Приведено описание унитарного элемента дробной логики (УЭДЛ), имеющего 8 выводов и позволяющего реализовать на его основе практически все востребованные логические элементы, имеющие один-два входа: Повторитель, Инвертор, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И, И-НЕ, Исключающее ИЛИ, Исключающее ИЛИ-НЕ. УЭДЛ могут работать в широком диапазоне напряжений питания от 2 до 28 (36) В. В зависимости от напряжения питания они полностью совместимы по логическим уровням как с ТТЛ- так и с КМОП-микросхемами, причем их пороги переключения автоматически согласуются с логическими уровнями этих элементов. Также дано описание сдвоенного четырехвходового УЭДЛ, имеющего 16 выводов.
К настоящему времени арсенал отечественных и зарубежных логических элементов различного назначения и построения насчитывает не одну сотню наименований. Такие логические элементы зачастую совершенно несовместимы по логическим уровням, имеют разные корпуса или индивидуальную цоколевку. В этой связи вполне обоснованным является вопрос о создании унитарных логических элементов, способных заменить большое разнообразие разномастных и разнотипных логических элементов.
Ниже будет рассмотрена возможность создания унитарных логических элементов, работающих на основе принципов дробной логики. Теоретические основы работы дробной логики и расчетные соотношения выбора ее резистивных элементов приведены в работах [1–3].
Для начала отметим, что любые цифровые элементы традиционной логики – это плохие компараторы с нестабильным и размытом порогом переключения. В этом смысле более приближенными к идеалу являются логические элементы на основе компараторов, имеющих четкий порог переключения. Дробная логика отличается от традиционной тем, что входные сигналы «лог. 1» во входных цепях логического элемента преобразуются в сигналы уровня «лог. 1/n», где n – количество входов, например «лог. 1/2», «лог. 1/3», «лог. 1/4» и т. д. Сумма весовых коэффициентов всех этих сигналов равна единице («лог. 1») или несколько превышает ее [1–3].
На Рисунке 1 приведена электрическая схема УЭДЛ, содержащая два компаратора, два транзистора и несколько резисторов. УЭДЛ работает следующим образом. Допустим, что внешние переключатели SA1 и SA2 (а на практике просто перемычки или пропайки, Рисунок 2) разомкнуты. В этом случае транзисторы VT1 и VT2 можно исключить из рассмотрения. При подаче на любой из входов X1 или X2 или на оба входа одновременно напряжения уровня логической единицы, равного напряжению питания VCC на выходе Y1 появится уровень логической единицы, а на выходе Y2 уровень логической единицы сменится на уровень логического нуля.
 | |
| Рисунок 1. | Электрическая схема унитарного элемента дробной логики 6 в 1. |
Следовательно, УЭДЛ будет одновременно выполнять функции логических элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ.
При замыкании переключателя SA2 УЭДЛ преобразуется в логический элемент И и И-НЕ. Логические уровни на выходах компараторов переключатся только в том случае, если на оба входа X1 и X2 будут поданы сигналы уровня логической единицы.
Рассмотрим далее ситуацию, когда SA2 разомкнут, а SA1 замкнут. В этом случае УЭДЛ будет выполнять функцию логических элементов Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ.
Не принимая во внимание геометрических габаритов реальных транзисторов и компараторов и учитывая, что они могут быть выполнены в бескорпусном варианте, УЭДЛ может быть размещен в компактном стандартном корпусе, имеющем 8 выводов, Рисунок 2. В качестве SA1 и SA2 могут быть использованы перемычки или пропайки, Рисунок 2, позволяющие по желанию пользователя менять назначение УЭДЛ.
 | |
| Рисунок 2. | Возможный вариант цоколевки унитарного элемента дробной логики, а также способ переключения внешних перемычек, определяющих назначение логического элемента. |
В качестве сдвоенного многовходового (n = 4) логического элемента можно рассмотреть УЭДЛ, показанный на Рисунке 3. Такой элемент может быть размещен в стандартном корпусе, имеющем 16 выводов. В данном УЭДЛ отсутствует функция Исключающее ИЛИ и Исключающее ИЛИ-НЕ. Как и для всех остальных существующих логических элементов, многовходовые логические элементы могут быть преобразованы в более простые за счет объединения входов, или подключения лишних входов к шине питания или к общей шине.
 | |
| Рисунок 3. | Четырехвходовый сдвоенный унитарный элемент дробной логики 4 в 1, а также возможный вариант его цоколевки. |
Положительным свойством рассмотренных УЭДЛ является то, что они могут работать в интервале напряжений питания, определяемом свойствами компараторов, обычно от 2 до 28 (36) В, а также то, что они автоматически настраиваются на работу с привычными ТТЛ- или КМОП-логическими элементами при использовании общего источника питания.
К недостаткам рассмотренных логических элементов относится то, что компараторы, входящие в состав УЭДЛ, как правило, не способны корректно работать в области частот свыше 100…200 кГц. Возможно, этот вопрос будет решен при создании компараторов нового поколения, либо разработке иных быстродействующих пороговых устройств с низким порогом переключения.
Разумеется, вопрос о немедленный замене логических элементов классического ассортимента не стоит. Как и все новое и непривычное, УЭДЛ вряд ли вписывается в многолетние укоренившиеся представления цифровой электроники. Тем не менее, стоит надеяться, что предложенные логические элементы могут в дальнейшем получить творческое развитие и занять определенную нишу в будущих конструкциях электронной аппаратуры.