2, коллектор транзистора NPN4 соединен с эмиттерами транзисторов NPN1 и NPN2, коллектор и база транзистора PNP5 соединены с коллектором транзистора NPN1, коллектор и база транзистора PNP6 соединены с коллектором транзистора NPN2, коллектор и база транзистора NPN5 соединены с коллектором транзистора PNP1, коллектор и база транзистора NPN6 соединены с коллектором транзистора PNP2.

Базы транзисторов PNP1 и NPN1, анод диода D5 и катод диода D2 подключены ко входу X ПЭТЛ-ТЗ и через резистор R1 к земле, анод диода D2 подключен к катоду диода D1, катод диода D5 подключен к аноду диода D6. Аноды диодов D1 и D4 и катоды диодов D3 и D6 подключены к земле, анод диода D3 и база транзистора NPN2 через резистор R2 подключены к шине +Е, катод диода D4 и база транзистора PNP2 через резистор R3 подключены к шине -Е,

База транзистора PNP7 соединена с базой транзистора PNP5, база транзистора PNP8 соединена с базой транзистора PNP6, коллекторы транзисторов PNP7 и PNP8 соединены соответственно с выходами +R и +L ПЭТЛ-ТЗ, база транзистора NPN7 соединена с базой транзистора NPN5, база транзистора NPN8 соединена с базой транзистора NPN6, коллекторы транзисторов NPN7 и NPN8 соединены соответственно с выходами и -R и -L ПЭТЛ-ТЗ.

Эмиттеры j-х транзисторов PNP соединены с шиной +Е, эмиттеры j-х транзисторов NPN соединены с шиной -Е (j=3, 4…8).

На Фиг. 1 изображен Пороговый Элемент Троичной Логики на Токовых Зеркалах (ПЭТЛ-ТЗ).

Проектирование устройств на ПЭТЛ-ТЗ предполагает использование ПЭТЛ-схемотехники - набора элементов, узлов, правил их соединения, приемов, типовых решений и изобразительных средств, поддерживающих создание цифровых устройств, работающих в троичной системе с цифрами +1, 0, -1.

ПЭТЛ-схемотехника отличается от других схемотехник. Она описана в [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Краткие сведения приведены ниже.

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

2. ПЭТЛ-ТЭ имеет 1 вход и группу из 4-х выходов: +R, +L, -L, -R.

3. На входе ПЭТЛ-ТЭ происходит алгебраическое сложение разнополярных дискретных токов +I_ф, и -I_ф и формируется трит X. Если число +I_ф больше числа -I_ф-Х=+1, если число +I_ф меньше числа -I_ф-Х=-1, если число +I_ф равно числу -I_ф-Х=0.

4. ПЭТЛ-ТЭ может иметь более одной группы выходов. Значения на одноименных выходах тождественны.

Трит X на входе ПЭТЛ-ТЭ представлен на его выходах парами двузначных компонент: +R, -R и +L, -L. Соответствие значений X и пар приведено в Таблице 1 в тритах и в терминах токов +I_ф, 0, -I_ф. Пары пронумерованы римскими цифрами, варианты пар - арабскими.

В ПЭТЛ-схемотехнике используются сопоставимые термины из двоичных схемотехник и из лексикона "Сетуней".

Сложение разнополярных дискретных токов +I_ф и -I_ф на входах элементов и объединение их выходов являются приемами ПЭТЛ-схемотехники. Например, объединяя +R и -R, получим на выходе повторение входного трита X, объединяя +L и -L - его нециклическую инверсию НЕ X, объединяя +R и +L или -R и -L - постоянные значения +1 или -1. Практикуется объединение выходов разных ПЭТЛ.

Функционирование ПЭТЛ-ТЗ

Схема Порогового Элемента Троичной Логики на Токовых Зеркалах (ПЭТЛ-ТЗ) представлена на Фиг. 1. Схема симметрична относительно горизонтальной оси визуально и электрически, поскольку в ней используются комплементарные PNP и NPN транзисторы. В симметричных цепях схемы напряжения имеют разные знаки, а токи противоположно направлены.

ПЭТЛ-ТЗ состоит из Источника Тока (ИТ), блока Пороговой Логики (ПЛ) и Токовых Зеркал (ТЗ-1 - ТЗ-k).

Постоянный ток I_ф от ИТ поступает в ПЛ через два токовых зеркала. Транзисторы PNP3 и NPN3 - управляющие, транзисторы PNP4 и NPN4 - "отражающие". Их коллекторные токи поступают в эмиттеры двух транзисторных пар: PNP1, PNP2 и NPN1, NPN2.

Напряжения на базах PNP2 и NPN2 отличаются от нуля на величину прямого напряжения соответственно на диодах D4 и D3.

Разнополярные входные токи +I_ф и -I_ф суммируются на резисторе R1. Напряжение на X ограничивается снизу и сверху на уровне двойного прямого падения на диодах D1, D2 и D5, D6. Это необходимо если |ΔI_ф|>1, где ΔI_ф = (число +I_ф) - (число -I_ф). При равном числе +I_ф и -I_ф напряжение на Х=0 и токи, втекающие в эмиттеры PNP1, PNP2 и NPN1, NPN2, проходят через PNP2 и NPN2, поскольку PNP1 и NPN1 заперты по базам. Если (число +I_ф) > (числа -I_ф), напряжение на Х>0, закрывается NPN2 и открывается NPN1, если (число +I_ф) < (числа -I_ф), напряжение на Х<0, закрывается PNP2 и открывается PNP1.

Коллекторы NPN1, NPN2, PNP2, PNP1 соединены с управляющими входами четырех токовых зеркал (коллекторы PNP5, PNP6, NPN6, NPN5). Транзисторы PNP7, PNP8, NPN8, NPN7 - "отражающие". Их коллекторные токи, являющиеся двузначными компонентами X (см. Таблицу 1), поступают на выходы +R, +L, -L, -R ПЭТЛ-ТЗ.

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 изобретение RU №2394366 C1. Зарегистрирован: 10.07.2010.

4. Маслов С.П. Узел троичной схемотехники и дешифраторы - переключатели на его основе. Патент РФ на изобретение RU №2461122 C1. Зарегистрирован: 10.09.2012.

5. Маслов С.П. Троичный D-триггер (варианты). Патент РФ на изобретение RU №2510129 C1. Зарегистрирован: 20.03.2014.

6. Маслов С.П. Троичный Т-триггер и Троичный реверсивный счетчик на его основе. Патент РФ на изобретение RU №2562370 C1. Зарегистрирован: 11.08.2015.

7. Маслов С.П. Троичный реверсивный регистр сдвига. Патент РФ на изобретение RU №2585263 C1. Зарегистрирован: 27.05.2016.

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

9. Брусенцов Н.П. Пороговая реализация трехзначной логики электромагнитными средствами. // Вычислительная техника и вопросы кибернетики. Вып. 9. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1972. С. 3-35.

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

Пороговый элемент троичной логики на токовых зеркалах (ПЭТЛ-ТЗ), содержащий блок источника тока I_Ф (ИТ), блок пороговой логики (ПЛ) и по меньшей мере один блок токовых зеркал (ТЗ), причем блок ИТ состоит из транзистора PNP типа, транзистора NPN типа и источника тока I_Ф, причем блок ПЛ состоит из пяти транзисторов PNP типа и пяти транзисторов NPN типа, шести диодов и трех резисторов, причем блоки ТЗ состоят из двух транзисторов PNP типа и двух транзисторов NPN типа, причем коллектор и база третьего и база четвертого транзисторов PNP типа соединены с положительным выводом источника тока I_Ф, причем коллектор и база третьего и база четвертого транзисторов NPN типа соединены с отрицательным выводом источника тока I_Ф, причем коллектор четвертого транзистора PNP типа соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов PNP типа, причем коллектор четвертого транзистора NPN типа соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов NPN типа, причем коллектор и база пятого транзистора PNP типа соединены с коллектором первого транзистора NPN типа, причем коллектор и база шестого транзистора PNP типа соединены с коллектором второго транзистора NPN типа, причем коллектор и база пятого транзистора NPN типа соединены с коллектором первого транзистора PNP типа, причем коллектор и база шестого транзистора NPN типа соединены с коллектором второго транзистора PNP типа, причем базы первых транзисторов PNP и NPN типа, анод пятого и катод второго диодов подключены ко входу X ПЭТЛ-ТЗ и через первый резистор к земляной шине, причем анод второго диода подключен к катоду первого диода, причем катод пятого диода подключен к аноду шестого диода, причем аноды первого и четвертого диодов, катоды третьего и шестого диодов подключены к земляной шине, анод третьего диода и база второго транзистора NPN типа через второй резистор подключены к шине положительного питания +Е, причем катод четвертого диода и база второго транзистора PNP типа через третий резистор подключены к шине отрицательного питания -Е, причем база седьмого транзистора PNP типа соединена с базой пятого транзистора PNP типа, причем база восьмого транзистора PNP типа соединена с базой шестого транзистора PNP типа, причем коллекторы седьмого и восьмого транзисторов PNP типа соединены соответственно с положительными R и L выходами ПЭТЛ-ТЗ, причем база седьмого транзистора NPN типа соединена с базой пятого транзистора NPN типа, причем база восьмого транзистора NPN типа соединена с базой шестого транзистора NPN типа, причем коллекторы седьмого и восьмого транзисторов NPN типа соединены соответственно с отрицательными R и L выходами ПЭТЛ-ТЗ, причем эмиттеры j-х транзисторов PNP типа соединены с шиной положительного питания +Е, причем эмиттеры j-х транзисторов NPN типа соединены с шиной отрицательного питания -Е, причем j=3, 4…8.

Похожие патенты:

Мажоритарное устройство // 2618192

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказо- и сбоеустойчивых радиационно-стойких самосинхронных схем.

Универсальный логический модуль // 2610678

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации простых симметричных функций и бесповторных булевых функций, зависящих от четырех переменных.

Мажоритарный модуль для систем с реконфигурацией // 2610676

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления с реконфигурацией.

Универсальный мажоритарный модуль // 2610246

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики и функциональных узлов систем управления. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей мажоритарного модуля за счет обеспечения реализации всех мажоритарных функций, зависящих от трех аргументов, при пяти входах модуля.

Логический модуль // 2609743

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат - уменьшение аппаратурных затрат и повышение быстродействия.

Логический преобразователь // 2602331

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является уменьшение аппаратурных затрат и повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей прототипа - реализации симметричных булевых функций пяти переменных при соответствующих настройках.

Логический преобразователь // 2585725

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики и функциональных узлов систем управления. Технический результат заключается в обеспечении параллельной реализации четырех простых симметричных булевых функций, зависящих от четырех аргументов - входных двоичных сигналов.

Мажоритарный модуль // 2580801

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой вычислительной техники как средство предварительной обработки информации.

Логический преобразователь // 2580798

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов. Техническим результатом является уменьшение аппаратурных затрат и повышение быстродействия.

Мажоритарное устройство // 2580080

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении отказоустройчивых и сбоеустойчивых, радиационно стойких самосинхронных схем.

Мажоритарный элемент "6 и более из 11" // 2621340

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в схемотехническом упрощении, сокращении номенклатуры и числа используемых логических элементов. Мажоритарный элемент «6 и более из 11» содержит 30 двухвходовых элементов И и 33 элемента ИЛИ, одиннадцать иерархических уровней с логическими элементами ИЛИ и двухвходовыми элементами И, каждый из первых пяти уровней состоит из пяти пар элементов ИЛИ и И, при этом каждый из десяти первых входов устройства соединен с соответствующей парой элементов ИЛИ и И первого уровня, а одиннадцатый вход соединен с пятой парой логических элементов ИЛИ и И второго уровня, выход элемента И 11 уровня является выходом мажоритарного элемента. 2 ил.

Многофункциональный мажоритарный модуль // 2626346

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его сложности при реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов. Многофункциональный мажоритарный модуль содержит пять информационных входов, два настроечных входа, выход модуля, мажоритарный элемент, три элемента ИЛИ, семь элементов И, два элемента НЕ. 1 ил., 1 табл.

Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем // 2626347

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности его использования как в синхронных, так и в асинхронных дискретных схемах, уменьшение сложности устройства и повышение его быстродействия. Мажоритарный модуль для отказоустойчивых систем содержит n информационных входов (n=2m+1, m=1, 2, …), n элементов И, вход запуска, n+1 элементов задержки, первый элемент ИЛИ, второй элемент ИЛИ, регистр сдвига, первый выход устройства, второй выход устройства. 1 ил., 1 табл.

