Способ увеличения количества выходов дешифратора

Рассмотрим способ увеличения количества выходов дешифратора. Пусть в нашем распоряжении имеются полные (число выходов равно 2n при n информационных входах) дешифраторы типа 2 >4 (два входа - четыре выхода). Необходимо построить дешифратор, который имеет 4 информационных входа и 16 выходов, то есть дешифратор типа 4>16.

Пример построения такого дешифратора и условное обозначение микросхемы, реализующий такой дешифратор, предложены на рисунке 6.

В зависимости от состояний сигналов x3 и x2 при наличии на входе разрешения работы E дешифратора DD1 формируется единица на одном из четырёх выходов этого дешифратора. Это приводит к тому, что только один из выходных дешифраторов будет реагировать на комбинацию сигналов на входах x0 и x1. Только выбранный дешифратор сформирует единицу на одном из своих выходов, номер которого определяется сигналами x0 и x1.

Например, пусть на входах x3x2x1x0 присутствует число 1011. На входах x3x2 присутствует комбинация 10, что соответствует в десятичном виде числу 2.

Рисунок 6 Способ реализации сложного дешифратора и его условное обозначение

Следовательно, именно на выходе 2 дешифратора DD1 сформируется активный сигнал, равный единице. Только дешифратору DD4, который принимает по входу E активный уровень, будет разрешаться работа. На входах x1x0 присутствует число 11, что соответствует в десятичном виде числу 3. На третьем выходе выбранного дешифратора DD4 будет формироваться единица, то есть активный сигнал. На остальных выходах выбранного дешифратора будет присутствовать нуль так же, как и на выходах невыбранных дешифраторов DD2, DD3, DD5. То есть только на выходе y11 присутствует активный сигнал. Если перевести заданное двоичное число 1011 в десятичную систему, то получим номер выбранного выхода в десятичной системе: 11. Процедура перевода двоичного числа с учётом весов разрядов предлагается ниже.

10112=23+21+20=1110.

Принцип работы дешифратора 4 входа 16 выходов

Рисунок 7 Схема дешифратора 4 х 16

При логической 1 на входе разрешения на всех выходах будут также логические 1. При активизации входа разрешения, т. е. при Е = 0, логический 0 появляется на том выходе дешифратора, номер которого соответствует десятичному эквиваленту двоичного числа, поданного на информационные входы. Благодаря наличию входа разрешения можно наращивать размерность дешифраторов. Так, используя 5 дешифраторов 2x4, можно построить дешифратор 4 х 16 (рис. 7).

Понять принцип работы такой схемы несложно. Так, при подаче на вход числа 0100 (двоичный эквивалент десятичного числа 4) и при Е = 0 логический 0 появится лишь на втором (сверху) выходе дешифратора DC 1, а на всех остальных выходах будут логические 1. Это приведет к активизации лишь дешифратора DC3 и активизируется (появится логический 0) лишь его верхний выход, что и будет соответствовать десятичному числу 4. При подаче на вход числа 1111 будет активизирован дешифратор DC5 и на его нижнем выходе появится логический 0, что будет соответствовать десятичному числу 15.

Таблица истинности дешифратора 4входа 16 выходов.

Функции дешифраторов и шифраторов понятны из их названий. Дешифратор преобразует входной двоичный код в номер выходного сигнала (дешифрирует код), а шифратор преобразует номер входного сигнала в выходной двоичный код (шифрует номер входного сигнала). Количество выходных сигналов дешифратора и входных сигналов шифратора равно количеству возможных состояний двоичного кода (входного кода у дешифратора и выходного кода у шифратора), то есть 2 n , где n - разрядность двоичного кода (рис. 5.1). Микросхемы дешифраторов обозначаются на схемах буквами DC (от английского Decoder), а микросхемы шифраторов - CD (от английского Coder).

Рис. 5.1. Функции дешифратора (слева) и шифратора (справа)

На выходе дешифратора всегда присутствует только один сигнал, причем номер этого сигнала однозначно определяется входным кодом. Выходной код шифратора однозначно определяется номером входного сигнала.

Рассмотрим подробнее функцию дешифратора.

В стандартные серии входят дешифраторы на 4 выхода (2 разряда входного кода), на 8 выходов (3 разряда входного кода) и на 16 выходов (4 разряда входного кода). Они обозначаются соответственно как 2–4, 3–8, 4–16. Различаются микросхемы дешифраторов входами управления (разрешения/запрета выходных сигналов), а также типом выхода: 2С или ОК. Выходные сигналы всех дешифраторов имеют отрицательную полярность. Входы, на которые поступает входной код, называют часто адресными входами. Обозначают эти входы 1, 2, 4, 8, где число соответствует весу двоичного кода (1 - младший разряд, 2 - следующий разряд и т.д.), или А0, А1, А2, А5. В отечественных сериях микросхемы дешифраторов обозначаются буквами ИД. На рис. 5.2 показаны три наиболее типичных микросхемы дешифраторов.

Рис. 5.2. Примеры микросхем дешифраторов

Код на входах 1, 2, 4, 8 определяет номер активного выхода (вход 1 соответствует младшему разряду кода, вход 8 - старшему разряду кода). Входы разрешения С1, С2, С3 объединены по функции И и имеют указанную на рисунке полярность. Для примера в табл. 5.1 приведена таблица истинности дешифратора ИД7 (3-8). Существуют и дешифраторы 4–10 (например, ИД6), которые обрабатывают не все возможные 16 состояний входного кода, а только первые 10 из них.

Первые три строки таблицы соответствуют запрету выходных сигналов. Разрешением выхода будет единица на входе С1 и нули на входах С2 и С5. Символ "Х" обозначает безразличное состояние данного входа (неважно, нуль или единица). Нижние восемь строк соответствуют разрешению выходных сигналов. Номер активного выхода (на котором формируется нулевой сигнал) определяется кодом на входах 1, 2, 4, причем вход 1 соответствует младшему разряду кода, а вход 4 - старшему разряду кода.

