Оптоэлектронный преобразователь кода Российский патент 2023 года по МПК G02F7/00 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих устройств обработки информации и вычислительной техники.

Известны различные преобразователи кодов, обеспечивающие преобразование входных электрических сигналов в позиционном коде в электрический сигнал на выходе в двоичном коде [Приоритетный шифратор. Ульрих Титце, Кристоф Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I: Пер. с нем. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 832 с. с 729-730].

Недостатком данного преобразователя кодов являются низкое быстродействие, уменьшающееся с ростом разрядности кода, большая сложность и невозможность преобразования оптических кодовых сигналов.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический аналого-цифровой преобразователь [патент РФ N2706454, 2019г.], содержащий М N-выходных оптических разветвителей и N М-входных оптических объединителей.

Его недостатком является невозможность преобразования позиционного (унитарного) двоичного кода в стандартный двоичный код.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи быстродействующего преобразования позиционного (унитарного) двоичного кода в стандартный двоичный код.

Поставленная задача возникает при создании быстродействующих устройств обработки информации в системах управления и связи, обеспечивающих обработку информации в гигагерцовом диапазоне.

Технический результат достигается тем, что в устройство введены М оптических волноводов (M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), источник напряжения, М оптронов с внешними фотонными связями, каждый из которых содержит фотодиод, светодиод и резистор; входами устройства являются входы М оптических волноводов, выход i-го оптического волновода оптически связан со входом фотодиода i-го оптрона, катод которого подключен к положительному электроду источника напряжения, а анод соединен с анодом светодиода данного i-го оптрона, катод светодиода i-го оптрона подключен к аноду фотодиода (i+1)-го оптрона, а также через резистор i-го оптрона соединен с отрицательным электродом источника напряжения, светодиод i-го оптрона оптически связан со входом i-го N-выходного оптического разветвителя, выходы N-выходных оптических разветвителей подключены ко входам М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется стандартный двоичный код числа «i» (за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей и оптическими ответвлениями М-входных оптических объединителей), выходы оптических объединителей являются выходами устройства.

Функциональная схема устройства - оптоэлектронного преобразователя М-разрядного унитарного двоичного кода в стандартный N-разрядный двоичный код, показана на фиг.1.

Оптоэлектронный преобразователь кода содержит М оптических волноводов 1_i (i=1...M, M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), источник напряжения 2, М оптронов 3_i (i=1…M) с внешними фотонными связями (далее "оптроны") [Смирнов, Ю.А. Основы микроэлектроники и микропроцессорной техники: учебное пособие / Ю.А. Смирнов, С.В. Соколов, Е.В. Титов. - 2-е, Исправленное. - Санкт-Петербург: Издательство Лань, 2013. - 496 с.; Соколов, С.В. Электроника: учебное пособие / С.В.Соколов, Е.В.Титов. - М.: Издательство Горячая линия-Телеком, 2013. - 204 с.], каждый i-й оптрон 3_i содержит фотодиод 3_i1, светодиод 3_i2 и резистор 3_i3, M N-выходных оптических разветвителей 4_i (i=1…M), N М-входных оптических объединителей 5_j (j=1…N).

Входами устройства X_1…X_M являются входы М оптических волноводов 1_i…1_М. Выход i-го оптического волновода 1_i оптически связан со входом фотодиода 3_i1 оптрона 3_i, катод которого подключен к положительному электроду источника напряжения 2, а анод соединен с анодом светодиода 3_i2 оптрона 3_i. Катод светодиода 3_i2 i-го оптрона 3_i подключен к аноду фотодиода 3_(i+1)1 (i+1)-го оптрона 3_i+1, а также через резистор 3_i3 оптрона 3_i, соединен с отрицательным электродом источника напряжения 2.

Светодиод 3_i2 i-го оптрона 3_i оптически связан со входом i-го N-выходного оптического разветвителя 4_i. Выходы N-выходных оптических разветвителей 4_i подключены ко входам М-входных оптических объединителей 5_j (j=1…N) таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя 4_i на всех N выходах М-входных оптических объединителей 5_j формируется позиционный двоичный код числа «i» (за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей 4_i и входами М-входных оптических объединителей 5_j - определенные оптические разветвления N-выходных оптических разветвителей 4_i являются поглощающими (или отсутствуют) - аналогично схеме [патент РФ N2706454, 2019г.]).

Выходы оптических объединителей 5₁…5_N являются выходами устройства Y₁…Y_N.

Устройство работает следующим образом.

