ОПТИЧЕСКИЙ КОМПАРАТОР КОДОВ
OPTICAL CODE COMPARATOR

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.
Известны компараторы кодов на основе электронных устройств [Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника 12-е изд. Том I: Пер. С нем. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 832 с.: ил. с. 732]. Недостатками данных компараторов является их низкое быстродействие, обусловленное использованием электронных схем управления переключением, и сложность конструкции.
Известен оптический компаратор [Патент оптический компаратор RU 2311671 С1 Соколов С.В., Каменский В.В.] недостатком данного оптического компаратора является невозможность осуществлять сравнение кодов.
Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический умножитель, содержащий группу оптических ответвлений [Патент №2022328, Россия, 1994. Оптический умножитель / Соколов С.В.].
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и невозможность осуществлять сравнение кодов.
Заявленное устройство направлено на решение задачи сравнения кодов как когерентных, так и некогерентных, оптических кодовых сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических процессорных схем, и задачи упрощения устройства.
Поставленная задача возникает при разработке и создании оптических вычислительных машин или приемо-передающих устройств, обеспечивающих обработку информации в гигагерцовом диапазоне. Технический результат достигается тем, что в устройство введены первая группа N N-выходных оптических разветвителей, вторая группа N N-выходных оптических разветвителей, 2*N*N-входной оптический объединитель, источник напряжения, N*N оптических логических элементов исключающее «ИЛИ», каждый из которых содержит первый и второй резисторы, первый и второй фотодиоды, входы которых представляют собой информационные входы оптического логического элемента исключающее «ИЛИ», и первый и второй светодиоды, катод первого фотодиода подключен к катоду первого светодиода, катод второго фотодиода подключен к катоду второго светодиода, а аноды первого и второго фотодиодов подключены к отрицательному электроду входа питания оптического логического элемента исключающее «ИЛИ», соединенного с выходом источника напряжения, катод первого светодиода подключен к аноду второго светодиода, а катод второго светодиода подключен к аноду первого светодиода, первый резистор соединен с катодом первого фотодиода и подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» соединенного с выходом источника напряжения, а второй резистор соединен с катодом второго фотодиода и подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» соединенного с выходом источника напряжения, выходы первого и второго светодиодов являются выходами оптического логического элемента исключающее «ИЛИ», входами первого кода являются входы первой группы N-выходных оптических разветвителей, входами второго кода - входы второй группы N-выходных оптических разветвителей, j-й выход i-го N-выходного оптического разветвителя первой группы оптически связан со входом первого фотодиода ij-го оптического логического элемента исключающее «ИЛИ», i-й выход j-го N-выходного оптического разветвителя второй группы оптически связан со входом второго фотодиода ij-го оптического логического элемента исключающее «ИЛИ», входы питания оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» соединены с выходом источника напряжения, а выходы оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» подключены к соответствующим входам 2*N*N-входного оптического объединителя, выход которого является выходом устройства.
На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического компаратора кодов (далее - устройство).
1i
2j
ij
Устройство содержит первую группу N N-выходных оптических разветвителей 1, i=1,2,…,N, вторую группу N N-выходных оптических разветвителей 1, j=1,2,…,N, N*N оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, 2*N*N - входной оптический объединитель 3, источник напряжения 4.
1
2
N
1i
1
2
N
2j
Входами первого кода "a","a",…,"a" являются входы первой группы N N-выходных оптических разветвителей 1, i=1,2,…,N. Входами второго кода "b","b",…,"b" являются входы второй группы N N-выходных оптических разветвителей 1, j=1,2,…,N.
1i
ij11
ij
J-й выход i-го N-выходного оптического разветвителя 1 оптически связан со входом первого фотодиода 2 оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N.
2i
ij12
ij
I-й выход j-го N-выходного оптического разветвителя 1 оптически связан со входом второго фотодиода 2 оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N.
ij
Входы питания оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, соединены с выходом источника напряжения 4.
ij
Выходы оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, подключены к соответствующим входам 2*N*N-входного оптического объединителя 3. Выход 2*N*N-входного оптического объединителя 3 является выходом устройства.
ij
Функциональная схема оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, показана на фиг. 2.
ij
ij11
ij12
ij21
ij22
ij31
ij32
Оптический логический элемент исключающее «ИЛИ» 2 содержит первый и второй фотодиоды 2 и 2, первый и второй светодиоды 2 и 2, и первый и второй резисторы 2 и 2.
ij11
ij12
ij
Входы первого и второго фотодиодов 2 и 2 представляют собой информационные входы оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2.
