RU2329527C1

RU2329527C1 - Optical analogue and digital converter

Info

Publication number: RU2329527C1
Application number: RU2007106527/28A
Authority: RU
Inventors: Владислав Валерьевич Каменский (RU); Владислав Валерьевич Каменский; Сергей Викторович Соколов (RU); Сергей Викторович Соколов
Original assignee: Владислав Валерьевич Каменский; Сергей Викторович Соколов
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-07-20

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: "Ф" output optical signals D₀...D_N are formed against input optical signal. Output optical signals are represented with N-bit standard binary code {D₁...D_N}. Optical AD converter includes optical multiplexer, optical divider, optical delay lines, optically bounded waveguides, optical Y-splitters, optical comparator.

EFFECT: invention is targeted to solve problems of optical analogue signals to be converted into positional binary code in a quick manner, which is potentially achievable for optical data processing unit.

1 dwg

Description

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании чисто оптических устройств обработки информации и вычислительной техники.The invention relates to specialized computing and can be used to create purely optical information processing devices and computers.

Известные различные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), построенные на основе использования электронных функциональных элементов [У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1983], обеспечивающие преобразование аналогового сигнала в двоичный код, но недостатком этих АЦП являются большая сложность и низкое быстродействие, уменьшающееся с ростом разрядности АЦП.Known various analog-to-digital converters (ADCs), built on the basis of the use of electronic functional elements [U. Titze, K. Schenck. Semiconductor circuitry. - M .: Mir, 1983], which provide the conversion of an analog signal into a binary code, but the disadvantage of these ADCs is the great complexity and low speed, which decreases with increasing bit depth of the ADC.

Также известны АЦП, построенные на основе волноводных модуляторов типа Маха-Цендера [Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - / М.: Радио и связь, 1990. - 176 с, рис.7, 6], содержащие оптический бистабильный элемент и обеспечивающие преобразование электрического входного сигнала в код Грея. Недостатками данных АЦП являются: невозможность обеспечения аналого-цифрового преобразования оптических сигналов, невозможность преобразования входного аналогового сигнала в позиционный двоичный код, низкое общее быстродействие АЦП, обусловленное необходимостью использования в оконечном каскаде электронных элементов (фотодетектора, усилителя, компаратора) с суммарным временем срабатывания ≥10^-6 с.Also known ADCs built on the basis of waveguide modulators of the Mach-Zehnder type [Semenov A.S. and others. Integrated optics for information transmission and processing systems. - / M .: Radio and communications, 1990. - 176 s, Fig. 7, 6], containing an optical bistable element and providing the conversion of the electrical input signal into a Gray code. The disadvantages of these ADCs are: the inability to provide analog-to-digital conversion of optical signals, the inability to convert the input analog signal to a positional binary code, the low overall performance of the ADC, due to the need to use electronic elements (photodetector, amplifier, comparator) with a total response time of ≥10 ^-6 p.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический аналого-цифровой преобразователь, описанный в патенте РФ N 2177165, 2001 г. Время преобразования в данном АЦП прямо пропорционально его выходному коду и периоду следования импульсов. Недостатком данного АЦП является его низкое быстродействие.The closest in technical execution to the proposed device is an optical analog-to-digital converter, described in RF patent N 2177165, 2001. The conversion time in this ADC is directly proportional to its output code and the pulse repetition period. The disadvantage of this ADC is its low speed.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи преобразования в позиционный двоичный код как электрических, так и оптических аналоговых сигналов на основе использования алгоритма весового кодирования с быстродействием, потенциально достижимым для чисто оптических устройств обработки информации.The claimed invention is aimed at solving the problem of converting into positional binary code both electrical and optical analog signals based on the use of a weight coding algorithm with a speed that is potentially achievable for purely optical information processing devices.

