Оптоэлектронный модуль Советский патент 1991 года по МПК H03K23/78 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах.

Цель изобретения - повышение надежности за счет уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования.

На фиг.1 представлена схема оптоэлек- тронного модуля; на фиг.2 - временные диаграммы его функционирования.

Оптоэлектронный модуль 1 в каждом разряде 2.1, 2.22.п содержит регенеративный оптрон, состоящий из источника 3 света, первого 4, второго 5 и третьего б фотоприемников и транзистора 7, а также первый диод 8, кроме того, в первом разряде - четвертый фотоприемник 9 и второй диод 10, а во втором разряде - четвертый фотоприемник 11. Оптоэлектронный модуль снабжен оптическим информационным входом 12, первой 13 и второй 14 управляющими шинами, цепью 15 начальной установки, шиной 16 питания и общей шиной 17. В каждом разряде коллектор транзистора 7 через источник 3 света соединен с шиной 16 питания оптоэлектронного модуля 1, общая шина которого соединена с эмиттером транзистора 7, база которого соединена с объединенными выводами первого 4, второго 5 и третьего 6 фотоприемников. Первый фотоприемник 4 другим выводом соединен с шиной 16 питания и оптически связан с источником 3 света. Второй фотоприемник 5 в каждом разряде, кроме первого разряда 2.1, соединен с первой управляющей шиной 13 оптоэлектронного модуля 1, вторая управляющая шина 14 которого соединена с выводом третьего фотоприемника 6, который в каждом разряде, кроме первого 2 1, и последнего 2.п, оптически связан с источником 3 света последующего разряда. Второй фотоприемник 5 каждого разряда, кроме первого 2.1 и второго 2.2, оптически связан с источником 3 света предыдущего разряда. Кроме того, в каждом разряде первый вывод первого диода 8 соединен с базой транзистора 7 регенеративного оптрона, а второй вывод - с цепью 15 начальной установки оптоэлектронного модуля 1, во втором разряде 2.2 четвертый фотоприемник 11 первым выводом соеди- нен с базой транзистора 7 данного разряда, а вторым выводом - с первой управляющей шиной 13 оптоэлектронного модуля 1 и оптически связан с источником 3 света последнего разряда 2,п, третий фотоприемник 6 которого оптически связан с источником 3 света второго разряда 2.2, второй фотоприемник 5 которого оптически связан с оптическим входом 12 оптоэлектронного модуля 1, первая управляющая шина 13 которого в первом разряде 2.1 соединена с первыми выводами четвертого фотоприемника 9 и второго диода 10, вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго фотоприемника 5 данного разряда 2.1, вто- рой 6 и четвертый 9 фотоприемники первого разряда 2.1 оптически связаны с источниками 3 света соответственно предпоследнего 2. и последнего 2.п разрядов. Оптические выходы всех разрядов 2.1-2.п-1| кроме последнего 2.п, являются оптическими информационными выходами оптоэлектронного модуля 1, при этом первый разряд 2.1 предназначен для записи признака кода, а остальные 2.2-2.П-1 - для записи мантиссы кода цифры.

Последний разряд 2.п оптоэлектронного модуля 1 является вспомогательным него наличие в схеме необходимо для нормального функционирования модуля,

Оптический вход третьего фотоприемника 6 первого разряда 2.1 используется при применении модуля в схеме многоразрядного операционного устройства, например сумматора, и предназначен для обнуления первого разряда 2 1 во время межразрядного переноса.

Оптоэлектронный модуль работает следующим образом.

В устройстве используется кодирование, которое заключается в разбиении разрядов унитарного кода цифры на две группы двоичных знаков и присвоении одной группе веса, равного половине основы системы счисления, и представлении другой группы в унитарном коде.

В применяемом новом виде кодирования цифры числовой информации представляются следующим образом:

a/Si/k...#,.

где а - признак цифры, принимающей значение 0 или 1;

...bn - м.антисса цифры f/rj|t {0,1j, i - порядковый номер двоичного знака мантиссы );

п - количество двоичных знаков мантиссы цифры, которое зависит от величины основы системы счисления и определяется как

п i

п т|- - 1 , если q четная

2

если q нечетная

где q - основа системы счисления.

Признак и мантисса цифры для системы счисления с основой q, когда q четная, определяются следующим образом.

Все цифры в количестве q распределены в двух группах. Первая группа охватывает цифры от 0 до q/2-1, а вторая группа - от q/2floq-1.

Мантисса Д|/fc . . .fin каждой цифры из первой группы представляется в унитарном коде, где п q/2-1, т.е. если Д 1 , то Д 0 , где -ITnJ i.