Мажоритарный модуль "три из пяти" // 2628117

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его сложности при реализации мажоритарной функции, дизъюнкции, конъюнкции пяти аргументов. Мажоритарный модуль «три из пяти» содержит пять информационных входов 1, 2, 3, 4, 5, два настроечных входа 6, 7, выход модуля 8, мажоритарный элемент 9, первый элемент ИЛИ 10, второй элемент ИЛИ 11, третий элемент ИЛИ 12, четвертый элемент ИЛИ 13, первый элемент И 14, второй элемент И 15, третий элемент И 16, четвертый элемент И 17, пятый элемент И 18, шестой элемент И 19. 1 ил., 1 табл.

Мажоритарный элемент "7 и более из 13" // 2628222

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в радиосредствах специальной радиосвязи для высоконадежной передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса помех, а также может быть использовано как элемент более сложного устройства - блока логической обработки, реализующего заданный мажоритарный алгоритм повышения достоверности по совокупности правил мажоритирования. Технический результат изобретения заключается в схемотехническом упрощении, сокращении номенклатуры и числа используемых логических элементов, а также обеспечении возможности реализации мажоритарного элемента на электронных компонентах с изменяемой архитектурой. Мажоритарный элемент «7 и более из 13» содержит 13 иерархических уровней с 46 двухвходовыми элементами И и 42 логическими элементами ИЛИ. 2 ил.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов // 2628890

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения отказоустойчивых средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др. Техническим результатом изобретения является уменьшение сложности устройства и повышение его быстродействия. Устройство для мажоритарного выбора сигналов содержит n информационных входов 11 - 1n, первую и вторую группы элементов И 2 и 3, которые содержат по n элементов И 21 - 2n и 31 - 3n, группу элементов ИЛИ 4, которая содержит n+2 элемента 41 - 4n+2, n+1 элементов задержки 51 - 5n+1, n+2 элементов НЕ 61 - 6n+2, первый триггер 7, второй триггер 8, реверсивный двоичный счетчик 9, вход запуска 10, первый выход устройства 11, второй выход устройства 12, третий выход устройства 13, выход готовности результата 14, третий триггер 15. 1 ил., 1 табл.

Логический преобразователь // 2629451

Логический преобразователь предназначен для реализации любой из пяти простых симметричных булевых функций, зависящих от пяти аргументов - входных двоичных сигналов, и может быть использован в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов. Технический результат заключается в уменьшении аппаратурных затрат. Логический преобразователь содержит десять мажоритарных элементов (11, …, 110). 1 ил.

Логический преобразователь // 2629452

Логический преобразователь предназначен для реализации простых симметричных булевых функций и может быть использован в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов. Технический результат заключается в обеспечении реализация любой из шести простых симметричных булевых функций, зависящих от шести аргументов - входных двоичных сигналов. Такой результат достигается за счет одиннадцати мажоритарных элементов (11, …, 111) и новой схемы их соединения. 1 ил.

Логический преобразователь // 2634229

Логический преобразователь предназначен для реализации простых симметричных булевых функций и может быть использован в системах цифровой вычислительной техники как средство преобразования кодов. Технический результат заключается в обеспечении реализации любой из шести простых симметричных булевых функций, зависящих от шести аргументов - входных двоичных сигналов. Логический преобразователь содержит четырнадцать мажоритарных элементов (11, …, 114). Технический результат достигается за счет указанных элементов и новой схемы их соединения. 1 ил.

Способ обработки и приемник сообщений циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями // 2643441

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в приемниках циркуляционных односторонних сетей передачи данных с повторениями. Техническим результатом изобретения является повышение оперативности доведения сообщений в каналах связи циркулярных односторонних сетей передачи данных с повторениями, а также схемотехническое упрощение приемника сообщений, который достигается за счет того, что приемник содержит последовательно соединенные демодулятор, декодер и интерфейс представления данных, при этом декодер имеет дополнительный информационный выход, который связан с блоком накопления сообщений, который последовательно связан с блоком формирования векторов, блоком мажоритарных проверок и блоком формирования логических сообщений, при этом выход блока формирования логических сообщений связан со вторым информационным входом декодера, управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока формирования векторов, а управляющий выход блока формирования векторов соединен с управляющим входом блока формирования логических сообщений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.