Поставленная задача возникает при создании быстродействующих устройств обработки информации в системах управления и связи.The problem arises when creating high-speed information processing devices in control and communication systems.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический аналого-цифровой преобразователь, содержащий оптический компаратор, оптический объединитель, оптические Y-разветвители, введены формирователь оптических импульсов, содержащий оптический объединитель, оптический делитель, оптическую линию задержки, оптически связанные волноводы, оптический Y-разветвитель, причем первый вход оптического объединителя является входом запуска цикла аналого-цифрового преобразования, выход оптического объединителя подключен к первому входу оптически связанных волноводов, второй вход и первый выход которых являются поглощающими, а второй выход подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого через последовательно соединенные оптическую линию задержки и оптический делитель подключен ко второму входу оптического объединителя, а второй выход оптического Y-разветвителя, являющийся выходом формирователя оптических импульсов, подключен к информационному входу оптического коммутатора импульсов, содержащего первый и второй оптические объединители, первые и вторые оптически связанные волноводы, при этом первый вход первого оптического объединителя является информационным входом, а выход его подключен к первому входу первых оптически связанных волноводов, первый вход второго оптического объединителя является управляющим входом, второй вход - входом постоянного оптического сигнала, а выход подключен к первому входу вторых оптически связанных волноводов, причем вторые входы и вторые выходы первых и вторых оптически связанных волноводов являются поглощающими, выход вторых оптически связанных волноводов подключен ко второму входу первого оптического объединителя, а первый выход первых оптически связанных волноводов является выходом оптического коммутатора импульсов, который подключен к информационному входу оптического управляемого интегратора, содержащего первый и второй оптические объединители, оптическую линию задержки, оптический Y-разветвитель, оптически связанные волноводы, информационным входом оптического управляемого интегратора является первый вход первого оптического объединителя, выход которого подключен через оптическую линию задержки ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого является выходом оптического управляемого интегратора, а второй выход подключен к первому входу второго оптического объединителя, второй вход которого является входом сброса, а выход подключен к первому входу оптически связанных волноводов, второй вход и второй выход которых являются поглощающими, а первый выход оптически связанных волноводов подключен ко второму входу первого оптического объединителя, при этом выходы формирователя оптических импульсов и оптического управляемого интегратора через оптический объединитель подключены к второму входу оптического компаратора, первый вход которого является входом устройства - входом преобразуемого аналогового сигнала, а выход через оптический Y-разветвитель подключен одновременно к управляющему входу оптического коммутатора импульсов и ко входу оптического преобразователя кодов, содержащего (N-1) последовательно соединенных по второму входу через оптическую линию задержки оптических Y-разветвителей, при этом входом оптического преобразователя кодов является вход первого оптического Y-разветвителя, первые выходы всех оптических Y-разветвителей являются выходами устройства для соответствующих разрядов параллельного двоичного кода, а второй выход последней оптической задержки является выходом устройства для последнего разряда параллельного двоичного кода.The essence of the invention lies in the fact that an optical pulse generator comprising an optical combiner, an optical splitter, an optical delay line, optically coupled waveguides, an optical Y-splitter are introduced into an optical analog-to-digital converter containing an optical comparator, an optical combiner, optical Y-splitters moreover, the first input of the optical combiner is the input of the start of the analog-to-digital conversion cycle, the output of the optical combiner is connected to the first input optically with of the said waveguides, the second input and the first output of which are absorbing, and the second output is connected to the input of the optical Y-coupler, the first output of which is connected in series through the optical delay line and the optical divider to the second input of the optical combiner, and the second output of the optical Y-coupler, which is the output of the optical pulse shaper, connected to the information input of the optical pulse switch containing the first and second optical combiners, the first and second opt finely coupled waveguides, with the first input of the first optical combiner being an information input, and its output connected to the first input of the first optically coupled waveguides, the first input of the second optical combiner is a control input, the second input is the input of a constant optical signal, and the output is connected to the first input second optically coupled waveguides, the second inputs and second outputs of the first and second optically coupled waveguides are absorbing, the output of the second optically coupled waveguides Dov is connected to the second input of the first optical combiner, and the first output of the first optically coupled waveguides is the output of the optical pulse commutator, which is connected to the information input of the optical controlled integrator containing the first and second optical combiners, an optical delay line, an optical Y splitter, optically coupled waveguides , the information input of the optical controlled integrator is the first input of the first optical combiner, the output of which is connected through optical delay line to the input of the optical Y-coupler, the first output of which is the output of an optical controlled integrator, and the second output is connected to the first input of the second optical combiner, the second input of which is a reset input, and the output is connected to the first input of optically coupled waveguides, the second input and the second output of which is absorbing, and the first output of optically coupled waveguides is connected to the second input of the first optical combiner, while the outputs of the optical pulse shaper The owls and the optical controlled integrator are connected through an optical combiner to the second input of the optical comparator, the first input of which is the device input — the input of the converted analog signal, and the output through the optical Y splitter is connected simultaneously to the control input of the optical pulse commutator and to the input of the optical code converter containing (N-1) series-connected at the second input through the optical delay line of the optical Y-couplers, while the input of the optical pre verters codes is input first optical Y-coupler, the first outputs of all the optical Y-couplers are devices outputs for respective bits of the parallel binary code, and the second output of the last optical delay output apparatus for a last digit parallel binary code.

Сущность АЦП поясняется чертежом, где приведена схема устройства.The essence of the ADC is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the device.

Формирователь оптических импульсов содержит оптический объединитель 1₁, оптический делитель 2₁, оптическую линию задержки 3₁, оптически связанные волноводы 4₁, оптический Y-разветвитель 5₁.The optical pulse generator comprises an optical combiner 1 ₁ , an optical divider 2 ₁ , an optical delay line 3 ₁ , optically coupled waveguides 4 ₁ , an optical Y-splitter 5 ₁ .

Под оптически связанными волноводами (ОСВ) понимаются два оптических волновода, имеющих общую зону связи [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: ВШ, 1988 г., с.176, 181]. Коэффициент связи между оптическими волноводами имеет пороговую статическую характеристику и определяется интенсивностью оптического сигнала в первом оптическом волноводе. Если интенсивность оптического сигнала на входе первого оптического волновода больше порогового значения, то сигнал с входа первого оптического волновода ответвляется во второй оптический волновод и передается на его выход.By optically coupled waveguides (OSW) are meant two optical waveguides having a common communication zone [Akayev A.A., Mayorov S.A. Optical methods of information processing. - M .: VSH, 1988, p.176, 181]. The coupling coefficient between the optical waveguides has a threshold static characteristic and is determined by the intensity of the optical signal in the first optical waveguide. If the intensity of the optical signal at the input of the first optical waveguide is greater than the threshold value, then the signal from the input of the first optical waveguide branches into the second optical waveguide and is transmitted to its output.

Оптические Y-разветвители обладают свойством усиления (интенсивность сигнала на каждом выходе равна интенсивности сигнала на входе).Optical Y-splitters have the property of amplification (the signal intensity at each output is equal to the signal intensity at the input).

Первый вход оптического объединителя 1₁ является входом запуска цикла аналого-цифрового преобразования. Выход оптического объединителя 1₁ подключен к первому входу оптически связанных волноводов 4₁, второй вход и первый выход которых являются поглощающими, а второй выход подключен к входу оптического Y-разветвителя 5₁, первый выход которого через последовательно соединенные оптическую линию задержки 3₁ и оптический делитель 1₁ подключен к второму входу оптического объединителя 1₁, а второй выход оптического Y-разветвителя 5₁, являющийся выходом формирователя оптических импульсов, через оптический Y-разветвитель 5₂ подключен к информационному входу оптического коммутатора импульсов.The first input of the optical combiner 1 ₁ is the input of the start cycle of the analog-to-digital conversion. The output of the optical combiner 1 _{1 is} connected to the first input of the optically coupled waveguides 4 ₁ , the second input and the first output of which are absorbing, and the second output is connected to the input of the optical Y-splitter 5 ₁ , the first output of which through the optical delay line 3 ₁ and the optical measure of 1 ₁ is connected to the second input of the optical combiner January _1, and the second output of the optical coupler Y-May _1, which is the output of the optical pulse via an optical Y-coupler May ₂ connected to data th input optical pulse switch.

