Кольцевой счетчик импульсов Советский патент 1987 года по МПК H03K23/78 

1-13

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах автоматики и вьиислительной техники,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей счетчика за счет обеспечения возможности установки счетчика в начальное состояние в любой момент времени.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Кольцевой счетчик импульсов содержит триггерные ячейки 1,1-1,и, состоя1цие из первых фоточувствительных элементов 2.1-2.П,, вторых фоточувствительных элементов 3.1-З.п, лямбда-Диодов 4.1-4.П, первых 5.1- 5.П и вторых 6.1-6.П электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей. Кроме того, первая триггер- ная ячейка содержит фоточувствитель- ньш элемент 7.1 установки, а остальные триггерные ячейки 1.2-1.П содержат фоточувствительные элементы 8.2- 8.П сброса, В устройство также входит первый управляющий злектрооптический волноводный дефлектор-переключатель 9, соединенный с первым управляющим входом 10, второй управляющий электро Ьптический волноводный дефлектор-переключатель 11, соединенный с вторым управляющим входом 12, оптический вход 13, электрические выходы 14,1- 14.П триггерных ячеек 1.1-1.пи оптические связи 15 и 16.

Устройство работает следзтащим . образом.

В исходном состоянии счетные оптические импульсы на оптическом входе 13 отсутствуют. При этом вследствие большого сопротивления фоточувствительных элементов 2о1-2.п все триггерные ячейки 1.1-l.n при подаче напряжения питания устанавливаются в устойчивое состояние, соответствую- . щее низкому напряжению на лямбда-диодах 4.1-4.П, т.е. на электрических выходах 14.1-14.п ячеек 1.1-l.n имеются О.

Переключение i-й триггерной ячейк счетчика из состояния О в состояни 1 происходит при подаче оптического сигнала на первый фоточувствитёшь ный элемент триггерной ячейки l.i. Под действием оптического сигнала сопротивление фоточувствительного элемента 2.1 уменьшается, ток через лямбда-диод 4.i растет и рабочая точ22

ка ячейки переходит скачком в другое устойчивое состояние, соответствующее большому напряжению на лямбда- диоде 4.1, равному примерно ,

т.е.. на электрическом выходе 14.1 ячейки 1.1 появляется 1. Это состояние является устойчивым и сохраняется даже при снятии воздействия на фоточувствительный элемент 2.1, при

этом ток через лямбда-диод практически не протекает. Для обратного переключения триггерной ячейки 1.1 из единичного состояния в нулевое необходимо подать оптический импульс на

фоточувствительный элемент 3.1 ячейки 1.1, Под воздействием оптического излучения сопротивление фоточувствительного элемента 3.1 начинает падать, напряжение на лямбда-диоде 4.1

тоже падает. В момент, когда оно станет меньше напряжения лямбда-диодов, рабочая точка переходит в нулевое исходное положение, т.е. ячейка переключается. Аналогично происходит переключение триггерных ячеек 1.2-1.П из состояния 1 в состояние О при воздействии оптического импульса на фоточувствительные элементы 8.2-8.П сброса. Для устранения

искажения вольт-амперной характеристика лямбда-диодов темновое сопротивление фоточувствительных элементов 2. 1-2.п и 7.1 выбирается на порядок меньше темнового сопротивления фото35 чувствительньк элементов Зо1-3.п и 8.2-8.п. При таком выборе темновых сопротивлений фотоприемников 2.1- 2,п, 7.1 и 3.1-З.п,. 8.2-8.П обеспечивается устойчивое состояние в ках, соответствующих О и 1 на

электрических выходах 14.1-14.п триггерных ячеек 1.1-1.п. Оптические импульсы на фоточувствительные элементы 2.1-2.П, 3.1-З.п в триггерных

-5 ячейках 1.1-1,п поступают через электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели 5.1-5.п И 5,1- 6.п. Используемые в устройстве электрооптические волноводные дефлекторы50

переключатели на основе диэлектрических волноводных слоев могут быть построены на принципах электрооптичес- кой фазовой решетки или интегрального аналога ;интерферометрической 55 секции. Такие электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели в интегральном исполнении работают с низкими yпpaвляющи ш напряжениями

3-1

(порядка несколько вольт), обладают высоким быстродействием (несколько наносекунд), имеют полосу пропускания по управляющему сигналу в несколько гигагерц, надежны в работе. Угол отклонения оптического излучения в электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях при деист ВИИ управляющего напряжения составляет единицы градусов.

