Фотоприемная ячейка
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Я0,„, 1619345 А 1 щ)g С 11 С 11/42
2 ; :l! ( li3ii -: )1.". - . .:.". си,:йь i ь;: B J;>1Q YErA ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ ССОР (21) 4673275/24 (22) 06.02.89 (46) 07.01.91. Бюл. № 1 (71) Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР (72) В.Е. Бутт, Б.Н. Панков, В.В. Савельев и П„Е. Твердохлеб (53) 681.327.66(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 66l608, кл. G 11 С 11/42, 1977. Автометрия 1977,, № - 2, с. 79-85. (54) ФОТОПРИЕМНАЯ ЯЧЕЙКА (57) Изобретение относится к вычислительной технике,и оптоэлектронным запоминающим устройствам для считывания и хранения оптической информации. Целью изобретения является повы шение чувствительности фотоприемной ячейки с дифференциальным входом пу2 тем автобалансировки входящего в фотоприемную ячейку дифференциального усилителя. Фотоприемная ячейка содержит усилительные 1 и 2, нагрузочные 3 и 4, токостабилизирующий 5 транзисторы, образующие дифференциальный усилитель,и фотодиоды 7 и 8. Введены два дополнительных фотодиода 14 и 15, подключенных к выходам дифференциального усилителя с помощью дополнительных-ключевых транзисторов 16 и 17, а к входам дифференциального усилителя— через дополнительные ключевые транзисторы 18 и 19. Управление дополнительными ключевыми транзисторами l6 и 17 осуществляется по их затворам от шины 12 стирания и от выхода 20 инвертора сигнала шины стирания (для дополнительных ключевых транзисторов l8 и19). 1 з.п. ф-лы. 1 ил. 1619345 Изобретение относится к вычислительной технике, а точнее к оптоэлектронным запоминающим устройствам для считывания и хранения оптической информации„. Целью изобретения является повышение чувствительности фотоприемной ячейки с дифференциальным входом за счет автоматического устранения на- 1О чального небаланса (автобалансировки), приемняемого в фотоприемной ячейке дифференциального усилителя. На чертеже представлена схема фоточувствительной ячейки для дифферен- 15 циальйого сравнения двух оптичес ких сигналов. Фотоприемная ячейка (ФЯ) (фиг. 1) содерлжт усилительные транзистОры 1 20 и 2, нагрузочные транзисторы 3 и 4, тскостабилизирующнй транзистор,5, управляемый от шины 6, задающий режим усилителю. Транзисторы 1-5 образуют дифференциальный усилитель. Фотоприем-25 ная ячейка содержит фотодиоды 7 и 8, подключенные к затворам усилительных транзисторов 1 и 2 и к подложке (общей шине) 9, и ключевые транзисторы 10 и 11 стирания, затворы которых подключены к шине 12 стирания, стоки — к источнику смещения фотодиодов 13, а истоки - соответственно к затворам усилительных транзисторов 1 и 2. Кроме ТОГО, фОтОприемная ячеика СОдержнт 35 дополнительные фотодиоды 14 и 15, выполненные примыкающими соответственно к фотодиодам 7 -и 8, ключевые транзисторы 16-19, инвертор сигнала стирания имеющий выхОД 20 и содержапДхй 40 ключевой 21 и нагрузочный 22 транзисторы. Причем сток усилительного транзистора 1, являющийся первым выходом 23 фотоприемной ячейки, соединен со стоком транзистора 16, а сток усили- 45 тельного транзистора 2, являющийся вторым выходом 24 фотоприемной ячейки, .соединен со стоком транзистора 17, исток транзистора 16 соединен с истоком транзистора 18 и фотодиодом 14, сток 18 транзистора соединен с фотодиодом 7, исток транзистора 17 соединен с истоком транзистора 19 и фотодиодом 15, сток 19 транзистора соединен с фотодиодом 8. Затворы транзисторов 16 и 17 сое55 динены с шиной 12 стирания, а затворы транзисторов 18 и 19 с выходом 20 инвертора сигнала стирания. Принцип работы фотоприемной ячейки состоит в следующем.. По сигналу стирания с шины 12 стирания через открытые каналы ключевых транзисторов 10 и 11 заряжаются емкости фотодиодов 7 и 8, а через открытые каналы ключевых транзисторов 16 и 17 заряжаются емкости фотодиодов 14 и 15. При этом каналы ключевых транзисторов 18 и 19 заперты, так как эти транзисторы управляются сигналом, инверсным сигналу стирания с выхода 20 инвертора. Заряд емкостей фотодиодов 7 и 8 производится до напряжения источника смещения фотодиодов 13 а заряд емкостей фотодиодов 14 и 15 до напряжений, установившихся на выходах 23 и 24 усилителя во время заряда ем- костей фотодиодов 7 и 8, т.