Наиболее типичное применение дешифраторов состоит именно в дешифрировании входных кодов, при этом входы С используются как стробирующие, управляющие сигналы. Номер активного (то есть нулевого) выходного сигнала показывает, какой входной код поступил. Если нужно дешифровать код с большим числом разрядов, то можно объединить несколько микросхем дешифраторов (пример показан на рис. 5.3).

Рис. 5.3. Увеличение количества разрядов дешифратора

При этом старшие разряды кода подаются на основной дешифратор, выходы которого разрешают работу нескольких дополнительных дешифраторов. На объединенные входы этих дополнительных дешифраторов подаются младшие разряды входного кода. Из пяти микросхем дешифраторов 2–4 можно получить дешифратор 4–16, как показано на рисунке (хотя лучше, конечно, взять готовую микросхему). Точно так же из девяти микросхем 3–8 можно получить дешифратор 6–64, а из семнадцати микросхем 4–16 - дешифратор 8–256. Еще одно распространенное применение дешифраторов - селекция (выбор) заданных входных кодов. Появление отрицательного сигнала на выбранном выходе дешифратора будет означать поступление на вход интересующего нас кода. В данном случае увеличивать число разрядов входного селектируемого кода гораздо проще, чем в предыдущем (см. рис. 5.3). Например, две микросхемы 4–16 позволяют селектировать 8-разрядный код (рис. 5.4). В примере на рисунке селектируется 16-ричный код 2А (двоичный код 0010 1010). При этом один дешифратор работа ет с младшими четырьмя разрядами кода, а другой - со старшими четырьмя разрядами. Объединяются дешифраторы так, что один из них разрешает работу другого по входам –С1 и –С2. Применяя механические переключатели выходов дешифраторов (тумблеры, перемычки), можно легко изменять код, селектируемый данной схемой.

Рис. 5.4. Селектирование кода на дешифраторах

Еще одно важное применение дешифраторов состоит в перекоммутации одного входного сигнала на несколько выходов. Или, другими словами, дешифратор в данном случае выступает в качестве демультиплексора входных сигналов, который позволяет разделить входные сигналы, приходящие в разные моменты времени, на одну входную линию (мультиплексированные сигналы). При этом входы 1, 2, 4, 8 дешифратора используются в качестве управляющих, адресных, определяющих, на какой выход переслать пришедший в данный момент входной сигнал (рис. 5.5), а один из входов С выступает в роли входного сигнала, который пересылается на заданный выход. Если у микросхемы имеется несколько стробирующих входов С, то оставшиеся входы С можно использовать в качестве разрешающих работу дешифратора.

Рис. 5.5. Включение дешифратора как демультиплексора

Рис. 5.6. Стробирование выходных сигналов дешифратора

На втором уровне представления (модель с временными задержками) также надо учитывать, что задержки дешифратора больше задержки простых логических элементов примерно вдвое для входного кода и примерно в полтора раза - для стробирующих входов. То есть если попытаться заменить дешифратор схемой на логических элементах, то такой дешифратор получится медленнее. Точные величины задержек надо смотреть в справочниках.

Рис. 5.7. Позиционная индикация на дешифраторе с выходами ОК

Дешифраторы, имеющие выходы типа ОК (ИД5, ИД10), удобно применять в схемах позиционной индикации на светодиодах. На рис. 5.7 приведен пример такой индикации на микросхеме ИД5, которая представляет собой два дешифратора 2–4 с объединенными входами для подачи кода и стробами, позволяющими легко строить дешифратор 3–8. При этом старший разряд кода выбирает один из дешифраторов 2–4 (нуль соответствует верхнему по схеме дешифратору, а единица - нижнему). То есть в данном случае номер горящего светодиода равен входному коду дешифратора. Такая индикация называется позиционной.

Рис. 5.8. Объединение выходов дешифраторов с ОК

Выходы микросхем дешифраторов с ОК можно объединять между собой для реализации проводного ИЛИ (рис. 5.8). Нуль на объединенном выходе будет тогда, когда хотя бы на одном из выходов вырабатывается нуль. При равномерном пошаговом наращивании входного кода (например, с помощью счетчика) такое решение позволяет формировать довольно сложные последовательности выходных сигналов. Правда, каждый выход дешифратора может использоваться для получения только одного выходного сигнала. Это ограничивает возможности таких схем.

Шифраторы используются гораздо реже, чем дешифраторы. Это связано с более специфической областью их применения. Значительно меньше и выбор микросхем шифраторов в стандартных сериях. В отечественных сериях шифраторы имеют в названии буквы ИВ.

На рис. 5.9 показаны для примера две микросхемы шифраторов ИВ1 и ИВ3. Первая имеет 8 входов и 3 выхода (шифратор 8–3), а вторая - 9 входов и 4 выхода (шифратор 9–4). Все входы шифраторов - инверсные (активные входные сигналы - нулевые). Все выходы тоже инверсные, то есть формируется инверсный код. Микросхема ИВ1, помимо 8 информационных входов и 3 разрядов выходного кода (1, 2, 4), имеет инверсный вход разрешения –ЕI, выход признака прихода любого входного сигнала –GS, а также выход переноса –EO, позволяющий объединять несколько шифраторов для увеличения разрядности.

Рис. 5.9. Микросхемы шифраторов

Таблица истинности шифратора ИВ1 приведена в табл. 5.2.

