6.1.3. СТАНДАРТНЫЕ НЕЧЕТКИЕ БЛОКИ [10]

Схема МАХ и схема MIN

Функции нечеткой логики в отличие от двузначной или многозначной логики в принципе можно определять многими способами. В настоящее время известно несколько десятков таких функций [И]. Для нечетких выводов достаточно часто используют функции нечеткой логической суммы (МАХ) и нечеткого логического произведения (MIN). Ниже мы рассмотрим электрические схемы, реализующие эти две операции.

Все электрические схемы в зависимости от режима обработки сигналов можно разделить на схемы, работающие в режиме токов, и схемы, работающие в режиме напряжений. Во-первых, информационные сигналы представляются величиной и направлением тока. Типичный пример - инжек-ционная интегральная логика (ИЛ). Во-вторых, информационные сигналы представляются полярностью и величиной напряжения (это большинство цифровых и аналоговых схем). Первые схемы обладают достоинством: операции сложения и вычитания с их помощью можно реализовать несложным соединением вводных шин, что позволяет обойтись без излишних транзисторов или других элементов. Их недостаток состоит в том, что одна схема может нагружать еще только одну схему (нагрузочная способность равна 1). Вторые схемы имеют большую нагрузочную способность, но для операций сложения и вычитания они не пригодны. Кроме того, в них по сравнению со схемами, работающими в режиме токов, сильнее сказываются колебания напряжения источника питания.

Ниже использованы схемы, работающие в режиме напряжения. На рис. 6.2, а и 6.3, а соответственно показаны схемы МАХ и MIN [8, 14]. В таких схемах значениям истинности О и 1 соответствуют напряжения О и 5 В. Каждая из этих схем состоит из схемы сравнения и схемы компенсации. Напряжения п входных сигналов, соответствующих значениям истин-

+ Гсс

зн:... п

VX-0.7K

Слема сравнения а

Схема компвноацаи

el=/ej=10mA

2 4

X,(V)

Хг=Хз=-: мратт» в

Рис. 6.2. Схема МАХ (а), .характеристики входа и выхода (б) и переходная характеристика (в).

ности (С некоторым шагом), сравниваются, и максимальное значение -0,7 В или минимальное значение -1-0,7 В соответственно формируются на эмиттерах NPN- или PNP-транзи-сторов. Эмиттеры всех транзисторов схемы сравнения объединены, поэтому схемы на рис. 6.2, д и 6.3, й можно назвать ECFL-вентилями (нечеткими логическими вентилями с объединенными эмиттерами). Напряжение 0,7 В на линии эмиттеров схемы сравнения компенсируется на следующем каскаде (эмиттерном повторителе, запускаемом источником l)-Таким образом, максимальное и минимальное значения входных напряжений формируются на выходе Z соответственно схем на рис. 6.2, а и 6.3, а. Напряжения на этом выходе показаны на рис. 6.2, б и 6.3, б. Схема компенсации одновременно с коррекцией ухода напряжения компенсирует также температурный дрейф напряжения на объединенных эмиттерах Схемы сравнения. Изменение напряжения выхода при

вать с электрическими сигналами как с непрерывными величинами, поэтому необходимо спроектировать специальные нечеткие электрические схемы.

Схема сравнения Схема кампенсащаа

/е1=Ъ=101пА

Время, нс Хг=Х,= -=3\

Рис. 6.3. Схема MIN (а), характеристики входа и выхода (б) и переходная характеристика (в).

изменении температуры окружающей среды в пределах -55°...-1-125°С не более +0,6% полной щкалы. Переходные характеристики ECFL-вентилей показаны соответственно на рис. 6.2, в и 6.3, е. На рисунках видно, что скорость срабатывания не более 20 не. В реальных схемах для предотвращения колебаний и ударных возбуждений вследствие емкостной нагрузки параллельно каждой базе транзисторов устанавливается резистор порядка 100 Ом. В случае" исполнения в виде интегральной схемы подобное сопротивление можно ввести, не занимая площадь кристалла благодаря соответствующему подбору щаблона области базы.

Другое достоинство ECFL-вентилей состоит в их больщой нагрузочной способности и устойчивости по отнощению к колебаниям напряжения источника питания. Эти вентили устойчиво работают даже при изменении напряжения от + 6 В до -1-51 В (Fee) и от -1 В до -46 В (F), т.е. даже по

фавнению с традиционными двоичными цифровыми схемами это более надежные схемы.

Устройство нечеткой памяти [7]

Нечеткая память предназначена для хранения функций принадлежности, показанной на рис. 6.1, а, или дискретной выборки такой функции, какая показана на рис. 6.1, б, т. е. нечеткое слово типа (6.12) хранится и считывается как единое целое. На рис. 6.4 показана конструкция устройства нечеткой памяти. Такая память может хранить нечеткую информацию следующих семи значений:

ПБ - положительное большое, ПС - положительное среднее, ПМ-положительное малое, ПН-почти нулевое, ОМ-отрицательное малое, ОС-Отрицательное среднее, ОБ-отрицательное большое.

ПБ, ПС, ПМ, ПН, ОМ, ОС, ОБ-это своего рода «уровни», присвоенные описательной информации. В блок ППЗУ нечеткой памяти пользователь «прошивает» функцию принадлежности почти нулевых данных; с помощью дешифратора 1 из 8 уровни 000-111 (ПБ: 111, ПС: ПО, ПМ: 101, ПН: 100, ОМ: 011, ОС: 010, ОБ: 001, не используется: ООО), сохраняемые во внешней двоичной памяти, преобразуются в семибитное слово, и аналоговые напряжения (значениям истинности О... 1 соответствуют напряжения О... 5 В), преобразуемые каскадной транзисторной решеткой, выдаются на 25 выходных контактов (как выходное слово). Фотоснимок экспериментального чипа показан на рис. 6.5. Технология изготовления чипа-МОП с алюминиевыми вентилями. Ответная характеристика каскадной транзисторной решетки, используемой в нечеткой памяти, показана на рис. 6.6. В целом память, кмоп Р МОП-прибором, работает аналогично КМОП-приборам, что позволяет почти полностью исключить систематические ошибки. Вследствие ограничений производственной базы был изготовлен шаблон памяти большо-KoroTR* "°*У Ответная характеристика не дает высо-SPICP if Преобразовав с помощью системы

Ь " транзисторы до размеров 2 мкм по длине и 5 мкм

+ Vcc

Тваизастрш решетка

Иточнак аналоговых напртент

Рис. 6.5. <1>11 IOI рафия чипа poiicr lui iiciciKoii iia\fHiii

X2,X8

H : lOOMS/div

Рис. 6.6. Переходная xapakicpiicihka транзисторной рсшс1ки, используемой в устройстве нечеткой памяти (аналоговые напряжения от О до 5 В с шагом 0,5 В).

по ширше и проведя моделирование памяти, включая дешифратор, получили быстродействие порядка 5 не.

Машина нечетких выводов

На рис. 6.7 представлена блок-схема машины нечетких выводов, выполняющей восходящие нечеткие выводы (выражение (6.1)) с использованием формул (6.8) и (6.11). Здесь число элементов нечетких слов А, А, а также В, В равно соответственно т и п. Схема C-MIN представляет собой 22-6830