Оптоэлектронный кольцевой счетчик импульсов

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах вычислительной техники и автоматики. Цель изобретения - распшрение области применения устройства за счет способности подсчитывать как оптические, так и электрические импульсы, расширения диапазона длительности входных импульсов, а также за счет повышения чувствительности и расширения диапазона и номенклатуры питающих напряжений ..Устройство содержит счетный оптический 1 и электрический 2 (О сл пит к t tsD С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 К 23/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3929090/.24-21 (22) 11.07. 85 (46) 23.02.87.Бюл. У 7 (7.1) Винницкий политехнический институт

{72) С.В.Свечников, В.П.Кожемяко, В.Г.Красиленко, О.К.Колесницкий и Н.В.Плакидюк (53) 621.374 (088.81 (56) Свидзинский. Оптические интегральные коммутаторы для волоконнооптической связи. — Электронная промьпшленность, 1983, N 8.

Авторское свидетельство СССР

9 1026317, кл. Н 03 К 23/12, .1983.

ÄÄSUÄÄ 12921?8 А1 (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЬ1Й КОЛЬЦЕВОЙ

СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах вычислительной техники и автоматики. Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет способности подсчитывать как олтические так и электрические импульсы, расширения диапазона длительности входных импульсов, а также за счет повышения чувствительности и расширения диапазона и номенклатуры питающих напряжений.,Устройство содержит счетный оптический 1 и электрический 2

1292178

° входы,триггерные ячейки !2.!. — 12.n ..

Для достижения поставленной цели в устройство введены фотоприемник 6, нагрузочный резистор 7, входной

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах вычислительной техники и автоматики..

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет способности подсчитывать как оптические так и электрические импульсы, расширения диапазона длительности входных импульсов, а также за счет повьш ения чувствительности и расширения диапазона и номенклатуры питающих напряжений.

На фиг.l представлена схема устройства; на фиг.2 — оптический волноводный переключатель; на фиг.3 схема оптического переключателя на оптоэлектронных затворах.

Устройство содержит первый счетный оптический вход l,второй счет- -. ный электрический вход 2, шину 3 питания, вход 4 установки в начальное состояние, вход 5 выбора направления счета, фотоприемник 6, нагрузочный резистор 7, входной блок 8, состоящий из источника 9 света, и двух оптических переключателей 10 и 11, а также триггерные ячейки

° 12.1-12.л, состоящие из двух фоточувствительных элементов !3 и 14, трех оптоэлектронных затворов 15-17, двух. резисторов 18 и 19, оптического переключателя 20, при этом оптические переключатели 20 всех ячеек 12.1-12,п и входного блока 8 имеют оптический вход 21 и два выхода 22 и 23 и управляющие электроды 24 и 25, каждая ячейка )2.1-12. и имеет электрический выход 26, оптический выход 27 и оптические связи 28, причем оптический вход 1 соединен с оптическим входом фотоприемника 6, один из выводов которого соединен с шиной 3 питания, а второй — с электрическим входом 2„ с управляющим электродом 24 оптичесблок 8, состоящий из источника света 9 и двух оптических переключателей 10, 11, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

2 кого переключателя 10 и через нагрузочный резистор 7 — с общей шиной, 1 вход 4 сброса в исходное состояние соединен с электродом 24 оптического переключателя 11, выход источника 9 света соединен с входом 21 оптического переключателя 11, выход 23 которого оптически связан с фоточувствительным элементом 13 ячейки 12.1, а выход 22 соединен с входом 21 оптического переключателя 10 и с оптическим входом оптоэлектронного затвора 16 каждой ячейки, оптический выход которого является оптическим выходом 27 соответствующей ячейки, выход 22 оптического переключателя

10 оптически связан :.:ерез оптоэлектронный затвор 15 с фоточувствительным элементом 13 и входом 21 оптического переключателя 20 каждой ячейки, выход 23 оптического переключателя 10 оптически связан через оптоэлектронный затвор 17 с фоточувствительными элементами 13 и 14 каждой .