Из таблицы видно, что на выходах кода 1, 2, 4 формируется инверсный двоичный код номера входной линии, на который приходит отрицательный входной сигнал. При одновременном поступлении нескольких входных сигналов формируется выходной код, соответствующий входу с наибольшим номером, то есть старшие входы имеют приоритет перед младшими. Поэтому такой шифратор называется приоритетным. При отсутствии входных сигналов (вторая строчка таблицы) формируется выходной код 111. Единичный сигнал –EI (первая строчка) запрещает работу шифратора (все выходные сигналы устанавливаются в единицу). На выходе –GS вырабатывается нуль при приходе любого входного сигнала, что позволяет, в частности, отличить ситуацию прихода нулевого входного сигнала от ситуации отсутствия любых входных сигналов. Выход -EO становится активным (нулевым) при отсутствии входных сигналов, но разрешении работы шифратора сигналом –EI.

Стандартное применение шифраторов состоит в сокращении количества сигналов. Например, в случае шифратора ИВ1 информация о восьми входных сигналах сворачивается в три выходных сигнала. Это очень удобно, например, при передаче сигналов на большие расстояния. Правда, входные сигналы не должны приходить одновременно. На рис. 5.10 показаны стандартная схема включения шифратора и временные диаграммы его работы.

Рис. 5.10. Стандартное включение шифратора

Инверсия выходного кода приводит к тому, что при приходе нулевого входного сигнала на выходе формируется не нулевой код, а код 111, то есть 7. Точно так же при приходе, например, третьего входного сигнала на выходе образуется код 100, то есть 4, а при приходе пятого выходного сигнала - код 010, то есть 2.

Наличие у шифраторов входов EI и EO позволяет увеличивать количество входов и разрядов шифратора, правда, с помощью дополнительных элементов на выходе. На рис. 5.11 показан пример построения шифратора 16–4 на двух микросхемах шифраторов ИВ1 и трех элементах 2И-НЕ (ЛА3).

Рис. 5.11. Шифратор 16–4 на двух шифраторах 8–3

Одновременное или почти одновременное изменение сигналов на входе шифратора приводит к появлению периодов неопределенности на выходах. Выходной код может на короткое время принимать значение, не соответствующее ни одному из входных сигналов. Поэтому в тех случаях, когда входные сигналы могут приходить одновременно, необходима синхронизация выходного кода, например, с помощью разрешающего сигнала EI, который должен приходить только тогда, когда состояние неопределенности уже закончилось.

Задержка шифратора от входа до выхода кода примерно в полтора раза превышает задержку логического элемента, а задержка до выхода GS - примерно в два раза больше. Точные величины задержек микросхем надо смотреть в справочниках.

Владельцы патента RU 2559705:

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

В различных вычислительных и управляющих системах широко используются дешифраторы, реализованные на основе транзисторно-транзисторной и эмиттерно-связанной логики , работающие по законам булевой алгебры и имеющие по выходу два логических состояния «0» и «1», характеризующихся низким и высоким потенциалами. Классическая архитектура дешифратора опубликована в статьях и книгах , серийно выпускаются микросхемы .

Существенный недостаток дешифраторов данного класса состоит в том, что его логические элементы, используя потенциальные двоичные сигналы, обладают многоярусной структурой, которую невозможно или неэффективно использовать на современных низковольтных техпроцессах, а также нелинейностью рабочих режимов элементов и критичностью параметров структуры логических элементов и входных сигналов. В конечном итоге это приводит к снижению быстродействия известных дешифраторов.

В качестве устройств обработки цифровой информации используются также транзисторные каскады преобразования входных логических переменных (токов), реализованные на основе токовых зеркал , реализующих функцию логической обработки входных токовых переменных.

Существенный недостаток известных схем данного класса состоит в том, что они не реализуют функцию преобразования двух входных токовых сигналов, имеющих четыре состояния «00», «01», «10», «11», в четыре выходных токовых сигнала. Это не позволяет на его основе создать полный базис средств обработки сигналов с токовыми переменными, функционирующих на принципах линейной алгебры.

В работах , а также монографиях соавтора настоящей заявки показано, что булева алгебра является частным случаем более общей линейной алгебры, практическая реализация которой в структуре вычислительных и логических устройств автоматики нового поколения требует создания специальной элементной базы, реализуемой на основе логики с двузначным и многозначным внутренним представлением сигналов, в которой эквивалентом стандартного логического сигнала является квант тока Ι 0 . Заявляемое устройство «Дешифратор 2 в 4» относится к этому типу логических устройств и работает с входными токовыми сигналами и формирует выходной токовый сигнал.

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является логическое устройство «Дешифратор 2 в 4», представленное в патенте US 5742154, содержащее первый 1 и второй 2 логические входы устройства, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 токовые логические выходы устройства, первый 7, второй 8 и третий 9 выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к первому 10 источнику напряжения смещения, четвертый 11, пятый 12 и шестой 13 выходные транзисторы другого типа проводимости, базы которых объединены и подключены ко второму 14 источнику напряжения смещения, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с эмиттером четвертого 11 выходного транзистора, эмиттер второго 8 выходного транзистора соединен с эмиттером пятого 12 выходного транзистора, эмиттер третьего 9 выходного транзистора соединен с эмиттером шестого 13 выходного транзистора, первый 3 токовый логический выход устройства связан с коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 4 токовый логический выход устройства связан с коллектором третьего 9 выходного транзистора, коллектор четвертого 11 выходного транзистора связан с третьим 5 токовым логическим выходом устройства, коллектор шестого 13 выходного транзистора связан с четвертым 6 токовым логическим выходом устройства, первое 15 и второе 16 токовые зеркала, согласованные с первой 17 шиной источника питания, третье 18 токовое зеркало, согласованное со второй 19 шиной источника питания, вспомогательный источник опорного тока 20.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании логического элемента, обеспечивающего дешифрацию состояния двух входных логических переменных и формирования в токовой форме четырех выходных сигналов. В конечном итоге это позволяет повысить быстродействие известных устройств преобразования информации с использованием заявляемого дешифратора и создать элементную базу вычислительных устройств, работающих на принципах многозначной линейной алгебры .