ij11
ij21
ij12
ij22
ij11
ij12
ij
ij21
ij22
ij22
ij21
Катод первого фотодиода 2 подключен к катоду первого светодиода 2, катод второго фотодиода 2 подключен к катоду второго светодиода 2, а аноды первого и второго фотодиодов 2 и 2 подключены к отрицательному электроду входа питания оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, соединенного с выходом источника напряжения 4 (т.к. фотодиод в режиме фотоприема работает в инверсном режиме). Катод первого светодиода 2 подключен к аноду второго светодиода 2, а катод второго светодиода 2 подключен к аноду первого светодиода 2.
ij31
ij11
ij
ij32
ij12
ij
Первый резистор 2 соединен с катодом первого фотодиода 2, и подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, соединенного с выходом источника напряжения 4, а второй резистор 2 соединен с катодом второго фотодиода 2, и подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, соединенного с выходом источника напряжения 4.
ij21
ij22
ij
Выходы первого и второго светодиодов 2 и 2 являются выходами оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N.
Устройство работает следующим образом.
1
2
N
1i
1
2
M
2j
На входы первого кода "a","a",…,"a" (входы первой группы N-выходных оптических разветвителей 1, i=1,2,…,N) поступает оптический код с интенсивностью информационного единичного сигнала («1»), равной N усл(овных).ед(иниц)., соответствующий первому коду А. На входы второго кода "b","b",…,"b" (входы второй группы N - выходных оптических разветвителей 1, j=1,2,…,N) поступает оптический код с интенсивностью информационного единичного сигнала («1»), равной N усл. ед., соответствующий второму коду В.
1i
ij
2j
ij
Разветвляясь в соответствующих оптических разветвителях, оптические сигналы с интенсивностью «1» усл. ед. (или «0») поступают: с выходов N - выходного оптического разветвителя 1 на входы N оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» 2, j=1,2,…,N, а с выходов N - выходного оптического разветвителя 1 на входы N оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N.
ij
ij11
ij12
ij11
ij12
ij21
ij22
ij21
ij22
ij
Если на входы оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, поступят одинаковые оптические сигналы с интенсивностью «0» усл. ед., то первый и второй фотодиоды 2 и 2 будут закрыты (напряжение на катодах фотодиодов 2 и 2 будет высоким) - напряжение на первом и втором светодиодах 2 и 2 будет ниже их порога срабатывания. Оптические сигналы на выходах первого и второго светодиодов 2 и 2, а также на выходах оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, будут равны нулю.
ij
ij11
ij12
ij11
ij12
ij21
ij22
ij21
ij22
ij
Если на входы оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, поступят одинаковые оптические сигналы с интенсивностью «1» усл. ед., то первый и второй фотодиоды 2 и 2 будут открыты (напряжение на катодах первого и второго фотодиодов 2 и 2будет низким) - напряжение на первом и втором светодиодах 2 и 2 будет ниже их порога срабатывания. Оптические сигналы на выходах первого и второго светодиодов 2 и 2, а также на выходах оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, будут равны нулю.
ij
ij11
ij11
ij12
ij11
ij12
ij21
Если на входы оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, поступят разные оптические сигналы с интенсивностью «1» усл. ед. и «0» усл. ед., (для определенности условимся, что оптический сигнал с интенсивностью «1» усл. ед. поступает на первый фотодиод 2), то первый фотодиод 2 будет открыт, а второй фотодиод 2будет закрыт (напряжение на катоде первого фотодиода 2 будет низким, а на втором фотодиоде 2 высоким) - напряжение на первом светодиоде 2будет выше его порога срабатывания.
ij21
ij
На выходе светодиода 2, а, следовательно, на выходе оптического логического элемента исключающее «ИЛИ» 2, в этом случае формируется оптический сигнал с интенсивностью «1» усл. ед., поступающий далее на соответствующий вход 2*N*N-входного оптического объединителя 3.
1
2
N
1
2
M
Таким образом, при совпадении кодов поданных на входы первого кода "a","a",…,"a" и на входы второго кода "b","b",…,"b" на выходе устройства будет оптический сигнал с интенсивностью «0» усл. ед, а при не совпадении кодов оптический сигнал с интенсивностью «0» усл. ед. на выходе устройства присутствовать не будет.
ij
-10
Время переходного процесса определяется быстродействием оптических логических элементов исключающее «ИЛИ» 2, i=1,2,…,N, j=1,2,…,N, и составляет ≈10 с, что обеспечивает возможность обработки информации в гигагерцовом диапазоне.
Простота данного оптического компаратора кодов и высокое быстродействие делают его весьма перспективным при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств.