Оптоэлектронный одноразрядныйСуММАТОР Советский патент 1981 года по МПК G06F7/56 

(54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ОДНОРАЗРЯДНЫЙ СУММАТОР

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании оптоэлектронных вычислительных устройств.

Известен оптоэлектронный одноразрядный сумматор, содержащий фотоприемник и последовательно соединенные туннельный диод и светодиод 1.

Недостаток данного сумматора - отсутствие входа и выхода сигнала переноса единицы.

Другое известное суммирующее устройство содержит усилитель, резистивно-транзисторный измерительный мост, источник постоянного Напряжения, схему сброса, резисторно-диодную суммирующую схему и фототранзисторные оптроны 2.

Недостаток такого сумматора - низкое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является оптоэлектронное суммирующее устройство, содержащее фотоприемник, оптически связанный с входами устройства, развязывающий транзисторный усилитель, туннельный диод, два последовательно соединенных источника постоянного напряжения, резистивный делитель напряжения и два амплитудных модулятора, выполненных -в виде светодиодов, один из которых связан с выходом «перенос, а другой - с суммирующим выходом устройства 3.

Недостаток этого устройства-низкая помехозащищенность и недостаточное быстродействие.

Цель изобретения - повыщение быстродействия и помехозащищенности сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный одноразрядный сумматор, содержащий фотодиод, связанный с оптическими входами слагаемых и входом «перенос сумматора, два источника постоянного напряжения, соединенные последовательно, первый и второй светодиоды, оптические выходы которых являются соответственно суммирующим выходом и входом «перенос сумматора, введены третий светодиод и блок фотодиодов, первый вы.ход которого через первый встречно включенный светодиод соединен с общим выводом источников постоянного напряжения, вывод первого из которых через согласно включенный фотодиод соединен с первым выходом блока фотодиодов, а вывод второго источника через последовательно и согласно включенные

второй и третий светоди.оды подключены ко второму выходу блока фотодиодов, который выполнен в виде параллельно соединенных первой, второй и третьей фоточувствительных цепей, каждая из которых состоит из пары последовательно и согласно включенных фотодиодов, причем фотодиоды первой цепи связаны соответственно с первым и вторым входами слагаемых, фотодиоды второй цепи соответственно связаны с первым оптическим входом слагаемых и входом «перенос, а фотодиоды третьей цепи- соответственно с вторым оптическим входом слагаемых и входом «перенос сумматора, суммирующий выход которого связан с оптическим выходам третьего светодиода.

Особенностью оптоэлектронного одноразрядного сумматора является то, что в нем оптические связи выполнены посредством световодов, входных и выходных фоконов. На чертеже дана принципиальная схема оптоэлектронного одноразрядного сумматора.

Оптоэлектронный одноразрядный сумматор содержит входные фоконы 1-4, фотодиод 5, блок 6 фотодиодов 7-12, светодиоды 13-15, источники напряжения 16 и 17, световоды 18 - 28, и выходной фокон 29.

Фокон 1 оптически связан с фоконом 4 и фотодиодами 9 и 7 светодиодами 18-20, фокон 2 - с фоконом 4 и фотодиодами 11 и 8 соответственно световодами 21-23, фокон 3 - с фоконом 4 и фотодиодами 10 и 12 соответственно световодами 24-26. Фокон 4 связян оптически с фотодиодом 5, фокон 29 со свстодиодами 13 и 14 оптическими волокнами 27 и 28. Фотодиоды 7-12 электрически объединены в блок 6, состоящий из трех параллельно соединенных ветвей, в каждой из которых имеется по два последовательно соединенных фотодиода.

Ветвь, содержащая фотодиоды 7 и 8, и ветвь, содержащая фотодиоды 11 и 12, включены параллельно ветви, содержащей фотодиоды 9 и 10.

Источник напряжения 16, фотодиод 5, блок 6 фотодиодов, светодиоды 14 и 15, источник напряжения 17 соединены последовательно. Между точкой 30, являющейся точкой электрического соединения фотодиода 5 с блоком 6 и точкой 31, являющейся общим выводом источников напряжения 16 и 17, соединенных между собой разноименными полюсами, включен светодиод 13. Таким образом, сумматор выполнен по схеме моста, в одно плечо которого включен фотодиод 5, в другое плечо включен блок 6 фотодиодов, светодиоды 14 и 15, а в диагональ моста включен светодиод 13.

Входами сумматора являются фоконы 1-3, выходами сигналов суммы и переноса единицы - соответственно фокон 29 и светодиод 14. Каждая из ветвей блока 6 фотодиодов оптически связана с любыми двумя входами в трех неповторяющихся комбинациях. Фотодиод 5 оптически связан со всеми входами.

Суммирование чисел производится следующим образом.

Слагаемые закодированы в двоичном коде, где «1 соответствует наличию излучения, а «О - отсутствию излучения.

Слагаемые поступают на входы сумматора- фоконы 1, 2 и 3 в виде световых потоков Х), Xi, Ylt.

Результат сложения сигналов не зависит от того, какой из трех сигналов поступает на каждый из трех входов сумматора. На чертеже на вход 1 поступает слагаемое х, на вход 2 - слагаемое ха, на вход 3 - сигнал переноса Fli.