Поставленная задача решается тем, что в логическом устройстве «Дешифратор 2 в 4» (фиг. 1), содержащем первый 1 и второй 2 логические входы устройства, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 токовые логические выходы устройства, первый 7, второй 8 и третий 9 выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к первому 10 источнику напряжения смещения, четвертый 11, пятый 12 и шестой 13 выходные транзисторы другого типа проводимости, базы которых объединены и подключены ко второму 14 источнику напряжения смещения, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с эмиттером четвертого И выходного транзистора, эмиттер второго 8 выходного транзистора соединен с эмиттером пятого 12 выходного транзистора, эмиттер третьего 9 выходного транзистора соединен с эмиттером шестого 13 выходного транзистора, первый 3 токовый логический выход устройства связан с коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 4 токовый логический выход устройства связан с коллектором третьего 9 выходного транзистора, коллектор четвертого 11 выходного транзистора связан с третьим 5 токовым логическим выходом устройства, коллектор шестого 13 выходного транзистора связан с четвертым 6 токовым логическим выходом устройства, первое 15 и второе 16 токовые зеркала, согласованные с первой 17 шиной источника питания, третье 18 токовое зеркало, согласованное со второй 19 шиной источника питания, вспомогательный источник опорного тока 20, предусмотрены новые элементы и связи - первый 1 логический вход устройства связан со входом третьего 18 токового зеркала, второй 2 логический вход устройства соединен со входом первого 15 токового зеркала, первый 21 токовый выход первого 15 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами второго 8 и пятого 12 выходных транзисторов и через вспомогательный источник опорного тока 20 связан со второй 19 шиной источника питания, второй 22 токовый выход первого 15 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого 7 и четвертого 11 выходных транзисторов и подключен к первому 23 токовому выходу третьего 18 токового зеркала, коллектор второго 8 выходного транзистора связан со входом второго 16 токового зеркала, токовый выход которого подключен к объединенным эмиттерам третьего 9 и шестого 13 выходных транзисторов и связан со вторым 24 токовым выходом третьего 18 токового зеркала, причем коллектор пятого 12 выходного транзистора связан со второй 19 шиной источника питания.

Схема логического устройства-прототипа показана на фиг. 1. На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 1 формулы изобретения.

На фиг. 3 представлена схема заявляемого устройства в соответствии с п. 2, п. 3, п. 4 формулы изобретения.

На фиг. 4 приведена принципиальная схема фиг. 3 в среде компьютерного моделирования МС9 с конкретным выполнением основных функциональных узлов (токовых зеркал, источников опорного тока).

На фиг. 5 представлены результаты компьютерного моделирования схемы фиг. 4.

Логическое устройство «Дешифратор 2 на 4» фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 логические входы устройства, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 токовые логические выходы устройства, первый 7, второй 8 и третий 9 выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к первому 10 источнику напряжения смещения, четвертый 11, пятый 12 и шестой 13 выходные транзисторы другого типа проводимости, базы которых объединены и подключены ко второму 14 источнику напряжения смещения, эмиттер первого 7 выходного транзистора соединен с эмиттером четвертого 11 выходного транзистора, эмиттер второго 8 выходного транзистора соединен с эмиттером пятого 12 выходного транзистора, эмиттер третьего 9 выходного транзистора соединен с эмиттером шестого 13 выходного транзистора, первый 3 токовый логический выход устройства связан с коллектором первого 7 выходного транзистора, второй 4 токовый логический выход устройства связан с коллектором третьего 9 выходного транзистора, коллектор четвертого 11 выходного транзистора связан с третьим 5 токовым логическим выходом устройства, коллектор шестого 13 выходного транзистора связан с четвертым 6 токовым логическим выходом устройства, первое 15 и второе 16 токовые зеркала, согласованные с первой 17 шиной источника питания, третье 18 токовое зеркало, согласованное со второй 19 шиной источника питания, вспомогательный источник опорного тока 20. Первый 1 логический вход устройства связан со входом третьего 18 токового зеркала, второй 2 логический вход устройства соединен со входом первого 15 токового зеркала, первый 21 токовый выход первого 15 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами второго 8 и пятого 12 выходных транзисторов и через вспомогательный источник опорного тока 20 связан со второй 19 шиной источника питания, второй 22 токовый выход первого 15 токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого 7 и четвертого 11 выходных транзисторов и подключен к первому 23 токовому выходу третьего 18 токового зеркала, коллектор второго 8 выходного транзистора связан со входом второго 16 токового зеркала, токовый выход которого подключен к объединенным эмиттерам третьего 9 и шестого 13 выходных транзисторов и связан со вторым 24 токовым выходом третьего 18 токового зеркала, причем коллектор пятого 12 выходного транзистора связан со второй 19 шиной источника питания.

На фиг. 3 в соответствии с п. 2 формулы изобретения первый 1 логический вход устройства связан со входом третьего 18 токового зеркала через первый дополнительный инвертирующий каскад, выполненный в виде первого 26 дополнительного токового зеркала, согласованного с первой 17 шиной источника питания.

На фиг. 3 в соответствии с п. 3 формулы изобретения коллектор четвертого 11 выходного транзистора связан с третьим 5 токовым логическим выходом устройства через второй дополнительный инвертирующий каскад, выполненный в виде второго 27 дополнительного токового зеркала, согласованного со второй 19 шиной источника питания.

Кроме этого, на фиг. 3 в соответствии с п. 4 формулы изобретения коллектор шестого 13 выходного транзистора связан с четвертым 6 токовым логическим выходом устройства через третий дополнительный инвертирующий каскад, выполненный в виде третьего 28 дополнительного токового зеркала, согласованного со второй 19 шиной источника питания.

Рассмотрим работу предлагаемой схемы дешифратора с токовыми входами и выходами фиг. 2.

