Оптоелектронний зсувний регістр

1 Оптоелектронний зсувний регістр, який містить тактовий випромінювач, включений між загальною шиною і шиною струмових тактових імпульсів, постійний світловипромінювач, включений між загальною шиною і струмовою шиною, оптичну маску-формувач з розрядними оптичними вікнами - оптичними виходами регістра, а також п комірок, які містять по три оптоелектронних затвори кожна, причому перші і другі затвори всіх пкомірок своєю вхідною апертурою зв'язані з вихідною апертурою тактового світловипромінювача, а треті затвори всіх n-комірок своєю вхідною апертурою зв'язані з вихідною апертурою постійного світловипромінювача, а вихідною апертурою - ВІДПОВІДНО з оптичними виходами кожної з n-комірок, причому перші і другі затвори кожної з n-комірок з'єднані послідовно і включені між шиною живлення і загальною шиною пристрою, точки з'єднання перших і других затворів кожної з п комірок є електричними виходами кожної з ВІДПОВІДНИХ комірок регістра, а треті затвори кож Винахід відноситься до обчислювальної техніки і може бути використаний в системах оптичної обробки інформації Відомий оптоелектронний зсувний регістр в розрядних комірках якого в якості елементів пам'яті використовуються фототиристори (авторське свідоцтво СРСР №1243037, кл G11C 19/00, опубл 07 07 86, бюл № 25) Недоліком цього регістра є його низька надійність і залежність яскравості випромшення світлодюдів, які являються оптичними виходами регіст ної з n-комірок включені між шиною живлення пристрою і електричними входами кожної з п-комірок ВІДПОВІДНО, який відрізняється тим, що в кожну з n-комірок введені по два послідовно з'єднані оптолямбда-дюди, включені між шиною живлення і загальною шиною, причому точка з'єднання оптолямбда-дюдів кожної з n-комірок з'єднана з електричним виходом відповідної з n-комірок, а вхідна апертура фотодетекторів кожного з двох оптолямбда-дюдів всіх n-комірок є вхідною апертурою відповідної n-комірки, а вхідна апертура першої з n-комірок є і вхідною апертурою регістра, причому ВИХІДНІ апертури першого і другого затворів кожної з попередніх комірок регістра з'єднані з вхідними апертурами фотодетекторів першого і другого опто-лямбда-дюдів кожної з наступних комірок регістра 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що опто-лямбда-дюд складається з фотодетектора і послідовно з'єднаних першого n-канального польового транзистора і другого р-канального польового транзистора, причому перший транзистор підключений стоком до виводу позитивного потенціалу і до затвора другого транзистора, а витоком підключений до витоку другого транзистора та затвором підключений до стоку другого транзистора і до виводу негативного потенціалу, причому фотодетектор, вхідна апертура якого є вхідною апертурою опто-лямбда-дюда, підключений або до виводів витоку і стоку другого транзистора, або до виводів стоку і витоку першого транзистора ра, від КІЛЬКОСТІ розрядів регістра, зберігаючих 1 одночасно (це може бути і один зі всіх п розрядів регістра, і всі п розрядів регістра) Так як всі комірки пам'яті виведені на одну керуючу шину, а обмежуючі струм елементи відсутні у всіх комірках регістра, то мінімальний і максимальний струми кожної комірки відрізняються в п раз, де п КІЛЬКІСТЬ розрядів регістра Тому якщо п>6, то потрібно шукати компроміс між надійністю і потужністю випромшення СВІТЛОДІОДІВ Відомий також оптоелектронний зсувний ре О (О со Ю 53761 пстр в розрядних комірках якого в якості елементів пам'яті використані лямбда-дюди (авторське свідоцтво СРСР № 1174990, кп G11C 19/00 , опубл 23 08 85, бюл №31) Недоліком цього пристрою є низька швидкодія і низька навантажувальна здатність регістра Найбільш близьким до запропонованого рішення є оптоелектронний зсувний регістр, який містить розрядні комірки, які складаються з перших лямбда-дюдів, з перших і других фотодетекторів, з перших, других і третіх рідиннокристалічних оптичних затворів і других додаткових лямбдадюдів, оптичних зв'язків, першого і другого оптичних входів регістра, постійного світловипромінювача, тактового світловипромінювача, з'єднаного з шиною тактових імпульсів, розрядних електричних ВХОДІВ-ВИХОДІВ регістра, оптичної маски формувача з розрядними оптичними вікнами, які є оптичними виходами регістра, (авторське свідоцтво СРСР №1594607, кл G11C 19/00, опубл 23 09 90, бюл № 35) Недоліком цього регістра є те, що при надходженні оптичних імпульсів чи сигналів одночасно на обидва оптичні входи регістра обидва лямбдадюди переходять в стан, при якому через них протікають струми, які перевищують максимальні (струми переключення) при напрузі, приблизно рівній половині напруги джерела живлення