Об’ємний координатний комутатор з оптичним перемикачем

Реферат: UA 99749 U UA 99749 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до обчислювальної техніки та телекомунікаційних систем та може використовуватися у складі обчислювальних систем для міжблочного обміну даними, різних випробовувальних стендів та інших мікроелектронних функціональних пристроїв. Існують аналоги координатних комутаторів, що являють собою матрицю ортогональних шин, які містять входи та виходи із з'єднувальними елементами в точках їхнього перетину. Наприклад, в патенті США № US 6915032 від 5 липня 2005 р. "Оптичний координатний комутатор", описано координатний комутатор, розміщений на одній поверхні, елементи комутації яких реалізовано у вигляді оптичного контакту. В ньому використовуються вертикальні попарно зв'язані хвилеводи. Недолік даного комутатора полягає в тому, що при збільшенні кількості входів та виходів збільшується площа, яку займає комутаційне поле. Така конструкція обмежує їхнє ефективне використання в мікроелектроніці. В патенті США № 09/330335 від 25 лютого 2003 р. "Електронний координатний комутатор" наведено комутатор, який складається з кількох перемикаючих модулів комутації, накладених один на одний. Елементи комутації реалізовано з використанням каскадних перемикачів. Така модульна конструкція підвищує загальну компактність. Але даний комутатор не є координатним, і тому може бути неповнодоступним, що ускладнює його налагодження і роботу. Як прототип вибрана комутаційна матриця патенту Великобританії № 2184325 від 17 червня 1987 р. "Комутаційна система". Комутатор містить матрицю ортогональних шин, які зв'язані з входами та виходами. На перетині вхідних та вихідних шин розміщено елемент комутації. Робота схеми комутатора-прототипу здійснюється шляхом подачі сигналу активізації на вибрані вхід та вихід, що приводить до перемикання елементів комутації. Таким чином, при вводі інформації на вхід та вихід матриця перемикається в одну із множин комутаційних станів. Недоліком схеми комутатора-прототипу є велика площа, яку займає комутаційне поле, оскільки 2 із n елементів комутації, розміщених на поверхні, задіяно лише n елементів. В основу корисної моделі поставлена задача мінімізації площі, яку займає комутатор, шляхом зменшення кількості рядків та стовпців матриці. Матриця виконана багатошаровою з кількістю шарів z  k   , кожен шар якої складається з t r діелектрика з розміщеними на ньому ортогональними шинами, в точках перерізу яких розміщено спільний для всіх шарів з'єднувальний елемент, який виконано у вигляді електрооптичного перемикача, кожен з яких оптичним волокном з'єднується з певним входом та виходом, де k - коефіцієнт зменшення рядків і дорівнює кількості шин, розміщених в одному рядку,  - коефіцієнт зменшення стовпців і дорівнює кількості шин, розміщених в одному стовпці, t - число шин рядків, розміщених на одному шарі, r - число шин стовпців, розміщених на одному шарі. На фіг. 1.1 зображено загальний вигляд об'ємного координатного комутатора з оптичним перемикачем, на фіг. 1,2 - схема електрооптичного перемикача. На фіг. 2 подано схематичне зображення об'ємного координатного комутатора з оптичним перемикачем. На фіг. 3, фіг. 4 зображено шари комутатора, які описано в прикладах. На фіг. 1.1 подано об'ємний координатний комутатор з оптичним перемикачем з n входами 1 та m виходами 2, у якого вхідні 3 і вихідні 4 шини розміщені на шарах 5, 6, які розділені діелектриком 7. В точці перерізу входів та виходів знаходяться спільні для всіх шарів з'єднувальні оптичні елементи 8 кількістю nm . З'єднувальний елемент 8 виконано у вигляді k електрооптичного перемикача з контактами 9, 10 та