Одноразрядный оптоэлектронный сумматор Советский патент 1982 года по МПК G06F7/56 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в автоматике и вычислительной технике бортовых систем.

Известен оптический параллельный .сумматор, содержащий источники излучения, световоды и электрооптические дефлекторные ячейки, причем каждый п-й и нечетный .выходы дефлекторной ячейки младшего раэряода соединены Ссветоводами с соответствующим п/2-м выходом дефлекторной ячейки старшего разряда, а четные (нечетные ) выходы каждой дефлекторной ячейки связаны дополнительными световодами, соединенными выходнь1ми торцами с соответствующим выходом сумматора 1.

Недостатком этого сумматора является наличие электрических входов для суммируемых чисел, что не позволяет использовать устройство в бортовых системах, выполненных на основе оптических коммуникаций.

Наиболее близким к предлагаемся 1у является одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий источник излучения, одномодовые оптические волноводы; волноводный ключ, два модулятора излучения, направленный ответвитель и фотоприемник 2.

Этот сумматор имеет оптический вход для промежуточного числа (сигнала переноса), вычисляемого в аналогичной ячейке младшего разряда, и оптический выход для промежутоЧ1ного числа, вычисляемого в рассматриваемой ячейке, для передачи в аналогичную ячейку старшего разряда. Оптические входы модуляторов связаны

10 с источником излучения, выход первого модулятора оптически связан с

одним из оптических ВХОДО В ВОЛНОВОДного ключа. Другой оптический вход ключа связан с входом промежуточного

15 числа. Выход ключа представляет собой выход промежуточного числа. Фотоприемник оптически связан с входом промежуточного числа и электрически со вторым модулятором, выход

20 которого является выходом суммы. Входами слагаемых являются электроды модуляторов и ключа. Поэтому ячейку нельзя применять для сложения двоичных чисел, формируемых в виде

25 оптических кодов.

Указанное обстоятельство не позволяет использовать этот сумматор в бортовых системах, представленных оптическими кабельными сетями для