Оптический коммутатор импульсов содержит первый и второй оптические объединители 1₃ и 1₂, первые и вторые оптически связанные волноводы 4₃ и 4₂, при этом первый вход первого оптического объединителя 1₃ является информационным входом, а его выход подключен к первому входу первых оптически связанных волноводов 4₃, первый вход второго оптического объединителя 1₂ является управляющим входом, второй вход - входом постоянного оптического сигнала "I", а выход подключен к первому входу вторых оптически связанных волноводов 4₂, причем вторые входы и вторые выходы первых и вторых оптически связанных волноводов являются поглощающими. Первый выход вторых оптически связанных волноводов 4₂ подключен ко второму входу первого оптического объединителя 1₃, а первый выход первых оптически связанных волноводов 4₃ является выходом оптического коммутатора импульсов, который подключен к информационному входу оптического управляемого интегратора.The optical pulse switch contains the first and second optical combiners 1 ₃ and 1 ₂ , the first and second optically coupled waveguides 4 ₃ and 4 ₂ , while the first input of the first optical combiner 1 ₃ is an information input, and its output is connected to the first input of the first optically coupled waveguides 4 ₃ , the first input of the second optical combiner 1 ₂ is the control input, the second input is the input of the constant optical signal "I", and the output is connected to the first input of the second optically coupled waveguides 4 ₂ , and the second inputs and the second outputs of the first and second optically coupled waveguides are absorbing. The first output of the second optically coupled waveguides 4 _{2 is} connected to the second input of the first optical combiner 1 ₃ , and the first output of the first optically coupled waveguides 4 ₃ is the output of the optical pulse switch, which is connected to the information input of the optical controlled integrator.

Оптический управляемый интегратор содержит первый и второй оптические объединители 1₄ и 1₅, оптическую линию задержки 3₂, оптический Y-разветвитель 5₃, оптически связанные волноводы 4₄. Информационным входом оптического управляемого интегратора является первый вход первого оптического объединителя 1₄, выход которого подключен через оптическую линию задержки 3₂ к входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого является выходом оптического управляемого интегратора, а второй выход подключен к первому входу второго оптического объединителя 1₅, второй вход которого является входом сброса, а выход подключен к первому входу оптически связанных волноводов 4₄, второй вход и второй выход которых являются поглощающими, а первый выход оптически связанных волноводов подключен ко второму входу первого оптического объединителя 1₄, при этом выходы формирователя оптических импульсов 7 и оптического управляемого интегратора 9 через оптический Y-разветвитель 5₂ и оптический объединитель 1₆ подключены к второму входу оптического компаратора 6, первый вход которого является входом устройства - входом преобразуемого аналогового сигнала, а выход через оптический Y-разветвитель 5₄ подключен одновременно к управляющему входу оптического коммутатора импульсов 8 и к входу оптического преобразователя кодов 10.The optical controlled integrator comprises first and second optical combiners 1 ₄ and 1 ₅ , an optical delay line 3 ₂ , an optical Y-splitter 5 ₃ , and optically coupled waveguides 4 ₄ . The information input of the optical controlled integrator is the first input of the first optical combiner 1 ₄ , the output of which is connected through the optical delay line 3 ₂ to the input of the optical Y-splitter, the first output of which is the output of the optical controlled integrator, and the second output is connected to the first input of the second optical combiner 1 _5, the second input of which is the reset input, and an output connected to a first input optically coupled waveguides April _4, a second input and a second output which are absorbing And the first output is optically coupled waveguides connected to the second input of the first optical combiner 1 to _4, wherein the output of the optical pulses 7 and optical managed integrator 9 via the optical Y-coupler May _2, and an optical combiner January ₆ connected to the second input optical comparator 6, the first the input of which is the input of the device - the input of the converted analog signal, and the output through the optical Y-splitter 5 _{4 is} connected simultaneously to the control input of the optical pulse switch 8 and to the input of the optical code converter 10.