Оптические сигналы с амплитудами 1 или 0 усл.ед. (унитарный код 00…0011…11) поступают на входы устройства X₁…X_M - входы М оптических волноводов 1₁…1_М. С выходов оптических волноводов 1₁…1_М оптические сигналы поступают на входы фотодиодов 3₁₁…3_M1 оптронов 3₁…3_M.

Если амплитуда оптического сигнала на выходе оптического волновода 1_i будет равна 0, то фотодиод 3_i1 будет иметь высокое сопротивление, напряжение на аноде фотодиода 3_i1 будет равно 0, так как будет отсутствовать связь с положительным электродом и присутствовать связь с отрицательным электродом источника напряжения 2 через резистор 3_(i-1)3.

Если амплитуда оптического сигнала на выходе оптического волновода 1_i будет равна 1 усл.ед., то фотодиод 3_i1 будет иметь низкое сопротивление, напряжение на аноде светодиода 3_i2 будет максимальным (равным напряжению питания).

При наличии на входе устройства унитарного кода 00…0011…11 числа «i» значения амплитуд оптических сигналов в двух соседних волноводах 1_i+1 и 1_i могут быть следующими: {0,1}, {0, 0}, {1, 1}.

При наличии комбинации {0,1} напряжение на аноде светодиода 3_i2 будет максимальным, а напряжение на катоде светодиода 3_i2 будет близким к 0 (фотодиод 3_(i+1)1 будет иметь высокое сопротивление), следовательно, напряжение между анодом и катодом светодиода 3_i2 будет максимальным: на выходе светодиода 3_i2 формируется оптический сигнал, поступающий далее на вход N-выходного оптического разветвителя 4_i. Так как ко входам М-входных оптических объединителей 5₁…5_N подключены только те выходы N-выходного оптического разветвителя 4_i, которые позволяют сформировать двоичный код числа «i» (аналогично схеме [патент РФ N2706454, 2019г.]), то оптические сигналы появятся только на выходах М-входных оптических объединителей 5₁…5_N, соответствующих стандартному двоичному коду числа «i».

При наличии комбинации {1,1} фотодиоды 3_(i+1)1 и 3_i1 будут иметь низкое сопротивление, напряжение на аноде и катоде светодиода 3_i2 будет равно напряжению питания (относительно отрицательного электрода источника напряжения), но разность напряжений между анодом и катодом светодиода 3_i2 будет равна 0, на выходе светодиода 3_i2 оптический сигнал не формируется.

При наличии комбинации {0,0} фотодиоды 3_(i+1)1 и 3_i1 будут иметь высокое сопротивление, следовательно, падение напряжения на светодиоде 3_i2 будет равно нулю, на выходе светодиода 3_(i+1)2 оптический сигнал не формируется.

Таким образом, при подаче на входы устройства оптического унитарного кода на выходах устройства формируется соответствующий ему оптический стандартный двоичный код. Быстродействие данного оптоэлектронного преобразователя кода определяется в основном временем срабатывания фотоприемников и светодиодов (100 пс), что позволяет производить преобразование сигналов в гигагерцовом диапазоне.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих устройств обработки информации и вычислительной техники. Оптоэлектронный преобразователь кода содержит М N-выходных оптических разветвителей, N М-входных оптических объединителей, М оптических волноводов (M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), источник напряжения, М оптронов с внешними фотонными связями, каждый из которых содержит фотодиод, светодиод и резистор; входами устройства являются входы М оптических волноводов, выходы оптических объединителей являются выходами устройства. Технический результат – повышение быстродействия преобразования позиционного (унитарного) двоичного кода в стандартный двоичный код. 1 ил.

Оптоэлектронный преобразователь кода, содержащий М N-выходных оптических разветвителей, N М-входных оптических объединителей, отличающийся тем, что в него введены М оптических волноводов, где M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства, источник напряжения, М оптронов с внешними фотонными связями, каждый из которых содержит фотодиод, светодиод и резистор; входами устройства являются входы М оптических волноводов, выход i-го оптического волновода оптически связан со входом фотодиода i-го оптрона, катод которого подключен к положительному электроду источника напряжения, а анод соединен с анодом светодиода данного i-го оптрона, катод светодиода i-го оптрона подключен к аноду фотодиода (i+1)-го оптрона, а также через резистор i-го оптрона соединен с отрицательным электродом источника напряжения, светодиод i-го оптрона оптически связан со входом i-го N-выходного оптического разветвителя, выходы N-выходных оптических разветвителей подключены ко входам М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется стандартный двоичный код числа «i» за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей и оптическими ответвлениями М-входных оптических объединителей, выходы оптических объединителей являются выходами устройства.