оптичним волокном 11 (фіг. 1.2). Кожна така пара контактів переключає об'ємну матрицю в одне із множин комутаційних станів шляхом з'єднання певних входів та виходів. Звідси випливає, що площа об'ємного координатного комутатора розміром n  m  z дорівнює S  d1n  k d2 m    , де d1, - відстань між сусідніми k k  елементами комутації по горизонталі, d2 - відстань між сусідніми елементами комутації по вертикалі. Схематичне зображення об'ємного координатного комутатора з оптичним перемикачем подано на фіг.2, де схематично зображено входи 1, виходи 2, вхідні 3, вихідні 4 шини та     елементи комутації 8. Якщо кожен шар задати у вигляді матриці Cp    cp   n m , то j      Z  k        об'ємний координатний комутатор запишемо як Q    Y Cp   де Cp  - p-й шар; cp   j 1 p 1 UA 99749 U   - спільні для всіх шарів з'єднувальні елементи; Z   - кількість шарів матриці Q(Κt), n  0 mod 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (k), m 0 mod (  ), k,  , n, m  {2,4,…, 2j}, n n n  k  ,   , j1 ..., ;     - й варіант об'ємного координатного комутатора, що утворений , k  2  із заданого координатного. Позначимо ці варіанти множиною K = [K1,…,Kq}, де q - їхня кількість. Робота запропонованого об'ємного координатного комутатора з оптичним перемикачем проводиться наступним чином (фіг. 1.1, фіг. 1.2). Нехай необхідно з'єднати вхід 1, зв'язаний із вхідною шиною 3, розміщеною на шарі 5, з виходом 2, зв'язаним з вихідною шиною 4, розміщеною на шарі 6, з'єднаними між собою двома електрооптичними контактами 9 та 10 оптичного волокна 11 (фіг 1.2), та розміщеними на рівні шарів 5 і 6. Шляхом подачі сигналу активізації на вибрані вхід 1 та оптичне волокно 11, що з'єднує вхід 1 та вихід 2, перемикаються вхідна шина 3 шару 5 та вихідна шина 4 шару 6. Тим самим електричний сигнал, що надходить на вхід 1, завдяки електрооптичним контактам 9 та 10 та оптичному волокну 11, з'являється на виході 2. Аналогічним способом комутуються будь-які задані вхід та вихід. Оскільки один з'єднувальний елемент комутує k вхідних та  вихідних шин, то при комутації k входів та  виходів в рядку матриці задіяно k з'єднувальних елементів, а в стовпці - відповідно  . Приклад 1. Маємо координатний комутатор, в якому n=8, m=8, d1=2,5 мм, d2=2,5 мм. Площа, 2 яку займає комутаційне поле дорівнює d1(n-1)d2 (m-1)= 306,25 mm , кількість з'єднувальних елементів дорівнює 64. Зменшимо площу комутаційного поля по рядках. Нехай k=2,  = 1, d1=2,5 мм, d2=2,5 мм, t=1, r=1. Тоді кількість шарів зменшеного комутатора дорівнює - k    3 , його площа дорівнює t r d1n  k d2 m   nm  131,25mm 2 , а кількість з'єднувальних елементів  32. k k Звідси видно, що площа комутатора зменшилася в 2,3 разу, а кількість з'єднувальних елементів, розміщених на поверхні - в два рази. На фіг 3.1 а, фіг 3.1, б, фіг 3.2 зображено запропонований об'ємний координатний комутатор 8 розмірністю  8  3 , виконаний на трьох шарах друкованої плати. Доступ до шарів виконується 2 завдяки перехідному отвору 12, де знаходяться оптичні волокна 11 з контактами 9, 10 (фіг. 1.2). На кожному із двох зовнішніх шарах (фіг. 3.1, а, фіг. 3.1, б) розміщено чотири рядки, кожен з яких містить один ряд перехідних отворів 12 та одну вихідну шину 4, яка має зв'язок з електрооптичними контактами 9 (фіг. 1.2) отворів 12, та виходами 2. Внутрішній шар (фіг. 3,2) містить вісім стовпців, в кожному з яких знаходиться один ряд перехідних отворів 12 з електрооптичними контактами 9 та одна вхідна шина 3, зв'язана з електрооптичними контактами 9 та входом 1. Шляхом подачі сигналу активізації на вибрані вхід 1 та оптичне волокно 11, що з'єднує вхід 1 та вихід 2 електрооптичними контактами 9, 10 (фіг. 1,2) перемикаються