25 ячейки, в ячейках 12.1-12. и первые выводы фоточувствительных элементов

13 и 14 и оптоэлектронных затворов

l5-l7 подключены к шине 3 питания, ЗО второй вывод элемента 13 соединен с вторыми выводами затворов 15 и 16, с одним из выводов рези" тора !9 и с электрическим выходом ячейки 26, второй вывод элемента 14 соединен с вторым выводом затвора 17 и с од3 ним из выводов резистора 18, вторые выводы резисторов 18 и 19 соединены с общей шиной, выход .23 переключателей 20 ячеек 12.2-12.л оптически связан с фоточувствительным элементом 14 предыдущей ячейки, а выход

23 переключателя 20 ячейки !2.1 оптически связан с элементом 14 ячейки 12.п выход 22 переключателей 20 ячеек 12.1-12.П -1 оптически свя"5 зан с элементом 14 последующей ячейки, выход 22 переключателя 20

1292 ячейки 12. h оптически связан с элементом 14 ячейки 12.1, электроды 24 переключателей 20 всех ячеек

12.1-12.h соединены с входом 5 выбора направления счета, а электро-, ды 25 переключателей 20 всех ячеек

12.1-12.П и переключателей 10 и 11 соединены с общей шиной.

Устройство работает. следующим образом. 10

После включения питания необходимо счетчик установить в исходное состояние путем подачи импульса высокого потенциала на вход 4 сброса.

При этом оптический переключатель 15 .11 переключится, соединив вход 21 с выходом 23, и свет от источника света будет воздействовать только на фоточувствительный элемент 13 ячейки 12.1, его сопротивление умень-20 шится, вследствие чего на затворах

15 и 16 падение напряжения будет близко к нулю и они будут прозрачны для света, а по окончании импульса в переключателе 11 вход 21 будет соединяться с выходом 22 и свет будет воздействовать через затвор 15 на элемент 13 ячейки 12.1, поддерживая его в проводящем состоянии, и через затвор 16 появится на оптическом выхо- ЗО де 27 ячейки 12,1, на электрическом выходе данной ячейки будет напряжение логической единицы, близкое к напряжению питания. Таким образом, в исходном состоянии возбуждена только ячейка 12.1.

Входной блок 8 и его оптические связи построены таким образом, что после установки в исходное состоя- 40 ние свет постоянно воздействует на затворы 16 всех ячеек, при отсутствии счетных импульсов свет проходит на затворы 15, а при наличии — на ,затворы 17 всех ячеек. Каждая ячейка 45 построена по схеме М-S,ýëåìåíòû 14, 17 и 18 составляют основной запоминающий элемент, элементы 13,15,19— дополнительный, а затвор 16 применяется для согласования во времени электрического и оптического сигналов индикации состояния ячейки.

Рассмотрим работу. счетчика в режиме суммирования импульсов ° При этом на входе 5 выбора направления счета нулевой потенциал, при котором переключатели 20 ячеек 12.112.л соединяют вход 21 с выходом 22, оптический выход затвора 15 ячеек

178 4

12.1-12.4 -1 оказывается связанным с фоточувствительным элементом 14 последующей ячейки, а выход затвора

15 ячейки 12. h оказывается связанг ным с элементом 14 ячейки 12.1. На фоточувствительный элемент 14 ячейки 12.2 воздействует световой сигнал с выход затвора 15 ячейки 12.1, уменьшая его сопротивление и отпирая затвор 17 ячейки 12 ° 2. Если теперь подать оптический импульс на вход l, то сопротивление фотоприемника 6 уменьшится, на электроде 24 переключателя 10 появится напряжение, близкое к напряжению питания, которое приведет к переключению оптического переключателя 10, благодаря чему свет с его выхода 23 через открытый затвор 17 ячейки 12.2 пройдет на фоточувствительные элементы 14 и 13 этой ячейки, что приведет к появлению высокого потенциала на электрическом выходе 26, отпиранию затвора 16, а следовательно, к появлению света на оптическом выходе 27 ячейки 12.2, элемент 13 ячейки 12.1 окажется затемненным, что приведет к запирапию затворов 15 и 16, т.е. ячейка 12.1

"гаснет", затвор 15 ячейки 12.2 открыт и по окончании счетного импульса свет с выхода 22 переключателя 10 будет воздействовать на фотоэлемент

13 ячейки 12.2 и фотоэлемент 14 ячейки 12.3. Т.е. состояние счетчика изменилось на единицу. По второму счетному импульсу ячейка 12.2 "гаснет", а ячейка 12.3 "зажигается" и т.д., по и -му импульсу ячейка 12.t> "гаснет", а ячейка 12.1 "зажигается", т.е. коэффицйент пересчета равен количеству ячеек.