30 передачи данных. Цель изобретения - расширение области применения сумматора. Поставленная цель достигается тем что одноразрядный оптоэлектронныП сумматор, содержащий источники излучения, первый волноводный ключ и первый фотоприемник, оптически соединенный с входом переноса сумматора, который также оптически соединен с входом первого волноводного ключа, выход которого оптически соединен с выходом переноса сумматора, содержит второй и третий волноводные ключи, второй, третий и четвертый фотоприем ники, причем входы второго и третьег волноводных ключей оптически соединены с первым И вторым источниками излучения соответственно, второй фотоприемник оптически соединен с входами первого и второго операндов сумматора, третий и четвертый фотоприемники оптически соединены с входами первого и второго -операндов сум матора соответственно, положительные электроды первого и второго фотоприемников электрически соединены с пер выми электродами второго и третьего волноводных ключей соответственно, отрицательные электроды первого, второго и третьего фотоприемников, положительный электрод четвертого фотоприемника и первый электрод перв го волноводного ключа электрически соединены с шиной нулевого потенциала сумматора, положительный электрод третьего фотоприемника электрически соединен с отрицательным электродом второго фотоприемника и с зторьади электродами первого, второго и треть его волноводных ключей, выход второго волноводного ключа оптически соединен с выходом суммы сумматора, выход третьего волноводного ключа оптически соединен с выходом переноса сумматора . На фиг. 1 приведена схема одноразрядного оптоэлектронного сумматора; на фиг. 2 - схема волноводного ключа. Сумматор содержит источники 1 и 2 излучения, фотоприемники 3-6, волноводные ключи 7-9 и направленные ответвители 10 и 11. Все волноводные ключи идентичны и содержат по два оптических волновода 12 и 13, расположенных на близком расстоянии относительно друг друга. В месте сближения волноводов образованы электроды 14 и 15. Волноводный ключ имеет вход 16 и выход 17. Вход и выход волноводного ключа 9 образуют соответственно вход 18 и выход 19 переноса. Фотоприемник 3 с помощью оптического волновода 20 и ответвителя 10 связан с входом переноса числа.,Фотоприемник 5 электрически связан с электродами волно.водных ключей 7-9 полюсом поло итель ной полярности, с этими же электродами связан фотоприемник 6 полюсом отрицательной полярности. Другие электроды ключей 7, и 9 электрически связаны с фотоприемниками 3 и 4 соответственно . Входы ключей 7 и 9 оптически связаны с источниками 1 и 2 излучения, а выход ключа 9 волноводом 21 и ответвителем 11 - с выходом переноса. Выход ключа 7 представляет собой выход суммы. Входами операндов служат фотоприемники 5 и б. Источники 1 и 2 излучения могут -быть объединены. В качестве фотоприемников 3-6 использованы фотогальванические элементы (в частном случае могут быть применены солнечные элементы или батареи элементов). Устройство работает следующим образом. На вход 18 и входы фотоприемников 5И 6 поступают соответственно перенос KI. и операнды , Y в виде двоичных оптических сигналов. Одновременно оптические сигналы Х, Y подаются на фотоприемник 4. В сумматоре вычисляется сумма С и перенос К также в виде оптических двоичных сигналов. Если потенциалы на электродах 14 и 15 ключей 7-9 равны по модулю (независимо от полярности ), то происходит полная- передача энергии из волновода 12 в волновод 13, вследствие чего излучение с выхода 17 отсутствует. Если абсолютное значение потенциалов на электродах 14 и 15 различно, происходит нарушение фазового синхронизма, в результате чего прекращается обмен энергией между волноводами 12 и 13, что приводит кизлучению с выхода 17. Таким образом, ключи 7-9 функционируют как модуляторы излучения. Потенциалы на электродах ключей формируются с.помощью фотоприемников 3-6, на зажимах которых появляется разность потенциалов под действием излучения. Если К О, возможны четыре случая значения слагаемых X:,-, Y}-X Y 0. Разности потенциалов отсутствуют на замках всех фотоприемников , поэтому на электродах всех ключей потенциалы равны (равны нулю). Происходит передача энергии из волновода 12 в волновод 13, в результате чего на.выходах ключей 7 и 9 излучение отсутствует. Это соответствует значениям С К 0. Х 1, Y 0. Имеется разность потенциалов на зажимах фотоприемников 4 и 5. Электрод 14 ключа 7 имеет потенциал низкий, а ключа 9 высокий. На электродах 15 этих ключей формируются высокие потенциалы. Так как потенциалы электродов ключа 7 не равныу излучение источника 1 регистрирует сяг На выходе ключа, что соответствует значению С 1 Потенциалы на электродах ключа 9 ра ны по абсолютной величине, поэтому излучение на выходе ключа 9 отсутствует, что соответствует О, Х О, Y.. 1, что соответствуе аналогичному результату: 1, К 0. X;, Y 1. Потенциалы на элект дах 15 всех ключей равны нулю, так как ввиду встречного включения фото приемников 5 и 6 их ЭДС взаимно ком пенсируются . Разность потенциалов формируется только на электродах ключа 9. На выходе ключа 7 излучени отсутствует, а излучение источника 2 достигает выхода ключа 9 и выхода 19 переноса. Это соответствует значениям С: О, 1. Если на входе 18 переноса значение , 1, то во всех рассмотренных случаях значение суммы С инвертируется. Это объясняется тем, что излучение, передаваемое через волновод 20, возбузкдает фотоприемник 3, который формирует на электроде 14 ключа 7 высокий потенциал. Кроме того, ключ 8 передает излучение со входа 18 переноса на выход 19 переноса во втором и третьем слу чаях,. , Таким образом, формируются следу щие результаты в комбинациях значений слагаемых, рассмотренных выше. к о С 1, Ki 1 С- о, К 1 с,- о. к,. 1 Основным достоинством предлагаемо го сумматора является возможность функционирования его совместно с оптическим внешним оборудованием. Это позволяет, в частности, использовать ячейку сумматора в сетях, не содержащих или содержащих минимал ное количество металлических проводНИКОВ, которые заменены оптическими волокнами. Такие сети позволяют получить большие скорости передачи информации, уменьшение объема и веса, низкую стоимость, ничтожную перекрестную модуляцию, хорошую защищенность от электромагнитных помех, отсутствие опасности искрения и наводок через общую массу, особенно массу, содержащую композиционные материалы. Формула изобретения Одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий источники излучения, первый волноводный ключ и , первый фотоприемнйк, оптически соединенный с входом переноса сумматора, который также оптически соединен с входом первого волноводного ключа, выход которого оптически соединен с выходом переноса сумматора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, он содержит второй и третий волноводные кличи, второй, третий и четвертый фотоприемники, причем входы второго и третьего волноводных ключей опти- . чески соединены с первым и вторым источниками излучения соответственно, второй фотоприемник оптически соединен с входами первого и второго операндов сумматора, третий и четвертый фотрприемники оптически соединены с входами первого и второго операндов сумматора соответственно, положительные электроды первого и второго фотоприемников электрически соединены с первыми электродами второго и третьего волноводных ключей соответственно; отрицательные электроды первого, второй и третьего фотоприемников, положительный электрод четвертого фотоприемника и первый электрод первого волноводногр ключа электрически соединены с шиной нулевого потенциала сумматораj положительный электрод третьего фотоприемника электрически соединен с отрицательным электродом второго фотоприемника и с вторыг ш электродами первого, второго и третьего волноводных ключей, выход второго волноводного ключа оптически соединен с выходом суммы сулматора, выхЬд третьего волноводного ключа оптически соединен с выходом переноса сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №433508, кл. G Об G 9/00, 1973. 2.Taylor H.F. Guided wave electrooptic devices for logic and computation. Applied Opties, 1978, May 15, № 10, pp. 1493-1498, fig. 5 (прототип).