Оптоэлектронный сдвигающий регистр Советский патент 1985 года по МПК G11C19/30 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах, устройствах визуальной индикации, устройствах отображения.

Целью изобретения является повышение надежности регистра.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Оптоэлектронный сдвигающий регистр содержит разрядные ячейки , которые состоят из лямбда-диодов 2i-2п, первых фотоприемников (фотоэлементов) 3i-3„, вторых фотоприемников (фотоэлементов) 4i- 4„, первых 5i-5п, вторых 6i-6„ и третьих 7|-7л жидкокристаллических оптических затворов, выполненных в виде прозрачных металлических пластин-электродов 8, между которыми находится диэлектрик с электрически управляемой оптической плотностью, например жидкокристалли-ческое вещество 9, первый 10 и второй 11 оптические входы регистра, постоянный светоизлучатель 12, тактовый светоизлучатель 13, соединенный с щиной 14 тактовых импульсов и шиной нулевого потенциала, разрядные входы-выходы 15i-15„ регистра, оптическую маску-формирователь 16 с разрядными оптическими окнами 17i-17п, являющимися оптическими выходами регистра и оптические связи 18.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на первом опти-. ческом входе 10 сигнал отсутствует, а на втором оптическом входе 1 1 присутствует. Кроме того, на шине 14 тактовых импульсов нет и тактовый светоизлучатель 13 не излучает, поэтому фотоэлементы 3i-Зп и 4i-4„ независимо от состояния жидкокристаллических оптических затворов 6i-6л и 7i-7л находятся в состоянии темнового сопротивления, которое является большим. При подаче напряжения питания Епнт на ячейки Ь-In благодаря большому темновому сопротивлению фотоэлементов , ячейки Ь-1га устанавливаются в состояние, при котором через лямбда-диоды и фотоэлементы 3|-3л текут незначительные токи, величина которых зависит от Епит и темнового сопротивления фотоэлементов. Напряжение на лямбда-диодах 2i-2л приблизительно равно нулю, вследствие чего напряжение на жидкокристаллических оптических затворах 5i-5„ и 6i-6„ равно приблизительно напряжению питания Епит, а на жидкокристаллических оптических затворах равно нулю. Если величина Епит выбрана больше порогового напряжения для жидкокристаллического вещества 9, то все жидкокристаллические оптические затворы 5i-5л и 6i-6п будут непрозрачными для проходящего излучения (закрытыми), а затво-. ры - открытыми благодаря известным эффектам в жидких кристаллах, т. е. на оптических выходах 17i-17„ устройства

будут логические нули наряду с логическими нулями на разрядных выводах 15i - 15„.

При подаче информационного импульса

на первый оптический вход 10 и первого тактового импульса на шину 14 тактовых импульсов тактовый светоизлучатель 13 начинает излучать оптический импульс. При этом на второй оптический вход 11 подается оптический сигнал, инверсный сигналу на входе 10. Оптический импульс от тактового светоизлучателя 13, проходя через открытые жидкокристаллические оптические затворы , воздействует на фотоэлементы 4|-4л, уменьшая их сопротивление.

д Но состояние ячеек Ь-U не может при этом измениться, так как жидкокристаллические оптические затворы 6i-6л закрыты и оптический импульс не может пройти через них. Время переключения жидкокристаллических оптических затворов выбирается большим

0 длительности оптических импульсов тактовых и информационных, поэтому только первая разрядная ячейка Ь благодаря уменьшению сопротивления первого фотоэлемента 3i под воздействием излучения от информационного оптического входа 10 (на входе

регистра логическая единица) переключится в устойчивое состояние, соответствующее логической единице. Процесс переключения происходит следующим образом.

Сопротивление фотоэлемента 3i начинает

0 падать под воздействием излучения от оптического сигнала на первом оптическом входе 10. Ток через лямбда-диод 2 растет и в этом устойчивом состоянии напряжение на лямбда-диоде 2i приблизительно равно напряжению питания Епит, т. е. на разрядной шине 15i появляется логический уровень, соответствующий единице. Напряжение на жидкокристаллических оптических затворах 5| и 6i становится равным нулю, а на 7i - равным Епит, вследствие чего жидд кокристаллические оптические затворы 5i и 6 становятся оптически прозрачными, а жидкокристаллический оптический затвор 7| закрывается, благодаря этому излучение от постоянного светоизлучателя 12 проходит через открывшийся жидкокристаллический