Следовательно, порядковый номер i-ro знака Д определяет вес записанной цифры из первой группы. Когда эта цифра рзвна нулю, Д 0 , где i ,n. Для цифр первой группы признак .

Таким образом, каждая цифра первой группы представляется мантиссой - знаками в количестве п, один из которых равен единице, порядковый номер которой определяется весом цифры, а остальные равны нулю. При этом признак цифры равен нулю.

Мантисса каждой цифры второй группы также представляется в унитарном коде знаками в количестве п, где п - q/2-1, т.е., если Д 1 , Д 0, где j 1,n, j I, однако порядковый номер 1-го знака Д определяет вес записанной цифр второй группы, уменьшенный на q/2. Когда цифра равна q/2, Д , 0 где i 1,п Для цифр второй группы признак и ему соответственно присвоен вес q/2.

Таким образом, каждая цифра второй группы представляется мантиссой - знаками в количестве п, один из которых равен единице, порядковый номер которой определяется весом цифры, уменьшенным на q/2, а остальные равны нулю, и признаком цифры, который равен единице и соответствует весу q/2.

Представление числовой информации s новом виде кодирования рассмотрим на примере цифр десятичной системы счисления. Следовательно, десятичные цифры закодированы следующим образом (см. таблицу)В начале работы устройства происходит установка модуля в исходное (нулевое) со- стояние. С этой целью в цепь 15 начальной установки подается импульс отрицательной полярности, который в каждом разряде через первый диод 8 поступает на базу транзистора 7. При этом потенциал на базах транзисторов всех регенеративных оптро- нов уменьшается до уровня потенциала цепи 15 начальной установки. Транзисторы 7 закрываются, и источники 3 света гаснут.

При подаче на первую управляющую шину 13 импульсов положительной полярности, на вторую управляющую шину 14 потенциала отрицательной полярности и на информационный оптический вход 12 - све- тового сигнала оптоэлектронный модуль 1 работает в режиме суммирования. При этом второй фотоприемник 5 второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и при подаче первого входного импульса на шину 13 транзи- стор 7 второго разряда 2.2 открывается, через источник 3 света проходит ток достаточный для его сведения срабатывает положительная оптическая связь между источником 3 света и первым фмоприемни- ком 4 данного разряда, т е срабатывает первый фотоприемник 4 и транзистор 7 поддерживается в открытом состоянии даже после прекращения действия ЕАОДНОГО импульса. Таким образом, второй разряд 2 2 оказывается в возбужденном состоянии Соответственно, в оптоэлектоонном модуле будет записан код 01000 Так как второй разряд 2 2 находится в возбужденном состоянии, второй фотоприемник 5 посчоцую щего разряда 2.3 оказывается засве еиным и при подаче второго импупьса аналогичным образом возбуждается данный разряд 2.3. Так как третий разряд 2 3 находится в возбужденном состоянии, третий Фотопри- емник б второго разряда 2 2 оказывается засвеченным и после прекращения второго импульса, т е в паузе между импульсами, транзистор 7 второго разряда 2.2 закрывается, так как сопротивление фотоприемника 6 падает настолько, что он шунтирует переход база - эмиттер транзистора 7. и происходит выключение источника 3 света разряда 2 3, т.е. обнуление дачного разояд 2.2. В оптоэлектронном модуле будем иметь код 00100 Таким образом, при подаче очередных импульсов аналогичным обрэзом последовательно возбуждаются i-й (i41)-й и т.д. разряды, а соответственно обнуляются (-1)-й, i-й и т.д., кроме первого разряда 2,1.

Если предпоследний разряд 2.п-1 находится в возбужденном состоянии, т.е., когда имеем код 00001, второй фотоприемник 5 последнего разряда 2.п и второй фотоприемник 5 первого разряда 2,1 одновременно оказываются засвеченными и при подаче очередного импульса аналогичным образом одновременно возбуждаются разряды 2.п и 2.1 (в первом разряде 2,1 входной импульс через второй диод 10 и фотоприемник 5 поступает на базу транзистора 7). После прекращения входного импульса, т.е. ь паузе между импульсами, последний разряд 2,п способствует обнулению предпоследнего разряда 2.п-1, так как засвеченным оказывается третий фотоприемник 6 данного разряда 2.п-1. Соответственно, будем иметь код 10000. При этом с помощью последнего разряда 2.п четвертый фотоприемник 11 второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и при подаче очередного импульса, который через этот фотоприемник 11 поступает на базу транзистора 7, возбуждается второй разряд 2.2, который после прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, способствует обнулению последнего разряда 2.п.

На данном этап. в возбужденном состоянии находится одновременно вервий 2 1 и второй 2 2 разряяы т е. имеем код 11000 В дальнейшем при под.ччг очередны,-, импульсов модуль работает -зчпло ичнык о аз о.

При подчч на пгрв.чо у от. тощую шину 13 по.енцилла огрицат-iiMiui; по,ло- ности и нп втируш уп. т- -- on;y,o U/1H/ 1-- импульсов гюлон пf. полено.:л-, сч- юзлектоош-н. й меду .. 1 pr.vr jr u ргжиме вычитания

Предположим, 1по в ином со „тоя1 ии НЗХГП.ЯТСР разряды 2 1 и 2 п-1, т.е. имеем од 1000 Га,; как г,;..t; последний разряд 2 п возбужден, однгтпе11 зт- свсирниими оказываются нтор MI Флтопри- емник 5 послед - е о разряда 2.п, второй фотоприемник 5 первого 2 i и третий фотоприег- ник 6 разряд. 2 п-2, В последнем разряде 2.п засвеченный второй фотоприемник 5, сопротивление которого падает, не действует на состояние разряда 2 п, так как данньй разряд 2 п Онулен. С первом разряде 2.1 засвеченным оказывается si срой фотоприсмник 5, однако обнуления даж-ого разряда i происходит, i3K как пятый фотоприемни 9, оторый не зз- свечен, поскольку обнулен последний разряд 2 п. и второй диод 10 предотвращают запирание транзистора 7 и обнуление первого разряда 2.1. Так как третий фотоприе - кик б разряд 2.п-2 оказывается засвеченным, при подаче входного импульса на шину 14 открывается транзистор 7 разряда 2.П-2 и аналогичным образом данный разряд 2.П-2 переходит в возбужденное состояние. После прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, транзистор 7 предпоследнего разряда 2,п-1 закрывается, так как фотоприемник 5 данного разряда 2.П-1 оказывается засвеченным, его сопротивление падает настолько, что он шунтирует переход база - эмиттер транзистора 7, и, следовательно, происходит гашение источника 3 света, т.е. обнуление данного разряда 2.п-1. Соответственно, будем иметь код 10010.

При подаче очередных импульсов аналогичным образом последовательно возбуждаются (Ы)-й, (-2)-й и т.д. разряды, а соответственно обнуляются 1-й, (Ы)-й и т.д., кроме первого 2.1 и последнего 2.п разрядов.

Если в возбужденном состоянии находятся одновременно разряды 2.1 и 2.2, т.е. когда имеем код 1100, засвеченным оказывается третий фотоприемник 6 последнего разряда 2.п и при подаче очередного импульса аналогичным образом в возбужденное состояние переходит данный разряд 2.п, а после прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, происходит обнуление второго разряда 2.2, так как засвеченным оказывается его 4etBepTbw фотоприемник 11. Одновременно засвеченным является четвертый фотоприемник 9 первого разряда 2.1, однако он не влияет на внутреннее состояние разряда 2.1, так как одновременно не засвечен в горой фотоприемник 5, поскольку обнулен предпоследний разряд 2,п-1, и обнулений первого разряда 2.1 не происходит. Соответственно, будем иметь код 10000. При подаче очередного импульса в возбужденное состояние переходит предпоследний разряд 2.п-1, так как засвеченным оказывается третий фотоприемник 6 данного разряда. Так как предпоследний разряд 2.п-1 в возбужденном состояний, одновременно засвеченными оказываются второй фотоприемник 5 последнего разряда 2.п, второй фотоприемник 5 и четвертый фотоприемник 9 первого разряда 2.1, поскольку в возбужденном состоянии находится последний разряд 2.п. Тогда после прекращения входного импульса, т.е. в паузе между импульсами, происходит одновременное обнуление первого 2.1 и последнего 2.п разрядов. Соответственно, будем иметь код 00001. В дальнейшем при подаче очередных импульсов оптоэлектрон- ный модуль работает аналогичным образом.

В предлагаемом оптоэлектронном модуле каждый регенеративный оптрон состо-. ит из транзистора, источника света и фотоприемников, временные характеристики которых определяют время срабатывания - включения teioi. и выключения 1Выкл. регенеративного оптрона. На основе этих параметров выбирается длительность импульса ги и пауза между импульсами гп .

