100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Самым простым способом избавиться от этого может быть, очевидно, отказ от межсоединений, т.е. отказ от схемотехнической ячейки как основного носителя информации. Практика показывает, что в ряде случаев такие решения и возможны, и перспективны. При этом носителем информации является динамическая неоднородность — неравновесное локальное состояние в континуальной (однородной, протяженной) среде.
Уровень функциональной интеграции здесь может быть повышен не за счет увеличения числа ячеек, реализующих простейшие элементарные функции булевой алгебры, а за счет физических процессов, позволяющих осуществлять обработку информации на уровне элементарных функций значительно более высоких порядков, которые могут быть разложены (или синтезированы) на большое количество простейших элементарных функций.
Одним из существенных преимуществ устройств, основанных на этих принципах, является возможность ввода информации, пе-
348
Я. А. Федотов
реноса ее и обработки массивами в параллельных одномоментных процессах, что должно обеспечить высокое быстродействие. Такие устройства получили название устройств функциональной электроники. Сегодня в этой области максимальные успехи достигнуты в области акустоэлектронных и акустооптических устройств, а также в области приборов с зарядовой связью (ПЗС) и устройств на их основе.
Акустоэлектроника и акустооптика
Можно считать, что первыми устройствами функциональной электроники являлись линии задержки, использующие поверхностные акустические волны (ПАВ). Континуальной средой здесь является пьезоэлектрик, а динамические неоднородности представлены деформациями кристаллической решетки при распространении акустических колебаний и связанными с этим изменениями электрического потенциала в приповерхностном слое и вблизи поверхности.
Важнейшим элементом акустоэлектронных устройств являются встречно-штыревые преобразователи (ВШП), преобразующие электрические сигналы в акустические и наоборот. Они обладают ярко выраженными резонансными свойствами, поэтому, варьируя геометрией ВШП, можно создавать фильтры с довольно сложными частотными характеристиками. Наиболее часто используемые в линиях задержки материалы (ЫЫЬОз, ЫТаОз, В.^СеОго) позволяют получать времена задержки от десятых долей микросекунды до сотен микросекунд на частотах от нескольких мегагерц до десятков гигагерц. Один из параметров, характеризующих акустоэлектрон-ные устройства, — информационная емкость — представляет собой произведение времени задержки на ширину полосы пропускания.
Акустоэлектронные линии задержки относятся к категории линейных устройств акустоэлектроники. К этой категории можно отнести и акустоэлектронные усилители. Однако относительно высокий уровень шумов, недостаточно высокие (порядка 500 МГц) рабочие частоты и полоса не свыше 5...20% делают более перспективными транзисторные усилители.
Значительно больший интерес представляет работа акустоэлектронных устройств в нелинейном режиме. Нелинейные акустоэлектронные процессы, возникающие при достаточно больших амплитудах акустических волн, лежат в основе акусгоэлектронных процессоров. Последние позволяют преобразовывать сигналы во времени (задержка, изменение длительности), по частоте, фазе (сдвиг фаз, преобразование частоты и спектра) и по амплитуде (модуляция), а также выполнять более сложные функциональные преобразования: интегрирование, кодирование и декодирование, получение функции свертки, корреляцию сигналов и др.
Интегральная электроника
349
В результате смещения атомов в кристаллической решетке пьезоэлектрика в нем меняется ряд его характеристик, в том числе и оптические, поэтому акустооптические устройства (дефлекторы, модуляторы, фильтры и др.) могут управлять амплитудой, поляризацией, спектральным составом оптического излучения и направлением его распространения.
Акустооптические процессоры, в которых для модуляции оптического излучения используются акустооптические дефлекторы, обеспечивают обработку информации в широком частотном диапазоне (до 10 ГГц). При этом могут осуществляться следующие функции: фурье-преобразования акустического сигнала, нахождение взаимной корреляции заданной функции (оригинала) с опорной (эталоном), генерирование сигналов заданной формы, сдвиг частоты излучения и т.п. Напомним, что здесь главная задача — обработка больших массивов информации в реальном масштабе времени, причем решается она на уровне элементарных функций высшего порядка с параллельной обработкой информации.
В классическом цифровом варианте обработки информации, например при быстрых преобразованиях Фурье, используют процессоры, обладающие производительностью порядка 2,5» 10 8 операций в секунду. Акустооптические процессоры при решении аналогичных задач обеспечивают производительность на уровне от 1010 до 1012 операций в секунду, т.е. решают эти задачи в сотни и тысячи раз быстрее.
Значительный вклад в развитие акустоэлектронных и акусто-оптических устройств внесла школа отечественных ученых, возглавляемая академиком Ю.В.Гуляевым.
Визоника - техническое зрение
