Оптоэлектронный сдвигающий регистр Советский патент 1983 года по МПК G11C19/30 

11 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь-зовано в цифровых вычислительных уст ройствах, в устройствах визуальной индикации различных величин, в устройствах отображения, в индикаторах движущегося текста. Известен регистр сдвига, содержа-, щий две группы электронно-оптических элементов памяти, которые в каждой группе соединены электрически последо вательно-, шину установки в начальное состояние, подключенную к нулевым входам и единичным входам первой и второй группы соответственно, а нуле вой вход и единичный выход каждого элемента памяти первой группы оптически связан -с единичным выходом и нулевым входом каждого элемента Г1амя ти второй группы соответственно fl 3 Недостатками такого регистра сдви га являются его сложность, большая потребляемая мощность, невозможность использования его для динамических табло, для сдвига любой последовательной информации, что ограничивает его функциональные возможности. Известен оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий све тодиод, разрядные шины и подключенные к ним и последовательно оптически связанные разрядные ячейки, каждая из которых содержит первую оптронную пару из последовательно соединенных и встречно включенных свето диода и фотодиода, причем первая и, вторая оптронные пары каждого разряда включены встречно одна другой и оптически связаны между собой {,2. Недостатками такого регистра явля ются большая потребляемая мощность за счет больших токов светодиодов в режиме излучения, необходимость применения двухполярных тактовых импульсов на шине сдвига, а также отсутствие оптического отображения хранимой информации, что ограничивает его функциональные возможности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей оптоэлектронного сдвигающего регистра- sa счет обеспечения оптического отображения хранимой информации и повышение его надежности. Поставленная цель достигается тем что в оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий светодиод шину тактовых импульсов, разрядные 5 ШИНЫ, шину питания и разрядные ячейки, каждая из которых содержит первый фотоприемник, причем первый фотоприемник первой разрядной ячейки оптически связан с задающим светодиодом, в регистр введены постоянный источник света, тактовый светодиод, оптический формирователь в виде непрозрачной маски с разрядными окнами, являющимися оптическими выходами регистра, а в каждую разрядную ячейку введены второй фотоприемник, лямбдадиод, первый и второй жидкокристаллические оптические затворы, причем постоянный источник света через г.ервые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан с соответствующими разрядными окнами непрозрачной маски, тактовый св,етодиод через вторые жидкокристаллические оптические затворы оптически связан со вторыми фотоприемниками соответствующих разряд ных ячеек и первыми фотоприемниками последующих разрядных ячеек, в каждой разрядной ячейке второй фотоприемник подключен параллельно лямбда-диоду, первый фотоприемник подключен параллельно первому и второму жидкокристаллическим затворам, лямбда-диод подключен к разрядной шине и через первый фотоприемник - к шине питания а тактовый светодиод подключен к шине тактовых импульсов. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 вольтамперная характеристика лямбдадиодов. Оптоэлектронный сдвигающий регистр содержит разрядные ячейки Ц-1, которые содержат лямбда-диоды , первые фотоприемники , вторые фотоприемники , первые и вторые жидкокристаллические оптические затворы, выполненные в виде прозрачных металлических пластин-электродов 7, между которыми находится диэлектрик с электрически управляемой оптической плотностью, например жидкокристаллическое вещество 8, задающий светодиод 9, соединенный с информационным входом 10 регистра, тактовый светодиод 11, соединенный с шиной 12 тактовых импульсов, постоянный источник 13 света, разрядные шины l -i-lt, непрозрачную маску 15 с разрядными оптическими окнами l6-i-l6j, являющимися onтическими выходами регистра, и оптические связи 17/ На фиг, 2 изображена типичная вольтамперная характеристика лямбдадиодов с нагрузочными прямыми d и б, соответствующими двум сопротивлениям, .первого фотоприемника (темновому и световому), Точки устойчивого состояния ячейки обозначены буквами А и В, а соответствующие этим состояниям напряжения на лямбда-диоде и Ugg. Напряжение отсечки лямбда диода обозначено UQ.. Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии на информационном входе 10 сигнал отсутствует и задающий светодиод 9 не излучает. Кроме того, на шине 12 тактовых импульсов нет импульсов и тактовый све тодиод 11 также не излучает, поэтому все фотоприемники , -tf, независимо от состояния оптических затворов находятся в состоянии темнового сопротивления, которое яаляется большим. При подаче напряжени питания Е.. на ячейки Ц , благодаря низкому наклону нагрузочной пря мой 0 (см. фиг. 2), т.е. большому темновому сопротивлению фотоприемников ячейки ..