Для достоверного функционирования модуля необходимо, чтобы для временныхз параметров входного счетного импульса выполнялись требования:

15

taKn - Ји 2 1вкл ;

teblKfl - П

Допустим, подается на управляющей шине 13 первый счетный импульс длительностью ти , следовательно, срабатывает регенеративный оптрон второго разряда 2.2. Одновременно допустим, что суммарное время срабатывания фотоприемника 5, транзистора 7 и источника 3 света, т е. . регенеративного оптрона равно ги . Когда источник 3 света второго разряда 2.2 оптически воздействует на фотоприемник 5 разряда 2.3, входной счетный импульс на управляющей шине 13 будет закончен. Следовательно, срабатывание регенеративного оптрона разряда 2 3 до появления следующего счетного импульса не произойдет. Если Хвкл ги то при оптическом воздействии

источника 3 света второго разряда 2. на втором фотоприемнике 5 разряда 2 3 ча управляющей шине 13 будет присутствовать импульс длительностью Аг ; Д Т - Ти Хек т .

При этом

Ги --Твкл Ч Аг 2 Твкл .

г.е. Ат 1Вкл .

Таким образом, в этом случае после возбуждения второго разряда 2.2 на управляющей шине 13 будет присутствовать входной импульс длительностью А г , который через фотоприемник 5 разряда 2.3 поступает на базу транзистора 7, но его длитель- ность недостаточна для переключений регенеративного оптрона данного разряда 2.3.

Таким образом, за время действия одного входного импульса длительностью ти срабатывает толы.о один регенеративный оптрон соответствующего разряда модуля.

В реальных схемах регенеративных опTpOhOB 1йкпю « tni- кл , ГОГДЗ Ги Тп .

На фиг 2 приведена временная диаграмма функционирования оптоэлектроннсго модуля в десятичной системе счисления, регенеративные оптроны которого построены на транзисторе КТ 3102Е, светодиоде АЛ310А, оптроне АОД109Б и для которых Твкл. 18.8 ней т,выкл. 75,5 не.

Таким образом, предлагаемый опто- электронный модуль позволяет осуществить как режим сложения, так и режим вычитания поступающей информации. Кроме того, оптоэлектронный модуль может быть использован как реверсивный сдвиговый регистр и измеритель временных интервалов.

Формулаизобретения

Оптоэлектронный модуль, содержащий разрядные ячейки, выход каждой ячейки оптически связан с входом следующей ячейки, а каждая разрядная ячейка состоит из транзистора, источника света и трех фотоприем- никое, первый вывод источника света соединен с шиной питания оптоэлектронно- го модуля, общая шина которого соединена с эмиттером транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом источника света, база транзистора соединена с первыми выводами первого, второго и третьего фотоприемников, первый фотоприемник вторым выводом соединен с шиной питания оптоэлектронного модуля и оптически свя- зан с источником света, второй фотоприемник, кроме первого разряда, вторым выводом соедине-н с первой управляющей шиной оптозлектронного модуля, вторая управляющая шина которого соединена с вто- рым выводом третьего фотоприемника, который в каждом разряде, кроме первого и последнего, оптически связан с источником света последующего разряда, оптический

вход второго фотоприемника является входом разрядной ячейки, а оптический выход источника света - выходом разрядной ячейки, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности за счет уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования, введены цепь начальной установки, в каждый разряд - первый диод, в первый разряд - четвертый фотоприемник и второй диод, а во второй разряд - четвертый фотоприемник, в каждом разряде первый вывод первого диода соединен с базой транзистора регенеративного оптрона, а второй вывод - с цепью начальной установки оптоэлектронного модуля, во втором разряде первый вывод четвертого фотоприемника соединен с базой транзистора данного разряда, а второй вывод - с первой управляющей шиной оптоэлектронного модуля и оптически связан с источником света последнего разряда, третий фотоприемник которого оптически связан с источником света второго разряда, второй фотоприемник которого оптически связан с оптическим информационным входом оптоэлектронного модуля, первая управляющая шина которого в первом разряде соединена с первыми выводами четвертого фотопркемника и второго диода, вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго фотоприемникз данного разряда, второй и чет ртый фотоприемники первого разряда оптически связаны с источниками света соответственно предпоследнего и последнее рззррдоа, оптические выходы всех разрядов, кроме последнего, являются оптическими информационными выходами оптоэлектронного модуля.

I

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах Цель изобретения - повышение надежности - достигается путем уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования. Оптоэлектронный модуль в каждом разряде содержит диод и регенеративный оптрон, состоящий из источника света, трех фотоприемников и транзистора, кроме того в первом разряде дополнительно содержит фотоприемник и диод, а во втором разряде - фотоприемник. Оптоэлектронный модуль работает в q-й системе счисления и фиксирует количество импульсов в режимах суммирования и вычитания в разрядах, количество которых определено ак q/2 (когда q четная) или q+1/2 (когда ц нечетная). 2 ил. 1 табл.

1бА

b.4

.A

20 нсек.

13 14

1 2г

Ч Ъ

k

2б

Фиг. 2