Оптоэлектронный одноразрядныйсумматор
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскни
Социалистических
Республнк
Опубликовано 28.02.81. Бюллетень ¹ 8 Дата опубликования описания 28.02.81 (51) М. Кл G 06 F 7/56 Гооударстеенный комитет оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325..5 (088.8) (72) Авторы кзобретения Р. Ф. Иванов и В. A. Попов МАТЕЯ. ИО.Кубанский государственный университет 1 БИЛ,1(т ."т . -; (71) Заявитель (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ОДНОРАЗРЯДНЫЙ СУММАТОР 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). 14едостаток 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 амп2 читудных модулятора, выполненных -в виде светодиодов, один из которых связан с выходом «перенос», а другой — c суммирующим выходом устройства (3t Недостаток этого устройства — низкая помехозащищенность и недостаточное быстродействие. Цель изобретения — повышение быстродействия и пом хозащищенности 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 выход 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 809177 з второй и третий светодиоды 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 выходом 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 связ н оптически с фотодиодом 5, фокон 29со свстодиодами 13 и 14 оптическими волок нами 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 б фотодиодов оптически связана с любыми двумя входами в трех неповторяющихся комбина40 5$ светодиоды не излучают, что соответствует значению сигнала переноса Hz = О с выхода 29 сумматора. Если сигнал поступает на два из трех входов устройства, то одна из ветвей блока 6 открывается, пропуская ток, который схватываетет контур 17 — 14 — 15 — 6 — 5 — 16. На пример, при поступлении сигналов на входы 1 и 2 открывается ветвь блока б, 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 светодиода 15. Так как ток возбуждения светодиода 15 выше тока возбуждения светодиода 14, то излучает только светодиод 14, что соответстcf циях. 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, х, П>. Результат сложения сигналов не зависит 1о 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 х2, на вход 3 — сигналл переноса П1 . Поэтому фотодиоды 7 и 8 возбуждаются соответственно сигналами х1 и х, фотодиоды 9 и 10 — сигналами х и П, фотодиоды 11 и 12 — сигналами х и П. Если сигналы на входах отсутствуют (х1 = х — — П = О), то ни один из фотодиодов не освещен, и ток во всех конту.рах схемы минимальный. В этом случае светодиоды 13 — 15 не излучают и на выходах 29 и 14 сигналы имеют значения «О», что соответствует значению суммы Х = О и значению сигнала переноса П = О. 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 Х = 1. Вследствие того, что через светодиоды 14 и 15 ток практически не протекает, эти 809177 вует значениям выходных сигналов П = 1, Z =О. При наличии на входах 1 — 3 трех счгналов «1», т.е. х1 = — 1, х = 1 и П = 1, происходит резкое возрастание тока во всей цепи 17 — 14 — 15 — 6 — 5 — 16, поскольку увеличивается 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 П = Е = 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 и суммато- го ров, соединенных указанным образом. В этом случае можно производить сложение многоразрядных двоичных чисел, содержащих по и 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. 35 Сумматор может быть изготовлен в микроисполнении, так как содержит р - п переходы, технология которых хорошо освоена для изготовления интегральных схем. Формула изобретения 1. 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 повышения 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 первым 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 фотодчодов, 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 № 4-51105, кл. G 06 G 9/00, 1973. 3. Авторское свидетельство СССР № 514531, кл. G 06 F 7/56, 1975. 809177 1г г 1п1 PE . 1HKTo0 H. Бъ шаева заказ 18/ 59 Составитель Ю. Козлов Техред А. Ьойкгс Корректор Н. Григорук Тираж 756 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
