Реверсивная работа логических элементов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Показана возможность использования типовых элементов цифровой техники в реверсивном режиме

Работа устройств электронной техники, так же, как и чтение текста, так же, как общепринятое изображение схем устройств на электрических схемах традиционно и последовательно описывается или происходит слева-направо, в соответствии с направлением прохождения сигнала или правилами чтения текста или схем. С одной стороны, это облегчает конструирование схем и понимание принципов их работы, с другой – существенно обедняет возможности модернизации устройств и заметно ограничивает заложенный в них потенциал.

Рисунок 1.	Реверсивная работа повторителя напряжения.

Реверсивность в работе электронных устройств подразумевает возможность равнозначного пропускания и/или обработки сигналов через эти устройства как в направлении от входа к выходу, так и наоборот [1–4], т.е. входы и выходы реверсивных устройств взаимно обратимы.

Рисунок 2.	Реверсивная работа инвертора напряжения.

Ниже на Рисунках 1–4 приведены примеры использования типовых элементов цифровой техники в обратимом режиме. На Рисунке 1 показана схема реверсивной работы повторителя напряжения, выполненного на элементе DD1 CD4050BD. Выходной сигнал повторителя напряжения, как это и следует из наименования устройства, полностью повторяет входной сигнал при полной обратимости входа и выхода устройства. Особенностью этой и нижеприводимых схем является то, что сопротивление нагрузки устройства во избежание просаживания уровня выходного сигнала должно превышать 100 кОм.

Рисунок 3.	Реверсивная работа двухвходовых элементов И/И-НЕ; ИЛИ/ИЛИ-НЕ; Исключающее ИЛИ/Исключающее ИЛИ-НЕ.

На следующем Рисунке 2 показана схема реверсивного инвертора напряжения.

Рисунок 4.	Реверсивная работа D-триггера в качестве делителя частоты на два.

Возможность реверсивной работы элементов И/И-НЕ; ИЛИ/ИЛИ-НЕ; Исключающее ИЛИ/Исключающее ИЛИ-НЕ продемонстрирована на Рисунке 3. Второй вход логического элемента условно при помощи переключателя SA2 подключается к общей шине или шине питания, хотя на этот вход могут быть поданы управляющие импульсы от второго генератора импульсов.

Рисунок 5.	Переходные процессы при работе D-триггера в качестве делителя частоты на два, см. Рисунок 4.

Перспективы работы в реверсивном режиме элементов цифровой техники более сложного построения пока проблематичны, хотя пример использования D-триггера в качестве делителя частоты на два привести можно (Рисунок 4). Динамика переходных процессов на входе и выходе устройства изображена на Рисунке 5. На рисунке отчетливо заметны небольшие ступеньки, искажающие форму выходных импульсов, обусловленные особенностью построения схемы. Впрочем, амплитуда этих ступенек (малые доли вольта) не столь значительна, чтобы сказаться на работе последующих каскадов.

Рисунок 6.	Варианты подключения питания микросхем. (GI1 и GI2 – генераторы импульсов).

Питание логических элементов, работающих в реверсивном режиме, можно осуществлять как обычным способом, от источников питания постоянного тока (Рисунок 6, слева), так и от одного или нескольких внешних генераторов импульсных сигналов путем суммирования их, например, диодным сумматором и последующей фильтрации элементами R1C1 (Рисунок 6, справа). Разумеется, на форму и амплитуду сигналов генераторов такая нагрузка влиять не должна. Отметим, что диодно-резистивная схема защиты входов и выходов КМОП-микросхем допускает возможность их работы в слаботочном режиме без использования собственного источника питания при подаче сигналов на вход(ы) микросхемы.

Литература

Материалы по теме