Фотоприемная ячейка Советский патент 1991 года по МПК G11C11/42 

f

(21)4673275/24

(22)06„02,89

(46) 07о01.91„ Бкшо № 1

(71)Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР

(72)В.Е. Бутт, Б„Но Панков, В,В„ Савельев и П„Ео Твердохлеб

(53)681„327,66(088,8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 661608, кпо G 11 С 11/42, 1977с

Автометрия 1977, № 2, с0 79-85„

(54)ФОТОПРИЕМНАЯ ЯЧЕЙКА

(57)Изобретение относится к вычислительной технике,и оптоэлектронным запоминающим устройствам для считывания и хранения оптической информации „ Целью изобретения является повышение чувствительности фотоприемной ячейки с дифференциальным входом путем автобалансировки входящего в фо- топриемную ячейку дифференциального усилителяо 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 16 и 17 осуществляется по их затворам от шины 12 стирания и от выхода 20 инвертора сигнала шины стирания (для дополнительных ключевых транзисторов 18 и19)о 1 з0По ф-льи 1 ил

1C

со

СО .Ј СД

Изобретение относится к вычислительной технике, а точнее к оптоэлект- ронным запоминающим устройствам для считывания и хранения оптической ин- формациио

Целью изобретения является повышение чувствительности фотоприемной ячейки с дифференциальным входом за счет автоматического устранения на- чального небаланса (автобалансировки) приемняемого в фотоприемной ячейке дифференциального усилителя0

На чертеже представлена схема фоточувствительной ячейки для дифферен- циального сравнения двух оптических сигналово

Фотоприемная ячейка (ФЯ) (фиг. 1) содержит усилительные транзисторы 1 и 2, нагрузочные транзисторы 3 и 4, тскостабилизирующий транзистор 5, управляемый от шины 6, задающий режим усилителю Транзисторы 1-5 образуют дифференциальный усилитель Фотоприем нал 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 подклю- чены к шине 12 стирания, стоки - к источнику смещения фотодиодов 13, а истоки - соответственно к затворам усилительных транзисторов 1 и 2„ Кроме того, фотоприемная ячейка содержит дополнительные фотодиоды 14 и 15, выполненные примыкающими соответственно к фотодиодам 7 и 8, ключевые транзисторы 16-19, инвертор сигнала стирания, имеющий выход 20 и содержащий ключевой 2t и нагрузочный 22 транзисторы Причем сток усилительного транзистора 1, являющийся первым выходом 23 фотоприемной ячейки, соединен со стоком транзистора 16, а сток усили- тельного транзистора 2, являющийся вторым выходом 24 фотоприемной ячейки соединен со стоком транзистора 17, исток транзистора 16 соединен с истоком транзистора 18 и фото- диодом 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 соединены 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, 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 7и 14, 8и 15 Возникший в результате работы емкостных делителей напряжений сигнал (напряжение) между входами усилителя при выполнении условия

Ј- - Ґ - 1

% А

(1)

между плоцадями фотодиодов 7 и 8 и дополнительных фотодиодов 14 и 15 с одной стороны и полным дифференциальным коэффициентом усиления усилителя Кд с другой стороны, будучи усиленным усилителем в Кд 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 коэффициент- усиления усилителя

После ВБ1ПОЛнения стирания, а следовательно,и балансировки ДУ ФЯ функционирует по аналогии с известной ФЯ, т0е„ сравниваемые оптические сигналы, попадая на поверхность фотодиодов, смещенных в обратном направлении зарядами, накопленными в их емкостях при стирании, разряжают эти емкости,

вызывая появление дифференциального сигнала на входах усилителя, пропорционального разности энергий сравниваемых сигналово Этот сигнал, усиленный в Кд раз, 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 приема сравниваемых ячейкой оптических сигналов

Формула изобретения

10 Фотоприемная ячейка, содержащая первый и второй усилительные транзисторы, стоки которых подключены к ис- токам и затворам соответственно первого и второго нагрузочных 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 ыине 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 - чающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности фотоприемной ячейки, в нее введены третий и

0

5 о 0

5

четвертый фотодиоды, ключевые транзисторы с первого по пятый и третий нагрузочный транзистор, причем стоки первого и второго усилительных транзисторов, являющиеся 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 атвору третьего нагрузочного транзистора, затворы первого, второго и пятого ключевых транзисторов подключены к шине стирания, сток третьего нагрузочного транзистора подключен к первой шине питания, исток пятого ключевого транзистора подключен к второй шине питания, аноды фотодиодов с первого по четвертый соединены с общей

ШИНОЙ о

2„ Ячейка по п„ 1, отличающая с я тем, что первый и третий фотодиоды и второй и четвертый фотодиоды выполнены на подложке, примыкающими друг к другу, а отношение площадей удовлетворяет соотношению

1 к- - 1 S2 kA Ь

где S( - площади первого и второго о фотодиодов; 8л - площади третьего и четвертого фотодиодов;

К. - полный дифференциальный ко- эффициент усиления дифференциального усилителя фотоприемной ячейки