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Logisches Mehrebenennetzwerk Die Erfindung betrifft ein aus mehreren
Ebenen bestehendes logisches Netzwerk, insbesondere für hohe Signalfrequenzen.
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Die bisher bekannten Netzwerke waren im allgemeinen aus bekannten
UND- oder ODER-Gattern oder bekannten Varianten aufgebaut, die Signale an ihrem
Ausgang erzeugen, wenn ein oder mehrere Signale gleichzeitig am Eingang angelegt
werden. So ist beispielsweise ein logisches Netzwerk bekannt, das aus in mehreren
Ebenen angeordneten UND-Gattern besteht. Die Ausgänge der einzelnen UND-Gatter sind
jeweils über einen die Komplementierung des Ausgangssignals bewirkenden Transistor
an Eingänge nachgeordneter UND-Gatter geschaltet.
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Diese und ähnliche, bekannte, aus mehrerenEbenen bestehenden logischen
Netzwerke haben - abgesehen von der erforderlichen Komplementierung zwischen den
einzelnen Ebenen - den Nachteil, daß sie infolge der den UND- bzw. ODER-Gattern
eigenen hohen Zeitkonstanten für eine Steuerung durch hochfrequente Impulssignale
ungeeignet sind, insbesondere deshalb, weil die Zeitkonstanten der UND- bzw. ODER-Gatter
mit den ansteigenden Ebenen immer größer werden.
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Da aber die heutigen Digitalrechner mit immer höheren Frequenzen arbeiten,
sind logische Netzwerke nötig geworden, die sich aus für die verwendeten hohen Frequenzen
geeigneten Grundschaltungen zusammensetzen.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein logisches Mehrebenennetzwerk,
für das sich herkömmliche, mit UND- oder ODER-Gattern aufgebaute Netzwerke infolge
ihrer verhältnismäßig hohen Zeitkonstanten nicht eignen.
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Das erfindungsgemäße Merkmal besteht darin, daß alle diejenigen Stufen
(Primärstufen) aller Ebenen, die nur direkt mit Eingangssignalquellen verbunden
sind, über je einen Widerstand an eine gemeinsame Impulsquelle angeschlossen sind,
und daß alle anderen Stufen (Sekundärstufen) und der Ausgang über entsprechend gepolte
Richtleiter mit Stufen (Primär- und/oder Sekundärstufen) vorhergehender Ebenen verbunden
sind, daß die Stufen aller Ebenen jeweils eine oder mehrere Eingangssignalquellen
besitzen, die über Schaltmittel und gegenüber den genannten Richtleitern entgegengesetzt
gepolte Richtleiter eine derartige Steuerwirkung am Ausgang auszuüben vermögen,
daß von der gemeinsamen Impulsquelle kommende Signale entweder über die Stufen abgeleitet
werden oder zum Ausgang gelangen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt also eine gemeinsame hochfrequente
Impulsquelle und mehrere Eingangssignalquellen. Mehrere von der gemeinsamen Impulsquelle
ausgehende, voneinander isolierte Strompfade sind mit einem gemeinsamen Ausgang
verbunden. Durch die Signalkombination mehrerer der Eingangssignalquellen wird bestimmt,
ob die von der genannten Impulsquelle gelieferten Impulse über einen oder mehrere
der genannten Strompfade den gemeinsamen Ausgang erreichen. Liegt an einer Eingangssignalquelle
eine solche Spannung, daß die zugeordnete Diode leitet, so fließen die Impulse über
die Dioden nach Masse ab und gelangen nicht zu dem gemeinsamen Ausgang.
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Es sei darauf hingewiesen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung
keine neuen Signale erzeugt werden, wie dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall
ist, sondern daß die Impulse der genannten Impulsquelle lediglich zum Ausgang weitergeleitet
werden oder nicht. Durch dieses besondere Merkmal wird erreicht, daß sich die erfindungsgemäße
Anordnung für sehr hohe Frequenzen eignet und somit einen bedeutenden Vorteil gegenüber
den bisher bekannten Anordnungen bietet.
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Bei den Grundschaltungen bzw. Stufen des erfindungsgemäßen logischen
Netzwerkes werden Primär-und Sekundärstufen unterschieden. Die Primärstufen sind
nur mit den Eingangssignalquellen verbunden, während die Sekundärstufen von mindestens
einer Primärstufe der vorhergehenden Ebene beschickt werden. Die Impulsquelle ist
über jeweils einen Widerstand mit allen Primärstufen verbunden. Die verwendeten
Widerstände
können alle. den gleichen Wert haben. Für die Sekundärstufen sind keine Widerstände
erforderlich.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel
an Hand der Abbildung beschrieben: -Gatterschaltungen mit ungünstig hohen Zeitkonstanten,
die für hohe Signälfrequenzen ungeeignet sind, werden in den Gattergruppen der vorliegenden
Erfindung vermieden, die so angeordnet sind, daß Eingangsimpulse nur dann an den
@ Ausgang gelangen können, wenn bestimmte Kombinationen von Auslösesignalen angelegt
werden, die in einer oder in mehreren Signalquellen erzeugt werden.
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In der Zeichnung, die schematisch die Schaltung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung darstellt, wird eine Impulsquelle gezeigt, die z. B. ein Hochfrequenzoszillator
sein kann und die, da die Einzelheiten in der Technik bekannt sind und keinen Teil
der Erfindung bilden, in Blockform gezeichnet und mit der Bezugszahl 10 versehen
ist.
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Weiterhin sind auch die Signalquellen, die die Auslösesignale erzeugen,
bekannt; da sie keinen Teil der Erfindung bilden, sind sie ebenfalls in Blockform
dargestellt und mit den Zeichen a, b, c, d, e, f, g, h, j und k
versehen.
Diese Signalquellen können Elemente eines Digitalrechners sein und erzeugen gemäß
einem vorbestimmten Programm eine bestimmte Kombination von Auslösesignalen; die
vorhanden sein müssen, wenn der eingegebene Impuls durch die Gattergruppen der vorliegenden
Erfindung laufen soll.
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Bei Auftreten einer oder mehrerer dieser Kombinationen von Auslösesignalen
werden die vom Impulsgenerator 10 erzeugten Impulse durch die Gattergruppen geleitet
und erscheinen am Ausgang 11. Diese Impulse können z. B. über einen Transformator
12 an nicht gezeigte; außer der Schaltung liegende Einrichtungen angelegt werden.
Die Primärwicklung des Transformators 12 erfüllt auch als Impedanz eine wichtige
Funktion in der Schaltung, wie später noch beschrieben wird.
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Ein mittlerer Leiter 14, durch den die vom Impulsgenerator 10 erzeugten
Impulse laufen können, verbindet den Impulsgenerator 10 mit dem Ausgang 11. Weitere
Leiter 15, 16 und 17, welche parallel zum Leiter 14 liegen, können ebenfalls die
vom Impulsgenerator 10 erzeugten Impulse zum Ausgang leiten. Die Leiter 15 und 16
sind durch einen gemeinsamen Leiter 13 mit dem mittleren Leiter 14 verbunden. Alle
diese Leiter zweigen an einer Klemme 18 ab und sind über diese mit dem Impulsgenerator
10 verbunden.
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In dem mittleren Leiter 14 und den Abzweigungsleitern 15;16 und 17
befinden sich Widerstände 19 bzw. 20, 21 und 22, durch die der an der Ausgangsklemme
11 erforderliche Spannungsabfall erhalten wird.
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Es kann hier erwähnt werden, daß der Leiter 16 und der Leiter 13,
von der Gesamtschaltung getrennt betrachtet, als ein Leiterangesehen werden können,
wobei der- Abzweigungsleiter 15 dazu parallel liegt. Die Zeichnung der Erfindung
wurde so groß gehalten, um zu zeigen, auf welche Weise die Gattergruppen der Erfindung
durch Elemente erweitert werden können, ohne daß man von dem Grundprinzip abweicht.