е. с учетом начального небаланса усилителя. Далее, по окончании сигнала стирания каналы ключевых транзисторов 10, 11 16 и 17 запираются, а каналы транзисторов 18 и 19 открываются, тем самым соединяя параллельно фотодиод 7 с фотодиодом 14, а фотодиод 8 с фотодиодом 15, При этом на созданных таким образом составных фотодиодах устанавливаются напряжения, которые обеспечивают два делителя напряжений.на емкостях фотодиодов 7 и 14, 8 и 15. Возникший в результате работы емкостных делителей напряжений сигнал (напряжение) между входами усилителя при выполнении условия S< — = К вЂ” 1 8 A между площадями фотодиодов 7 и 8 и дополнительных фотодиодов 14 и 15 с одной стороны и полным дифференциальным коэффициентом усиления усилителя К с другой стороны, будучи усиленным усилителем в К раз, обеспечит отсутствие (подавление) напряжения начального небаланса усилителя. В (1) S,-площади фотодиодов 7 и 8; S -площади фотодиодов 14 и 15;. Кд— полный дифференциальный коэффициентусиления усилителя. После выполнения стирания, а следовательно,и балансировки ДУ ФЯ функционирует по аналогии с известной ФЯ, т.е. сравниваемые оптические сигналы, попадая на поверхность фотодиодов, смещенных в обратном направлении зарядами, накопленными в их емкостях при стирании, разряжают эти емкости, 5 161 вызывая появление дифференциального сигнала на входах усилителя, пропорционального разности энергий сравниваемых сигналов. Этот сигнал, усиленный в К раэ, будет на выходах 23 и 24 выходным полезным сигналом фотоприемной ячейки. Для повышения эффективности работы фотоприемников ячейки (использования их фотоприемной площади) фотодиоды 7 и 14, а также 8 и 15, попарно соединяемые через вторые дополнительные ключевые транзисторы, целесообразно выполнять примыкающими друг к другу. Образованные таким образом два составных фотодиода используются для при ема сравниваемых ячейкой оптических сигналов. Формула изобретения 1. Фотоприемная ячейка, содержащая первый и второй усилительные транзисторы, стоки которых подключены к истокам и затворам соответственно первого и второго пагруэочных транзисторов, стоки которых подключены к первой шине питания, истоки первого и второго усилительных транзисторов под ключены к стоку токостабилизирующего транзистора, затвор которого подключен к шине управления, а исток — к второй шине питания, затворы первого и второго усилительных транзисторов подключены соответственно к первому и второму фотодиодам и к истокам соответственно первого и второго ключевых транзисторов стирания, затворы. которых подключены к шине стирания, а стоки — к шине смещения, о т л и— t ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения чувствительности фотоприемной ячейки, в нее введены третий и 9345 6 четвертьп» фотодиоды, ключевые транзисторы с первого по пятый и третий нагрузочный транзистор, причем стоки первого и второго усилительных тран5 зисторов, являвшиеся соответственно первым и вторым выходами фотоприемной ячейки, соединены со стоками соответственно первого и второго ключевых транзисторов, истоки которых подключены соответственно к третьему и четвертому фотодиодам и к истокам соответственно третьего и четвертого ключевых транзисторов, стоки которых соединены соответственно с истоками первого и второго ключевых транзисторов.стирания, а затворы подключены к стоку пятого ключевого транзистора, истоку и затвору третьего нагрузочного 20 транзистора, затворы первого, второго и пятого ключевых транзисторов подключены к ппEHp стирания, сток третьего нагрузочного транзистора подключен к первой шине питания, исток пятого 25 ключевого транзистора подключен к второй пп»не питания, аноды фотодиодов с первого по четвертьп» соединены с общей шиной. 2„ Ячейка по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что первый и третий фотодиоды и второй и четвертый фотодиоды выполнены на подложке, лримыкаюцнми друг к другу, а отношение площадей удовлетворяет соотношению S 2 где S — площади первого и второго 1 о фотодиодов S — площади третьего и четвертоЕ и 40 го фотодиодов; К - полный дифференциальный коА. эсрфициент усиления дифференциального усилителя фотоприемной ячейки.