Дешифратор 2 в 4 реализует известные функции :

где А 0 , A ¯ 0 - прямой и инверсный сигналы на входе 1 устройства фиг. 2,

A 1 , A ¯ 1 - прямой и инверсный сигналы на входе 2 устройства фиг. 2.

Особенностью их реализации в линейной алгебре является использование для этой цели операции усеченной разности:

таблица истинности которой приведена ниже

Из таблицы следует, что из четырех возможных сочетаний значений входных переменных единичное значение функции соответствует только одному сочетанию, соответствующему условию А 0 >А 1 . Задавая в таблицу истинности прямые и инверсные входные переменные, можно получить единичное значение функции, соответствующее любому из возможных сочетаний значений входных переменных.

Применение этой операции приводит к следующему представлению логических функций дешифратора:

Реализация этих операций производится следующим образом.

Сигналы входных переменных А 0 и А 1 через логические входы 1 и 2 поступают на первое 15 и третье 18 токовые зеркала, с помощью которых происходит размножение указанных сигналов и изменение их знака. При этом сигнал А 0 передается в виде вытекающего тока (т.е. в виде А 0) и с помощью третьего токового зеркала 18 преобразуется во втекающий ток (т.е. к виду -А 0), а А 1 поступает в прямой форме в виде втекающего тока (т.е. в виде -A 1) и с помощью первого токового зеркала 15 преобразуется в вытекающий ток (т.е. к виду А 1).

В точке соединения выходов 22 первого токового зеркала 15 и 23 третьего токового зеркала 18 реализуется операция А 1 -A 0 . Разностный сигнал подается на объединенные эмиттеры транзисторов 7 и 11, режимы работы которых задаются первым 10 и вторым 14 источниками напряжения смещения.

Если разностный сигнал положителен, т.е. А 0 -А 1 >0, транзистор 7 закрыт, а транзистор 11 открыт и на выход 5 выдается квант втекающего тока, соответствующий -(A 0 -А 1)=А 1 -A 0 , реализующий выражение (2). При любых других сочетаниях значений квантов тока на выходе 5 ток будет отсутствовать.

Если же А 0 -А 1 ≤0, то транзистор 7 открыт, а транзистор 11 закрыт и на выход 3 выдается квант вытекающего тока, соответствующий А 0 -А 1 , реализующий выражение (3). При любых других сочетаниях значений квантов тока на выходе 3 ток будет отсутствовать.

В точке соединения выхода 21 первого токового зеркала и вспомогательного источника опорного тока 20 производится вычитание А 1 -1. Разностный сигнал подается на объединенные эмиттеры транзисторов 8 и 12, режимы работы которых задаются первым 10 и вторым 14 источниками напряжения смещения. Если разностный сигнал положителен, т.е. А 1 -1>0, транзистор 8 закрыт, а транзистор 12 открыт. Если разностный сигнал меньше или равен нулю, то транзистор 8 открыт, а транзистор 12 закрыт.

В первом случае сигнал через транзистор 12 замыкается на «землю». Во втором случае квант вытекающего разностного тока A 1 -1 с помощью третьего токового зеркала 16 преобразуется в квант вытекающего тока 1-A 1 и из него вычитается втекающий квант тока -A 0 . Разностный сигнал подается на объединенные эмиттеры транзисторов 9 и 13, режимы работы которых задаются первым 10 и вторым 14 источниками напряжения смещения. Если разностный сигнал положителен, т.е. транзистор 9 закрыт, а транзистор 13 открыт. При этом на выход 6 выдается разностный сигнал (1-A 1)-A 0 , в виде вытекающего кванта тока, реализующий выражение (4). При любых других сочетаниях значений квантов тока на выходе 4 ток будет отсутствовать.

Спецификой данного устройства является представление выходных сигналов в виде квантов втекающего (на выходах 3 и 4) и вытекающего (на выходах 5 и 6) тока. Для случая, когда необходимы все выходные сигналы одного направления, может использоваться схема дешифратора, приведенная на фиг. 3. Ее отличием от схемы на фиг. 2 является использование двух дополнительных токовых зеркал 27 и 28, ко входам которых подключены коллекторы транзисторов 11 и 13, а выходы являются выходами 5 и 6 дешифратора. В результате все выходные сигналы представлены квантами втекающего тока.

Как видно из приведенного описания, реализация устройства «Дешифратор 2 в 4» производится в виде стандартных логических функций по законам линейной алгебры путем формированием разности квантов тока 10. Реализация элементов на токовых зеркалах позволяет во многих случаях снизить напряжение питания, а так как все элементы приведенной схемы работают в активном режиме, предполагающем отсутствие насыщения в процессе переключений, повышается общее быстродействие устройства. Использование стабильных значений квантов тока I 0 , а также определение выходного сигнала разностью этих токов обеспечивает малую зависимость функционирования схемы от внешних дестабилизирующих факторов (девиация питающего напряжения, радиационное и температурное воздействия, синфазная помеха и др.).

Показанные на фиг. 9, фиг. 10 результаты моделирования подтверждают указанные свойства заявляемых схем.

Таким образом, рассмотренные схемотехнические решения логического устройства «Дешифратор 2 в 4» характеризуются двоичным токовым представлением сигнала и могут быть положены в основу вычислительных и управляющих устройств, использующих линейную алгебру, частным случаем которой является булева алгебра.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Патент US 6243319 В1, fig. 13.

2. Патент US 5604712 А.

3. Патент US 4514829 А.

4. Патент US 20120020179 A1.

5. Патент US 6920078 В2.

6. Патент US 6324117 В1, fig. 3.

7. Патентная заявка US 20040018019 A1.

8. Патент US 5568061 А.

9. Патент US 5148480 A, fig. 4.

10. Brzozowski I., Zachara L., Kos A. Universal design method of n-to-2n decoders // Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES), 2013 Proceedings of the 20th International Conference, 2013. - C. 279-284, Fig. 1.