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Es sind auch mehrere normalerweise leitende Schaltelemente vorgesehen,
die durch Anlegen der Auslöseimpulse sperren können; diese Schaltelemente können
vorzugsweise Dioden sein, die mit den Bezugszeichen 23, 25, 27, 29, 31, 33,Y35,
37, 39 und 41 versehen sind. Einzelne dieser - Schaltelemente, in diesem Fall Dioden,
liegen parallel zu den beschriebenen Leitern, und zwar sind sie über ausgewählte
Punkte mit den jeweiligen Leitern verbunden, wie dies von den bestimmten Kombinationen
von Auslösesignalen bestimmt ist, die zur Weiterleitung der Impulse durch das Schaltgatter
angelegt sein müssen. Irgendeine der folgenden Kombinationen von Auslösesignalen,
angezeigt durch die den einzelnen Signalquellen entsprechenden Zeichen, muß auftreten,
wenn der Impuls durch die Gattergruppen zum Ausgang gelangen soll: (1) a-g-h-j-k
(2) b-c-g-h-j-k (3) d-e-j-k (4) f
Aus diesem Grunde müssen die
Parallelkombinationen der Dioden 29, 31 bzw. 39, 41 am Leiter 14 über die Punkte
26 bzw. 28 angeschlossen sein: Ebenso müssen die Parallelkombinationen der Dioden
25, 27 bzw. der Dioden 35, 37 am Leiter 16 und dem gemeinsamen Leiter 13 an entsprechenden
Punkten 34 bzw. 36 angeschlossen sein. Um die Verbindungen der Schaltdioden zu vervollständigen,
muß die Diode 23 mit dem Leiter 15 am Punkt 38 verbunden sein, während die Diode
33 mit dem Leiter 17 am Punkt 42 verbunden sein muß. Für andere Signalkombinationen
wäre natürlich eine andere Schaltanordnung erforderlich.
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Erfolgt ein Auslösesignal von der Signalquelle f zusammen mit irgendeiner
der oben aufgeführten Kombinationen, die vierte ausgenommen, so wird ebenfalls ein
Ausgangssignal am Ausgang 11 erzeugt, was auch zutrifft, wenn die Auslösesignale
aller Signalquellen gemeinsam erfolgen. Diese zusätzlichen Kombinationen können,
falls erforderlich, durch zusätzliche Parallelschaltkreise ausgeschaltet werden.
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Damit die verschiedenen Schaltdioden bei Nichterfolgen eines Auslösesignals
leitend gemacht, aber bei Erfolgen eines Auslösesignals nichtleitend gemacht werden,
kann eine Käthodenfolgeschaltung zwischen jede der Schaltdioden und ihre entsprechende
Signalquelle geschaltet werden. Im Interesse einer Zeichnungsvereinfachung wurde
eine Kathodenfolgeschaltung nur einmal in einem gestrichelten Rechteck 40 im einzelnen
gezeigt; die zwischen die Schaltdiode 33 und die entsprechende Auslösesignalquelle
f geschaltet ist. Wenn die Triode der Kathodenfolgeschaltung nichtleitend ist, liegt
die Kathode der Diode 33 an Erdpotential, wodurch Impulse über die Diode 33 und
einen Kathodenwiderstand 53 zur Erde abgeleitet werden. Dieser Widerstand ist kleiner
als der Widerstand der Primärwicklung des Transformators 12. Bei Auftreten eines
Auslösesignals von der Signalquelle f wird die Röhre leitend gemacht.
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Zu diesem Zeitpunkt erhält ein Punkt 24 des Kathodenleiters ein höheres
Potential, wodurch auch die Kathode der Diode 33 eine positive Vorspannung erhält,
so daß diese Diode in der entgegengesetzten Richtung nicht leitet.
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Die Kathodenfolgeschaltungen, die zwischen die Signalquelle a und
die Schaltdiode 23, zwischen die Signalquelle b und die Schaltdiode 25, zwischen
die Signalquelle e und die Schaltdiode 27, zwischen die Signalquelle d und die Schaltdiode
29, zwischen die Signalquelle e und die Schaltdiode 31, zwischen die Signalquelle
g und die Schaltdiode 35, zwischen die Signalquelle h und die Schaltdiode 37, zwischen
die Signalquelle j und die Schaltdiode 39, und zwischen
die Signalquelle
k und die Schaltdiode 41 geschaltet werden können, sind in der Zeichnung in Blockform
gezeigt und mit den Bezugszeichen 43, 45, 47, 49, 51, 55, 57, 59 bzw. 61 versehen.
Die Wirkungsweise dieser Kathodenfolgeschaltungen stimmt natürlich mit der in Rechteck
40 gezeigten Schaltung überein.
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Erfolgen keine Auslösesignale, so befinden sich natürlich alle Schaltdioden
23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39 und 41 in leitendem Zustand. Die vom Impulsgenerator
10 stammenden Impulse werden deshalb über die Kathodenwiderstände der entsprechenden
Kathodenfolgeschaltungen nach Erde abgeleitet, so daß keine Impulse an den Ausgang
11 gelangen können.
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Für den Fall, daß die bestimmte Kombination der Auslösesignale von
den Signalquellen a - g - h - j - 1c auftritt, werden die Röhren in den Kathodenfolgeschaltungen
43, 55, 57, 59 und 61 leitend gemacht, wodurch an die Kathoden der zugehörigen Schaltdioden
ein positives Potential gelegt wird, wodurch diese Schaltdioden in der anderen Richtung
nichtleitend werden. In diesem Zustand wird ein vom Impulsgenerator 10 kommender
Impuls an den mittleren Leiter 14 über die Klemme 18, den Widerstand 20, den Leiter
15 und den gemeinsamen Leiter 13 angelegt. Da die Auslösesignale aus den Signalquellen
g und h einen nichtleitenden Zustand in den Schaltdioden 35 und 37 verursacht haben,
wird der in Leiter 13 angelegte Impuls zum mittleren Leiter 14 weitergeführt. Ebenso
wird, da die Auslösesignale aus den Signalquellen.j und k die Schaltdioden 39 und
41 nichtleitend gemacht haben, der Impuls über den mittleren Leiter 14 an den Ausgang
11 weitergeleitet. Für den Fall, daß ein Auslösesignal aus einer oder mehreren der
Signalquellen a - g - h - j - k nicht erfolgt, bleibt die zugehörige
Schaltdiode leitend, wodurch der Impuls vom Impulsgenerator 10 nach Erde abgeleitet
wird, wie bereits beschrieben. Dadurch wird natürlich die Weiterleitung des Impulses
aus dem Impulsgenerator 10 an einem der Punkte 38, 36 oder 28 unterbrochen. Ähnlich
wird im Falle des Erfolgens eines Auslösesignals aus den Quellen b - c - g -
h - j - k der Impuls vom Impulsgenerator 10 über die Klemme 18, den Leiter 16,
den Leiter 13 und den mittleren Leiter 14 an den Ausgang 11 weitergeleitet. Wiederum
ergibt das Nichterfolgen eines Auslösesignals aus einer oder mehreren Signalquellen
b - c - g - h - j oder k einen leitenden Zustand der zugehörigen Schaltdioden,
was dazu dient, den Impuls über einen der Punkte 38, 36 oder 28 nach Erde abzuleiten.
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Die Arbeitsweise dieser Gattergruppen erweist sich bei der Betrachtung
der restlichen Kombinationen der Signalquellen d - e - j - k und ebenso der
Signalquelle f als identisch.
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Um die verschiedenen Schaltungen voneinander zu isolieren und so eine
gegenseitige Beeinflussung der Schaltelemente zu vermeiden, wird eine Isolierdiode
44 in den Leiter 15, werden Isolierdioden 46 und 48 in die Leiter 16 und 13 und
Isolierdioden 50 und 52 in den mittleren Leiter 14 geschaltet, während eine
Isolierdiode 54 in den Leiter 17 geschaltet wird.
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Um das Nutz- zu Störsignalverhältnis in den Gattergruppen der Erfindung
zu verbessern, kann das gegenüber der Ausgangsklemme 11 liegende Ende der Primärwicklung
des Ausgangstransformators an ein positives Potential 56 angeschlossen werden, das
niedriger ist als das positive Potential der vom Impulsgenerator 10 kommenden
Impulse. Durch diese Verbindung erhalten die Isolierdioden 52 und 54 etwas Sperrvorspannung,
wodurch in den Gattergruppen vorhandene Störsignale im wesentlichen ausgelöscht
werden.
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Während hier ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann naheliegend, daß
verschiedene Abwandlungen und Auswechselungen vorgenommen werden können, ohne daß
von dem Grundprinzip der Erfindung abgewichen wird, welches nur durch die folgenden
Ansprüche eingeschränkt ist.