Электронно-оптический коррелятор Советский патент 1976 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к технике аналоговой линейной обработки сигналов, а именно к устройствам вычисления интегралов типа свертки и фильтрации сигналов в реальном масштабе времени и может быть исполь зовано для сложной многоканальной фильтрации, для спектрального анализа сигналов, статистических исследований, распознавания образов и т.д.

Известны оптические когерентные и некогерентные корреляторы, в которых обрабатываемый сигнал записывается на фотопленке в виде модуляции оптической плотности 1 Такие корреляторы принципиально могут обеспечить реальный масштаб времени выходкого сигнала, но из-за необходимости химической обработки пленки при регистрации сигнала создают значительную задержку выходного сигнала.

Лзвесшо также устройство для определениа интегралов типа свертки, содержащее оптический проектор задания весовой функции и электроннолучевую трубку, внутри которой установлен электронный модулятор входного сигнала и двумерная мишень 2.

Устройство-прототип позволяет обрабатывать электрический сигнал в реальном масштабе времени, причем закон обработки может быть оперативно изменен при помощи смены весовой функции. В этом устройстве обрабатываемый сигнал и весовая функция задаются в виде пространственного распределения проводимостей, .индуцированных электронными лучами.

При перемещении электронного изображения весовой функции осуществляется непрерывная обработка сигнала, в том числе в реальном масштабе времени.

Однако недрстаточная линейность и трудность ст1фания использованной информации приводят к дополнительному увеличению размеров рабочей поверхности полупроводниковых слоев и всего устройства.

Цель изобретения - повысить точность работы устройства.

Это достигается тем, что коррелятор содержит внутри электроннолучевой трубки стирающий электронный прожектор, установленный в направлении двумерной мишени, выполненной в виде матрицы полевых транзисторов и фоточувствительных электронных ключей; истоки транзисторов соединены с отрицательной шиной питания, сток каждого транзистора подключен к положительной шине питания через фоточувствительный5 электронный ключ, изолированные затворы транзисторов расположены на пути записываюшего и стирающего лучей соответствующих электронных прожекторов. На фиг. 1 показана подложка с матри- JQ цей полевых транзисторов и фоточувствительных электронных ключей; на фиг. 2 - эквивалентная схема электронно-оптического коррелятора. На подложке 1, например, кремниевой 15 Р -типа, методами планарной технологии образуется линейка полевых транзисторов, например МОП - транзисторов с изолированным затвором. Истоки транзисторов 2 в виде областей объединены металлической ши- 20 ной 3, подключенной к отрицательному полю су источника напряжения 4. Сток 5 каждого транзистора в виде h - области соедине металлической перемычкой 6с р -областью 7 соответствующего фоточувствительного электронного ключа, например, показанного на фиг. 1 планарного р -п- п -перехода, образованного на кремниевой подложке 1 и изолированного от riee при помощи образования диффузией П -области. П+-О6ласти 8 переходов, представляющих собой по существу фотодиоды, объединены при помощи металлической шины 9, подключенной к положительному полюсу источника напря- жения 4. Затворы 1О МОП - транзисторов изолированы от канала слоем окиси 11 и представляют для электроннъ1Х лучей изолированные мишени. Запись сигнала в виде потенциального рельефа на затворах МОП-транзисторов осуществляется в режиме быстрых электронов при помощи записывающего электронного прожектора 12. Стирание использованной информации осуществляется при помощи стирающего электронного прожектора 13 в режиме медленных электронов. Движущееся оптическое изображение весовой функции, задающей вид обработки, т.е. вид передаточной функции эквивалентного фильтра, при помощи проектора 14 подается на фоточувствительные площадки 15 матрицы р-n -п переходов. Электронно-оптический коррелятор работает следующим образом. Электронный луч записывающего прожектора 12, интенсивность которого промодулирована обрабатываемым сигналом, осуществляет запись этого сигнала в виде наведенного на затворы МОП - транзисторов потенциального рельефа. Матрица МОП - транзисторов преобразовывает этот потенциальный рельеф в рельеф проводимостей каналов транзисторов. Матрица фоточувствительных ключей (фогтодиодов) 16 (см. фиг. 2) выполняет роль оптоэлектронных ключей, коммутирующих в соответствии с их освещенностью напряжение питания (от источника напряжения 4) на стоки МОП-транзисторов. При затемнении фотодиода все напряжение падает на нем, а при его освещении можно добиться такого режима, когда все напряжение или его большая часть падает на участке исток-сток МОП-транзистора, обеспечивая нормальный ток через него, определяемый потенциалом затвора. Полный ток tJ равен сумме токов освещенных ячеек и пропорционален значению корреляционного интеграла от сигнала и весовой функции. При конгруэнтном перемещении изображения весовой функции по матрице фотодиодов имеет место непрерывная обработка сигнала в реальном масштабе времени. Максимально возможное время обработки ограничивается временем запоминания потенциального рельефа на затворе, равного постоянной времени входа МОП-транзистора Т - R С . Ддя полевых транзисторов с управляющим р - п-переходом R 10 ом, С 207-100 пф и Т 2Of 100 мсек, а для МОП-транзисторов с изолированным затвором R 10%5О - ом, пф и Т 5мсек-1О сек. Благодаря возможности эффективного стирания можно утверждать, что такие времена запоминания достаточны для большинства задач фильтрации. Использование современной план$1рной технологии при практической реализации акого коррелятора позволяет получить высокую надежность, большую информационную емкость и высокую результирующую скорость при многоканальной обработке. Так, при площади многоканального коррелятора 5 10х1О см размерах одной ячейки (МОП-транзистор плюс фотодиод) с учетом обеспечения необходимого теплоотвода SQ 100 х 100 мкм , времени запоминания Т 1О сек и динамическом диапазоне записи D Ю количество независимых параллельных каналов о аботки составляет количество яче- ек в каждом канале 10 , инек в каждом канале N j N формационная емкость С - Pogj D 7-10°бит а результирующая скорость обработки во всех каналах w бит/сек.

Формула изобретения

Электронно-оптический коррелятор, содержащий сштическнй проектор задания весовой функции и электроннолучевую трубку, внут рн которой установлен электронный модулятор входного сигнала и двумерная мишень, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит внутри электроннолучевой трубки стирающий электронный прожектор, установленный в направлении двумерной мишени, выполненной в виде матрицы полевых транзисторюв и фоточувствительных электронных ключей, истоки транзисторов соединены с отрицательной шиной питания, сток каждого транзистора подключен к положительной шине питания через фоточувствительный электронный ключ, изолированные затворы транзисторов размещены на пути записывающего и стирающего лучей соответствующих электронных прожекторов.

Источники информации, использованные при экспертизе:

1.Жовинский В.Н., Арховский В.Ф. Корреляционные устройства. Энергия, 1964, с. 161-169.

2.Заявка № 2О53361/24, М.Кл. G- 06 G 7/19, 1974.

10

М

--М

16

Фиг. 2

УО