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

1

Изобретение относится к оптоэлёк- тоонике и вычислительной технике и может применяться в качестве одноразрядной типовой ячейки многоразрядного сумматора, используемого совместно с оптическим периферийным оборудованием.

Известен одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий оптоэлектронные логические элементы. Каждый оптоэлектронный логический элемент содержит фоторезисторы, два последовательно включенных источника постоянного напряжения и резистор, которые соединены в активный фоторезисторный мост, В диагональ моста включен жидкокристаллический модулятор света. Входы сумматора с помощью модуляторов соответствующих логических элементов связаны с его выходами. Так вход переноса сумматора оптически связан через модуляторы первого и второго логического элемента с выходом суммы сумматора, а через

модулятор третьего логического элемента - с первым выходом переноса сумматора. Вход инверсии сумматора через модулятор четвертого логического элемента оптически связан с выходом суммы и выходом инверсии переноса сумматора. Кроме того, имеется источник оптической подкачки, который через модуляторы первого и второго логических элементов связан с выходом инверсии переноса и выходом переноса сумматора соответственно 1 J.

Недостатком такого сумматора является его относительная сложность. Наличие резисторов, кроме того, приводит к непроизводительным потерям электрической энергии.

Наиболее близким к предлагаемому является одноразрядный оптоэлектронйый сумматор, содержащий жидкокристаллические модуляторы, фотоэлементы, блок питания, состоящий из двух последовательно соединенных источ3НИКОВ постоянного напряженияf источ ник света, первый из которых через первый модулятор связан с выходом переноса сумматора. Вход переноса сумматора связан с первым вь ходом второго модухгятора j который первым выходом связан .с выходом инверсии переноса и выходом суммы сумматора,, Второй источник света через третий модулятор связан с выходом инвер сии переноса сумматора. Первые элек трические выводы первого и второго модуляторов соединены соответственно с первым и вторым выводами блока питания. Первый и второй фотоэлементы соединены а последовательную .цепь, которая включена между вторыми электрическими выводами первого и второго модуляторов и третьим вы водом блока питания фотоэлементы выполнены в виде фотогальгэанических элементов, первый и второй из которых включены согласноJ а третий и четвертый соединены между собой вы водами противоположной полярности и подключены к выводам четвертого модулятора. Пятый фотогальваничесю/Гй элемент подключен к выводам трс;тьег модулятора. Вход инверсии переноса сумматора оптически сзязан с вторым входом второго модулятора, второй в ход которого связан с выходом переноса сумматора и,через четвертый мо дулятор - с выходок суммы сумматора И . Недостатком сумматора является его относительная сложность , так ка он содержит пять фотога.пьзамических элементов. Целью изобретения язлйется упрощ ние сумматора. Поставленная цель догтигается тем, что в одноразрядном оптоэлектронном сумматоре, содержащем модуляторы излучения, блок питания ; источники света, фотоприемники, приче первый и второй фотопр:1емники оптически соединены соответственно с пе вым и вторым оптическими входами сл гаемых сумматора,, блок питания сос тоит из двух последовательно соедин ных источников постоянного напряжения, первый источник света через первый модулятор излучения оптически соединен с выходом переноса сумматора, вход инверсии переноса сумматера оптически соединен с первым входом второго модулятора излучения первый выход которого оптически сое 4 . дииен с выходом сумматора и выходом инверсии переноса сумматора, второй источник света -через третий модулятор излучения оптически соединен- с выходом инаерсии переноса сумматора р первые электрические выводы первого и второго модуляторов излучения соединены соответствекно с первым и вторым выводами блока питания, вторые электрические выводы первого и второго модуляторов излучения соединены между собой, первый и второй фoтoпpиeм wки последовательно включены между вторым электрическим выводом первого модулятора излучения и треть им выводом блока питаниг, третий фотоприемник оптически с-оединен с nepBbiM и вторым оптическими входами слагаемых сумматоре и злектрически подключен к выводам третьего модулятора излучения, вход переноса сумматора оптически соединен с входом четвертого модулятора излучения м с вторым входом второго модулятора излучения 5 второй выход которого оптмчески соединен с выходом переноса сумматора, выход четвертого модулятора излучения оптически соединен с выходом суммы сумматора, первые электрические выводы четвертого модулятора излучения и четвертого фотоприемника соединены между собой, четвертый фотоприемник оптически соединен с первым опт :ческим входом слагаемого сумматора, вторые электрические выводь четвертого модулятора излучения и четвертого фотоприемника подключены к выведай второго фотоприемника., На чертеже приведена принципиальная схема сумматора. Сумматор содерж( модуляторь излучения светоЕюды 5г 1 5 источники света 16,- 17|1 входы 18, 19 оптической подкачки 5 входы 20-, 21 инверсии переноса л переноса л выходы 22, 23 пережоса и инверсии переноса; выход 2., фотоприемники 25-28 и блок питания 29, состояи1ий из двук последовательно соединенных источников постоянного напряжения 30„ 31 с вы водами оптические входу ся- гаемых 35, 36, Все указанные выходы и Ехг./и- образованы -5-орцами саетоводоз или -утем объединения двух соответствующих сзетозодоЕЗг Источники света 1б;. 17 могут быть объединены В этом случае входы iSj 19 также объединяются.: В 5У качестве фотоприемников 25-28 исполь зованы фотогальванические элементы. Фотоприемники 26, 27 оптически связаны с первым входом слагаемых, фотоприемник 25 оптически связан с вторым входом слагаемых, а фотоприемник 28,- с первым и вторым входами слагаемых. Модуляторы излучения -k изготовлены в виде нематических жидкокристаллических ячеек. Однако модуляторы могут быть и другими, блокирующими излучение при наличии разности потенциалов на их электрических выводах, например, основанными на эффекте Франца-Келдыша. В последнем случае используются фотоглльваниче.скиа элементы, обладающие аномально высоким фотонапряжением, или в качестве фотоприемников 25 28 служат батареи последовательно соединенных фотогальванических элементов. Модулятор 1.одним электрическим выводом подсоединен к выводу 32 блока питания 29, а другим электричесКИМ выводом к выводу 3 блока питания 29 через последовательно соединенные фотогальванические элементы 25, 26. Модулятор излучения 2 одним зажимом подсоединен к выводу 33, а другим - к выводу 3 блока питания 29 через те же фотогальванические элементы 25, 2б, Указанные элементы образуют схему электрического моста. 8 одно плечо моста включены фотогаль ванические элементь 25, 26; BE другое плечо - модулятор 1. В диагонал моста включен модулятор 2. Модулятор k одним электрическим выводом соединен с выводом фотогальванического элемента 27. Другие выводы модулятора Ц и фотогальванического элемента 27 соединены с выводами фотогальвани ческого элемента 25. Причем вывод фотогальванического элемента 27 соед нен с выводом одинаковой полярности .фотогальванического элемента 25. Модулятор излучения 3 подключен параллельно к фотоэлементу 28. К светово дам особых требований не предъявля ется. Световоды 7 12 объединяются со световодами 85 13, соответственн таким образом, что отбирают лишь не значительную часть потока излучения канализуемого по световодам В, 13. В качестве источников света 16, 17 могут быть использованы любые ис точники излучения достаточной мощ.6 ности. Источник света 16 имеет оптический контакт с входом оптической подкачки 13, а источник света 17 имеет оптический контакт с входом оптической подкачки 19 Входы 20, 21 образованы соответственно световодом 6 и соединением световодов 8, 7 в жгут. Выходы 22, 23 образованы соответственно соединением световодов 10, 11, и 13, 15 в жгуты. Выход 2k образован соединением световодов 12, И в жгут. Источник излучения 16 световодом 5 связаны с входом модулятора 1, оптический выход которого световодом 10 связан с выходом 22. Источник излучения 17 cвetoвoдoм 9 связан с входом модулятора 3, оптический выход которого световодом 15 связан с выходом 23. Вход 20 связан световодом 6 с первым входом модулятора 2, первый выход которого световодами 12, 13соответственно связан с выходом 2Ц и разрядным ВЫХО,.;С;, 1:3 Вход 21 световодом 8 связан с вторым входом модулятора 2, второй выход которого световодом 11 соединен с выходом 22. Оба входа и оба выхода модулятора 2 образованы соответствующим соосным расположением световодов 6, 8, 11; 2, 13 на ДВУХ сторонах одного модулг,тора 2. Вход 21 световодом 7 связан также с входом модулятора 4, выход которого световодом U; связан с выходом 2А. Таким образом, источники оптичес- кой подкачки оптически связаны через модуляторы 1 и 3 соответственно с выходами 22 и, Z3. Вход 20 оптически связан через модулятор 2 с выходом 2k и выходом 23 Вход 21 оптически связан через модулятор 2 с выходом 22 и через модулятор k с выходом 2k, Физическим носителем информации о слагаемых является оптическое излучение. Считается, что наличие света на первом и втором оптических входах слагаемых 35. 36 соответствует значениям , , а отсутствие . Если Б качестве оптических сигналов используется излучение Солнца, то фотогальваническими элементами могут служить солнечные батареи или батареи солнечных элементов Важно отметить при этом,- что |ЭДС источника питания 26 и солнеч79иых батарей должны быть одинаковыСумматор работает следующим образом. На входы 21, 20 поступают парафазные оптические сигналы. Наличие излучения на на входе 21 и отсутствие излучения на входе 20 означает поступление на ячейку сигнала переноса. Наличие излучения на входе 20и отсутствие излучения на входе 21означает отсутствие сигнала переноса. Выходы 22, 23 также функционируют в парафазном режиме. Наличие излучения с выхода 22 и отсутствие излучения с выхода 23 свидетельствует о формировании сигнала переноса В сумматоре. Наличие излучения с выхода 23 и отсутствие излучения с выхода 22 свидетельствует об отсутствин сигнала переноса на выходе сумматора. Если слагаемые имеют значения на фотоприемники 25-28 не поступают оптические сигналы.В фотогаль аанических элементах не возбуждае ся ЭДС, Поэтому на электродах модуля торов 3, не создается разности потенциалов и модуляторы остаются проз рачными для излучения, Блок питания 29 при соответствующем подборе внутренних сопротивлений модуляторов и фо.тогальванических элементов создает на модулятора; 1 и 2 падения Напряжений, достаточные для того, чтобы модуляторы блокирова ли свет. 13 .результате излучение и,дто ника 16 не достигает выхода 22, а энергия источника Г/ излучается с выхода 23. При поступлении на сумматор сигнала переноса излучение по световоду 7 через открытый модулятор А и световод Н попадает на выход 2. Это означает, что сумма равна 1 При отсутствии переноса излучение по световоду 6 доставляется к модуля тору 2 и рассеивается им, не достига выхода 2А. Излучение с выхода 2А отсутствует. Это означает, что сумма равна О. Если слагаемые имеют значение , на фотоприемники 25, 28. подается излучение, а на фотоприемники 2 27 излучение не поступает. В результате возбуждения фотогальванического элемента 25. в нем наводится ЭДС, напрааление которой противоположно ЭДС источника напряжения блока питания 29. Поэтому электрический Ов мост, в диагональ которого включен модулятор 2, балансируется. Модулятор 2 открывается, а модулятор 1 остйется закрытым, так как при балансе моста через его плечи протекает ток. В результате возбуждения фотогальванических элементов 25, 28, модуляторы 4 и 3 блокируются напряжением этих элементов. В итоге открытым остается лишь модулятор 2, Сигнал переноса , поступая на сумматор через вход 21, по световоду 8, открытый модулятор 2. и световод 11, создает излучение с выхода 22, Ввиду того, что модулятор k закрыт, а излучение на вход 20 не подается,,на выходе 2k оптический сигнал отсутствует. Следовательно, сумма имеет значение С выхода 22 формируется сигнал переноса, Если сигнал переноса на ячейку не поступает, то излучение инверсии переноса через вход 20 и модулятор 2 попадает на выходы и 23, Следовательно, сумма имеет значение 1, сигнал переноса на выходе 22 не формируется, а на-выходе 23 имеется сигнал инверсии переноса. Если