5 оптический затвор 5 на оптический выход 17i устройства. Устойчивое состояние сохраняется и при исчезновении светового импульса на входе фотоэлемента 3i. Обратное переключение ячейки может произойти лишь тогда, когда напряжение на лямбда0 диоде уменьшится до напряжения, отсечки, а это возможно тогда, когда на информационном входе регистра, а именно на входе 10, появится логический нуль, соответствующий отсутствию излучения. При этом на входе 11 появляется излучение, так как входы 10 и 11 инверсны. Сопротивление фотоэлемента 3i возрастает, а фотоэлемента 4i падает. За счет этого напряжение на лямбда-диоде 2i уменьшается и происходит переключение ячейки. Не трудно заметить, что состояние оптических затворов 6i-б„ и 7|-7„ всегда в установившемся состоянии таково, что оптические тактовые импульсы могут воздействовать либо на первый фотоэлемент 3 последующей ячейки или на второй 4, т. е. устанавливать ее в то состояние, в котором до этого находилась предыдущая ячейка, так как состояние жидкокристаллических оптических затворов 6i-6п и зависит от состояния, в котором находятся разрядные ячейки 1| -1„. Вследствие этого и получается возможность сдвига любой информации в регистре.

Время переключения ячейки зависит от быстродействия фотоэлементов 3i-Зп и 4i- 4„, например фотодиодов, и быстродействия лямбда-диодов , а как известно время переключения тех и других составляет в лучшем случае десятки-сотни наносекунд. Отсюда следует, что минимальная длительность тактовых импульсов для обеспечения надежного переключения ячеек должна быть не меньше этого времени. Время переключения жидкокристаллических оптических затворов определяется инерционностью эффектов в жидком кристалле и составляет от сотен микросекунд до десятков миллисекунд, что больше, чем время переключения фотоэлементов 3i-3« и 4i-4„. Поэтому при длительности тактовых импульсов немного больше времени переключения фотоэлементов 3i-3„ и 4i-4„ жидкокристаллический оптический затвор 6i за время действия первого тактового импульса не успевает открыться и не может пропустить

световой импульс на вход фотоэлемента 32 второй ячейки 12. Поэтому состояние второй 1| и остальных ячеек после первого тактового импульса не меняется. Информационный импульс должен быть по длительности равным периоду следования тактовых импульсов, а последний зависит от быстродействия оптических жидкокристаллических затворов и составляет в лучшем случае сотни микросекунд.

Пусть в момент подачи второго тактового импульса на информационном входе, а именно на первом оптическом входе 10, нет излучения. Тогда оптический сигнал с второго оптического входа II, так как он инверсный, переключит первую ячейку 11 из состояния логической единицы в состояние логического нуля, а второй тактовый импульс со с вето излучателя 13, пройд я через открытый ранее жидкокристаллический оптический затвор 6i на вход фотоэлемента 32 переключит вторую ячейку Ь в единичное состояние. Таким образом, показана возможность сдвига любой информации вследствие того, что жидкокристаллические оптические затворы ячеек запоминают предыдущее состояние разрядных ячеек. Если информацию для сдвига подать параллельно на разрядные шины 15i -15„ ячеек , то эта информация при подаче тактовых импульсов будет сдвигаться. Сдвиг информации происходит лишь при подаче тактовых импульсов, что позволяет хранить сдвинутую информацию как угодно долго.

При этом за счет наличия постоянного светоизлучателя обеспечиваются наряду с электрическими выходами 15i-15л оптические выходы 1 7i - 17л.

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СДВИГАЮЩИЙ РЕГИСТР, содержащий постоянный источник света, тактовый светодиод, анод которого является тактовым входом регистра, а катод подключен к шине нулевого потенциала, оптический формирователь в виде непрозрачной маски с разрядными окнами, являющимися оптическими выходами регистра, и разрядные ячейки, каждая из которых содержит первый и второй фотоприемники, первый и второй жидкокристаллические оптические затворы и лямбдадиод, первые выводы которых являются входом-выходом разрядной ячейки, вторые выводы первого фотоприемника и первого и второго жидкокристаллических оптических затворов соединены с шиной питания, а вторые выводы второго фотоприемника и лямбда-диода соединены с шиной нулевого потенциала, постоянный источник света через первый жидкокристаллический оптический затвор каждой разрядной ячейки оптически связан с соответствующими разрядными окнами непрозрачной маски, тактовый светодиод через второй жидкокристаллический оптический затвор каждой разрядной ячейки оптически связан с первым фотоприемником последующей разрядной ячейки, первый фотоприемник первой разрядной ячейки является оптическим входом регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения надежс SS ности регистра, в каждую его разрядную ячейку введен третий жидкокристаллический ел оптический затвор, включенный параллельно лямбда-диоду, причем тактовый светодиод с через третий жидкокристаллический оптический затвор каждой разрядной ячейки оптически связан с вторым фотоприемником последующей разрядной ячейки, второй фотоприемник первой разрядной ячейки является дополнительным оптическим входом регистра. 4 ;о со