Одноразрядный оптоэлектронный сумматор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическиРеспублик 968810(5 )М. Кл. С 06 Г 7/56 3 Ьоударствкиый контет СССР в делан эобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения 5(:,т). :; т Р,Ф,Иванов и Н.И,евдокимова ф". 11 ;ет ,;- ;.1,(71) Заявитель Кубанский государственный универси1Изобретение относится к оптоэлек=тоонике и вычислительной технике иможет применяться в качестве одноразрядной типовой ячейки многоразрядного сумматора используемого совмест 5но с оптическим периферийным оборудованием.Известен одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий оптоэлектронные логические элементы. Каждый оптоэлектронный логическийэлемент 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 выхода" 2 о ми. Так вход переноса сумматора оптически связан через модуляторы первого и второго логического элементас выходом суммы сумматора, а через модулятор третьего логического эле" мента - 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 которыи церез модуляторы первого и второго логических элементов связан с выходом инверсии переноса и выходом переноса сумматора соответст" венноНедостатком такого сумматора является его относительная сложность. Наличие резисторов, кроме того, приводит к непроизводительным потерям электрической энергии,Наиболее близким к предлагаемому является одноразрядный оптоэлектрон ный сумматор, содержащий жидкокристаллические модуляторы, фотоэлементы, блок питания, состоящий из двух последовательно соединенных истоц ников постоянного напряжения, источник света, первцй из которьх черезпервый модулятор связан с выходомпереноса сумматора. Вход переносасумматора связан с первым Выходомвторого модулятора, который первымвыходом связан,с выходом инверсииПЕРЕНОСа И ВЫХОДОМ СУММЫ СУММатОРаВторой источник гвета церез третиймодулятор связан с Выходом инвер" 10сии переноса сумматора: Первые электрические выводы первого и второгомодуляторов соединены соответственно с первым и вторым выводами блокапитания. Первый и второй фотоэлементы соединены в последовательнуюцепь, которая включена между Вторыми электрическими выводами первогои второго модуляторов и третьим выводом Ьлока питания. ФотаэлемеРтывыполнены в виде йотогагьваницескйхэлементов первый и второй из которых включены согласно, а третий ичетвертый соединены между собой выводами противоположной полярности иподключены к Выводам цетвертог.о МОдулятора. Пятый отогагьва -ег;кййэлемент подключен к Выводам третьегомодулятора. Вход инвер;.и:, переносасумматора оптически связан с вторымвходом второго модулятора, второй Выход которого связан с Выходом переноса сумматора и церез -етвег)тый модулятор - с вцходом сумг ц сумм; тора 2,Недостатком с("мматоэа яеляе "Гся8 ГО ОтнОСитеЛьная слг),:-ООТГ в ;.", КаКОн СОДЕРЖИТ ПЯТЬ (Рг)ТОгВГЬВВНИЧесгсихэлементов,Целью изобретения Является угрощедг)ние сумматора.Поставленная ель гог : гаетсятем, что В одноразрядном Оптоэлектронном сумматоре, соаержацем модуляторы излучения, блок питанияисточники света, ФотогрРэ;,ИРк. прчем 45 первый и второй Отогриемники Оптически соединены соответственна с перВым и Вторым оптическими вхоаи слагаемых сумматора бго.;ганя состоит из двух послегователь -О соединен.50 ных истОчникОВ постояннОГО напряленив первый истоц-к света церез первый модулятор излучения Оптически соединен сВыходом переноса сумматора, вход инверсии переноса сум матора оптически соединен с первым входом второго модулятора излучения, первый выход которо.о оптически соеДине С ВЬХОДОМ СУ:,гГЫ СУММВТОРа И ВЫ ходом инверсии переноса сумматора, второй источник света через третий модулятор излучения Оптически соедиНен ( ВЫХОДОМ ИНВЕОСИ; ПРОО ")гм матора, ,первь 8 электри Несие Выводы перВОГО и ВторОГО модуляторов излучения соединены соответственно с первым и Вторым ВыводаьР бгока питания ВТОРЫ 8 ЭПВКТРИЧВСКИ 8 ВЫВОДЫ ПВРВОГОВОРО" ООДУЛЯ тРОВ Р Зл:, ,8 НИЯ г-ОЕ динены между соЬой, первый и второй фотоприемники последОВательно Включены между вторым электрическим вь- водок первого модулятора излуцения и третьим выводом блс ка гитанР- третий ФОТОПРИЕМгИК ОПтИЧВСКИ СО 8 ДИНВН С первым и В торцм агп Р Чески и Входами слагаемых сумматор; и электрически подключен к Вывода трегьего модулятора излучения, вхс д переноса сумматора Оптически соединен с Входом четвертОГО модулятора излучения и Вторым входом второго модулятора из- ГУНИЯ ВТОРой Выход КОТОРОГО ОП- тРче(,ки соединен с Вы)(одом п 8 реноса сумматора, выход четвертого модулятора излучения оптически соединен с выходом гуммц сумматора первые электрические вцводь четвертого модулятора излучения и четвертого Отоприемника соединены между собой.четвертый фотоприеРИк оптически соеДИНен С ПЕРВЬМ ОПТИЧЕСКИМ ВХОДОМ Сгагаемого сумматора, Вторье электрические выводы четвертого модулятора ИЗГУЧ 8 НИЯ И ЧЕТВЕРТОГО Отггвиемника -;одклн)ень к Вцг:сдам Вгорого отоприемникаНа чертеже приведена принципиальная схема сумматора,Г,ЛЮа ГОР СОРЕРН. Т,;О,:.УЛЯ ГОРЬ И Элучения 1 световодц ); 1 истоцники света 16, 17входы 18) 13 огтической подкачки, входы 20 21 инвеосии пеоеноса и переноса Вцходц 22переноса и инверсии переноса;Выход 2, Фотоприемники 2-28 и блокгРта:Ия 2( Г)ОСтоящРЙ И - .; (В)( ПОС г 8:овательно соединень.:)( . тоцни.-;ОВ ПОстоянного напряжения 30 1Водами .(2-31, оптические Вхогц г: - :-:968810 кацестве 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 Фотопри" емник 28,- с первым и вторым входами слагаемых. Иодуляторы излучения 1-1 изготовлены в виде нематических жидкокристаллических яцеек. Однако 10 модуляторы могут Ьыть и другими, блокирующими излучение при наличии разности потенциалов на их электрических выводах, например, основанными на эффекте Франца-Келдыша. В последнем случае используются фотогальваницески= элементы, обладающие аномально высоким фотонапряжением, или в качестве фотоприемников 25- 28 служат батареи последовательно 2 О соединенных Фотогальванических элементов.Иодулятор 1 одним электрическим выводом подсоединен к выводу 32 блока питания 29, а другим электрицес Б ким выводом к выводу 31 блока питания 29 через последовательно соединенные фотогальванические элементы 25, 26.Иодулятор излучения 2 одним заии- ЗО мом подсоединен к выводу 33, а другим - к выводу 3 блока питания 23 через те же Фотогальваницеские элементы 25, 26. Указанные элементы образуют схему электрического моста. В одно плецо моста включены Фотогальванические элементы 25, 26 а в другое плечо - модулятор 1. В диагональ моста включен модулятор 2. Иодулятор Ч одним электрическим выводом соединен с выводом фотогальванического элемента 27, Другие выводы модулятора 1 и Фотогальванического элемента 27 соединены с выводами Фотогальванического элемента 25, Причем вывод Фотогальванического элемента 27 соеди нен с выводом одинаковой полярности Фотогальваницеского элемента 25. Иодулятор излучения 3 подключен параллельно к Фотоэлементу 28, К световодам осоЬых требований не предьявля"Я ется, Световоды 7, 12 объединяются со световодами 8, 13, соответственно таким оЬразом, что отЬирают лишь незначитепьную цасть потока излучения канализуемого по световодам 8, 13,В качестве источников света 16, 17 могут Ьыть использованы любые истоцники излучения достаточной мощногти. Источник света 16 имеет оптицеский контакт с входом оптическойподкачки 13, а источник света 17 имеет оптический контакт с входом оп"тицеской подкацки 19, Входы 20, 21образованы соответственно световодом6 и соединением световодов 8, 7 вжгут. Выходы 22, 23 оЬразованы соответственно соединением световодов10 11, и 13, 15 в жгуты. Выход 24образован соединением световодов 12,в жгут,Истоцник излучения 16 световодом5 связаны с входом модулятора 1, оптицеский выход которого световодом10 связан с выходом 22,Истоцник излучения 17 световодом9 связан с входом модулятора 3, оптицеский выход которого световодом15 связан с выходом 23.Вход 20 связан световодом 6 с первым входом модулятора 2, первый выход которого световодами 12, 13 соответственно связан с выходом 2 ч иразрядным выхс.,;,:.3,Вход 21 световодом 8 связан с вторым входом модулятора 2, второй вы"ход которого световодом 11 соединенс выходом 22. Оба входа и оба выходамодулятора 2 образованы соответствующим соосным расположением световодов 6, 8, 11, 2. 13 на двух сторонах одного модул.:;тора 2.Вход 21 светсводом 7 связан такжес входом модулятора 1, выход которо"го световодом 1. связан с выходом 24. Таким образом. источники оптической подкачки оптически связаны черезмодуляторы 1 и 3 соответственно с выходами 22 и, 23, Вход 20 оптическисвязан через модуля ар 2 с выходом2 Й и выходом 23,Вход 21 оптицески связан через модулятор 2 с выходом 22 и через модулятор Ч с выходом 2 ч,физическим носителем информациио слагаемых является оптическое излучение. Считается, что налицие света на первом и втором оптических вхо"дах слагаемых 35, 36 соответствуетзначениям Х=1, У=1, а отсутствие -Х=0, У=0 Если в качестве оптических сигналов используется излучениеСолнца, та Фотогальваническими элементами могут служить солнечные батареи или Ьатареи солнечных элементов,. Важно отметить при этом, чтоЭДС истацника питания 26 и солнеч968810 ных батарей должны Ьыть одинаковыми.Сумматор работает следующим образом,На входы 21, 20 поступают пара- %Фаэные оптические сигналы, Наличиеизлучения на на входе 21 и отсутствие излучения на входе 20 означает поступление на ячейку сигнала переноса, Наличие излучения на входе 1020 и отсутствие излучения на входе21 означает отсутствие сигнала переноса, Выходы 22, 23 также функционируют в парафазном режиме. Наличиеизлучения с выхода 22 и отсутствиеизлучения с выхода 23 свидетельствует о формировании сигнала переносав сумматоре, Наличие излучения с выхода 23 и отсутствие излучения с выхода 22 свидетельствует об отсутствии сигнала переноса на выходе сумматора.Если слагаемые имеют значенияХ=У=О, на Фотоприемники 25-28 не поступают оптические сигналы.В Фотогальванических элементах не возбуждается ЭДС. Поэтому на электродах модуляторов 3, 4 не создается разности потенциалов и модуляторы остаются прозрачными для излучения, ВОБлок питания 29 при соответствующем подборе внутренних сопротивлений модуляторов и фотогальваническихэлементов создает на модуляторами 1и 2 падения напряжений, достаточныедля того, чтобы модуляторы Ьлокировали свет. В результате излучение источника 16 не достигает выхода 22, аэнергия источника 17 излучается свыхода 23. При поступлении на сумматор сигнала переноса излуцение посветоводу 7 через открытый модулятор4 и световод 14 попадает на выход24. Это означает, что сумма равна "1".При отсутствии переноса излучениепо световоду 6 доставляется к модулятору 2 и рассеивается им, не достигаявыхода 24. Излучение с выхода 24 отсутствует, Это означает, что суммаравна "0.0Если слагаемые имеют значение Х=ОУ=1, на фотоприемники 25, 28 подается излучение, а на фотоприемники 2627 излучение не поступает, В результате возбуждения Фотогальваницескогэлемента 25, в нем наводится ЭДС,направление которой противоположно ЭДГ источника напряжения блокапитания 29. 11 оэтому электрический Ьмост, в диагональ которого включен модулятор 2, Ьалансируется. Модулятор 2 открывается, а модулятор 1 остается закрытым так как при Ьалансе 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 4 закрыт, а излучениена вход 20 не подаетсяна выходе 24 оптический сигнал отсутствует, Следовательно, сумма имеет значение "0". С выхода 22 формируется сигнал переносаЕсли сигнал переноса на ячейку не поступает, то излучение инверсии переноса через вход 20 и модулятор 2 попадает на выходы 24 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 Х=1,У=0, излучение подается на фотоприемники 26-28. Это случай аналогичен рассмотренному, так как теперь Фотоприемник 27 блокирует модулятора Фотоприемник 26 уравновешивает мостЕсли, наконец, слагаемые имеют значение Х=1, У=1, излучение поступает на все входы слагаемых. При этом нарушается баланс моста и модулятор 2 закрывается, Ввиду того, цто разность потенциаров на выходах 32, 34 блока питания 29 равна суммарному напряжению на зажимах фотогальванических. элементов 25, 26, напряжение на зажимах модулятора ", отсутствует (или во всяком случае в несколько раэ ниже напряжения возбуждения модулятора), вследствие чего модулятор 1 открывается.Фотогальванические элементы 25, 27 включены встречно, Поэтому модулятор 4 также открыт, Напряжение на зажимах фотогальванического элемента 28 приложено к модулятору 3, поддерживая его в закрытом состоянии, В результате излучение источника 16 через открытый модулятор попадает на выход22, Выход 23 не излучает, так как он Ьлокирован модуляторами 2 и 3.Сигнал переноса через вход 21 и открытый модулятор 4 излучается с выхода 24, что соответствует сумме, рав- ной "1", Если сигнал переноса на ячейку не поступает, то сигнал инверсии переноса, поступая на вход 20, блокируется модулятором 2. Выход 24 не излучает, что соответствует сумме, равно "О".Все возможные варианты раЬоты сумматора при различных комбинациях входных сигналов приведены в таблице состояний сумматора, 15 Э О1 ОО О0 1 О1 1При использовании данного однораэ. рядного сумматора в многоразрядном сумматоре выходы 22 и 23 одноразрядного сумматора младшего разряда оптически связываются соответственно с входами 21 и 20 одноразрядного .сумматора следующего старшего разряда,4 Вход одноразрядного сумматора первого младшего разряда связывается с источником постоянного излучения, например, с источником 16 или 17.Блок питания 29 может быть общим для всех одноразрядных сумматоров,30 входящих в параллельный сумматор,Данный сумматор проще известного Уменьшено количество Фотоприемников с пяти до четырех. В многоразрядных сумматорах это приводит к заметной экономии элементов. Если же в качестве Фотоприемников используются ба" тареи Фотогальванических элементов,то упрощение схемы многоразрядногосумматора еще заметнее.Формула иэоЬретенияОдноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий модуляторы излучения, Ьлок 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 ис" точников постоянного напряжения, первый источник света через первый модулятор излучения оптически соеди" нен 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 Ьлока питания, вторые электрические выводы первого и второго модуляторов излучения соединены между соЬой, первый и второй фотоприемники последовательно включенные между вторым электрическим выводом первого модулятора излучения и третьим выводом блока питания, третий фото- приемник оптически соединен с первым и вторым оптическими входами слагаемых сумматора и электрически подключен к выводам третьего модулятора из" лучения, 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 соЬой, четвертый Фотоприемник оптически соединен с первым оптическим входом слагаемого сумматора о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, вторые электричес2, Авторское свидетельство СССРю по заявке М 2698109/18-2, кл. 6 06 Р 7/56, 1978 (прототип),96881 кие выводи четвертого модулятора излучения и четвертого Фотоприемника подклаченц к выводам второго фотоприем.ни каИсточники инФормации, принятые во внимание при экспертизе О 121. Авторское свидетельство СССР Р 575918, ка, 6 06 Г 7/56, 1975. ВНИИПИ Заказ 8176/77.Тираж 731 Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная