ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2024 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 оптические аналого-цифровые преобразователи (АЦП), обеспечивающие преобразование аналогового сигнала в двоичный код [патенты РФ №№ 2177165, 2706454, 2744348, 2745592, 2756462 и др.], содержащие оптический генератор импульсных сигналов, оптический объединитель, оптические Y-разветвители, оптический элемент задержки и др. Их недостатками являются высокая технологическая сложность изготовления и в ряде АЦП невозможность аналогово-цифрового преобразования электрических сигналов.

Также известны оптоэлектронные АЦП на основе волноводных модуляторов типа Маха-Цендера [Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - /М.: Радио и связь, 1990. - 176 с., рис. 7,6], содержащие оптические элементы и обеспечивающие преобразование электрического входного сигнала в код Грея. Недостатками данных АЦП являются невозможность преобразования входного аналогового сигнала в позиционный двоичный код и низкое быстродействие АЦП.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является электронный аналогово-цифровой преобразователь, обеспечивающий преобразование электрического аналогового сигнала в двоичный код [У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. Том 2. Стр.319. - М.: Мир, 2007, 950с.]. Недостатком данного АЦП является низкое быстродействие.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения быстродействия преобразования в позиционный двоичный код электрических аналоговых сигналов.

Поставленная задача возникает при создании быстродействующих устройств обработки информации в системах управления и связи.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены генератор тактовых импульсов, М источников оптического монохроматического излучения с различными длинами волн, (М-1) оптических элементов задержки, оптический М-входной объединитель, электрооптический модулятор, диспергирующий элемент, М оптических волноводов, М фотоприемников, М электронных N-разрядных АЦП, N-разрядный элемент ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам М источников оптического монохроматического излучения, выходы которых подключены к соответствующим входам оптического объединителя: от первого до (М-1)-го источника оптического монохроматического излучения – через одноименные оптические элементы задержки, М-го источника оптического монохроматического излучения – непосредственно к М-му входу оптического объединителя, выход которого подключен к управляющему входу электрооптического модулятора, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен ко входу диспергирующего элемента, i-й (i=1,2,…,М) выход которого подключен через i-й оптический волновод ко входу i-го фотоприемника, выход которого подключен ко входу i-го N-разрядного АЦП, а выходы всех N-разрядных АЦП подключены к соответствующим входам N-разрядного элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства.

Функциональная схема оптоэлектронного АЦП показана на фиг.1.

Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь содержит генератор тактовых импульсов 1, М источников оптического монохроматического излучения 2₁,2₂,…, 2_М с различными длинами волн (М-1) оптических элементов задержки 3₁,3₂,…, 3_М-1, оптический М-входной объединитель 4, электрооптический модулятор 5, диспергирующий элемент 6, М оптических волноводов 7₁,7₂,…, 7_М, М фотоприемников 8₁,8₂,…, 8_М, М электронных N-разрядных АЦП 9₁,9₂,…,9_М, N-разрядный элемент ИЛИ 10.

Выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к управляющим входам М источников оптического монохроматического излучения 2₁,2₂,…,2_М с различными длинами волн .

Выходы источников оптического монохроматического излучения 2₁,2₂,…,2_М (ИОМИ) подключены к соответствующим входам оптического объединителя 4: выходы ИОМИ 2₁,2₂,…,2_М-1 – через одноименные оптические элементы задержки 3₁,3₂,…,3_М-1, выход ИОМИ 2_М – непосредственно к М-му входу оптического объединителя 4.

Выход оптического объединителя 4 подключен к управляющему входу электрооптического модулятора 5, информационный вход которого является входом устройства. Выход электрооптического модулятора 5 подключен ко входу диспергирующего элемента 6, i-й выход которого подключен через i-й оптический волновод 7_i ко входу i-го фотоприемника 8_i, i=1,2,…,М. Выход i-го фотоприемника 8_i подключен ко входу i-го электронного N-разрядного АЦП 9_i. Выходы АЦП 9₁,9₂,…,9_М подключены к соответствующим М входам N-разрядного элемента ИЛИ 10, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора тактовых импульсов 1 тактовые импульсы с частотой следования, равной частоте обработки аналоговых сигналов в АЦП 9₁,9₂,…,9_М, поступают на управляющие входы М источников оптического монохроматического излучения (ИОМИ) 2₁,2₂,…,2_М .

