Счетчик с кодом Либау-Крейга Советский патент 1986 года по МПК H03K23/78 

1 Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано в различных устройствах дискретной автоматики. Целью изобретения является повыше ние надежности и помехозапщщенности за счет исключения гальванических связей, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения: как прямого, так и обратного счета, а также обеспече.ние визуального контроля . На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 вольт-амперная характеристика лямбда диодов с нагрузочными прямыми а иБ соответствующими двум сопротивлениям первого фотоприемника (темновому и световому). Точки устойчивого состояния ячейки обозначены буквами А и В, а соответствующие этим состояниям напряжения на лямбда-диоде - U и Ug t Устройство содержит разрядные ячейки 1.1-1.П, которые содержат пер вые фотоприемники 2.1-2.П, вторые фотоприемники 3.1-З.п, лямбда-диоды 4.1-4.П, первые 5.1-5.П, вторые 6.1-6.П и третьи 7.1-7.П электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели, тактовый источник 8 света, соединенный с шиной 9 тактовых импульсов, управляющий электрооптический волноводный дефлектор-переклю чатель 10, соединенный с шиной 11 управления, электрические выходы 12.1-12.в счетчика, постоянный источник 13 света, первый 15 и второй 16 оптические формировагели в виде непрозрачной маски с разрядными окнами 16.1-16.п и 17.1-17.п и оптические связи 18, общую шину 19, шину 20 питания и узел 21 индикации. Счетчик с кодом Либау-Крейга содержит шину 9 тактовых импульсов п разрядных ячеек 1.1-l.n, которые соединены так, что выход i-й ячейки под ключен к входу последующей, тактовый источник 8 света, шина 11 управления управляющий электрооптический волноводный Дефлектор-переключатель 10, постоянный источник 13 света, первый 14 и второй 15 оптические формирователи в виде непрозрачной маски с разрядными окнами 16.1-16.п и 17.117.П, являющимися прямыми и инверсными оптическими выходами счетчика, разрядные 1.1,«1.2, ..., 1(п-1), 1.п со держат соответственно первый и вто64арой фотоприемники 2.1-2.П и 3.1-З.п, лямбда-диод А.1, 4.2, , 4.(п-1), 4.П, первьш, второй и третий электрические волноводные дефлекторы переключатели 5.1, 6.1, 7,1;5.2, 6,2, 7,2; 5.(п-1), 6.(п-1), 7.(п-1), 5.П, б.п, 7.П, причем первые выводы первого и второго фотоприемников лямбда-диода и третьего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 2.1 и 3.1; 4.1 и 7.1; 2.2 и 3.2; 4.2 и 7,2; 2.(п-1) и 3.(п-1), 4.(п-1) и 7.(п-1); 2.П и З.п, 4.п и 7.п каждой ячейки 1.1; 1.2, ..., 1.(п-1), 1.п. соединены вместе и являются электрическими выходами 12.,1, 12.2, ..., 12. (п-1), 1 2. и разрядных ячеек 1.1, 1.2, ..., 1.(п-1), 1.П, вторые выводы вторых фотоприемников 3.1, 3,2, ..., 3. (п-1) , З.п, лямбда-диодов 4.1, 4.2, .. ., 4. (п-1), 4«п и третьих электрооптических волноводных дефлекторовпереключателей 7.1, 7.2, ..., 7.(п-1), 7.П соединены с общей шиной 19, вторые выводы первых фотоприемников 2.1, 2.2, .. ., 2.. (п-1), 2. п соединены с шиной 20 питания, первые электроойтические волноводные дефлекторы-переключатели 5.1, 5.2, ..., 5.(п-1) разрядных ячеек 1.1-1.(п-1) включены параллельно электрическим выходам соответственно последующих разрядных ячеек 1.2, 1.3, ..., 1.П, первый электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 5.П п-й разрядной ячейки 1.п подключен между щиной 20 питания и электрическим выходом 12.1 первой разрядной ячейки 1.1, второй электрический волноводный дефлектор-переключатель 6i(if1) п-разрядной ячейки включен между электрическим выходом предыдущей разрядной ячейки и общей шиной, второй электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 6.1 нервой разрядной ячейки 1.1 подключен между шиной 20 питания и электрическим выходом 12.П п-й разрядной ячейки, 2.П оптических выход тактового источника 8 света соединен с оптичесКИМ входом управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 10, первый оптический выход которого соединен с оптическими входами всех первых, электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1, 5.2, ..., 5.(п-1), 5.П, а второй оптический выход соединен с оптическими входами всех вторых электрооптических волноводных дефле торов-переключателей 6.1, 6.2, ..., 6.(п-1), 6.П, первые оптические выходы всех первых и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-пере ключателей 5.1, 5.2, ..., 5.(п-1), 5.П и 6.1, 6.2, ..., 6.(п-1), 6.П соединены с первыми фотоприемниками 2.1, 2.2, ..., 2.(п-1), 2.П, вторые оптические выходы всех первых и вто рых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1, 5.2 ..., 5(п-1), 5.П и 6.1, 6,2, ..., 6.(п-1), 6.П соединены с вторыми фотоприемниками 3.1, 3,2. ..., 3.(п-1), З.п соответственно в каждой разрядной ячейке 1.1, 1.2, ..., 1.(п-1), 1.П и постоянный источник 1 света оптически соединен с оптическими входами всех третьих электрооптических волноводных детекторов-пере ключателей 7.1, 7.27.(п-1), 7.П, первые и вторые оптические выходы которых являются прямыми и инверсными оптическими выходами разряд ных ячеек и связаны с соответствующи ми разрядными окнами 16.1, 16,2, .. 16.(п-1), 16.п и 17.1, 17.2 17.(п-1), 17.П первого 14 и второго формирователей и виде непрозрачной маски, тактовый источник 8 света включен между шиной 9 тактовых импульсов и общей шиной 19, а источник 13 постоянного света, третьи электро оптические волноводные дефлекторыпереключатели 7.1-7.П и первый 14 и второй 15 формирователи в виде не-i прозрачной маски с разрядными окнами 16.1-16.п и 17.1-17.п образуют узел 21 индикации. Устройство работает следующим образом. Каждая разрядная ячейка 1.1-l.n устройства может находиться в одном из двух устойчивых состояний. При этом напряжение на электрических выходах 12.1-12.П разрядных ячеек 1.1-1.П соответственно Ид приблизительно равно нулю, и Ug приблизител но равно (см. фиг. 2). Переключение разрядных ячеек 1.1-l.n происходит под действием оптических импульсов, вырабатываемых тактовым источником 8 света.. При поступлении тактовых импульсов на шину 9 оптический- импульс, вырабатываемый тактовым источником 8 света, поступает на вход управляющего электрооптичес7644когЪ волноводного дефлектора-переключателя 10. Используемые в устройстве электрооптические волноводные дефлекторыпереключатели на основе диэлектрических волноводных слоев могут быть построены на принципах электрооптической фазовой решетки или интегрального аналога интерферометрической секции. Такие электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели в интегральном исполнении работают с низкими управляющими напряжениями (порядка несколько вольт), обладают высоким быстродействием (несколько наносекунд), имеют полосу пропускания по управляющему сигналу в несколько гигагерц, надежны в работе. Угол отклонения оптического излучения и электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях при действии управляющего напряжения составляет единицы градусов. При отсутствии управляющего напряжения на управляющем электрооптическом волнрводном дефлекторе-переключателе 10, т.е. когда на шине 11 управления электрический нуль, оптический импульс от тактового источника 8 света с выхода управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 10 поступает на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.16.П разрядных ячеек 1.1-l.n. При этом в устройстве осуществляется прямой счет, т.е. сложение. При наличии управляющего напряжения на шине 11 управления, т.е. когда на управляющем электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе 10 существует управляющее напряжение, оптический импульс от тактового источника В света с выхода управляющего электрооптического волноводного дефлекторапереключателя 10 поступает на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5.П разрядных ячеек 1.1-1.п. При этом в устройстве осуществляется реверсивный счет, т.е. вычитание. При отсутствии управляющего напряжения на эле.ктрооптических волноводных дефлекторах-переключателях 5.1-5.П и 6.1-6.п их выходы будут оптически связаны с вторыми фотоприемниками 3.1-З.п соответственно в каждой ячейке 1.1-l.n. Когда к электрическим волноводным дефлекторампереключателям 5.1-5.П и 6,1-6.п прикладывается управляющее напряжение, их выходы будут оптически связакы с первьши фотоприемниками 2.J2.П соответственно в каждой разрядной ячейке 1.1-1.п. В исходном состо янии, на шине 9 тактовых импульсов сигнал отсутствует и тактовый источни 8 света не излучает, поэтому все фотоприемники 2j1-2.n, 3.1-3.п независимо от состояния электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5.П и 6.1-6.П находятся в состоянии темнового сопротивления, которое является большим. При подаче напряжения питания на ячейки 1.1-l.n из-за низкого наклона нагрузочной прямой (фиг. в связи с большим темновым сопротивлением фотоприемников 2.1-2.П ячейки t.1-1.n устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке А . Напряжение на лямбда-диодах 4.1-4.П, электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях 7.1-7.П и электрических выходах 12. 12.п разрядных ячеек 1.1-l.n. прибли зительно равно нулю. Оптический сигнал от постоянного источника 13 света поступает через Электрические волноводные дефлектор переключатели 7.1-7.П на соответств ющие разрядные окна 17.1, 17.2, ... 17.П, которые являются инверсными оптическими выходами устройства. На прямых оптических выходах (на разря ных окнах 16.1-16.п) счетчика прису ствуют оптические логические нули наряду с электрическими нулями на выходах 12.1-12.п. Такое состояние счетчика является исходным. Переключение любой ячейки счетчи ка из состояния логического нуля в состояние логической единицы происх дит при подаче оптического сигнала на первый фотоприемник этой разрядной ячейки. Процесс переключения происходит следующим образом. Сопротивление фотоприемника 2 (2.2, ...,2.п) под воздействием опти ческого импульса начинает падать и наклон нагрузочной прямой (фиг. 2) начинает увеличиваться. Ток через лямбда-диод Д (4.2, ..., 4.п) расте и рабочая точка по вольт-амперной характеристике движется вверх, пока модуль дифференциального отрицательного сопротивления на падающем участке станет равным значению сопротивления фотоприемника 2(2.2, ..., 2.п), которое уменьшается под воздействием, оптического импульса. В этот момент происходит переключение ячейки 1 (1.2, ,.., 1.п), рабочая точка скачком по нагрузочной прямой перемещается из точки С в точку В (фиг. 2). Устойчивое состояние (И) сохраняется и при исчезновении светового импульса на входе фотоприемника 2 (2.2, ..., 2.п), так как даже при наклоне нагрузочной прямой, соответствующей прямой q (фиг. 2), рабочая точка не может перейти из точки В в точку А . Обратное переключение ячейки из точки & в точку Д может произойти лишь тогда,когда напряжение на лямбда-диоде уменьшится до напряжения отсечки отс этого необходимо воздействовать оптическим импульсом на второй фотоприемник 3(3.2, ..., З.п). Под воздействием излучения его сопрот тивление начинает падать, напряжение на лямбда-диоде 4 (4.2, ..., 4.п) тоже падает. В момент, когда оно станет меньше напряжения Ujj , рабочая точка переместится из точки Б в точку А , т.е. произойдет переключение разрядной ячейки 1(1.2, ..., 1.п) в состояние логического.нуля. Для устранения искажения вольтамперной характеристики лямбда-диодов темновое сопротивление фотоприемников 2„1-2.п выбирается на порядок меньше темнового сопротивления вторых фотоприемников 3.1-З.п. При таком выборе темновых сопротивлений фотоприемников 2.1-2.П и 3.1-З.п обеспечивается устойчивое состояние в точках А и В . Минимальная длительность тактовых импульсов должна быть не меньше времени переключения фотоприемников 2.1-2.п, 3.1-З.п, например, . фотодиодов, и лямбда-диодов 4.1-4.п. Время переключения тех и других составляет в лучших случаях десятки-сотни наносекунд. Время установления управляющего напряжения на электрооптических волноводных дефлекторахпереключателях 5.1-З.п, 6.1-6.П выбирается в несколько раз больше минимальной длительности тактовых импульсов, поэтому процесс переключения электрооптических волноводных дефлек1торов-переключателей 5.1-5.П, 6.1-6.П будет«заканчиваться после окончания тактовых импульсов минимальной длительности. При этом i-й тактовый оптический импульс в каждой разрядно ячейке 1.1-1.П воздействует только на один фотоприемник 2.1-2,п или 3.1-3.п. При подаче первого тактового опти ческого импульса от тактового ИСТОЧника 8 света в режиме сложения он проходит через управляющий электрооптический волноводный дефлекторпереключатель 10 и поступает на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.1-6.п. С выходов электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.2-6.п оптический импульс поступает на фотоприемники 3.2-З.п, что не приводит к изменению состояния разрядных ячеек 1.2-1.П, находящихся в устойчивом J:ocтoянии в точке А (фиг. 2). С выхода электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 6.1, на кот рый действует управляющее напряжение оптический импульс поступает на фотоприемник 2.1. При этом первая ячей ка 1.1 переключается из нулевого состояния в единичное, т.е. на электрооптическом волноводном дефлекторепереключателе 6.2, второй разрядной ячейки 1,2 появляется управляющее напряжение. По второму тактовому оптическому импульсу состояние первой разрядной ячейки не изменится, а вторая разрядная ячейка 1.2 переключится из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Таким образом процесс происходит до переключения разрядной ячейки 1.п из состояния логического нуля в состояние логической единицы. При этом напряжение на электрическом выходе 12.п приблизительно равно Е„ , это же напряжение на втором выходе электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 6.1, а так как первый вывод электрооптического волноводного дефлектора-переключателя подключен к шине 25 питания, то напряжениэ на электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе.6.1 становится равным приблизительно нулю и его выход будет оптически соединён с вторым фотоприемником 3,1. При поступлении следующих п тактовых оптических импульсов происходит пос64ледовательное переключение разрядных ячеек 1.1-1.П из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Пбтом цикл работы повторяется. Таким образом, при поступлении тактовых импульсов на вход 9 в режиме прямого счета, т.е. сложения, на электрических выходах 12.1-12.П ячеек появляется информация о количестве поступающих импульсов в коде Либау-Крейга, эта же информация вьздается и на оптические прямые выходы (окна 16.1-16.п) и инверсные выходы (окна 17.1-17.п). В режиме инверсного счета, т.е. |вычитания импульсов, когда на шину 11 управления подано управляющее напряжение, оптические импульсы с выхода управлянмцего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 10 поступают на входы электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5.п разрядных ячеек 1.11.п. Если устройство находится в исходном состоянии, т.е. на электрических выходах 12.1-12.п разрядных ячеек 1.1-1.П электрические нули, то первый тактовый оптический импульс проходит через электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели 5.1-5.П на вторые фотоприемники 3.1-3.(п-1) разрядных ячеек 1.1-,1(п-1) и на первый фотоприемник 2.п разрядной ячейки 1.п, так как на электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 5.П действует управлякнцее напряжение. Поэтому по первому тактовому оптическому импульсу происходит переключение разрядной ячейки 1.П из состояния логического нуля в состояние логической единицы, остальные разрядные ячейки не изменяют своего состояния. На электрическом выходе 12.п ячейки 1.П будет напряжение, приблизительно равное Е , это же напряжение прикладывается к электрооптическому волноводному дефлектору-переключателю 5.(п-1) разрядной ячейки 1.(п-1). Повторому тактовому оптическому импульсу произойдет переключение разрядной ячейки 1(п-1) из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Таким образом процесс происходит о переключения разрядной ячейки 1,1 из состояния логического нуля в остояние логической единицы. При этом напряжение на электрическом выходе 12.1 разрядной ячейки 1.1 становится равным .приблизительно Е „ , а на электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе 5.п

разрядной ячейки 1.п приблизительно равным нулю. Теперь выход электрооптического волноводного дефлектора-тояния электрических выходов 12.1переключателя 5.п будет оптически-12.5 пятиразрядного счетчика в режисоединен с вторым фотоприемником З.п 10ме прямого счета (сложение) и в режиразрядной ячейки 1.п. При поступленииме реверсивного счета (вычитание)

следующих п тактовых оптических им-при поступлении тактовых оптических

пульсов происходит последовательноеимпульсов на вход 9 счетчика.

В таблице показано изменение сос27576410переключение ячеек 1,п-1.1 из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Далее цикл работы повторяется. Количество разрядных s ячеек п может быть любьтм.

Изобретение относится к импульсной технике. Может быть использовано в различных устройствах дискретной автоматики. Цель изобретения - повышение помехозащищенности за счет исключения гальванических связей, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения как прямого, так и обратного счета, а также обеспечение визуального контроля. Устройство содержит реверсивный кольцевой счетчик с кодом Либау-Крейга. Для достижения поставленной цели в него введены тактовый источник 8 света, элект-рооптические волноводные дефлекторыпереключатели 5, 6, 7, управляющий злектрооптический волноводный дефлектор-переключатель 10 и узел 21 индис кации, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

Формула изобретения 1. Счетчик с кодом Либау-Крейга, содержащий шину тактовых импульсов, шину управления реверсом п-разрядных ячеек, выходы которых связаны с входами предыдущих и последующих раз рядных ячеек через ключевые элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и помехозащищенности, в нем в качестве источника тактовых импульсов используется тактовый источник счета, в качестве ключевых элементов - электро оптические волноводные дефлекторыпереключатели, а в качестве сигнальных связей - оптические связи, например, на световодах, первый вывод тактового источника света соединен с шиной тактовых импульсов,, второй вывод - с общей шиной, периьй вывод управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя соединен с шиной управления реверсом, вттэрой - с общей шиной, каждая разрядная ячейка содержит первый и второй фотоприемники, лямбда-диод, первый и второй электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели, причем первые выводы фотоприемников и лямбда-диода объединены и являются электрическим выходом разрядной ячейnки, вторые выводы вторых фотоприемников и лямбда-диодов соединены с общей шиной, вторые выводы первых фотоприемников соединены с шиной питания, первые электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели разрядных ячеек с первой по (п-1)-ю включены между электрическими выходами соответственно последующих разрядных ячеек и общей шиной, первый электрооптический волноводный дефлектор-переключатель п-разрядной ячейки подключен между шиной питани и электрическим выходом первой разрядной ячейки, второй электрооптичес кий волноводный дефлектор-переключатель 1-й() п разрядной ячейки подключен между электрическим выходом предьщущей разрядной ячейки и общей шиной, второй электрический волноводный дефлектор-переключатель первой разрядной ячейки подключен между шиной питания и электрическим выходом п-й разрядной ячейки, оптический выход тактового источника све та соединен с оптическим входом управляющего электрооптического волно водного дефлектора-переключателя, первый оптический выход которого соединен с оптическими входами всех первых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей, второй оп тический выход - с оптическими входами 764 всех вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей, пеовые оптические выходы всех первых и вторых элеКтрооптических волноводных дефлекторов-переключателей соединены. с первыми фотоприемниками, вторые оптические выходы всех первых и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей - с вторыми фотоприемниками в каждой разрядной ячейке соответственно. 2. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения визуального контроля, он содержит узел индикации, в котором имеется источник постоянного света, первый и второй оптические формирователи в виде непрозрачной массы с разрядными окнами, я вляющимися прямыми и инверсными оптическими выходами счетчика, а также третьи злектрооптические волноводные дефлекторыпереключатели по числу разрядных ячеек, первые выводы которых соединены с электрическими выходами своих разрядных ячеек, вторые выводы - с общей шиной, входы оптически связаны с выходом источника постоянного света, а первые и вторые выходы - с соответствующими разрядными окнами первого и второго оптических формирователей.

Фиг.2.

отс д Епигл

и