Технічна наука, секція - 6

К.т.н. Красиленко В.Г., к.т.н. Лазарєв О.О., к.т.н. Нікольський О.І., Лободзінська Р.Ф.

Вінницький соціально-економічний інститут університету «Україна»

БАГАТОПОРОГОВІ КОМПОРАТОРИ З СИНХРОННО КЕРОВАНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ ПОРОГІВ

Відомий двопороговий компаратор (патент України №73663) який реалізований на основі двох зустрічно включених відзеркалювачів струмів (ВС). Такі компаратори успішно використовуються для порівняння оптичних сигналів в діапазоні 1 – 10⁴ мкВт. На основі відзеркалювачів струму та компараторів успішно реалізовані моделі нейронів [1,2], схеми операцій еквівалентності, нееквівалентності, нейронечіткої логіки [3], широтно імпульсні та фазоімпульсні модулятори [4], багатоканальні аналогочасові фотоперетворювачі [5], які мають ряд суттєвих переваг: простоту, розширений діапазон вхідних фотострумів, тощо.

Але для багатьох нейропарадигм та апаратних систем потрібно мати багатопороговий компаратор, дискримінатор рівнів, причому не лише з фіксованими порогами, але й з можливістю їх оперативної зміни. Тому нами поставлена задача створення саме таких пристроїв, яка вирішена, а в даній доповіді наводяться результати дослідження таких багатопорогових компараторів.

На рис. 1 зображені схеми розроблених пристроїв: а) схема багатопорогового компаратора (БПК) з одним виходом на основі двопорогових компараторів та двох мультиплікаторів (МП) вхідного фотоструму; б) схема БПК на основі МП, однопорогових компараторів (ОПК) та елементів XOR з одинично позиційним діапазонним багаторазрядним виходом; в) схема БПК на основі МП, ОПК, елементів XOR з одним виходом. На рис. 2 зображена схема формувача порогів з синхронним їх регулюванням. Змінюючи ∆_i ми можемо незалежно, синхронно змінювати всі наступні пороги, які формуються як сума

потрібних ∆_i+j і пов’язані з порогом, що змінюється. Таким чином, ми отримуємо можливість змінюючи на якусь величину один поріг, одночасно на таку ж величину зміщувати всі наступні пороги. Це дає нові функціональні можливості, розширює області використання. Одним з варіантів використання таких БПК з синхронно-керованим регулюванням порогів є побудова адаптивних дискримінаторів, регуляторів, адаптивних нейронних елементів та самонавчальних систем на їх основі.

На рис. 3 зображена схема БПК, використаного для моделювання його роботи програмою OrCad PSpice, та результати моделювання, які підтверджують правильне функціонування розроблених БПК з регульованими порогами. Пороги (чи зміщення ∆_i для їх формування) задаються фотострумами. Тобто лінійка генераторів струму, наприклад, лінійка фотодіодів може використовуватись для їх формування, що робить такі схемотехнічні оптоелектронні реалізації БПК досить перспективними, а особливо з точки зору їх багатоканальності та можливості дистанційного керування порогами за допомогою оптичних сигналів. Так показана на рис. 3 чотирьохпорогова схема БПК може складатися всього з 43 = 5 + 4 · 4 + 4 + 18 транзисторів, причому 22 з них реалізують схеми XOR та АБ0. Лише (N + 1) + N · 4 транзисторів, тобто ≈ 5 N транзисторів потрібно для реалізації N-порогового вхідного блоку БПК. Напруги однополярного живлення низькі (3 - 10)V, часові та енергетичні показники залежать від використовуваних транзисторів, а діапазони вхідних струмів (порогів та оброблюваних сигналів) лежать в діапазоні 1 – 1000 мА.

Схема зображена на рисунку 1б являє собою аналогоцифровий перетворювач фотострумів в одинично-позиційний код, який при відповідних наборах порогових струмів може здійснювати як лінійне так і нелінійне перетворення.

Модифікація формувача порогів (струмів компарування) та введення в такі схеми БПК зворотних зв’язків дозволить реалізувати не лише адаптивні

нейронні елементи, а також адаптивні функціональні аналогоцифрові та аналогові перетворювачі фотострумів, генератори спеціальних функцій, тощо.

Таким чином, запропоновані принципи побудови багатопорогових компараторів з синхроннокерованим регулюванням їх порогів на основі відзеркалювачів струму, результати їх моделювання показують перспективи та переваги використання в мікрофотооптолектроніці, в багатоканальних мікроелектронних вимірювальних пристроях та гібридних обчислювальних однорідних середовищах, нейромережах схемотехніки відзеркалювачів струмів та неперервнологічних елементів на їх основі.

Література

1.Патент України № 51827, G 06 7/60, Модель нейрона, Красиленко В.Г.. Ні кольський О.І., Скерський О.Є., Опубл. Бюл. №12, 2002.

2. Красиленко В.Г. та інші. Гносеологічний підхід та частотно-динамічні моделі нейронів, ВОТТП, 32, с. 74-79, 2000.

3. Krasilenko V.G. et al., “The family of new operations equivalensy of neyro-fuzzy logic, their optoelectronic realization and applications”, Proc. SPIE, Vol. 4732, pp. 106-120, 2002.

4. Красиленко В.Г. та інші. Схеми ФІМ та ШІМ на базі двопорогового компаратора. Збірник праць IV НПК “Наука і навчальний процес”, 2004, с. 23-24.

5. Патент України № 75161 H04N7/00, Багатоканальний ангалогочасовий фотоперетворювач, Красиленко В.Г, Лазарєв О.О., Михальниченко М.М., Шаповалов А.П., Ні кольський О.І. Опубл. №3, 2006.