Оптоэлектронный модуль Советский патент 1989 года по МПК H03K23/78 

1

Изобретение относится к и myльc- ной технике и может быть использовано в различных устройствах авто- матшси и вычислительной техники.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет возможности обрабатьшать два временных интервала одновременно.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого опто- электронного модуля.

Оптоэлектронный модуль содержит первую волоконно-оптическую линию 1 связи с отводами 2, вторую волоконно-оптическую линию 3 связи с отводами 4, третью волоконно-оптическую линию 5 связи с отводами 6, четвертую волоконно-оптическую линию 7 связи и в каждом разряде 8.1, 8.2... 8.2N йятую волоконно-оптическую линию 9 связи, первый входной источник 10 света, Оптоэлектронный ключ 11, первую 12 и вторую 13 входные электрические шины, шину 14 питания, общую шину 15 и в каяком разряде 8.1 , 8.2...8.2N усилитель 16, источник 17 света, шесть фотрприемников 18-23, причем первые выводы первого 18, второго 19, третьего 20 и четвертого 2 фотоприемников подключены к входу усилителя 16, первый выход которого подключен к общей шине 15, а второй- к первому вьшоду источника 17 света, второй вьшод которого подключен к шине 14 питания и к BTOPOMV

4i

О) О)

выводу первого фотоприемника 18, который опт1етески свяэа н: с источником 17 света своего разрвда 8.1,. 8 ,2,, ,, , -8 .2N, второй фотоприемн ж 1 9 с источкшсом 7 света последую- niero разряда, а третий фотоприем- ншс 20 через пятую волоконно-опт ичс;-- скуго линио 9 связи в ка;едом разряда с источником 7 света предьзду- ще го разряда. В оптоэлектронном ключе П вход уситлткпя 2ц подключен к первьм вьшодам ограйичителъ- ного резистора 25 и фотсп)эиемника 26, первь й выход усилителя 24 подключен к второму вьюоду фотоприем- иржа 26 и к общей шиие 15, а второй выход через дополнителънгй источник 27 света к шине 14 питания, второй вывод ограничитешзного резистора 25 также иодк.аючен к шине 14 питания., Первый вьшод пятого фото- прнемника 22 подключен к второму выводу четвертого фотоприемника 21, второй шестого фотоприемника 23 подключен к общей шине,, а пер- вьгоод к второмз выводу второго фотоприемника 19, Первый 1зьшод первого входного источнгаса J О света подключен к общей шиие 15, а второй вьшод к первой электрической входной шине 12, Модуль содеряит также второй т ходной источишь 28 света, третий входной источник 29 сзета, элемент И1Ш 30, первьш оптический вход 31 и второй оптичесв:ий вход 32, Первый и второй входы элемента ИЛИ 30 соответственно поя:1с,гаочены к первой и второй элекгр№ ес;ким вход- ньдм шинам 2 и 13, а вьпюд к вторым выводам третьего 20 и пятого 22 фотоприемыиков калодот-о ра гряда 8J . 8.2 „..8,2Nj а также к второму выводу второго входного источн:ика 28 света, первый БЧЬЕЗОД которого подклгс- чен к общей шине 15, второй вьшод третьего входного источника 29 све -та - к второй электр№1еской входной иине 13, а первьй вьшод - к общей шине 15, причем пягые . фотоприемники 22 каждых двух соседнгос нечетного и четного разрядов 8.21-- и 3,.21 через первую волоконно г)П ; :ическу1О линию 1 связи и соответств щий отскую ликугю J связи и соответствую- ший отвог, опп-тчески связаны с третьим вход и ы;-; источником 29 света5шестые фотоприег.ники 23 каждых двух соседних нечетного и четного разрядов 8.21-1 5 8.2i. через третью волоконно- оптическую линио 5 связи и соответствующий отвод 6 оптически связаны

с дополнительньпу источником 27° света оптоэлектронного ключа 1 1 , фотоприемник 26 которого опти н ески связан с вторым В1;;одным источником 28 света, а третий фотоприемник 20 первого разряда 8.1 через четвертую волоконно-оптическую линию 7 связи оптически связан с первым оптическим входом 31 и BTopbUv оптическим входом 3 2.

Устройство работает следующим образом .

Информацию в предлагаемом модуле в момент записи может представляться как в единично-нормальных кодах, так

и в едини-цно-позиинонном 5 а во время фиксации онг представляется только в единично-позиционном коде,

Для готовности модуля к записи информация на шину 14 подается напряжение г итания.

Устройство может работать в двух режимах, а из гекно в режиме измерения разли -гяых отрезков времени к ре- )л1-{ке су1Ф , рования входной информации Режк-1 сумк ирования подразделяется на режим су1 а 5ирования последо- вательк-.-:тей и лульсов, режим парал- .ггельного суммирования временных интервалов и режич последовательного

суммирования временных интервалов.

Для работь устройства в режиме измерения различных отрезков времени На первуто 12 либо вторзто 13 входные электрические mwibi подается измеряемый высокий уровень л оложитель- ного потен-цнала с длительностьюj равной t,,, .

Расстояния L , и LO мемдг .у отводами 2 и 4 первой 1 и второй 3 волоконноопт1-Гческих равны между собой и могут изменяться. Расстояние L между отводами б третьей ЕОЛОКОННО- опткческой линии 5 связи также может изменяться. При этом расстояния

Изобретение относится к импульсной технике и может быть, использовано в устройствах автоматики и вычислительной технике. Цель изобретения - повьшение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет обработки двух временных интервалов одновременно. Устройство содержит первую, вторую, третью, четвертую, пятую волоконно- оптические линии связи с отводами, первый входной источник света, опто- электронный ключ, первую и вторую электрические входные шины, шину питания, общую шину, усилитель в каждом разрвде, источник света, шесть фотоприемников, ограничительные резисторы. Для достижения поставленной цели устройство содержит второй и третш входные источники света, элемент ИЛИ, два оптических входа и новые функциональные связи. 1 ил. с СЛ

вод or;Ti-F-iecKH связаны с первьмвход--gg от первого SO и третьего 29 входных ньад источншсом 10 света.четвертые фо- источников света, а акже от допол- топриемиики 21 каждьк двук соседнихнательного источника 27 света оптонечетного и четного разрядов 8.21-1.;электронного ключа П до первых от8 „21 через BTop:yw волоконно-оптиче-зодов 2, 4 и 6 соответствующих пер10

51466011

вой 1, второй 3 и третьей 5 волокон-За счет организации положительной

но-оптических линий связи равны рас-обратной связи, реализованной на

стояниям между их отводами 2, 4 и 6.фотопрнемнике 18, усилитель 16 не

Расстояние до первого отвода 6 треть- g запирается и после скончания сигна- ей волоконно-оптической линии 5 свя-ла на его входе,

зи может быть и не равно расстоянию между ее отводами 6, Длины L4 и L четвертой 7 и пятой 9 волоконно- оптических линий связи равны между собой.

Так как на одной из двух входных злектрических шин 12, 13 присутствует высокий уровень положительного потенциала, который подается на один из входов элемента ИЛИ 30, то на его выходе также присутствует высокий уровень положительного потенциала с длительностью, равной tnj, который также поступает на вторые вьшоды третьего 20 и пятого 22 фотопрйем- ников каждого разряда 8.1, 8.2... 8.2N. В момент поступления измеряемого отрезка времени на одну из входных шин 12, 13 на первый оптический вход 31 поступает оптический импульс с длительностью Сс,, соответствующей условию

20

25

Через время С возбудится второй разряд 8.2:

-V + 2 l8(,3f j,p ,

где Т,; - время, через которое возбудится второй разряд 8.2 модуляj

всэб. ср среднее время возбуждения одного регенеративного оптрона.

Таким образом, разряды 8.1, 8.2...8.N последовательно возбуждаются до тех пор, пока присутствует измеряемый интервал времени на одной из входных электрических шин 12 и 13, который вычисляется по следующей формуле:

kк

изм

К(

L

Ь 5

z

BOJS. ср.1

L5

Воэб. «

п

803б . MCJKC

, макс максимальное время возбуждения регенеративного оптрона; -JLJ- время прохождения светом пятой волоконно-оптической линии 9 связи,

1 LS

. СОЛ5-Ь

где V , - скорость распространения света, которая является величиной постоянной;

Lr длина пятой волоконно- оптической линии 9 связи.

По окончании времени третьем фотоприемнике 20 первого разряда 8.1 с первого оптического входа 31 через четвертую волоконно-оптическую линию 7 связи появляется оптический сигнал, и с выхода элемента ИЛИ 30 на вход усилителя 16 первого разряда 8.1 поступает высокий уро- вень положительного потенциала. Усилитель 16 отпирается и на первом фотоприемнике 18 от светоизлучате- ля 17 появляется оптический сигнал.

запирается и после скончания сигна- ла на его входе,

Через время С возбудится второй разряд 8.2:

-V + 2 l8(,3f j,p ,

где Т,; - время, через которое возбудится второй разряд 8.2 модуляj

всэб. ср среднее время возбуждения одного регенеративного оптрона.

Таким образом, разряды 8.1, 8.2...8.N последовательно возбуждаются до тех пор, пока присутствует измеряемый интервал времени на одной из входных электрических шин 12 и 13, который вычисляется по следующей формуле:

kк

изм

L

Ь 5

z

BOJS. ср.1

К(

L5

Воэб. «

де t 3,

К

-измеряемый отрезок времени, соответствующий

К возбужденным разрядам (К 2N)i

-количество разрядов, возбудившихся за время

t М5м

0

Во время присутствия .измеряемого временного интервала второй входной источник 28 света излучает свет на фотоприемник 26 оптоэлектронного ключа П. Следовательно, ток в оп- тоэлектронном ключе 11 протекает от шины 14 питания через резистор 25 и фотоприемник 26, напряжения,на входе усилителя 24 понижается, что запирает его. Источник 27 света опто- злектронного ключа 11 не излучает свет. Надежное запирание усилителя 24 оптоэлектронного ключа 11 и любого разряда 8.1, 8.2...8.2N модуля осуществляется за счет -того, что усилитель представляет собой транзистор п - р - п-типа, в цепь эмиттера которого введено положительное смещение, необходимое для обнуления оптоэлектронного ключа 11 и регенеративных оптронов разрядов 8,1, 8 .2 , . . . ,8 . 2N в случае, если на вторых 19 и шестых

0

5

l

фотлтр теЕ-знйках присутствует оптический ог1гнал

Обнуление всех возбуж,э;енньгх разрядов ;,1,5 кроме старкпг-го возбу;кдек аого разряда , начр-иает ос;5 ще;ст Еллться с момента окончания высокого уровня положитетаэНого потенциала на одной нз входные элект;:1-г1ескю шин 12 и Г.}-. Второй Бходнок источник -;3 сзо га П :)екрацает изо з ение света

Нсч о тнк:,: 27 света оптоэлектронно- го клю ьа 1 нзл лгает свет через третью яолоконно--сп7 ячесхую линию 5 J-I отводы 6, расстояние мекпу coTopbRiH равно L., на пятке фото-- прийккики 23. В свяйи с эт|-гм в завис, таюсти от расстояния 1 попарно .1чедовательно обиз ляются первьй : . Еторой разряды 8, и 8.2, затем чаоез яремя t/:,;, , обусповленное про.ло.жде.ннем света длины L э световода, третей и четвертьш разряды и т.д., :- ;;-1лиоимости от устаиовлекного зако .:а оону.:1ения, .В возб :77К1зенном состоя- -; -и ос /ается только последний воз- : :уйгдейя.ый разряд 8.1,, так как на аго B l opoM фотоприемнике 1 9 от ис-- гочЕ-.1ка J 7 света последз т щего разряда 8„1-г нет .::)пт «:еского С1-:гиа- ла, Рагфядь; обзуллются за счет то- . го5 что ус1.шмте.:тз;: ;б кащ ого разряда запирае гч;.:: , ;.;:;: как сопооткз.ае- ние фотоги;)1-:емк чь:о i9 и 23 с. вится такж:: кр-зп:;:ФК что у 1:екьшаэг

величины напрялсекия за-чт)анля ,

T:;.Kiii.:; образо,, логер : СтавшагО :я возбужч.екного разряща оаределяет ;елкЧ1Л--у вре чеипог с штгрвала з ;--У . : .1пЧ1:о-т.ч)зкш онном коде:,

П;пер,ельная т чкость 5;;мерения огоаничг-шается временем Е:озб::/жде.-- НК.Я одного разряда, а tJlj,, зычис- ляетс;г по с.педующей фоомз лег

И3)л

SD55

н данном ренг-яче прои;есс измере;- ия происхсдит 3 ед5Ш1 1чно-нормальном ко-- де, а ф иксация результата .- в еди- кично-гоги-щионрюм коде ,

Для работы модуля в оекиме мироравие r inyra,соь ка сдну из дв:7х входнь х аш 12, 13 подают по- с.педозг гельностх ) :св. количество ксторык считает модуль в еди-- НИЧ-1О.--Г;озидионнок ко,г5,е , UDH этом ;.,.ДЛИТальНОСТг У&Я-гуЛЬСОБ Су и ДЛИ-

т г: с и п а у л Т,,

меязду ними накладь яа :Г с -; следутошие ограничения:

0

5

п

о о 6 1з

Э U макс 1

,.- максимальное время возбуждения рег енера- тивкого оптрона, ,,7 Бремя прохождения

светом пятой волоконно-оптической линии 9 с в я 3 и.