11. Subramanyam M.V. Switching Theory and Logic Design / Firewall Media, 2011. Second, - 783 c, Fig. 3.174.

12. SN74LVC1G139 2-to-4 Line Decoder [Электронный ресурс]. URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn741vc1g139.pdf.

13. Патент US 8159304, fig. 5.

14. Патент US №5977829, fig. 1.

15. Патент US №5789982, fig. 2.

16. Патент US №5140282.

17. Патент US №6624701, fig. 4.

18. Патент US №6529078.

19. Патент US №5734294.

20. Патент US №5557220.

21. Патент US №6624701.

22. Патент RU №2319296.

23. Патент RU №2436224.

24. Патент RU №2319296.

25. Патент RU №2321157.

26. Патент US 6556075, fig. 2.

27. Патент US 6556075, fig. 6.

28. Chernov N.I., Yugai V.Y., Prokopenko N.N., и др. Basic Concept of Linear Synthesis of Multi-Valued Digital Structures in Linear Spaces // 11th East-West Design & Test Symposium (EWDTS 2013). - Rostov-on-Don, 2013. - C. 146-149.

29. Малюгин В.Д. Реализация булевых функций арифметическими полиномами // Автоматика и телемеханика, 1982. №4. С. 84-93.

30. Чернов Н.И. Основы теории логического синтеза цифровых структур над полем вещественных чисел // Монография. - Таганрог: ТРТУ, 2001. - 147 с.

31. Чернов Н.И. Линейный синтез цифровых структур АСОИУ» // Учебное пособие. - Таганрог: ТРТУ, 2004 г. - 118 с.

1. Дешифратор 2 на 4, содержащий первый (1) и второй (2) логические входы устройства, первый (3), второй (4), третий (5), четвертый (6) токовые логические выходы устройства, первый (7), второй (8) и третий (9) выходные транзисторы, базы которых объединены и подключены к первому (10) источнику напряжения смещения, четвертый (11), пятый (12) и шестой (13) выходные транзисторы другого типа проводимости, базы которых объединены и подключены ко второму (14) источнику напряжения смещения, эмиттер первого (7) выходного транзистора соединен с эмиттером четвертого (11) выходного транзистора, эмиттер второго (8) выходного транзистора соединен с эмиттером пятого (12) выходного транзистора, эмиттер третьего (9) выходного транзистора соединен с эмиттером шестого (13) выходного транзистора, первый (3) токовый логический выход устройства связан с коллектором первого (7) выходного транзистора, второй (4) токовый логический выход устройства связан с коллектором третьего (9) выходного транзистора, коллектор четвертого (11) выходного транзистора связан с третьим (5) токовым логическим выходом устройства, коллектор шестого (13) выходного транзистора связан с четвертым (6) токовым логическим выходом устройства, первое (15) и второе (16) токовые зеркала, согласованные с первой (17) шиной источника питания, третье (18) токовое зеркало, согласованное со второй (19) шиной источника питания, вспомогательный источник опорного тока (20), отличающийся тем, что первый (1) логический вход устройства связан со входом третьего (18) токового зеркала, второй (2) логический вход устройства соединен со входом первого (15) токового зеркала, первый (21) токовый выход первого (15) токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами второго (8) и пятого (12) выходных транзисторов и через вспомогательный источник опорного тока (20) связан со второй (19) шиной источника питания, второй (22) токовый выход первого (15) токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого (7) и четвертого (11) выходных транзисторов и подключен к первому (23) токовому выходу третьего (18) токового зеркала, коллектор второго (8) выходного транзистора связан со входом второго (16) токового зеркала, токовый выход которого подключен к объединенным эмиттерам третьего (9) и шестого (13) выходных транзисторов и связан со вторым (24) токовым выходом третьего (18) токового зеркала, причем коллектор пятого (12) выходного транзистора связан со второй (19) шиной источника питания.

2. Дешифратор 2 на 4 по п. 1, отличающийся тем, что первый (1) логический вход устройства связан со входом третьего (18) токового зеркала через первый дополнительный инвертирующий каскад, выполненный в виде первого (26) дополнительного токового зеркала, согласованного с первой (17) шиной источника питания.

3. Дешифратор 2 на 4 по п. 1, отличающийся тем, что коллектор четвертого (11) выходного транзистора связан с третьим (5) токовым логическим выходом устройства через второй дополнительный инвертирующий каскад, выполненный в виде второго (27) дополнительного токового зеркала, согласованного со второй (19) шиной источника питания.

4. Дешифратор 2 на 4 по п. 1, отличающийся тем, что коллектор шестого (13) выходного транзистора связан с четвертым (6) токовым логическим выходом устройства через третий дополнительный инвертирующий каскад, выполненный в виде третьего (28) дополнительного токового зеркала, согласованного со второй (19) шиной источника питания.

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам кодирования с использованием сокращенной кодовой книги с адаптивной установкой в исходное положение. Технический результат заключается в снижении объема информации, передаваемой от приемной стороны передающей стороне.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к кодированию видеоинформации. Технический результат заключается в повышение эффективности кодирования и декодирования битового потока видеоинформации за счет разделения данных на энтропийные слои.

Изобретение относится к способу кодирования последовательности целых чисел, к устройству хранения и к сигналу, переносящему такую кодированную последовательность, а также к способу декодирования этой кодированной последовательности.

Изобретение относится к способу предварительного кодирования, а также к системе и способу построения кодовой книги предварительного кодирования в системе со многими входами и многими выходами (MIMO).

Изобретение относится к области техники, в которой используются оцифрованные сигналы, и может быть применен в устройствах связи, регистрации, записи, воспроизведения, преобразования, кодирования и сжатия сигналов, системах автоматического управления.

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к области криптографических устройств и способов проверки электронной цифровой подписи (ЭЦП). .