Оптический преобразователь кодов 10 содержит последовательно соединенные по второму входу, через оптические линии задержки 3₃...3_k (где k=2+N-1), оптические Y-разветвители 5₅...5_k, при этом входом оптического преобразователя кодов является вход первого оптического Y-разветвителя 5₅, первые выходы всех оптических Y-разветвителей являются выходами устройства для соответствующих разрядов параллельного двоичного кода, а выход последней линии задержки является выходом устройства для последнего N-1 го разряда параллельного двоичного кода.The optical code converter 10 comprises serially connected at the second input, through optical delay lines 3 ₃ ... 3 _k (where k = 2 + N-1), optical Y-splitters 5 ₅ ... 5 _k , while the input of the optical converter codes is the input of the first optical Y-coupler 5 ₅ , the first outputs of all the optical Y-couplers are the device outputs for the corresponding bits of the parallel binary code, and the output of the last delay line is the device output for the last N-1 bit of the parallel binary code.

Формирователь оптических импульсов обеспечивает формирование оптических импульсов, количество которых равно количеству разрядов АЦП. Интенсивность и длительность первого импульса равна интенсивности и длительности импульса поданного на вход, а интенсивность каждого последующего импульса составляет в два раза меньше интенсивности предыдущего.The optical pulse shaper provides the formation of optical pulses, the number of which is equal to the number of bits of the ADC. The intensity and duration of the first pulse is equal to the intensity and duration of the pulse fed to the input, and the intensity of each subsequent pulse is half the intensity of the previous one.

Импульс, поступающий на вход ФОИ, беспрепятственно проходит через ОСВ 4₁ на выход, так как порог срабатывания ОСВ 4₁ равен 1. Пройдя по кольцу, через линию задержки 3₁ и оптический делитель 2₁, входной импульс, уменьшившись в два раза, через время t поступит на выход ФОИ. Последним через ОСВ 4₁ пройдет импульс интенсивностью 1 у.е. Интенсивность всех последующих импульсов будет менее порогового значения и они будут поступать на первый поглощающий выход ОСВ 4₁. В результате на выходе ФОИ формируется N импульсов интенсивностью 2^N-2...2⁰.The pulse arriving at the input of the optical element passes unhindered through the OCB 4 ₁ to the output, since the operating threshold of the OCB 4 ₁ is 1. Having passed through the ring, through the delay line 3 ₁ and the optical divider 2 ₁ , the input pulse, having decreased by half, through time t goes to the output of the FOI. The last through the WWS 4 ₁ will be an impulse of intensity 1 cu The intensity of all subsequent pulses will be less than the threshold value and they will go to the first absorbing output of the WWS 4 ₁ . As a result, N pulses with an intensity of 2 ^N-2 ... 2 ^{0 are} formed at the output of the POI.

Оптический коммутатор импульсов состоит из двух оптических объединителей 1₂ и 1₃, двух ОСВ 4₂ и 4₃ с порогами 2^N-1+2 и 2^N-1+1 у.е. и источника сигнала "I" интенсивностью 2^N-1+1 у.е.The optical pulse switch consists of two optical combiners 1 ₂ and 1 ₃ , two OSB 4 ₂ and 4 ₃ with thresholds 2 ^N-1 +2 and 2 ^N-1 +1 cu and a signal source "I" with an intensity of 2 ^N-1 +1 cu

Оптический коммутатор импульсов пропускает оптические импульсы с первого входа на выход только при наличии на втором входе сигнала интенсивностью 1 у.е., в остальных случаях на выходе будет присутствовать сигнал интенсивностью 0 у.е.The optical pulse switch passes optical pulses from the first input to the output only if there is a signal with an intensity of 1 cu on the second input, in other cases, a signal with an intensity of 0 cu will be output.

Оптический импульс, поступающий на вход ОКИ, поступает на вход ОСВ 4₃. При наличии на втором входе ОКИ сигнала интенсивностью 0 у.е. сигнал на входе ОСВ 4₂ составит 2^N-1+1 у.е. Так как интенсивность сигнала меньше порога срабатывания ОСВ 4₂ (2^N-1+2 у.е), то через объединитель 1₃ сигнал поступит на ОСВ 4₃. Так как интенсивность сигнала равна порогу срабатывания, то оптический импульс отклонится во второй волновод и интенсивность сигнала на выходе ОКИ будет равна 0 у.е. Если на втором входе ОКИ будет присутствовать импульс, равный 1 у.е., то интенсивность сигнала на входе ОСВ 4₂ будет равна 2^N-1+1 у.е., что достаточно для отклонения светового потока во второй (поглощающий) волновод. Поэтому интенсивность сигнала на входе ОСВ 4₃ будет определяться только импульсом, поступившим на первый вход ОКИ, которая заведомо меньше порога срабатывания. Значит, импульс с входа ОКИ беспрепятственно пройдет на его выход.The optical pulse supplied to the input of the OCI, is fed to the input of the OCB 4 ₃ . If there is a signal at the second input OKI with an intensity of 0 cu the signal at the input of the OSV 4 ₂ will be 2 ^N-1 +1 cu Since the signal intensity is less than the response threshold of the OSV 4 ₂ (2 ^N-1 + 2 cu), then through the combiner 1 _{3 the} signal will go to the OSV 4 ₃ . Since the signal intensity is equal to the threshold, the optical pulse will deviate into the second waveguide and the signal intensity at the output of the OCI will be 0 cu If at the second input of the OCI there will be a pulse equal to 1 cu, then the signal intensity at the input of the OCB 4 ₂ will be equal to 2 ^N-1 + 1 cu, which is enough to deflect the light flux into the second (absorbing) waveguide. Therefore, the signal intensity at the input of the OSB 4 ₃ will be determined only by the pulse received at the first input of the OCI, which is obviously less than the threshold. This means that the impulse from the OKI input will pass unhindered to its output.

Оптический управляемый интегратор осуществляет суммирование интенсивности импульса, поданного на вход с интенсивностью предыдущего импульса. В интеграторе предусмотрена возможность установки в начальное состояние (вход "R"). Оптический управляемый интегратор сохраняет импульс интенсивностью от 1 до 2^N-1 у.е., поданный на его вход в течение времени не менее (N+1)·t. При поступлении сигнала сброса на вход "R" в ОУИ записывается импульс интенсивностью 0 у.е. Импульс, приходящий на вход ОУИ, через оптический объединитель 1₄, оптическую линию задержки 3₂, оптический Y-разветвитель 5₃ и оптический объединитель 1₅, поступает на вход ОСВ 4₄, так как интенсивность всех сигналов, вырабатываемых ФОИ, меньше порога срабатывания ОСВ 4₄ (равен 2^N-1+1 у.е.), то входной импульс с первого выхода ОСВ 4₄ поступит на второй вход оптического объединителя 14. В результате импульс, поступивший на вход ОУИ, будет курсировать по кольцу до поступления импульса сброса. Импульс сброса подается длительностью не менее 2·t и интенсивностью 2^N-1+1 у.е. Импульс сброса через второй вход оптического объединителя 1₅ поступает на вход ОСВ 4₄. Так как интенсивность импульса больше порога срабатывания ОСВ 4₄, то импульс, курсирующий в кольце, вместе с импульсом сброса поступят во второй поглощающий волновод ОСВ 4₄. Через время 2·t интенсивность импульса в кольце ОУИ будет составлять 0 у.е.An optical controlled integrator sums the intensity of the pulse fed to the input with the intensity of the previous pulse. The integrator provides the ability to set to the initial state (input "R"). An optical controlled integrator saves a pulse with an intensity of 1 to 2 ^N-1 cu, applied to its input over a period of at least (N + 1) · t. When a reset signal is received at the "R" input, a pulse with an intensity of 0 cu is recorded in the OUI The pulse arriving at the OUI input through the optical combiner 1 ₄ , the optical delay line 3 ₂ , the optical Y-splitter 5 ₃ and the optical combiner 1 ₅ , is fed to the input of the OCB 4 ₄ , since the intensity of all signals generated by the IDF is lower than the threshold OSB 4 ₄ (equal to 2 ^N-1 + 1 cu), then the input pulse from the first output of the OSB 4 ₄ will go to the second input of the optical combiner 14. As a result, the pulse received at the input of the op-amp will run along the ring until the pulse arrives reset. A reset pulse is supplied with a duration of at least 2 · t and an intensity of 2 ^N-1 +1 cu The reset pulse through the second input of the optical combiner 1 _{5 is} fed to the input of the OSB 4 ₄ . Since the intensity of the pulse is greater than the response threshold of the OCB 4 ₄ , the pulse traveling in the ring, together with the reset pulse, will enter the second absorbing waveguide of the OCB 4 ₄ . After 2 · t, the pulse intensity in the OWI ring will be 0 cu

Оптический преобразователь кода осуществляет преобразование N последовательных импульсов в параллельный N-разрядный код.The optical code converter converts N consecutive pulses into a parallel N-bit code.

ОКм 6 может быть выполнен аналогично устройству, описанному в патенте РФ N 2020551, 1994 г., при аналого-цифровом преобразовании оптического сигнала, или же аналогично устройству, описанному в патенте РФ N 2106063, 1998 г. при аналого-цифровом преобразовании электрического сигнала.OKM 6 can be performed similarly to the device described in RF patent N 2020551, 1994, with analog-to-digital conversion of an optical signal, or similarly to the device described in RF patent N 2106063, 1998, with analog-to-digital conversion of an electric signal.

На выходе АЦП формируется позиционный двоичный код {D₁,...,D_N}, являющийся двоичным аналогом преобразуемого сигнала Ф.At the ADC output, a positional binary code {D ₁ , ..., D _N } is formed, which is a binary analog of the converted signal F.

Рассмотрим работу предложенного оптического АЦП на примере АЦП формирующего трехразрядный оптический код. Максимальная интенсивность входного сигнала в этом случае будет составлять 7 у.е. Пусть на вход оптического АЦП подан сигнал интенсивностью 5 у.е.Consider the work of the proposed optical ADC on the example of the ADC forming a three-bit optical code. The maximum input signal intensity in this case will be 7 cu Let a signal with an intensity of 5 cu be applied to the input of the optical ADC

На вход "S" ("запуск") подается оптический импульс интенсивностью 4 у.е. Он беспрепятственно проходит на выход ФОИ. С выхода ФОИ сигнал поступает на вход оптического объединителя и вход оптического коммутатора импульсов.At the input "S" ("start") an optical pulse with an intensity of 4 cu is applied He freely passes to the exit FOI. From the output of the FOI, the signal is fed to the input of the optical combiner and the input of the optical pulse switch.

Интенсивность сигналов на выходе ОУИ и ФОИ будет составлять 0 и 4 у.е. соответственно. Суммарный сигнал будет меньше входного (5 у.е.), в результате на выходе компаратора появится сигнал интенсивностью 1 у.е., который поступит на второй вход ОКИ, в результате импульс поступит на вход ОУИ.The intensity of the signals at the output of the OUI and FOI will be 0 and 4 cu respectively. The total signal will be less than the input (5 cu), as a result, a signal of 1 cu intensity will appear at the output of the comparator, which will go to the second input of the OCI, as a result, the pulse will go to the OUI input.

Интенсивность второго импульса, сформированного ФОИ, будет составлять 2 у.е. Суммарная интенсивность сигналов на входе оптического компаратора составит 2+4=6 у.е., что превышает значение входного сигнала. Поэтому сигнал на выходе ОК будет равен 0. В результате на выходе ОКИ будет сигнал, равный 0 у.е, и увеличение амплитуды сигнала в ОУИ на этом шаге осуществляться не будет.The intensity of the second pulse formed by the FOI will be 2 cu The total signal intensity at the input of the optical comparator will be 2 + 4 = 6 cu, which exceeds the value of the input signal. Therefore, the signal at the OK output will be 0. As a result, at the OCI output there will be a signal equal to 0 cu, and the signal amplitude will not be increased in the OCI at this step.

Третий импульс на выходе ФОИ будет последним, его амплитуда будет составлять 1 у.е. Интенсивность сигнала на выходе ОУИ составит 4 у.е. Интенсивность сигнала на входе оптического компаратора составит 4+1=5 у.е., что равно значению входного сигнала. Поэтому сигнал на выходе ОК будет равен 1, который поступит на второй вход оптического компаратора и импульс с выхода ФОИ, через ОКИ поступит на вход ОУИ. Существующий оптический импульс в ОУИ интенсивностью 4 у.е. будет суммирован с импульсом на выходе ОКИ 1 у.е. В результате интенсивность сигнала на выходе ОСВ составит 5 у.е.The third pulse at the output of the FOI will be the last, its amplitude will be 1 cu The signal intensity at the OUI output will be 4 cu The signal intensity at the input of the optical comparator will be 4 + 1 = 5 cu, which is equal to the value of the input signal. Therefore, the signal at the output of OK will be equal to 1, which will go to the second input of the optical comparator and the pulse from the output of the optical element, through the OCI, will be fed to the input of the OCI. The existing optical impulse in an OUI with an intensity of 4 cu will be summed with the pulse at the output of the OKI 1 cu As a result, the signal intensity at the output of the WWS will be 5 cu

На выходе компаратора последовательно появлялись сигналы с интенсивностями 1, 0, 1, после преобразования в ОПК эти сигналы поступят на выходы оптического АЦП, которые будут соответствовать разрядам D₂, D₁ и D₀.At the output of the comparator, signals with intensities 1, 0, 1 appeared sequentially, after conversion to DPC, these signals will go to the outputs of the optical ADC, which will correspond to bits D ₂ , D ₁ and D ₀ .

Наименьшим быстродействием из всех устройств, входящих в АЦП, обладает ОБЭ, время срабатывания которого равно ~10^-11. Быстродействие всего АЦП определяется количеством разрядов N и для N=24 не будет превышать 0,2 нс, что существенно превосходит возможности существующих электронных и оптоэлектронных аналогов.The lowest speed of all devices included in the ADC has RBE, the response time of which is ~ 10 ^-11 . The speed of the entire ADC is determined by the number of discharges N and for N = 24 it will not exceed 0.2 ns, which significantly exceeds the capabilities of existing electronic and optoelectronic analogs.

Claims

An optical analog-to-digital converter comprising an optical comparator, an optical combiner, optical Y-splitters, characterized in that an optical pulse former is included in the device, comprising an optical combiner, an optical divider, an optical delay line, optically coupled waveguides, an optical Y-splitter, the first input of the optical combiner is the input of the start of the analog-to-digital conversion cycle, the output of the optical combiner is connected to the first input optically coupled x waveguides, the second input and the first output of which are absorbing, and the second output is connected to the input of the optical Y-splitter, the first output of which is connected in series through the optical delay line and the optical divider to the second input of the optical combiner, and the second output of the optical Y-splitter, which is the output of the optical pulse shaper, is connected to the information input of the optical pulse switch containing the first and second optical combiners, the first and second optical coupled waveguides, while the first input of the first optical combiner is an information input, and its output is connected to the first input of the first optically coupled waveguides, the first input of the second optical combiner is a control input, the second input is the input of a constant optical signal, and the output is connected to the first input of the second optically coupled waveguides, the second inputs and second outputs of the first and second optically coupled waveguides are absorbing, the output of the second optically coupled waveguides is connected to the second input of the first optical combiner, and the first output of the first optically coupled waveguides is the output of the optical pulse commutator, which is connected to the information input of the optical controlled integrator containing the first and second optical combiners, an optical delay line, an optical Y splitter, optically coupled waveguides, the information input of the optical controlled integrator is the first input of the first optical combiner, the output of which is connected through an optical a delay line to the input of the optical Y-coupler, the first output of which is the output of an optical controlled integrator, and the second output is connected to the first input of the second optical combiner, the second input of which is a reset input, and the output is connected to the first input of optically coupled waveguides, the second input and the second output of which is absorbing, and the first output of optically coupled waveguides is connected to the second input of the first optical combiner, while the outputs of the optical pulse shaper and optical controlled integrator through an optical combiner connected to the second input of the optical comparator, the first input of which is the input of the device - the input of the converted analog signal, and the output through the optical Y-splitter is connected simultaneously to the control input of the optical pulse switch and to the input of the optical code converter containing (N -1) in series connected at the second input, through the optical delay line, of the optical Y-couplers, while the input of the optical converter STUDIO codes is input first optical Y-coupler, the first outputs of all the optical Y-couplers are devices outputs for respective bits of the parallel binary code, and the second output of the last delay line is an optical output device to the last digit parallel binary code.