Ц-1 устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке А, при этом через лямбда-диоды фотоприемники 3 3f f&KyT совсем незначительные то ки, величина которых зависит от вели чины, питающего напряжения Е, и тем новогО сопротивления фотоприемников . Напряжение на лямбда3i-3n. диодах и зд примерно равно нулю вследствие чего напряжение на опти6 j-6 равно ческих затворах 5-1-5« и примерно: напряжению питания Е Если величина Е,, выбрана больше по рогового напряжения для жидкокристаллического вещества, то все затворы 5-,-5п, 6 -6„будут непрозрачными 1я проходящего излучения (закрытыми), благодаря извectным эффектам в жидких кристаллах, т.е. на оптических выходах регистра будут логические оптические нули, наряду с электрическими логическими нулями на разрядных шинах . При подаче питающего напряжения на ячейки желательно электрические разрядные шины 1i -14j ячеек Ц-1 соединить с нулевой шиной, чтобы за счет паразитных емкостей и емкостей между плас Ю 4 тинами электродами 7 оптических за.творов и во время переходного процесса, во время заряда этой емкости напряжение на лямбдадиодах не увеличилось скачком больше Uj,-,., т.е. этим самым обеспечить надежное установление всех,ячеек Ц- в устойчивое состояние, соответствующее точке А, и не допус- , тить переключения ячеек в состояние, соответствующее точке В. Напряжение, питания .должно быть больше напряжения отсечки лямбда-диодов, которое составляет 2,5-12 В и зависитот напряжения отсечки полевых транзисторов , из которых состоит лямбдадиод. При подаче информационного импульса на вход 10 и первого тактового на шину 12 тактовых импульсов задающий светодиод 9 и тактовый светог диод 11 вырабатывают, оптические импульсы. Оптический импульс от тактового светрдиода 11 не может пройти через закрытые непрозрачные оптические затворы , время переключения которых выбирается большим длительности тактовых и информационных им-. пульсов, поэтому только первая разрядная ячейка Ц, благодаря уменьшению сопротивления первого фотоприемника 3 -J под воздейСТвием оптического импульса задающего свётодиода 9 переключится в устойчивое состояние, соответствующее логической единице. Процесс переключения происходит следующим образом. Сопротивление фотоприемника 3. начинает падать под воздействием излучения от задаюи его свётодиода 9 и наклон нагрузочной прямой (см.фиг 2) начинает увеличиваться. Ток через лямбда-диод 2 растет и рабочая точка по вольтамперной характеристике движется вверх, пока модуль дифференциального отрицательного сопротивления на падающем участке станет равным значению сопротивления фотоприемника 3, которое уменьшается под воздействием излучения. В этот момент . происходит переключение ячейки 1 и рабочая точка скачком по нагрузочной прямой 6 перемещается из точки С в В (см. фиг. 2), В этом устойчивом состоянии (в) напряжение на лямбдадиоде 2 Ugg примерно равно напряжению питаний Е , т.е. на разрядной ЙПИI. „ появляется логический уро- Масоответствующий единице, 1 6 станопряжение на затворах и вится равным примерно нулю, вследствие чего они становятся прозрачными и благодаря этому излучение от постоянного источника света 13 проходит через открывшийся затвор 5на оптический выход 16 регистра. Устойчивое состояние (В) сохраняется и при исчезновении светового импульса на входе фотоприемника 3-j, так как даже при наклоне нагрузочной пря мой, соответствующем прямой а (см, фиг, 2) рабочая точка не может перей ти източки В в А. Обратное переключение ячейки из точки В в точку А может произойти лишь тогда, когда напряжение на лямбда-диоде уменьшает ся до напряжения,отсечки и... Для того, чтобы напряжение на лямбдадиоде в.состоянии, соответствующем точке В, равнялось примерно Е.,., и для устранения искажения вольтамперной характеристики лямбда-диодо темновое сопротивление первых фотоприемников выбирается на порядок меньше темнового сопротивления вторых фотоприемников . При таком выборе темновых сопротивлений фотоприемников 3-|-3,, t-j-4 обеспечивается устойчивое состояние в точках А и В. Если световое сопротивление фотоприемников также на порядок меньше светового сопротивления вторых фотоприемников то этим самым обеспечивается сохранение ячейкой состояния; соответствующего логической 1 при одновременном освещении первого 3 и второго Ц фотоприемников. Время переключения ячейки зависит от быстродействия фотоприемников например фотодиодов, и быстродействия лямбда-диодов а как извест- о время переключения те и иных составляет в лучших случаях десятки-сотни наносекунд. Отсюда сле дует, что минимальная длительность тактовых импульсов и информационных должна быть не. меньше этого времени чтобы обеспечить надежное переключение ячеек. Время переключения опт ческих затворов , и 6,-6 на жи ком кристалле, например, из состояния закрыта в состояние oткpытa и наоборот определяется инерционностью эффектов в жидком кристалле и составляет от сотен-микросекунд д десятков миллисекунд, что больше че всемя переключения фотоприемников 456 ,, -( от темнового сопротивления к световому. Поэтому при длительности тактовых импульсов немного большей времени переключения фотоприемников 3-|-Зп. оптический затвор 6 за время действия первого тактового импульса не успевает открыться и не может пропустить световой импульс на вход первого фотоприемника 3л второй ячейки 1/, и на вход второго фотоприемника k первой ячейки Ц, Вследствие этого состояние последующих ячеек не меняется. Пусть в момент второго тактового импульса на информационном входе 10 будет логический нуль. При этом сопротивление первого фотоприемника 3 ячейки К будет большим, задающий светодиод 9 не излучает, а сопротивление второго фотоприемника Ч под воздействием излучения от тактового светодиода 11, прошедшего через открытый оптический затвор 6-,, начиПри этом напряжение.на нает падать. В момент, лямбда-диоде 2 падает когда оно станет меньше напряжения отс Рабочая точка переместится из точки В в точку А, т.е, произойдет переключение ячейки Ц в состояние логического нуля, что соответствует информационному сигналу на входе 10, При этом напряжение на лямбда-диоде равным и дСйОВ, а напряже2 станет ние на затворах 5,, и 6 и 6 увеличивается и затворы закроются через некоторое время. Одновременно с переключением первой ячейки Ц благодаря воздействию прошедшего излучения от тактового светодиода 11 через открытый ранее второй затвор 6 на фотоприемник Зо второй я чейки 1„, вторая ячейка 2 аналогично описанному переключению первой ячейки , при подаче первого тактового импульса переключается в состояние логической единицы. Таким образом открываются затворы 5о и 2 напряжение на них упадет до нуля, а на лямбда-диоде 2 и разрядной шине яется логическая единица, высокий уровень. Излучение от постоянного источника света 13 проходит через открытый затвор 5п.на оптический выход-окно 162 маски 15. Затвор 5-i закрывается, а поэтому на выходе 1б оптического сигнала не будет. Такое состояние регистра соответствует сдвигу информации на один разряд. 7iOt Таким образом 1-я ячейка Ь при подаче тактового импульса приГ,имает ., - ioclLlTlT l e го светодиода Если бы. в момент подачи второго тактового импульса на входе 10 была логическая единица, то вследствие низкого сопротивления фотопримника 3/, световой тактовый импульс, прошедший через открытый затвор 6 первой ячейки 1, воздействующий на вход второго фотоприемника 4-, не изменил бы состояния первой ячейки. Таким образом, сдвигающий регистр «ожет сдвигать любую информацию, поступающую последовательно на информационный вход 10, кроме того, если подать параллельно информацию на разрядные шины ячеек то и эта информация при подаче тактовых импульсов будеТ сдвигаться. Сдвиг происходит лишь при так 1лД1ЭгТ1I I р-.им- ..,.-- Г. тового импульса.Моменты подачи так58товых импульсов могут быть любыми, при работе не :/Гр:г: с:в;;н:т;:и:;:рм:ци« сколько угодно. При этом за счет наличйя постоянного источника света 13 обеспечив аются наряду с электрическими выходами на разрядных шинах оптические выходные сигналы 1б-|-1бр, Все это расширяет функциональные возможности регистра. Кроме того функциональные возможности его расширены также за счет того, что как информационные входные импульсы, так и так- . товые могут быть как положительными, так и отрицательными, для этого необходимо лишь поменять полярность подключения задающего свётодиода и тактового светодиода. Минимальный период следования тактовых импульсов зависит от быстродействия оптических затворов, и в случае затворов на жидком кристалле составляет время от сотен микросекунд до десятков миллисекунд.

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СДВИГАЮЩИЙ РЕГИСТР, содержащий задающий свето;диод, шину тактовых импульсов, разрядные шины, шину питания и разрядные ячейки, каждая из которых содержит первый фотоприемник, причем первый фотоприемник первой разрядной ячейки оптически связан с задающим светодиодом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регистра и расширения его функциональных возможностей за счет обеспечения оптического отображения хранимой информации, в регистр введены постоянный источник света, тактовый светодиод, оптический формирователь в виде непрозрачной маски с разрядными окнами, являющимися оптическими выходами регистра, а в каждую разрядную ячейку введены второй фотоприемник, лямбда-диод, первый и второй жидкокристаллические оптические затворы, причем постоянным источник света через первые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан с соответствующими разрядными окнами непрозрачной маски, тактовый светодиод через вторые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан со вторыми фотопри9 емниками соответствующих разрядных ячеек и первыми фотоприемниками последующих разрядных ячеек, в каждой разрядной ячейке второй фотоприемник подключен параллельно лямбда-диоду, первый фотЬприемник подключен паралле41ьно первому и второму жидкокристал лическим оптическим затворам, лямбдадиод подключен к разрядной шине и через первый фотоприемник - к шине to М питания, а тактовый светодиод подключен к шине тактовых импульсов. ten

(риг. г

wf и