Изобретение относится к области обработки цифровых сигналов, в частности к сжатию данных и улучшению энтропийного кодирования видеопоследовательностей. Техническим результатом является повышение эффективности и снижение вычислительной сложности энтропийного кодирования. Способ обработки потока данных, состоящего из множества синтаксических элементов, основан на замене синтаксических элементов, значения которых имеют высокую вероятность появления, синтаксическими элементами, значения которых имеют низкую вероятность. Определяют для синтаксического элемента контекст и вычисляют вероятность появления значений тех синтаксических элементов в модели потока данных, которые имеют определенный контекст. Заменяют синтаксические элементы потока данных, имеющие определенный контекст, если вычисленная вероятность появления значения синтаксического элемента выше заданного порога, на синтаксические элементы, значения которых имеют низкую вероятность. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к технике связи и предназначено для измерения спектра информационных акустических сигналов. Технический результат - повышение точности измерения спектра информационных акустических сигналов, расширение функциональных возможностей устройства за счет привязки мгновенных значений спектра к регулируемым по длительности отрезкам временного акустического сигнала. Для этого в способе измерения спектра используют дискретно-косинусное преобразование (ДКП) вместо быстрого преобразования Фурье (БПФ), что позволяет повысить точность измерения спектра акустических сигналов за счет увеличения разрешающей способности, уменьшения в спектре уровня боковых лепестков преобразования окна и уменьшения осцилляции оценки амплитуды спектральных составляющих, а также позволяет уменьшить длительности отрезков акустического сигнала, на которых измеряется мгновенный спектр, при этом осуществляется формирование вместо одного двух сигналов (основного и дополнительного), причем дополнительный цифровой акустический сигнал является ортогональным по отношению к основному, осуществляется также привязка измеряемых мгновенных значений спектра, модуля спектра и фазочастотной характеристики сигнала к регулируемым по временному положению и по длительности отрезкам временного акустического сигнала, на которых этот спектр измеряется. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат - повышение помехоустойчивости, надежности и эффективности связи, тогда как потребление энергии может быть снижено. Для этого способ включает: этап S1, на котором главное устройство генерирует код последовательности посредством специфического кодера и передает код последовательности каждому подчиненному устройству непрерывно в течение заданного периода времени согласно запросу связи, причем специфический кодер является регистром сдвига с обратной связью, выполненным по конкретному многочлену, порядок и коэффициенты которого соотнесены с запросом связи, тогда как все коэффициенты и начальные значения не равны 0 в одно и то же время; заданный период времени больше суммы периода сна и периода обнаружения подчиненного устройства или равен ей, что составляет цикл сна и приведения в рабочее состояние; этап S2, на котором подчиненное устройство принимает непрерывную часть кода последовательности в период обнаружения, декодирует код последовательности посредством декодера, соответствующего кодеру, и выполняет соответствующую операцию согласно результату декодирования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике связи и предназначено для кодирования и декодирования сигналов. Технический результат - повышение точности кодирования и декодирования сигналов. Способ кодирования сигналов включает в себя получение сигнала частотной области согласно входному сигналу; выделение предварительно определенных битов сигналу частотной области согласно предварительно определенному правилу выделения; регулирование выделения битов для сигнала частотной области, когда наибольшая частота сигнала частотной области, которому выделяются биты, превышает предварительно определенное значение; и кодирование сигнала частотной области согласно выделению битов для сигнала частотной области. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области телекоммуникаций и предназначено для защиты передаваемой секретной информации. Технический результат - высокий уровень защищенности зашифрованной информации. Способ шифрования информации, включающий построение таблицы соответствий символов и их эквивалентов в пространстве (00; FF) в шестеричной системе исчисления, генерирование новой таблицы соответствий путем изменения оригинальной таблицы, осуществляя сдвиг таблицы оригинала, т.е. на указанное число символов сдвигается строка соответствий, кодирование исходной информации и сжатие ее до желаемого объема с использованием соответствующей таблицы кодировки Unicode. 2 табл.

Изобретение относится к кодированию/декодированию цифрового сигнала, состоящему из последовательных блоков выборок. Технический результат заключается в повышении качества кодированного звука. Кодирование содержит применение взвешивающего окна для двух блоков из М последовательных выборок. В частности, такое взвешивающее окно является асимметричным и содержит четыре отдельных участка, продолжающихся последовательно по двум упомянутым выше блокам, при этом первый участок возрастает в течение первого временного интервала, второй участок имеет постоянное взвешивающее значение в течение второго временного интервала, третий участок уменьшается с течением третьего временного интервала и четвертый участок имеет постоянное взвешивающее значение в течение четвертого временного интервала. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов, в частности к способам кодирования-декодирования цифровых видеоизображений. Техническим результатом является повышение коэффициента компрессии видеоизображений при незначительном снижении качества декодированного изображения применительно к изображениям, имеющим высокочастотный характер спектра сигнала. Предложен способ кодирования-декодирования цифровых видеоизображений. Согласно способу в процессе кодирования к низкочастотному компоненту вейвлет-преобразования для сглаживания исходной функции построчно подмешивают добавочный высокочастотный компонент, который используют для кодирования, но подавляют на стороне декодирования посредством использования фильтра нижних частот. Причем кодирование реализуют при использовании функционала с двумя целями повышения коэффициента компрессии данных и сохранения качества декодируемого изображения, а характеристики фильтра декодера учитывают как ограничение связи на стадии кодирования. 8 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области техники беспроводной связи. Технический результат – повышение качества связи за счет подавления последовательных помех между потоками сигналов. Способ предварительного кодирования включает в себя: выполнение предварительной обработки предварительного кодирования для сигнала, который должен передаваться, причем предварительная обработка вызывает увеличение мощности сигнала, который должен передаваться; выбор алгоритма ограничения мощности согласно правилу выбора; выполнение операции ограничения мощности для предварительно обработанного сигнала согласно выбранному алгоритму ограничения мощности; и формирование предварительно кодированного сигнала согласно сигналу с ограниченной мощностью. Вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно раскрывает передающее устройство, приемное устройство и систему предварительного кодирования. В настоящем изобретении неблагоприятное влияние, оказываемое посредством операции ограничения мощности на передачу сигналов, может уменьшаться в максимально возможной степени в то время, когда мощность передачи ограничена посредством использования операции ограничения мощности. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Настоящее изобретение относится к области кодирования и декодирования и предназначено для квантования векторов огибающих частот. Технический результат – повышение эффективности квантования векторов огибающих частот. Способ включает в себя: разделение N огибающих частот в одном кадре на N1 векторов, где каждый вектор в N1 векторах включает в себя M огибающих частот; квантование первого вектора в N1 векторах посредством использования первой кодовой книги для получения кодового слова, соответствующего квантованному первому вектору, где упомянутая первая кодовая книга разделяется на 2B1 участков; определение согласно кодовому слову, соответствующему квантованному первому вектору, что квантованный первый вектор ассоциируется с iым участком в 2B1 участках упомянутой первой кодовой книги; определение второй кодовой книги согласно кодовой книге iго участка; и квантование второго вектора в N1 векторах на основе упомянутой второй кодовой книги. В вариантах осуществления настоящего изобретения огибающие частот разделяются на множество векторов с меньшими размерами, так что квантование векторов может быть выполнено в отношении векторов огибающих частот посредством использования кодовой книги с меньшим количеством битов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к области кодирования. Техническим результатом является повышение эффективности сжатия данных. Способ кодирования входных данных (D1) включает определение по существу повторяющихся блоков данных и/или пакетов данных по меньшей мере в одном из фрагментов входных данных (D1), при этом блоки данных и/или пакеты данных включают соответствующее множество элементов, где элементы включают множество битов; определение, являются ли элементы неизменными внутри по существу повторяющихся блоков данных и/или пакетов данных, и/или определение, что элементы внутри по существу повторяющихся блоков данных и/или пакетов данных изменяются; кодирование неизменных элементов в кодированные данные (Е2) с использованием по меньшей мере одного соответствующего символа или по меньшей мере одного соответствующего бита, указывающего на отсутствие изменений в неизменных элементах по сравнению с соответствующими им элементами в опорном блоке данных и/или пакете данных; и кодирование измененных элементов в кодированные данные (Е2). 6 н. и 28 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к дешифраторам. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройств преобразования информации с использованием заявляемого дешифратора. Первый логический вход устройства связан со входом третьего токового зеркала, второй логический вход устройства соединен со входом первого токового зеркала, первый токовый выход первого токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами второго и пятого выходных транзисторов и через вспомогательный источник опорного тока связан со второй шиной источника питания, второй токовый выход первого токового зеркала соединен с объединенными эмиттерами первого и четвертого выходных транзисторов и подключен к первому токовому выходу третьего токового зеркала, коллектор второго выходного транзистора связан со входом второго токового зеркала, токовый выход которого подключен к объединенным эмиттерам третьего и шестого выходных транзисторов и связан со вторым токовым выходом третьего токового зеркала, причем коллектор пятого выходного транзистора связан со второй шиной источника питания. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Дешифраторы позволяют преобразовывать одни виды бинарных кодов в другие. Например, преобразовывать позиционный двоичный код в линейный восьмеричный или шестнадцатеричный. Преобразование производится по правилам, описанным в таблицах истинности, поэтому построение дешифраторов не представляет трудностей. Для построения дешифратора можно воспользоваться правилами .

Десятичный дешифратор

Рассмотрим пример разработки схемы дешифратора из двоичного кода в десятичный. Десятичный код обычно отображается одним битом на одну десятичную цифру. В десятичном коде десять цифр, поэтому для отображения одного десятичного разряда требуется десять выходов дешифратора. Сигнал с этих выводов можно подать на . В простейшем случае над светодиодом можно просто подписать индицируемую цифру.Таблица истинности десятичного дешифратора приведена в таблице 1.

Таблица 1. Таблица истинности десятичного дешифратора.

Микросхемы дешифратора на принципиальных схемах приведено на рисунке 2. На этом рисунке приведено обозначение двоично-десятичного дешифратора, полная внутренняя принципиальная схема которого изображена на рисунке 1.

Точно таким же образом можно получить принципиальную схему и для любого другого декодера (дешифратора). Наиболее распространены схемы восьмеричных и шестнадцатеричных дешифраторов. Для индикации такие дешифраторы в настоящее время практически не используются. В основном такие дешифраторы используются как составная часть более сложных цифровых модулей.

Семисегментный дешифратор

Для отображения десятичных и шестнадцатеричных цифр часто используется . Изображение семисегментного индикатора и название его сегментов приведено на рисунке 3.

Для изображения на таком индикаторе цифры 0 достаточно зажечь сегменты a, b, c, d, e, f. Для изображения цифры "1" зажигают сегменты b и c. Точно таким же образом можно получить изображения всех остальных десятичных или шестнадцатеричных цифр. Все комбинации таких изображений получили название семисегментного кода.

Составим таблицу истинности дешифратора, который позволит преобразовывать двоичный код в семисегментный. Пусть сегменты зажигаются нулевым потенциалом. Тогда таблица истинности семисегментного дешифратора примет вид, приведенный в таблице 2. Конкретное значение сигналов на выходе дешифратора зависит от к выходу микросхемы. Эти схемы мы рассмотрим позднее, в главе, посвящённой отображению различных видов информации.

Таблица 2. Таблица истинности семисегментного дешифратора

В соответствии с принципами построения произвольной таблицы истинности по произвольной таблице истинности получим принципиальную схему семисегментного дешифратора, реализующего таблицу истинности, приведённую в таблице 2. На этот раз не будем подробно расписывать процесс разработки схемы. Полученная принципиальная схема семисегментного дешифратора приведена на рисунке 4.