Цифровой акустооптический умножитель двоичных чисел

Цифровой акустооптический умножитель двоичных чисел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности, к цифровым акустооптическим процессорам. Целью изобретения является упрощение умножителя. Это достигается тем, что в умножитель, содержащий источник света (линейку излучателей) 1, многоканальный акустооптический модулятор (АОМ) 5, фотоприемный блок 7 и две собирающие линзы 2 и 6, введены оптический мультипликатор 3 и дополнительная собирающая линза 4. Введение оптического мультипликатора 3 изменяет вид и параметры входного сигнала, что влечет за собой резкое уменьшение полосы рабочих частот и нечувствительность умножителя к паразитным сигналам, возникающим в АОМ 5 вследствие его нелинейности. В результате снижаются требования к АОМ 5 и устройству его возбуждения, и умножитель становится существенно проще в реализации. Причем наибольшее упрощение достигается при выполнении мультипликатора 3 в виде голографической пластины. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 С 06 F 7/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0

O — йи

° Q

0 —

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4348400/24-24 (22) 23.12.87 (46) 23.07.89. Бюл. 9 27 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Д.В.Тигии, В.В.Онарин и В.И.Хименко (53) 681.325(088.8) (56) Родес У.Т., Гилфойл П.С. Архитектура акустооптических алгебраических процессоров. Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, т.72. 1984, 11 7, с.8091.

Гуляев Ю.В., Проклов В.В., Соколовский С.В., Сошников В,Н ° Акустаоптические устройства обработки аналоговой и цифровой информации. Радиотахника и электроника, 1986, Р с ° 169-181. (54) ЦИФРОВОЙ АКУСТООПТИЧЕСКИЙ УИНОЖИТЕЛЬ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ (57) Изобретение относится к цифровой технике, в частности к цифровым

„.Я0„„1495787 А 1

2 акустооптическим процессорам. Цель1о изобретения является упрощение умно" жителя. Это достигается тем, что в умнохжтель, содержащий источник света (линейку излучателей) 1, многоканальный акустооптический модулятор (A0H) 5, фотоприемный блок 7 и две собирающие линзы 2 и 6, введены оптический мультиплексор 3 и дополни". тельная собирающая линза 4. Введение оптического мультипликатора 3 изменяет вид и параметры входного сигнала, что влечет за собой резкое уменьшение полосы рабочих частот и нечувстви-. тельность умножителя к паразитным сигналам, возникающим в АОМ 5 вследствие его нелинейности. В результате снижаются требования к AC!i. 5 и устройству его возбуждения, и умножитель становится существенно проще в реализации. Причем наибольшее упрощение достигается при выполнении мультипликатора 3 в виде голографической пластины. 1 з.п.ф-лы,,1 ил.

1495787

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к цифровым акустооптическим процессорам. 5

Целью изобретения является упрошение умножителя.

На чертеже представлена схема цифрового акустооптического умножителя.

Умножитель содержит управляемые источники 1 света (например, линейка излучателей — светодиоды), первую собирающую линзу 2, оптический муль15 типликатор 3, дополнительную собирающуюся линзу 4, многоканальный акустооптический модулятор 5 (АОМ) света, вторую собирающую линзу 6, фотоприемный блок 7 (линейку фотоприемников) .и три шины: шину 8 произведения, шину 9 множителя, шину 10 множимого °

Все линзы (2,4 и 6) имеют общую оптическую ось. Число источников 1 света равно числу разрядов множимого (n) . 25

Они размещены с равномерным шагом вдоль одной прямой линии, расположенной в передней фокальной плоскости линзы 2. Задняя фокальная плоскость линзы 2 совпадает с передней фокальной плоскостью дополнительной линзы4 и в этой плоскости располагается оптический мультипликатор 3. В задней фокальной плоскости дополнительной линзы 4 располагается многоканальный

АОМ 5 ° Число каналов АОМ 5 равно35 ислу разрядов множителя m и каждый канал имеет отдельный электрический вход, на который подается сигнал, отображающий соответствующий разряд множителя. В обычных арифметических устройствах разрядность всех чисел одинакова и m = n однако в специаль, ных случаях возможны и такие вариан:— ты, когда m P n. Линия, вдоль кото45 рой расположены отдельные каналы

АОМ 5, параллельная линии расположения источник 1 света и, следовательно, направление распростране*ия звука в АОМ лежит в фокальной плоскости дополнительной линзы 4. Нумерация разрядов в АОМ 5 противоположна ну мерации разрядов в линейке источников 1 света, т.е. направления возрастания номера разрядов в АОМ 5 и линейке источников 1 света противополож55 ны) °

Между АОМ 5 и линейкой фотоприемников 7 располагается вторая собирающая линза 6, причем расстояния от центра линзы 6 до АОМ 5 и до линейки фотоприемников 7 равны удвоенному фокусному расстоянию этой линзы.

Быстродействующие фотоприемники 7 (например, фотодиоды) расположены также вдоль одной прямой линии с равномерным шагом, причем эта линия параллельна линии размещения источников 5 света. В соответствии с правилами двоичной арифметики результат умножения в общем случае содержит (m+n) разрядов .

В качестве источников 1 света в принципе могут быть использованы любые быстродействующие электрические управляемые излучатели, а в качестве фотоприемников 7 — любые малогабаритные фотоприемные элементы, обладающие требуемым быстродействием. Однако по соображениям конструктивной простоты и минимальной стоимости наиболее удобными излучателями.являютс светодиоды, а наиболее подходящими фотоприемниками — полупроводниковые фатодиоды.

АОМ 5 работает на объемных акустических волнах. Направление раснростраиения звука в каждом канале лежит в задней фокальной.плоскости линзы 4 и в принципе йЬжет быть как параллельно, так и перпендикулярно линии расположения излучателей 1 (и соответственно линии размещения фотоприемных элементов 7). При параллельном направлении пьезопреобразователь и поглотитель ультразвука в каждом канале АОМ 5 располагаются в промежутках между соседними каналами на боковых гранях звукопровода, что усложняет АОМ 5 и увеличивает его стоимость. При перпендикулярном направлении эти элементы,располагаются на свободных верхней и нижней гранях кристалла в каждом канале, в результате чего АОМ 5 получается проще, компактнее и надежнее. Поэтому при прочих равных условиях предпоч- тительным является вариант, показанный на чертеже, в котором направление распространения ультразвука в каждом канале АОМ 5 перпендикулярно линии расположения фотоприемников 7.

Оптический мультипликатор 3 работает с двоичными сигналами, которые могут принимать только два значения ("О" и ")"), поэтому требования к ка.— честву мультиплицированных изображений сравнительно невелики и можно использовать мультипликатор простейшего типа в виде дифракционной решетки.

Наиболее целесообразной формой опти— ческого мультипликатора в предлагаемом умножителе является голографическая пластинка, т.е. голограмма, при записи которой в качестве исходного объекта были использованы m точечных источников света.

При работе умножителя формирование всех разрядов выходного кода происходит параллельно, т.е. одновремен- >S но. Двоичный код множимого в виде электрических сигналов в параллельном виде подается на линейку излучателей 1 . При этом при наличии "1 " в каком-либо разряде кода соответствующий излучатель 1 (например, светодиод) включается и излучает, а при наличии "0" — светодиод 1 выключается. Линза 2. формирует из излучения каждого работающего светодиода 1 па- 2я раллельный пучок света, который падает на оптический мультипликатор 3, причем пучки света от различных светодиодов 1 падают на мультипликатор 3 под разлйнными углани Мультиплпка- 30 тор 3 расщепляет к йдый падающий на него пучок света íà m отдельных пучков, в результате чего на выходе

:мультипликатора 3 каждому включенному светодиоду 1 соответствует веер из ш отдельных световых пучков. Так как углы наклона отдельных пучков этого веера к оптической оси неодинаковы, то каждый иэ этих пучков с помощью дополнительной линзы 4 про- 4р ектируется на свой канал многоканального AOM 5. В результате на каждый канал AOM 5 подают пучки света от всех включенных светодиодов 1, причем углы падения этих пучков оказы- 4Б ваются неодинаковыми. Это различие должно быть достаточно велико для пространственного разделения этих пучков после дифракции в АОМ 5, но в то же время достаточно мало, чтобы яО для всех пучков приближенно выполнялось условие Брэгга. На акустические входы AOM 5 (на электрические входы акустических преобразователей) подается параллельный двоичный код множителя так, что каждому разряду множителя соответствует свой канал

АОМ 5. Если в каком-либо разряде двоичного кода множителя "! т

1495787 6 ичного кода множителя находится "1", то в соответствующем кан1ле АОИ. 5 распространяется акустический импульс, на котором происходит дифракция всех световых пучков, падающих на кристалл этого канала под углом, близким к углу Брэгга ° Если же значение этого разряда равно "0, то акустический импульс в соответствующем канале ЛОМ 5 отсутствует, а, следовательно, отсутствует и дифракция.