слагаемые имеют значение ,, излучение подается на фотоприемники 2б-28. Это случай аналогичен рассмотренному, так как теперь фотоприемник 27 блокирует модулятор , а фотоприемник 2б уравновешивает мост.. Если, наконец, слагаемые имеют значение , , излучение поступает на все входы слагаемых. При этом нарушается баланс моста и модулятор 2 закрывается. Ввиду того, что разность потенциагюв. на выходах 32, 3 блока питания29 равна суммарному напряжению на зажимах фотогальванических, элементов 23, 2б, напряжение на зажимах модулятора 1 отсутствует (или во всяком случае в несколько раз ниже напряжения возбуждения модулятора), вследствие чего модулятор 1 открывается . Фотогальванические элементы 25, 27включены встречно. Поэтому модулятор k также открыт. Напряжение на зажимах фотогальванического элемента 28приложено к модулятору 3, поддерживая его в закрытом состоянии, В результате излучение источника 16 через открытый модулятор попадает на выход 9 22. Выход 23 не излучает, так как он блокирован модуляторами 2 и 3. Сигнал переноса через вход 21 и открытый модулятор Ц излучается с вы хода 2, что соответствует сумме, pa ной 1. Если сигнал переноса на яче ку не поступает, то сигнал инверсии переноса, поступая на вход 20, блокируется модулятором 2. Выход 2Ц не излучает, что соответствует сумме, равно О . Все возможные варианты работы сум матора при различных комбинациях входных сигналов приведены в таблице состояний сумматора. При использовании данного однораз рядного сумматора в многоразрядном сумраторе выходы 22 и 23 одноразрядного сумматора младшего разряда оптически связываются соответственно с входами 21 и 20 одноразрядного -сум матора следующего старшего разряда. Вход одноразрядного сумматора первого младшего разряда связывается с ис точником постоянного излучения, например, с источником 1б или 17. Блок питания 29 может быть общим для всех одноразрядных сумматоров, входящих в параллельный,сумматор. Данный сумматор проще известного Уменьшено количество фотоприемников с пяти до четырех. В многоразрядных сумматорах этогриводит к заметной экономии элементов. Если же в качестве фотоприемников используются ба тареи фотогальванических элементов, О10 то упрощение схемы многоразрядного сумматора еще заметнее. Формула изобретения Одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий модуляторы излучения, блок питания, источники света, фотоприемники, причем первый и второй фотоприемники оптически соединены соответственно с первым и вторым оптическими входами слагаемых сумматоров, блок питания состоит из двух последовательно соединенных источников постоянного напряжения, первый источник света через первый модулятор излучения оптически соединен с выходом переноса сумматора, вход инверсии переноса сумматора оптически соединен с первым входом второго модулятора излучения, первый выход которого оптически соединен.с выходом суммы сумматора и с выходом инверсии переноса сумматора, второй источник света через третий модулятор излучения оптически соединен с выходом инверсии переноса сумматора, первые электрические выводы первого и второго модуляторов излучения соединены соответственно с первым и вторым выводами блока питания, вторые электрические выводы первого и второго модуляторов излучения соединены между собой, первый и второй фотоприемники последовательно включенные между вторым электрическим выводом первого модулятора излучения и третьим выводом блока питания,- третий фотоприемник оптически соединен с первым и вторым оптическими входами слагаемых сумматора и электрически подключен к выводам третьего модулятора излучения , вход переноса сумматора оптически соединен с входом четвертого модулятора излучения и с вторым входом второго модулятора излучения, второй выход которого оптически соединен с выходом переноса сумматора, выход четвертого модулятора излучения оптически соединен с выходом суммы сумматора, первые электрические выводы четвертого модулятора излучения и четвертого фотоприемника соединены между собой, четвертый фотоприемник оптически соединен с первым оптическим входом слагаемого сумматора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, вторые электричес