С под.:1Ч.ей первого импульса на одну из входных электрических шин 12, 3 на в т. Jрой отч-меский вход 32 подается сзетозс й 1-ц«гт(улъс с длительностью ,.,; ., соответствующей усло- ia иа

/ о - ,. je. /ъ1«к ; - с , - - и

На i yi i TbSM фотоприемкгже 20 первого разряда 8J появляется оптиче- ск.ий си:г::-;ал, сысок1-й урове 1ь положительного потенциала с первого вьшода трепъегс фотсприе; - ника 20 поступает на ихоц л оьк ителя 6, который отпи- рается и регенеративный оптрон пер- : ого pssjVHsa 8J возбуждается. До :р:жода второго ко-ту.льса ка третий фо го;зриймиик 20 второго р-азряда по- Tynae-v .кий сигнал и присут-- : i EysT ка нем по оконча.нкя второго

-С ЧТулЬСа . С приходом второго ИЬЕТЗ ЛЬ -

.:.г Еозбз лДается второй разряд 8.2, а по пкоыч:а и-:к обнуляется первый :.:. счет того, что от источника 7 слета второго разряда 8.2 на второй пютоггрие:чник 19 первого разряда 8J 11остЗ пае ; оптический сигнал и от ис- : очн. 2/ света оптоэлактронного ;:гг;сча И через .аерэьй отвод 6 третьей волокоикс-оптиеес.сой линии 5 свя- : на oj-Svтой фотоприр.мншс 23 перзо- . о разряда 3,J также поступает опти- ческиь с. ;гнал.

С приходом третьего импульса BOSб улсдается

ра.;ряд d .3, а по

Вариацией дайны L., можно обес- чть работы., при :: отором | : М чиро1-:;з;ч:ие осзществляетгя orjvcTpee, 5р; чем обну;г;:эн:чс ,

3 раж:-;ме параллельного суммирования длительностей временньчх иктер- азлов на neosyfa и вторуто входные плиы 12 I-: ; ij подаются су п-1ирук)щие

временные интервалы t и t , передние фронты которых совпадают. Для правильного вычисления результата сложения время f, прохождения света между двумя отводами 2 и 4 первой 1 и второй 3 волоконно-оптических линий связи выбирают по следующему условию:

о О

- -ьг

- 4s

ao-bs-. tf

С момента появления суммируемых временных интервалов на шинах I2 и 13 через время .I -ы озбужда- ется первый 8.1 и второй 8.2 разряды из-за того, что на четвертых 21 и пятых 22 фотоприемниках соответственно от третьего 29 и первого 10 входных источников света через вторую 3 и первую 1 волоконно-оптические линии связи и их отводы 4 и 2 поступает оптический сигнал. Сопротивление на этих фотоприемниках 21 и 22 уменьшается 5 что создает условия для отпирания усилителя и возбуждения регенеративного оптрона. Таким образом, попарно возбуждаются разряды 8.1, 8.2...8.2N в течение времени, равного длительности меньшего отрезка времени (например, t 2) После этого возбуждения разрядов присходит по пятым волоконно-оптическим линиям 9 связи и третьим фотоприемникам 20 последующих разрядов, но уже не по парно, т.е. через время, равное t,j возбуждается один последующий разряд, после него через время следующий разряд и т.д. до момента окончания большего временного интервала (например, t). По окончании большего временного интервала дополнительньй источник 27 света оптоэлектронного ключа 1 излучает свет, следовательно, происходит гашение всех возбуж- денных разрядов, кроме старшего возбужденного разряда.

Рассмотрим пример сложения двух отрезков времени с длительностями

ti 7 Ч, t г. L, .

В течение времени t попарно вобуждается восемь первых разрядов 8.1, 8.2,..8.8, а течение времени; t t З С, последовательно по одному возбуждаются еще три по- следующих разряда 8.9...8.11. После этого разряды 8.1...8.10 обнуляются остается возбужденным только разряд 8.11 . Результат соответствует

5

0

30

40

С уменьшением L

и L. точ25

45

0

, и .. ность суммирования повьпаается.

В данном режиме модуль суммирует g в единично-нормальном коде, а фиксирует результат в единично-позиционном .

В режиме последовательного суммирования временных интервалов сумми- 0 руемые временные интервалы последовательно подаются на одну из входных шин 12, 13. С поступлением первого отрезка времени на первый оптический вход 3i подается оптический короткий импульс с длительностью

Запись первого отрезка времени с длительностью t Г1роисходит аналогично работе модуля в режиме Измерение .

С приходом второго отрезка времени с длительностью t процесс п овто- ряется, но уже разряды возбуждается от возбужденного разряда, кодировав- tiiero в единично-позиционном коде длительность t первого временного интервала. Это достигается путем присутствия высокого уровня положительного потенциала на выходе элемента ИЛИ 30 и присутствия оптического сиг- кала на третьем фотоприемнике 20 последующего разряда от светоизлуча- теля 17 предь дущ€го возбужденного разряда. Возбуждение последовательно происходит до тех пор, пока присут- 35 ствует высокий уровень положительного потенциала на выходе элемента ИЛИ 30. По окончании второго отрезка времени в возбужденном состоянии находится разряд, кодирующий сумму этих интервалов t , + t . При даль- нейшем поступлении временных интервалов суммирование происходит аналогичным образом.

Таким образом, оптоэлектронный модуль может работать в четырех режимах: Измерение, Суммирование последовательностей импульсов,Парал- легозНое суммирование длительностей временных интервалов и Последовательное суммирование временных интервалов.

Во всех .режимах, кроме Суммирование последовательностей и туль- сов, процесс преобразования происходит в единично-нормальном коде, а ф -1ксация - в единично-позиционном. В режиме Суммирование последовательностей импульсов и суммирование, и

1

фиксация происходят в зиционном коде. Формула изобретения

Оптоэлектронный модуль ., содержа- щий первую, втор:/ю,, третьи), четвертую и в каждом разряде пяг-ую волокон но-оптич;еские линии связи с отвода- ми, первый входной источник света, Оптоэлектронный ключ, перв: ™ и вто- рую электрические входные шины, шину питания, общую шину и в каждом разряде усилителзь,, источник света., шесть фотоприемников, первые выводы первого, второго, третьего и четвер- того фотоприемниз ов подктзцены к входу усилителя, первый выход которого подключен к общей взипе, а второй к первому вьшоду источника света, второй вьвод которого подклю- чей к Ш1ше питания и к второму выводу первого фотоприемн1-1ка , который оптически связан с источником света своего разряда, второй фотоприемник - с источником света последую- щего разрада, а трет1да фотоприемннр: через волоконно-оптическую линию связи в каж,дом разряде - с источником света предьздушего разряда, в оптоэлектронном ключе усилителя подключен к первым вьшодам ограничительного резистора и фотоприемника, первый выкод усилителя подключен к второму вьшоду фотоприекнгжа и к общей шине, а второй выход через

дополнительный источншс - к шине питания, второй вывод ограничительного резистора также, подключен к шине питания, первый ЕЬГЗОД пято го фотоприемншса подключен к второму вьшоду четвертого фотопригмкика, второй вывод шестого фотоприамника подключен к общей шине, а первый вывод к второму вьюоду второго фотоприемника, первый вывод первого входного

i 2

ксточника света подключен к общей шине, а второй вывод - к первой электрической входной шине, о т л и - ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функ1у-юнал1: ных возможностей в него введены второй и третий входные источники света элемент ИЛИ и два оптических входа, первый и второй входы элемента ИЛИ соответственно подключены к первой и второй электрическим входным шинам, а выход - к вторым вьшодам третьего и пятого фотоприемников каж,цого разряда,, а также к второму вьшоду второго входного источника света, первый вьшод которого подключен к об- ш,ей шине , второй вьшод третьего входного источника света подключен к второй электрической входной шине а первый зьшод - к общей шине, в ка;адых диух соседних нечетных и четных разрядах пятые фотоприемники через первую волоконно-оптическую линию связи и соответствующий ее отвод оптически связаны с первым входным источником света, четвертые фотоприемники через вторую волоконно-оптическую линию связи исоответ- ств пощий ее отвод оптически связаны с третьHi-f входным источником света, шестые фотоприемники через третью pJOЛoкoннo-oптичecкyю линию связи и соответствующий ее отвод оптически связаны с дополнительным источником света оптоэлектронного ключа, фотоприемник которого оптически связан с вторым входным источником света, а третий фотоприемник первого разряда оптически связан с вторым ог;тическим входом и через четвертую Болоконно-опти ескую линию связи оптически связан с первым оптическим входом модуля.

СЧ1