вхідна шина 3 шару 5 та вихідна шина 4 шару 6. Тим самим електричний сигнал, що надходить на вхід 1, завдяки електрооптичним контактам 9 та 10 та оптичного волокна 11, з'являється на виході 2. При одночасній комутації восьми входів та виходів в рядку задіяно два перехідних отвори, а в стовпці - один. Приклад 2. Задано комутатор, в якому n=16, m=16, d1=2,5 мм, d2=2,5 мм. Площа, яку займає 2 комутаційне поле дорівнює d1(n-1)d2 (m – 1)=1406,25mm . Кількість з'єднувальних елементів дорівнює 256. Зменшимо площу комутатора по рядках і стовпцях. Нехай k=4,  = 2, t=1, r=1. Тоді, кількість шарів дорівнює k    6 , площа комутатора дорівнює d1n  k d2 m    131,25mm 2 , кількість k t r з'єднувальних елементів зменшилася у вісім разів. На фіг. 4.1, а, фіг. 4.1, б, фіг. 4.3, а, фіг. 4.3, б зображено об'ємний координатний комутатор 16 16 розмірністю   6 , виконаний на шести шарах. 4 2 Доступ до шарів здійснюється завдяки неметалізованим перехідним отворам 12 з електрооптичними контактами 9, 10 (фіг. 1,2). На кожному з двох зовнішніх шарів (фіг. 4.1, а, фіг. 4.1, б) розміщено вісім стовпців, кожен з яких містить один ряд перехідних отворів 12 та одну, з'єднану з контактом 9 вхідну шину 3, та зв'язану з входами 1. 2 UA 99749 U 5 10 15 20 Внутрішні шари (фіг. 4.2, а, фіг. 4.2, б, фіг. 4.3, а, фіг. 4.3, б) містять по чотири рядки, в кожному з яких один ряд перехідних отворів з електрооптичними контактами 9 (фіг. 1,2), та одна, з'єднана з електрооптичним контактом 9, вихідна шина 4, що зв'язана з виходом 2. Шляхом подачі сигналу активізації на вибрані вхід 1 та оптичне волокно 11, що з'єднує вхід 1 та вихід 2 електрооптичними контактами 9, 10 (фіг. 1,2) перемикаються вхідна шина 3 шару 5 та вихідна шина 4 шару 6. Тим самим електричний сигнал, що надходить на вхід 1, завдяки електрооптичним контактам 9 та 10 та оптичного волокна 11, з'являється на виході 2. При одночасній комутації шістнадцяти входів та виходів в рядку задіяно чотири перехідних отвори, а в стовпці - два. Позитивний ефект, одержаний від запропонованого об'ємного координатного комутатора полягає в тому, що завдяки його розміщенню на k   шарах зменшується поверхня t r комутатора більш, ніж в k  разів за рахунок зменшення в k  разів кількості з'єднувальних елементів, розміщених на його поверхні. Площа комутатора прототипу S=d1(n-1)d2 (m-1), a кількість з'єднувальних елементів дорівнює nm. Площа об'ємного комутатора d1n  k d2 m    а кількість з'єднувальних елементів дорівнює nm . , k k Кількість шарів збільшується на k    2. t r Запропонований об'ємний координатний комутатор з оптичним перемикачем виконується багатошаровим з використанням впровадженими в мікроелектроніці технологіями. Для його реалізації використовується стандартне обладнання, що має місце на виробництві радіоелектронної та обчислювальної апаратури. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Об'ємний координатний комутатор з оптичним перемикачем, що являє собою матрицю ортогональних електричних шин, яка містить входи та виходи із з'єднувальним елементом в точках їхнього перерізу, який відрізняється тим, що матриця виконана багатошаровою з k  кількістю шарів  , кожен шар якої складається з діелектрика з розміщеними на ньому t r ортогональними шинами, в точках перерізу яких знаходиться спільний для всіх шарів оптичний з'єднувальний елемент, кожен з яких з'єднаний з певними входом та виходом електрооптичного перемикача, де k - коефіцієнт зменшення рядків,  - коефіцієнт зменшення стовпців, t - число шин рядка, r - число шин стовпця, розміщених на одному шарі. 3 UA 99749 U 4 UA 99749 U 5 UA 99749 U 6 UA 99749 U 7 UA 99749 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8