Поэтому фотодиоды 7 и 8 возбуждаются соответственно сигналами х и хг, фотодиоды 9 и 10 - сигналами х и П, фотодиоды 11 и 12 - сигналами хг и П.

Если сигналы на входах отсутствуют (xi Хг П 0), то ни один из фотодиодов не освещен, и ток во всех контурах схемы минимальный. В этом случае светодиоды 13-15 не излучают и на выходах 29 и 14 сигналы имеют значения «О, что соответствует значению суммы Z О и значению сигнала переноса П; О.

5 Если сигнал поступает только на один из трех входов устройства, то блок 6 фотодиодов обладает плохой проводимостью, и ток, протекающий по контуру 17-15-14- 6-5-16 недостаточен для зажигания светодиодов 14 и 15. Блок 6 фотодиодов плохо проводит ток вследствие того, что в каждой из ее ветвей освещен только один фотодиод либо ни один. Значительный ток существует только в контуре 16-13-5, так как фотодиод 5 освещен и сопротивление его невелико. Напряжение источника 16 подобрано так, что величина этого тока достаточна для возбуждения светодиода 13, что соответствует значению суммы .

Вследствие того, что через светодиоды

14 и 15 ток практически не протекает, эти

0 светодиоды не излучают, что соответствует

значению сигнала переноса Пг О с выхода

29 сумматора.

Если сигнал поступает на два из трех входов устройства, то одна из ветвей блока 6 открывается, пропуская ток, который схватывает контур 17-14-15-6-5-16. Например, при поступлении сигналов на входы 1 и 2 открывается ветвь блока 6, содержащая фотодиоды 7 и 8. Напряжение источника 17 подобрано таким образом, чтобы точки 30 и 31 имели в этом случае одинаковый потенциал. Поэтому ток через светодиод 13 не протекает и излучения света не происходит.

Ток, протекающий по контуру 17-14-15 6-5-16, соответствует току возбуждения S светодиода 15.

Так как ток возбуждения светодиода 15 выще тока возбуждения светодиода 14, то излучает только светодиод 14, что соответствует значениям выходных сигналов Пг. 1, . При наличии на входах 1-3 трех сигналов «1, т.е. xi 1, хг 1 и П 1, происходит резкое возрастание тока во всей цепи 17-14-15-6-5-16, поскольку увеличиБается проводимость фотодиода 5 и блока 6 фотодиодов (вместо одной ветви ток проводят три ветви). Светодиод 13 излучает свет, так как в этом случае ток достаточен для его возбуждения. Светодиод 15 также излучает свет, поступающий по световоду 28 на выход 29. Излучение на выходах 14 и 29 соответствует значению FIi 2 1. Наличие в сумматоре выхода переноса 14 позволяет непосредственно соединять его с другим подобным устройством в каскадную цепь. При этом достаточно оптически связать выход 14 данного сумматора с одним из входов 1-3 последующего аналогичного сумматора (например с входом 3). Каскадная цепь может содержать п сумматоров, соединенных указанным образом. В этом случае можно производить сложение многоразрядных двоичных чисел, содержащих по п разрядов, так же, как это производится в параллельных сумматорах. Тогда выходы 29, расположенные в той же последовательности, в какой соединены соответствующие сумматоры, представляют регистр суммы. Источники напряжения 16 и 17 являются общими для всех сумматоров. Оптоэлектронный одноразрядный сумматор производит только две вентильные задержки сигнала (последовательно на фотодиодах и светодиодах), в то время как распространенные аналогичные электронные сумматоры осуществляют не менее четырех вентильных задержек. Сумматор может быть изготовлен в микроисполнении, так как содержит р - п переходы, технология которых хорошо освоена для изготовления интегральных схем. Формула изобретения I. Оптоэлектронный одноразрядный сумматор, содержащий фотодиод, связанный с оптическими входами слагаемых и входом «перенос сумматора, два источника постоянного напряжения, соединенные последовательно, первый и второй гветодиоды, оптические выходы которых являются соответственно суммирующим выходом и выходом «перенос сумматора, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия и помехозащищенности сумматора, в него введены третий Светодиод и блок фотодиодов, первый выход которого через первый встречно включенный Светодиод соединен с общим выводом источников постоянного напряжения, вывод первого из которых через согласно включенный фотодиод соединен с первы.м выходом блока фотодиодов, а вывод второго источника через последовательно и согласно включенные второй и третий светодиоды подключен к второму выходу блока фотодиодов, который выполнен в виде параллельно соединенных первой, второй и третьей фоточувствительных цепей, каждая из которых состоит из пары последовательно и согласно включенных фотодиодов, причем фотодиоды первой цепи связаны соответственно с первым и вторым входами слагаемых, фотодиоды второй цепи соответственно связаны с первым оптическим входом слагаемых и входом «перенос, а фотодиоды третьей цепи - соответственно с вторым оптическим входом слагаемых и входом «перенос сумматора, суммирующий выход которого связан с оптическим выходом третьего светодиода. 2. Оптоэлектронный одноразрядный сумматор по п. 1, отличающийся тем, что в нем оптические связи выполнены посредством световодов, входных и выходных фоконов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 535572, кл. G 06 G 9/00, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 451105, кл. G 06 Q 9/00, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР № 514531, кл. G 06 F 7/56, 1975.

16 31 17

i

Ш