При отсутствии управляющего напряжения на электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях 5.1-5.П, 6.1-6,п их выходы оптически соединены с фоточувствительными элементами 3.1-З.п соответственно в каждой триггерной ячейке 1.1-1.п. Когда к электрооптическим волновод- ным дефлекторам-переключателям 5.1- 5.а, 6.1-6.П прикладывается управляющее напряжение, их выходы оптически связаны с фоточувствительными элементами 2.1-2.п соответственно в каждой триггерной ячейке 1.1-1.п. Управляющее напряжение на электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе 5.1 триггерной ячейки 1.i соответствует напряжению на электрическом выходе 14.1-1 предыдущей триггерной ячейки 1.1-1, а управляющее напряжение на электрооптическом волноводном дефлекторе-переключателе 6.1 триггерной ячейки 1.1 соответствует напряжению на электрическом выходе 14.1+1 последующей триггерной ячейки 1.1+1. При поступлении оптических счетных импульсов на вход электрооптйческих волноводных дефлекторов-переключателей 5.1- 5.П и 6.1-6.П с оптических выходов второго управляющего электрооптического волноводного дефлектора переклю чателя 11 оптически соединен с входами всех первых электрооптическкх волноводных дефлекторов-переключателей 5.1-5.П соответственно в каждой триггерной я чейке 1.1-1.п. В этом случае в устройстве осуществляется сложение импульсов (сдвиг вправо). При наличии напряжения на втором управляющем входе 12 (состояние 1) выход второго управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя. 11 оптически соединен с входами всех вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 6.1-6.П соответственно в каждой триггерной ячейке 1.1-1.п. В этом случае

144524

в счетчике осуществляется вычитание импульсов (сдвиг влево). Вход второго электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 11 оптически с соединяется с оптическим входом 13 устройства через первый управляющий электрооптический волноводньш дефлектор-переключатель 9, когда на первый управляющий вход 10 не подается наJO пряжение (состояние О). При наличии напряжения на первом управляющем входе 10 оптический вход 13 устройства через первый управляющий электрооптический волноводньш дефлектор-пеJ5 реклю чатель 9 оптически соединен с фоточувствительным элементом 7.1 установки в триггерной ячейке 1.1 и с фоточувствительными элементами 8.2- 8.П сброса соответственно в триггер20 ных ячейках 1.2-1.п. В этом случае при поступлении оптического импульса на оптический вход 13 устройства производится установка счетчика в начальное состояние. Таким образом,

25 счетчик в зависимости от состояния управляющих входов 10 и 12 оптического входа 13 может работать в режиме сложения вычитания оптических импульсов, в режиме начальной установки и

30 в режиме хранения.

Состояние оптического входа 13 устройства и управляющих входов -10 и 12 для различных режимов работы приведено в таблице.

35

Для обеспечения работы кольцевого счетчика в начальный момент, после подачи питания, необходимо установить режим начальной установки, по- 40 дать оптический импульс на вход 13. Этот импульс проходит через первый управляющий.электрооптический волноводньш дефлектор-переключатель 9 на фоточувствительньй элемент 7. 1 45 первой триггерной ячейки 1.1 и на фоточувствительные элементы 8.2-8.П триггерных ячеек 1.2-1.п. При этом первая ячейка 1.1 переключается из . нулевого состояния в единичное, на 0 выходе 14.1 появляется высокий уровень. Время установления управляюще-. го напряжения на электрооптических вол- новодных дефлекторах-переключателях 5.1-5.П, 6.1-6,п должно быть в нес- 5 колько раз больше времени переключения фоточувствительных элементов 2.1-2.П,. 3.1-З.п и лямбда-диодов 4.1- 4.п.

51

При поступлении тактовьпс оптических импульсов минимальной длительности управляющее напряжение на электрооптических волноводных дефлекторах-переключателях 5.i и 6.1 устанавливается после переключения ной ячейки 1.i и окончания тактового импульса.

При подаче первого счетного оптического импульса на вход 13 счетчика в режиме сложения он проходит через первый 9 и второй 11 электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели и поступает на входы электрооптических волноводных дефлекторов- переключателей 5.1-5.П соответственно в каждой триггерной ячейке 1.1- 1.п. С выходов электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей 5.3-5.П триггерных ячеек 1.3-1.п оптический импульс поступает на фотоприемник 3.3-З.п, что не приводит к изменению состояния триггерных ячеек 1.3-1.П, С выхода электрооптического волноводного дефлектора-переключателя 5.2, на который действует управляющее напряжение с электрического выхода 14.1 первой триггерной ячейки 1.1, оптический импульс поступает на фотоприемник 2.2. При этом вторая триггерная ячейка 1.2 переключается из нулевого состояния в единичное, а первая триггерная ячейка 1.1 из единичного состояния в нулевое оптическим импульсом, прошедшим через электрооптический волноводный дефлектор-переключатель 5.1 на фоточувствительный элемент 3.1.1

В момент подачи второго импульса на вход 13 счетчика происходит переключение третьей триггерной ячейки 1.3 из состояния О в состояние 1 вторая триггерная ячейка 1.2 переключается из единичного состояния в нулевое, а остальные триггерные ячейки остаются в нулевом состоянии.

Таким образом, при подаче счетных оптических импульсов на вход 13 счетчика единичный сигнал в счетчике сдвигается вправо, отображая в единичном позиционном коде число поступивших импульсов, в исходном состоянии только первая ячейка 1.п находится в единичном состоянии. При этом в любом состоянии счетчика лишь один разряд может находиться в единичном состоянии, что значительно упрощает контроль и диагностику работы счет4526

чика. После подачи п импульсов сбрасывается ячейка 1.п и устанавливается в единицу первая 1.1 триггерная ячейка, счетчик подготовлен для счета по второму циклу. Кроме того, счетчик можно установить в исходное состояние оптическим импульсом в режиме начальной установки в любой момент времени. При этом оптический

О импульс действует на фоточувствительные элементы 8.2-8.П триггерных ячеек 1.2-1.П, переводя их в нулевое состояние, и на фоточувствительный элемент 7.1 первой триггерной ячей5 ки 1.1, которая устанавливается в единичное состояние.

Количество ячеек п может быть любым и соответствовать основанию системы счисления. Для работы счетчика

0 в режиме вычитания импульсов (сдвиг информации влево) необходимо установить режим вычитания подачей управляющих напряжений в соответствии с таблицей на управляющие входы 10 и 12. При подаче первого счетного оптического импульса на оптический вход 13 он проходит через первый и второй управляющие электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели 9 и 11 и поступает на входы вторкгх электрооптических дефлекторов-переключателей 6.1-6.П соответственно в каждой триггерной ячейке 1.1-1.п. Если счетчик был в начальном состоя5 НИИ (на электрическом выходе 14.1 первой триггерной ячейки 1.1 состояние 1), то управляющее напряжение воздействует только на один электрооптический волноводный дефлектор-пе реключатель б.п, выход которого оптически связан с фоточувствительным элементом 2.п. Таким образом, по первому счетному оптическому импульсу первая триггерная ячейка 1.1 танавливается в состояние О и только триггерная ячейка 1.п переключается в состояние 1. Далее работа устройства происходит аналогично указанному.

50

Использование, в триггерных ячейках электрооптичес.ких волноводных дефлекторов-переключателей вместо жидкокристаллических оптических зат- 55 воров позволяет улучшить технологичность изготовления счетчика, повыша-; ет быстродействие, даёт возможность реализации на интегральных схемах.

0

Формула изобретения

Кольцевой счетчик импульсов с оптческим счетным входом, состоящий из п триггерных ячеек, в каждой из кото рых первые выводы первого фоточувствительного элемента, лямбда-диода и второго фоточувствительного элемента .подключены к электрическому выходу триггерной ячейки, второй вывод пер- вого фоточувствительного элемента подключен к шине питания, а вторые выводы второго, фоточувствительного элемента и лямбда-диода подключены к общей шине, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей счетчика импульсов, в него введены первый и второй управляющие входы, первый и второй управляющие электрооптические волно- водные дефлекторы-переключатели, первые выводы которых подключены соот- вественно к первому и второму управляющим входам счетчика импульсов, вторые выводы подключены к общей ши- не, а в каждую триггерную ячейку введены первый и второй электрооптический волноводный дефлектор-переключатель, причем первый электрооптический волноводный дефлектор-переключа- тель в каждой триггерной ячейке подключен параллельно электрическому выходу предыдущей триггерной ячейки, второй электрооптический волноводный дефлектор-переключатель в каж-. дои триггерной ячейке подключен параллельно электрическому выходу следующей триггерной ячейки, в первую триггерную ячейку введен .фоточувствительный элемент установки, подклю- ченный параллельно первому фоточувствительному элементу, в остальные триггерные ячейки введены фоточувствительные элементы сброса, подключенные параллельно лямбда-диоду, опти- ческий счетный вход кольцевого счет-- чика соединен с оптическим входом первого управляющего электрооптического волноводного дефлектора-переключателя, первый оптический выход которого соединен с оптическим входом второго электрооптического волноводного дефлектора-переключателя, а второй оптический выход соединен с оптическими входами фоточувстви- тельного элемента установки в первой триггерной ячейке и фоточувствительных элементов сброса в остальных

триггерных ячейках, первый оптический выход второго управляющего элект рооптического волноводного дефлектора-переключателя соединен с оптическими входами всех первых электрооптических волноводных дефлекторов- переключателей, второй оптический выход - с оптическими входами всех вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей соответственно в каждой триггерной ячейке, первые оптические выходы всех первых и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей соединены с оптическими входами вторых фоточувствительных элементов, а вторые оптические выходы всех первых и вторых электрооптических волноводных дефлекторов-переключателей соединены с оптическими входами первых фоточувствительных элементов в каждой триггерной ячейке.

римечани

е. Л. - оптический импульс} X - любое сос- тояниеС О или

1);

1 - наличие управляющего напряжения (состояние 1); . о - отсутствие управляющего напряжения (состояние О)

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей счетчика за счет обеспечения возможности установки счетчика в начальное состояние в любой момент времени. Устройство содержит триггерные ячейки 1.1-1.П, состоящие из фоточувствительных элементов 2.1-2.П , 7.1, 3.1-З.п, 8.2-8,п, лямбда-диодов 4,1-4.п. Для достижения поставленной цели в устройство введены электрооптические волноводные дефлекторы-переключатели 5,1-5.п, 6.1-6,п. 1 ил. о 74.fo о74.п пит СП ю