Фотоприемное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

Изобретение ртнрсится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к ИК-излучению, в частности к фотоприемным устройствам, в которых проявляется взрывной шум.

Известно, что пороговая чувствительность фотоприемного устройства в оснбв- ном определяется флуктуационными процессами (шумами), происходящими в чувствительном элементе. Наряду со стационарными шумами (шумом типа I /Ф, гене- рационно-рекомбинационным и тепловым шумами), имеющими постоянное во времени среднеквадратичное значение напряжения и визуально регистрируемыми (например, по экрану осциллографа) в виде равномерной шумовой дорожки, может возникать и взрывной шум, проявляющийся на фоне стационарных шумов в виде импульсов напряжения (тока). Длительность импульсов взрывного шума случайно распределена во времени и находится в пределах от нескольких десятков микросекунд до нескольких секунд, а время нарастания и спада переднего и заднего фронтов соответственно от 0,1 до 10мкс. Амплитуда

4 О О VJ

импульсов при прочих равных условиях постоянна во времени и находится в пределах от 0,5 до (5-10) среднеквадратичного значения напряжения стационарных шумов.

Известно фотоприемное устройство, в котором фотосигнал, смешанный со стационарными шумами, преобразуется амплитудным детектором в постоянную составляющую, равную по величине амплитуде фотосигнала в смеси со стационарными шумами. При пррхождении импульса взрывного шума сигнал на выходе амплитудного детектора возрастает на величину его амплитуды и этот уровень поддерживается до окончания действия импульса. В результате вычитания сигнала на выходе амплитудного детектора из входного сигнала импульсы взрывного шума оказываются подавленными.

Однако в этом устройстве амплитудный детектор работает в режиме отслеживания максимальной амплитуды поступающего сигнала (сброс его до нулевого значения происходит лишь во время прохождения заднего фронта импульса взрывного шума), поэтому при уменьшении амплитуды фото- сигнала в какой-то момент времени (происходящем, например, при удалении объекта излучения) постоянная составляющая на выходе амплитудного детектора не изменяется и, если такое уменьшение произошло непосредственно перед прохождением импульса или во время его появления, то коэффициент ослабления импульсной помехи значительно уменьшается.

Наиболее близким к изобретению явля- ется фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные фотоприемник и предварительный усилитель, к выходу которого подключены параллельно соединенные по входу линия задержки, амплитудный детектор, управляемый электронный ключ и формирователь импульса, по длительности равного длительности импульса взрывного шума, а также второй амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу управляемого электронного ключа, а выход - к одному из входов управляемого переключающего устройства, второй из входов которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, а выходы линии задержки и управляемого переключающего устройства соединены с входами вычитающего устройства, выход которого соединен с входом усилительного каскада.

Амплитудные детекторы преобразуют входной сигнал в постоянную составляющую, равную по величине амплитуде фотосигнала в смеси со стационарными шумами. При прохождении импульса взрывного шу

ма уровень сигнала на одном из них возрастает на величину амплитуды импульса взрывного шума (сигнал высокого уровня) и этот уровень поддерживается постоянно во время работы фотоприемного устройства. При прохождении переднего фронта импульса взрывного шума сигналом от формирователя импульса управляемый электронный ключ размыкается. Поэтому на втором амплитудном детекторе фиксируется постоянная составляющая, равная по величине амплитуде фотосигнала в смеси со стационарными шумами (сигнал низкого уровня). На вход управляющего переключающего устройства приходит сигнал низкого уровня, а в момент прохождения импульса взрывного шума управляемое переключающее устройство переключается по сигналу от формирователя импульсов и на его выход проходит сигнал высокого уровня. По окончании прохождения заднего фронта импульса управляемое переключающее устройство переходит в первоначальное состояние.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости за счет ослабления импульсных помех в виде импульсов взрывного шума фотоприемного устройства во всем интервале их длительности при наличии напряжения фотосигнала произвольной формы с изменяющимся во время действия помехи среднеквадратичным значением амплитуды.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные фотоприемник и предварительный усилитель, формирователь импульсов, выполненный из последовательно соединенных фильтра верхних частот и триггера Шмитта, а также линию задержки, вход которой соединен с входом формирователя, а выход ее подключен к неинвертирующему входу вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом усилительного каскада, выход которого является выходом устройства, введены два устройства выборки - хранения и вторые линия задержки, вычитающее устройство и формирователь импульса, выполненный в виде последовательно соединенных второго фильтра верхних частот и второго триггера Шмитта, при этом выход предварительного усилителя соединен с входом второго формирователя импульса и через вторую линию задержки подключен к входам устройств выборки-хранения и входу первой линии задержки, выходы первого и второго устройств выборки-хранения соединены с неинвёртйрующим и инвертирующим входами второго вычитающего устройства соот- ветственно, выход которого соединен с

инвертирующим входом первого вычитающего устройства, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с управляющими входами соответствующих устройств выборки-хранения.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы проходящих через устройство сигналов.

Устройство состоит (фиг.1) из фотоприемника 1, выход которого соединен с вхо- дом предварительного усилителя 2, выход предварительного усилителя соединен параллельно с входами линии 3 задержки и первого формирователя 4 импульсов, выполненного из последовательно соединен- ных фильтра 5 верхних частот и триггера 6 Шмитта, выход линии 3 задержки соединен параллельно с входами линии 7 задержки, второго формирователя 8 импульсов, выполненного из последовательно соединен- ных фильтра 9 верхних частот и триггера 10 Шмитта и двух устройств 11 и 12 выборки- хранения, управляющие входы которых подключены соответственно к выходам формирователей 8 и 4, а также первого вы- читающего устройства 13, неинбертирую- щий вход которого подключен к выходу устройства 11, а инвертирующий-к выходу устройства 12, а также второго вычитающего устройства 14, неинвертирующий вход которого подключен к выходу линии 7 задержки, инвертирующий - к выходу первого вычитающего устройства 13, а выход - к входу усилительного каскада 15.

На фиг.2 обозначены: а - временная диаграмма сигнала на выходе предварительного усилителя 2, представляющего собой смесь фотосигнала, стационарных шумов и импульсов взрывного шума; б - сигнал после фильтра 5 верхних частот; в - выходной сигнал формирователя 4 импульсов; г - сигнал на выходе линии 3 задержки; д- сигнал после фильтра 9 верхних частот; е - выходной сигнал формирователя 8 импульсов; ж - выходной сигнал устройства 12 выборки-хранения; з - выходной сигнал устройства 11 выборки-хранения; к- выходной сигнал вычитающего устройства 13; л - выходной сигнал вычитающего устройства 14.

Устройство работает следующим обра- зом.

При отсутствии взрывных шумов импульсы управления устройствами выборки- хранения отсутствуют, вследствие чего устройства 11 и 12 находятся в состоянии Слежение, отслеживая амплитуду фотосигнала в смеси со стационарными шумами. Сигналы на их выходах одинаковы и равны выходному сигналу линии 3 задержки. При этом выходной сигнал вычитающего устройства 13 равен нулю и на выход вычитающего устройства 14 через линию 7 задержки, необходимую для согласования временного разбаланса сигналов, поступает сигнал с выхода линии 3 задержки.

При прохождении импульсной помехи (фиг.2а) фильтр 5 верхних частот отсекает низкочастотные составляющие входного сигнала и дифференцирует фронты импульсов взрывного шума (фиг.2б}, и формирователь 3 формирует импульс, равный по длительности импульсу взрывного шума (фиг.2в), который поступает на управляющий вход устройства 12 выборки-хранения. При этом устройство 12 переходит в состояние Хранение.

Задержанный линией 3 задержки входной сигнал (фиг.2г) поступает на фильтр 9 верхних частот, который отсекает низкочастотные составляющие задержанного входного сигнала и дифференцирует фронты импульсов взрывного шума (фиг.2д), формирователь 8 формирует импульс, который поступает на управляющий вход устройства 11 выборки-хранения. При этом устройство 11 переходит в состояние Хранение.

Так как сигнал на вход формирователя 4 поступает непосредственно с выхода предварительного усилителя 2, а на вход устройства 12 - после линии 3 задержки, входной сигнал устройства 12 задержан относительно сформированного импульса управления на его управляющем входе. Поэтому на выходе устройства 12 фиксируется амплитудное значение смеси фотосигнала со стационарными шумами, которое было на его входе непосредственно перед поступлением импульсной помехи. На устройство 11 и формирователь 8 входной сигнал поступает одновременно с выхода линии 3 задержки, поэтому на выходе устройства 11 фиксируется сигнал, равный амплитудному значению смеси фотосигнала, стационарных шумов и взрывного шума в момент окончания прохождения переднего импульса фронта импульса помехи (фиг.2з). После окончания действия импульсной помехи оба устройства выборки-хранения опять переходят в режим Слежение. В результате вычитания выходных сигналов устройств 11 и 12 в вычитающем устройстве 13 на его выходе появляется выделенный сигнал импульсной помехи (фиг.2к), который вычитается из выходного сигнала в вычитающем устройстве 14 и на вход вычитающего устройства 14 проходит лишь фотосигнал в смеси со стационарными шумами (фиг.2л). Таким образом, импульсная помеха оказывается ослабленной.

Формула изобретения Фотоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные фотоприемник и предварительный усилитель, формирователь импульса, выполненный из последовательно соединенных фильтра верхних частот и триггера Шмитта, а также линию задержки, выход которой соединен с входом формирователя, а ее выход подключен к нейнвертирующему входу вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом усилительного каскада, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости за счет ослаблени | импульсных помех в виде импульсов взрывного шума, в него введены два устройстве выборки-хранения и вторые линия з адержки, вычитаю

0

5

0

щее устройство и формирователь импульса, выполненный в виде последовательно соединенных второго фильтра верхних частот и второго триггера Шмитта, при этом выход предварительного усилителя соединен с входом второго формирователя импульса и через вторую линию задержки подключен к входам устройств выборки- хранения и входу первой линии задержки, выходы,первого и второго устройств выборки-хранения соединены с неинвертирующим и инвентирующим входами второго вычитающего устройства соответственно, выход которого соединен с инвертирующим входом первого вычитающего устройства, выходы первого и второго формирователей импульсов соединены с управляющими входами соответствующих устройств выборки-хранения.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к ИК- излучению, в частности к фотоприемным устройствам, в которых проявляется взрывной шум. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет ослабления помех в виде импульсов взрывного шума при наличии фотосигнала произвольной формы с изменяющимся во время действия помехи среднеквадратичным значением амплитуды. Сигнал фотоприемника, состоящий из смеси фотосигнала и стационарных шумов, после усиления поступает на вход двух устройств выборки-хранения, которые работают в режиме Слежение, отслеживая его амплитуду. При прохождении импульса взрывного шума устройства выборки- хранения переходят в режим Хранение, запоминай на одном из устройств выборки-хранения уровень, соответствующий амплитуде входного сигнала непосредственно Перед появлением импульса помехи. На другом устройстве выборки-хра- нения запоминается уровень, соответствующий амплитуде входного сигнала непосредственно после прохождения переднего фронта импульса помехи. В результате вычитания выходных сигналов устройств выборки-хранения формируется импульс, по длительности и амплитуде равный импульсу помехи, который вычитается из сигнала фотоприемника. 2 ил. у fe

i

ж

j.

I

.2