Дифрагированные пучки, отклоненные от первоначального направления своего распространения, с помощью линзы 6 проектируется на линейку фотоприемника 7, а недифрагированные неотключенные пучки на фотоприемники 7 не попадают.

На каждый канал АОМ 5 под различными, углами падают несколько (от 0 до n) световых пучков, каждый иэ которых отображает свой нулевой разряд множимого .

Если в данном канале происходит акустооптическая дифракция (т.е. соответствующий разряд множимого равен 1), то каждый из входных пучков претерпевает дифракция на ультразвуке и на выходе этого канала появляется несколько пучков света, распространяющихся под различными углами к по" верхности акустического кристалла.

Собирающейся линзой 6 каждый из этих пучконаправляется на свой фотоприемник 7.

Совокупность выходных световых пучков одного канала АОМ 5 образует частное произведение множимого на соответствующий разряд множителя.

При постоянном значении множимого с выхода оптического мультипликатора 3 на каждый канал АОМ 5 поступает одинаковый набор входных световых пуч-. ков и, следовательно, в каждом канале

АОМ 5 формируется свое частное произведение, Однако, так как углы падения входных световых пучков одних и тех же разрядов на акустический кристалл для различных каналов АОМ 5 неодинаковы, а сами каналы разнесены в пространстве, то частные произведения, сформированные в различных каналах, попадают на различные фотодиоды в фо-. топриемной линейке 7. 3а счет этого осуществляется требуемый по алгоритму умножителя сдвиг отдельных частных произведений относительно друг друга.

1495787

Формула и э о б р е т е н и я

35

Составитель А,Клюев.

Техред А.Кравчук Корректор M,Âàñnëüåâà

Редактор В.Бугренкова

Заказ 4267/46 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101

При нулевом значении какого-либо разряда множителя акустический импульс, а, следовательно, и выходные дифрагированные световые пучки в этом канале AOM 5 отсутствуют, что означает нулевое значение соответствующего частного произведения.

Суммирование сдвинутых частных произведения осуществляется непосредственно в фотоприемной линейке 7 за счет того, что на один и тот же фотоприемник падает несколько пучков света из различных каналов AOM 5.

lIpH этом, как и во всех известных 15 акустооптических умножителях двух чисел, результат умножения получается в смвшанном двоичном коде, который отличается от обычного двоичного ,кода тем, что при точном совпадении 20 весов всех разрядов значения (цифры) отдельных разрядов смешанного кода могут превышать "1", Формирование всех разрядов выходного кода в линейке фотоприемников осуществляется од- 25 новременно и параллельно.

I Цифровой акустооптический умножитель двоичных чисел, содержащий первую .собирающую линзу, в передней фокальной плоскости которой размещен источник света в виде линейки излучателей по числу разрядов множнмого, многоканальный акустооптический мо" дулятор, фотоприемный блок и вторую собирающую линзу, установленную между акустооптическим модулятором и фотоприемным блоком на расстояние удвоенного фокусного расстояния от каждого иэ них, отличающийся тем, что, с целью упрощения умножителя, в него введены оптический мультипликатор, размещенный в задней фо кальной плоскости первой собирающей линзы, и дополнительная собирающая линза, установленная между оптическим мультипликатором и акустооптическим модулятором, размещенными соответственно в передней и задней фокальных плоскостях дополнительной собирающей линзы, передняя фокальная плоскость .которой совпадает с задней фокальной плоскостью первой собирающей . линзы причем все собираю1 щие линзы установлены на одной оптической оси, каналы акустооптического модулятора расположены в плоскости, параллельной линейке излучателей источника света, число каналов акустооптического модулятора равно числу разрядов множителя, акустический вход каждого канала соединен с соответствующей разрядной шиной множителя, нумерация каналов в акустооптическом модуляторе возрастает в обратном порядке по отношению к нумерации излучателей источника света, а фотоприемный блок выполнен в виде линейки равноотстоящих фотоприемных элементов, установленных параллельно линейке излучателей источника света, 2. Умножитель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, оптический мультипликатор выполнен в виде голографической пластины.