С выходов ИОМИ 2₁,2₂,…,2_М оптические импульсы с различными длинами волн поступают на соответствующие входы оптического объединителя 4: с выходов ИОМИ 2₁,2₂,…,2_М-1 – через одноименные оптические элементы задержки 3₁,3₂,…,3_М-1, с выхода ИОМИ 2_М – непосредственно.

Время задержки i-го оптического элемента задержки 3_i равно (M-i)Т/М, где Т - период следования импульсов, поступающих с выхода генератора тактовых импульсов 1. С выхода оптического объединителя 4 оптические импульсы поступают на управляющий вход электрооптического модулятора 5. На информационный вход электрооптического модулятора 5 со входа устройства поступают электрические аналоговые сигналы x(t), подлежащие цифровому преобразованию. С выхода электрооптического модулятора 5 оптические импульсы с интенсивностью, пропорциональной x(t), поступают на вход диспергирующего элемента 6, на выходе которого происходит пространственное разделение оптических импульсов по частотам излучения (длинам волн ) – с выхода диспергирующего элемента 6 оптический импульс, имеющий длину волны , поступает на вход i-го оптического волновода 7_i, с выхода которого поступает далее на вход i-го фотоприемника 8_i. С выхода i-го фотоприемника 8_i электрический сигнал с амплитудой, пропорциональной x(t), поступает на вход i-го электронного АЦП 9_i . Т.о., на входы АЦП 9₁,9₂,…,9_М с частотой обработки аналоговых сигналов в данных АЦП поступают импульсные последовательности, сдвинутые на временной интервал Т/М – число обрабатываемых аналоговых импульсных сигналов в АЦП 9₁,9₂,…,9_М увеличивается в М раз по сравнению с числом обрабатываемых сигналов в одном АЦП. Сформированные на выходах АЦП 9₁,9₂,…,9_М N-разрядные коды поступают в соответствующие моменты времени (сдвинутые на временной интервал Т/М) на соответствующие входы N-разрядного элемента ИЛИ 10, с выхода которого снимается цифровой N-разрядный код входного аналогового сигнала.

Простота технологического исполнения данного устройства наряду с увеличением быстродействия АЦП в М раз обеспечивает возможность его широкого применения в современных быстродействующих устройствах обработки информации и вычислительной техники.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих устройств обработки информации и вычислительной техники. Техническим результатом является повышение быстродействия преобразования в позиционный двоичный код электрических аналоговых сигналов. Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) включает генератор тактовых импульсов, М источников оптического монохроматического излучения с различными длинами волн, (М-1) оптических элементов задержки, оптический М-входной объединитель, электрооптический модулятор, диспергирующий элемент, М оптических волноводов, М фотоприемников, М электронных N-разрядных АЦП, N-разрядный элемент. 1 ил.

Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), включающий генератор тактовых импульсов, М источников оптического монохроматического излучения с различными длинами волн, (М-1) оптических элементов задержки, оптический М-входной объединитель, электрооптический модулятор, диспергирующий элемент, М оптических волноводов, М фотоприемников, М электронных N-разрядных АЦП, N-разрядный элемент ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам М источников оптического монохроматического излучения, выходы которых подключены к соответствующим входам оптического объединителя: от первого до (М-1)-го источника оптического монохроматического излучения – через одноименные оптические элементы задержки, М-го источника оптического монохроматического излучения – непосредственно к М-му входу оптического объединителя, выход которого подключен к управляющему входу электрооптического модулятора, информационный вход которого является входом устройства, а выход подключен к входу диспергирующего элемента, i-й (i=1, 2, …, М) выход которого подключен через i-й оптический волновод к входу i-го фотоприемника, выход которого подключен к входу i-го N-разрядного АЦП, а выходы всех N-разрядных АЦП подключены к соответствующим входам N-разрядного элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства.