1.本发明涉及片上光网络领域，具体涉及基于mrr的逻辑计算电路的双故障而引发的误差分析计算领域。
背景技术：2.随着单个芯片上集成的处理器的个数越来越多，当芯片电路工作频率迅速提高至几ghz甚至更高时，传统的电互连网络将无法高效地传输信号，电互连的片上网络在功耗、性能、带宽、延迟等方面遇到了瓶颈，其无法满足对互连网络性能的需求，需要一种新的互连方式，因此光互连网络技术应运而生。与电互连方式相比，光互连具有许多电介质不可比拟的优点，并且作为一种新的互连方式应用到片上网络具有低损耗、高吞吐率、低延迟等无可比拟的优势。光波在高速传递和处理时具有传输带宽高、信号间延迟低、光损耗低、抗干扰等优点。故基于这种优势，片上光网络应运而生。在片上光网络中，微环谐振器(mrr)是光互连网络中重要的组成器件之一但其对制程漂移与温度等较为敏感，极易发生故障，因此研究学者对微环谐振器故障搭建了故障模拟装置以提高集成光学的可靠性。
3.然而，针对微环谐振器故障造成的输出结果并不一定都是错误的，因此有必要对因mrr双故障而引起的误差进行研究、分析与计算，对某种由mrr构成的逻辑计算电路进行双故障模拟分析，从而确定哪些误差是可以接受的。因此，本专利在使用光学器件建立了全光二进制比较器的基础上，实现了对全光二进制比较器在实际工作情况下的故障误差的计算与分析，对将来研究开发相类似功能的光学计算器件具有积极的指导作用。
技术实现要素：4.本发明是对mrr双故障而引起的误差的研究、分析与计算，提供一种二进制全光比较器的双故障误差计算方法。
5.本发明为实现上述目的采用以下技术方案：
6.一种二进制全光比较器的双故障误差计算方法，包含由n个mrr构成的逻辑计算电路，该电路共包括n种输入组合，每种组合可产生m位输出结果；由n个mrr构成的逻辑计算电路可分为的无故障模拟等效电路和双故障模拟等效电路，根据所述无故障模拟等效电路可获得正确的输出结果，根据双故障模拟等效电路可获得错误的输出结果；根据所述正确的输出结果和所述错误的输出结果，比较每一位正确输出结果和每一位错误输出结果之间的关系，计算二者之间的位翻转误差(bit flip error，bfe)，最大位翻转误差(maximum bit flip error，maxbfe)，以及n种输入组合中的误差概率(error probability，ep)。
7.比较每种输入组合中所述每一位正确输出结果和所述每一位错误输出结果之间的关系，计算所述正确的输出结果和所述错误的输出结果之间的位翻转误差(bit flip error，bfe)，所述bfe具体表达形式如公式(1)所示：
所述i代表第i种输入组合，所述i包含于n之中，所述为异或，所述代表第i种输入组合下的错误输出的第j位逻辑值，所述o
icorrect
代表第i种输入组合下的正确输出的第j位逻辑值。
8.计算所述n种输入组合产生的全部所述bfe的最大值为所述最大位翻转误差(maximum bit flip error，maxbfe)，即所述n种输入组合中由双故障造成的最坏结果，所述maxbfe具体表达形式如公式(2)所示：
9.计算所述n种输入组合因双故障而发生误差的概率，即误差概率(error probability，ep)，所述ep的具体表达形式如公式(3)所示：
附图说明
10.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
11.图1为一种二进制全光比较器的双故障误差计算方法的流程示意图
12.图2为一种二进制全光比较器的故障模拟装置的结构示意图。
13.图3为平行mrr开关的结构示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例一、本发明的实施例提供一种二进制全光比较器的双故障误差计算方法，如图1所示包括：
16.s101、根据由n个mrr构成的逻辑计算电路，列举该电路的n种输入组合。
17.s102、根据n种输入组合，分别计算出所述无故障模拟等效电路输出的正确输出结果和所述双故障模拟等效电路输出的错误输出结果，并且每种组合可产生m位输出结果。
18.s103、比较每种输入组合中所述每一位正确输出结果和所述每一位错误输出结果之间的关系，计算所述正确的输出结果和所述错误的输出结果之间的位翻转误差(bit flip error，bfe)。
19.进一步，所述bfe具体表达形式如公式(1)所示：
所述i代表第i种输入组合，所述i包含于n之中，所述为异或，所述代表第i种输入组合下的错误输出的第j位逻辑值，所述o
icorrect
代表第i种输入组合下的正确输出的第j位逻辑值。
20.s104、计算所述n种输入组合产生的全部所述bfe的最大值为所述最大位翻转误差(maximum bit flip error，maxbfe)。
21.进一步，所述n种输入组合中由双故障造成的最坏结果，具体表达形式如公式(2)所示：
22.s105、计算所述n种输入组合因双故障而发生误差的概率，即误差概率(error probability，ep)。
23.进一步，所述ep的具体表达形式如公式(3)所示：
24.示例的，以公开实用新型的一种二进制全光比较器的故障模拟装置(cn201821995423.1)专利中说明书附图的“图1”为例，如图2所示。现定义该装置为双故障模拟，对本发明的二进制全光比较器的双故障误差计算方法在实际应用中的具体操作步骤做进一步的补充说明：
25.在此先表明微环谐振器(mrr)在无故障和有故障情况下的工作原理：
26.对微环谐振器添加调制电压信号x，当调制电压信号x为低电平时微环谐振器发生谐振，反之为高电平时不谐振。
27.具体地，如图3所示，光信号从mrr的输入光波导的input端输入，当调制电压信号x为低电平“0”时，mrr发生谐振，光信号从mrr的下载光波导的drop端输出，逻辑状态为“1”，而mrr的直通光波导的through端无光信号输出，逻辑状态为“0”；当调制电压信号x为高电平“1”时，mrr不发生谐振，光信号从mrr的直通光波导的through端输出，逻辑状态为“1”，而mrr的下载光波导的drop端无光信号输出，逻辑状态为“0”。
28.具体地，如图3所示，假设mrr发生呆滞0故障，光信号从mrr的输入光波导的input端输入且调制电压信号x为低电平“0”状态，mrr应处于谐振开启状态，下载光波导的drop端应输出光信号，但是因为故障没有输出光信号，而光信号从直通光波导的through端输出。
29.具体地，如图3所示，假设mrr发生呆滞1故障，光信号从mrr的输入光波导的input端输入且调制电压信号x为高电平“1”状态，mrr应处于谐振关闭状态，直通光波导的through端应输出光信号，但是因为故障没有输出光信号，而光信号从下载光波导的drop端输出。
30.具体地，如图2所示，图2中结构装置的功能为一位二进制全光比较器，共包含3个
mrr，其调制电压信号分别为a，b1，b2，其中调制电压信号b1和b2的状态始终一致，所以共有4种输入组合。假设图2中的mrr1、mrr2和mrr3均无故障，并且调制电压信号a，b1，b2，的状态分别为0，1，1，所以mrr2和mrr3均处于谐振关闭状态，mrr1处于谐振开启状态。光信号从mrr1的输入光波导的1端输入，首先从mrr1的下载光波导的3端输出，而mrr1的直通光波导的2端无光信号输出，所以mrr2的输入光波导的4端无光信号进入，则mrr2的直通光波导的5端和下载光波导的6端均无光信号输出，那么输出端11也无光信号输出；然后光信号从mrr3的输入光波导的7端输入，并且从mrr3的直通光波导的8端输出，则输出端12有光信号输出，而mrr3的下载光波导的9端无光信号输出；其次，由于5端和9端均无光信号输出，所以无光信号叠加输入y型耦合器10，所以输出端13无光信号输出；最终，图2中f
(a》b)
，f
(a＝b)
，f
(a《b)
的逻辑状态分别为0，0，1。
31.同理，当调制电压信号a，b1，b2为剩余3种输入组合且mrr1、mrr2和mrr3均无故障时，f
(a》b)
，f
(a＝b)
和f
(a《b)
端均能输出相应的逻辑状态值。
32.图2中的mrr1、mrr2和mrr3均无故障时，二进制全光比较器的输出真值表如下表所示：
33.表1.mrr1、mrr2和mrr3均无故障时，二进制全光比较器的真值表表1.mrr1、mrr2和mrr3均无故障时，二进制全光比较器的真值表
34.具体地，假设图2中的mrr1无故障，mrr2发生呆滞0故障，而mrr3发生呆滞1故障，并且调制电压信号a，b1，b2的状态分别为0，1，1。光信号从mrr1的输入光波导的1端输入，因mrr1无故障且调制电压信号a＝0，所以光信号从mrr1的下载光波导的3端输出，而mrr1的直通光波导的2端无光信号输出，那么mrr2的输入光波导的4端无光信号进入，则mrr2的直通光波导的5端和下载光波导的6端均无光信号输出，输出端11也无光信号输出；然后光信号从mrr3的输入光波导的7端输入，因mrr3发生呆滞1故障且调制电压信号b2＝1，所以光信号从mrr3的下载光波导的9端输出，而mrr3的直通光波导的8端无光信号输出，则输出端12无光信号输出；其次，由于5端无光信号输出但9端有光信号输出，所以有光信号输入y型耦合器10，所以输出端13有光信号输出；最终，图2中f
(a》b)
，f
(a＝b)
，f
(a《b)
的逻辑状态分别为0，1，0。
35.同理，当调制电压信号a，b，c为剩余3种输入组合且mrr1无故障，mrr2发生呆滞0故障，mrr3发生呆滞1故障时，f
(a》b)
，f
(a＝b)
和f
(a《b)
端均能输出相应的逻辑状态值。
36.图2中的mrr1无故障，mrr2发生呆滞0故障，mrr3发生呆滞1故障时，二进制全光比较器的真值表如下表所示：
37.表2.mrr1无故障，mrr2发生呆滞0故障，mrr3发生呆滞1故障时，二进制全光比较器的真值表
38.将表1和表2中的结果合并为表3。
39.表3.无故障和有故障情况下的二进制全光比较器真值表表3.无故障和有故障情况下的二进制全光比较器真值表
40.然后根据表3的结果，比较每一位正确输出结果和每一位错误输出结果之间的关系，计算所述正确的输出结果和所述错误的输出结果之间的所述位翻转误差(bit flip error，bfe)，所述最大位翻转误差(maximum bit flip error，maxbfe)，以及所述误差概率(error probability，ep)。
41.①
根据表3的结果，利用公式(1)计算每种输入组合中所述正确的输出结果和所述错误的输出结果之间的所述位翻转误差bfe，如下表4所示：
42.表4.每种输入组合中正确的输出结果和错误的输出结果之间的位翻转误差bfe
43.②
根据表4的结果，利用公式(2)计算8种输入组合产生的全部所述bfe的最大值：所述最大位翻转误差maxbfe，因此，
44.③
根据表4的结果，利用公式(3)计算8种输入组合因双故障而发生误差的概率：误差概率ep，因此，
45.综上所述，mrr1、mrr2和mrr3可以两两组合同时发生相同或不同故障的输入组合情况，与上述mrr1无故障，mrr2发生呆滞0故障，mrr3发生呆滞1故障的情况类似，故在此不
再重复描述。
46.本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的揭示而作种种不背离本发明意图的替换及修饰，因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
技术特征：1.一种二进制全光比较器的双故障误差计算方法，其特征在于，包含由n个mrr构成的逻辑计算电路，该电路共包括n种输入组合，每种组合可产生m位输出结果；由n个mrr构成的二进制全光比较器逻辑计算电路可分为的无故障模拟等效电路和双故障模拟等效电路，根据所述无故障模拟等效电路可获得正确的输出结果，根据双故障模拟等效电路可获得错误的输出结果；根据所述正确的输出结果和所述错误的输出结果，比较每一位正确输出结果和每一位错误输出结果之间的关系，计算二者之间的位翻转误差(bit flip error，bfe)，最大位翻转误差(maximum bit flip error，maxbfe)，以及n种输入组合中的误差概率(error probability，ep)。2.根据权利要求1所述的二进制全光比较器的双故障误差计算方法，其特征是，比较每种输入组合中所述每一位正确输出结果和所述每一位错误输出结果之间的关系，计算所述正确的输出结果和所述错误的输出结果之间的位翻转误差(bit flip error，bfe)，所述bfe具体表达形式如下：所述i代表第i种输入组合，所述i包含于n之中，所述为异或，所述代表第i种输入组合下的错误输出的第j位逻辑值，所述o
icorrect
代表第i种输入组合下的正确输出的第j位逻辑值。3.根据权利要求1所述的二进制全光比较器的双故障误差计算方法，其特征是，计算所述n种输入组合产生的全部所述bfe的最大值为所述最大位翻转误差(maximum bit flip error，maxbfe)，即所述n种输入组合中由双故障造成的最坏结果，所述maxbfe具体表达形式如下：4.根据权利要求1所述的二进制全光比较器的双故障误差计算方法，其特征是，计算所述n种输入组合因双故障而发生误差的概率，即误差概率(error probability，ep)，所述ep具体表达形式如下：
技术总结本发明提出了一种二进制全光比较器的双故障误差计算方法，该方法主要涉及光片上网络领域，具体在基于微环谐振器(MRR)的逻辑计算电路中，主要用于分析和计算由两个MRR故障而引起的误差。该方法包括，获取无故障模型装置的正确输出结果和双故障模型装置的错误输出结果，比较每一位正确输出结果和每一位错误输出结果之间的关系，计算正确输出结果和错误输出结果之间的位翻转误差、最大位翻转误差以及整个逻辑计算电路的误差概率。本发明实施例用于由n个MRR构成的逻辑计算电路在实际生产和使用过程中因双故障而引发的误差计算，具体以由3个MRR构成的二进制全光比较器的双故障模拟装置为例进行实施。拟装置为例进行实施。拟装置为例进行实施。
技术研发人员：朱爱军 宋磊 胡聪 牛军浩 万春霆 许川佩
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2022/7/5