Работа счетчика от электрических импульсов аналогична описанной за исключением того,. что электрические импульсы, подаваемые на вход 2, непосредственно воздействуют на управляющий электрод 24 переключателя 10, управляя его переключением.

Для работы в режиме вычитания импульсов необходимо па вход 5 направления счета подать высокий потенциал, который приведет к переключению оптических переключателей 20 всех ячеек

f2.1-12.п. В этом случае оптический выход затвора 15 ячеек 12.1-12. и будет оптически связан через переключатель 20 данной ячейки с элементом 14 предыдущей ячейки, а выход затвора

129

15 ячейки 12.1 будет связан с элементом 14 ячейки 12.п. Если счетчик в исходном состоянии, то первый счетный импульс приведет к гашенъпо ячейки 12.1 и возбуждению ячейки 12.п, второй импульс погасит ячейку 12.п и возбудит ячейку 12.n †- 1 и т,д.

На основе данного счетчика можно строить многоразрядные пересчетные схемы, работающие в системе счисления с любым натуральным основанием, в частности с основанием 10. В ,этом случае сигнал переноса необходимо снимать с выхода 22 переключателя 20 ячейки 12. и одного разряда и подавать на элемент 14 ячейки 12.1 следующего разряда,, а сигнал заема — с выхода 23 переключателя 20 ячейки 12.1 одного разряда на элемент 14 ячейки 12. предыдущего разряда. В этом случае входной блок

8 будет общим для всех разрядов. В качестве оптических переключателей и оптоэлектронных затворов можно использовать волноводные пере ключатели с любым эффектом, в частности Брэгговский волноводный пере< ключатель с временем переключения

30-100 пс и пороговым напряжением переключения 5В (фиг.2). Брэгговский переключатель имеет оптический вход 21, два оптических выхода 22 и 23 и управляющие электроды 24 и 25.

При использовании Брэгговского волноводного переключателя в качестве оптоэлектронного затвора оптическим входом затвора будет вход 21 переключателя, авыходом — выход 22, выход

23 не будет использоваться. В этом случае при низком напряжении между электродами 24 и 25 свет с входа 21 будет поступать на выход 22, а при высоком падении напряжения на выходе

22 свет будет отсутствовать. Быстродействие элементов Брэгга на порядок вьппе быстродействия фоточувствительного элемента 13,14, что гарантирует надежную работу устройства.

В этом случае быстродействие (время регистрации счетчика на электрическом выходе 26) по оптическому входу будет равно (1) где о — быстродействие фотоприемqn ника 6; о " быстродействие оптического переключателя 10

6 о — быстродейств:ле фотоэлеменуэ та 13, а по электрическому входу время регистрации

2178 л б

"пк (2) Ограничение на максимальную длительность счетных: импульсов отсутствует. Полярность напряжения щ питания может быть отличной от указанной на фиг.l. Кроме того, предлагаемое устройство можно питать переменным напряжением, отсутствуют строгие требования к амплитуде и

45 стабильности напряжения питания.

Формула и з о б р е т е н и я

l,Оптоэлектронный кольцевой счет5р чик импульсов, содержащий первый и второй счетные входы, вход установки в начальное состояние, шину питания, общую шину и триггерные ячейки, каждая из которых состоит из двух фото55 чувствительных элементов и двуХ оптоэлектронных затворов, первые выводы которых и первый вывод первого фоточувствительного элемента подключены к электрическому выходу ячейки, втоТаким образом, счетчик имеет достаточно высокое быстродействие °

Время паузы между соседними оптическими импульсами определяется по формуле (1), а между электрическими — по формуле (2).

В качестве оптоэлектронных затворов и оптических переключателей можно также использовать жидкокристаллические или другие затворы.

Схема оптического переключателя с использованием оптоэлектронных затворов показана на фиг.3. Этот переключатель состоит из затворов 29 и 30 и имеет оптический вход 21, два оптических выхода 22 и 23 и два управляющих электрода 24,25. В случае использования жидкокристаллических затворов временные характеристики счетчика будут намного хуже из-за низкого быстродействия жидкокристаллических затворов, чем в случае применения оптических волноводных перек-. лючателей. Надежность работы будет обеспечиваться тем, что быстродействие жидкокристаллических затворов на порядок хуже быстродействия фоточувствительных элементов.

35! 292178 рые выводы первого и второго оптоэлектронных затворов и второй нынад первого фоточувствительного элемента подключены к шине питания, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью 5 расширения области применения устройства, в него введены вход выбора направления счета, фотоприемник, нагрузочный резистор, входной блок, состоящий из источника света двух оптических переключателей с оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами, а н каждую триггерную ячейку введено два резистора, третий оптоэ ?ектроннь?й затвор и оптический переключатель с оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами, причем в ячейках первые выводы обоих резис- 20 торов подключены к общей шине, второй ньпзод первого резистора под ключен к второму выводу второго фоточувствительного элемента и к одному из выводов третьего оптоэлектронного затвора, второй вывод которого и второй нынад второго фоточувствительного элемента подключены к шине питания, второй вывод второго резистора соединен с электрическим ны- 30 ходам ячейки, перньп? управляющий электрод оптического переключателя подключен к общей шине, а второй управляющий электрод — к входу вы— бора направления счета, во входном 35 блоке оптический вьгхад источника света оптически связан с входам первого оптического переключателя, первый выход которого оптически связан с входом второго оптического 40 переключателя и с оптическими входами вторых оптоэлектронных затнаров всех триггерных ячеек, второй оптический выход первого оптического перекл?очателя связан с первым фото- 45 чувствительным элементом первой ячейки, а один из его управляющих электродов является входом сброса счетчика в исходное состояние, первью оптический выход второго аптичес- 50 кого переключателя соединен,с оптическими входами первых оптоэлектронных затворов всех ячеек; оптический выход первого оптоэлектронного затвора каждой ячейки оптически связан 55 с первым фоточувствительным элементом и входом оптического переключателя данной ячейки, второй выход второго оптического переключателя связан с оптическ?тм входом третьего оптоэлектронного затвора каждой ячейки, выход которого оптически связан с первым, вторым фоточувствительными элементами соответствующей ячейки, первый выход оптического переклочателя каждой ячейки, кроме последней, оптически связан с вторым фоточувствительным элементом последующей ячейки, первый оптический выход оптического переключателя последней ячейки оптически связан с вторым фоточувствительным элементом первой ячейки, второй выход оптического переключателя каждой ячейки оптически связан с вторым фоточувствительным элементам предыдущей ячейки, первый счетный вход счетчика соединен с первым выводом фотоприемника, с одним из управляющих электродов второго оптического переключателя входного блока и через пагрузочный резистор— с общей ?пинай, второй вывод фотоприемника соединен с шиной питати?, второй счетный вход устройства связан с оптическим входам фотоприемни-. ка, а оптические выходы вторых оп-, тоэлектронных затворов каждой трит— гернай ячейки являются оптическ?тми выходами устройства.

2. Счетчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что оптические переключатели с одним оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя упранляющ?и?и электродами и оптоэлектронные затворы выполнены в ниде оптических валнонадных переключателей.

3. Счетч?пс по и.1, о т л,и ч à f0 шийся тем, -тто оптические переключатели с оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами состоят из двух оптоэлектронных затворов, пр?т? е?ч первый вывод первого затнора соединен с шиной питания, а второй ньпзод соединен с I?ppHbL выводом второго затвора и с первым управляющим электродом, второй вывод второго затвора янляется нторым управляющим электродом, апт?тческ??й вход связан с оптическим входом первого и второго затнорон, огтический выход первого затвора являетсh первым выходам т?ерекюпочателя, а оптичсский выход ьторого затвора янляетс". вторым выходом оптического перекл?пчателя.

1292178

Составитель П.Бестемьянов

Редактор С.Пекарь Техред И.Попович

Корректор М.Демчик

Заказ 286/58 Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул. Проектная, 4