Тому потужність, яка розсіюється лямда-дюдами в таких режимах значно перевищує потужність розсіювану в робочих режимах Це суттєво ускладнює технічне обслуговування, наладку і ремонт пристрою, особливо при роботі у видимому діапазоні хвиль В основу винаходу поставлена задача створення оптоелектронного зсувного регістру в якому за рахунок зміни конструкції і введення нових зв'язків досягаються такі вольт-амперні характеристики (ВАХ), при яких виключається можливість отримання стійкої робочої точки в області значних величин струмів Поставлена задача досягається тим, що в оптоелектронний зсувний регістр, який містить тактовий випромінювач, включений між загальною шиною і шиною струмових тактових імпульсів, постійний світловипромінювач включений між загальною шиною і струмовою шиною, оптичну маскуформувач з розрядними оптичними вікнами, а також п комірок, які містять по три оптоелектронних затвори кожна, причому перші і другі затвори всіх п комірок своєю вхідною апертурою зв'язані з вихідною апертурою тактового світловипромінювача, а треті затвори всіх п комірок своєю вхідною апертурою зв'язані з вихідною апертурою постійного світловипромінювача, а вихідною апертуроюВІДПОВІДНО з оптичними виходами кожної з п комірок (чи з розрядними оптичними вікнами маскиформувача, причому перші і другі затвори кожної з п комірок з'єднані послідовно і включені між шиною живлення і загальною шиною пристрою, точки з'єднання перших і других затворів кожної з п комірок є електричними виходами кожної з ВІДПОВІДНИХ комірок регістра, а треті затвори кожної з п комірок включені між шиною живлення пристрою і електричними входами кожної з п комірок ВІДПОВІДНО Додатково введені в кожну з п комірок по два послідовно з'єднані опто-лямбда-дюди, включених між шиною живлення і загальною шиною, причому точка з'єднання опто-лямбда-діодів кожної з п комірок з'єднана з електричним виходом відповідної з п комірок, а вхідна апертура фотодетекторів кожного з двох опто-лямбда-діодів всіх п комірок є вхідною апертурою відповідної з п комірок, а вхідна апертура першої комірки являється і вхідною апертурою регістра, причому вихідна апертура першого і другого затворів кожної з попередніх комірок регістра з'єднані з вхідними апертурами фотодетекторів першого і другого опто-лямбдадюдів кожної з наступних комірок регістра Крім того, опто-лямбда-дюд виконаний фото детектора і послідовно з'єднаних першого пканального польового транзистора і другого рканального польового транзистора, причому перший транзистор підключений стоком до виводу додатного потенціалу і до затвору другого транзистора, витоком підключений до витоку другого транзистора, а затвор' підключений до стоку другого транзистора і до виводу від'ємного потенціалу, причому фотодетектор, вхідна апертура якого являється вхідною апертурою опто-лямбда-дюд а, може бути підключений чи між виводами витоку і стоку другого транзистора, чи між виводами стока і витока першого транзистора Розглянемо основні технічні характеристики Використання замість двох послідовно з'єднаних лямбда-дюдів і підключених паралельно їм двох фотоприймачів двох послідовно з'єднаних опто-лямбда-дюд і в дозволило отримати такі вольт-амперні характеристики останніх, при яких виключається можливість отримання стійкої робочої точки в області значних величин струмів ВАХ послідовно з'єднаних двох опто-лямбда-діодів забезпечує стійкий низьковольтний (падіння напруги приблизно 1В) стан одного з опто-лямбда-дюд і в і високовольтний (падіння напруги майже рівне напрузі джерела живлення) стан іншого з оптолямбда-дюдів при незначних струмах — при будьяких вхідних сигналах (імпульсах) на загальних оптичних входах регістра На фіг 1 представлена схема запропонованого оптоелектронного зсувного регістра (далі — регістр) На фіг 2 і фіг 3 представленні можливі варіанти побудови опто-лямбда-дюд а, які відрізняються місцем включення фотодетектора Регістр містить п однакових комірок 1-і, , 1 П Кожна з п комірок містить опто-лямбда-дюди 2 і 3, електричний ВХІД-ВИХІД 4, оптоелектронний затвор індикації стану комірки 5, оптоелектронні затвори 6 і 7 зв'язку з вихідними оптичними апертурами 8 і 9 комірки ВІДПОВІДНО ВХІДНІ апертури 10 і 11 комірок створені фото детекторами оптолямбда-дюдів 2 і 3 ВІДПОВІДНО В склад регістра входить постійний світловипромінювач 12, тактовий випромінювач 13, підключений до шини 14 тактових струмових імпульсів Світловипромінювач 12 підключений до джерела живлення 15 Оптична маска-формувач 16 з розрядними оптичними вікнами 17 реалізує оптичні виходи регістра ВХІДНІ апертури 10і і 11і першої комірки її являються вхідними апертурами ВІДПОВІДНО 18 І 19 регістра Кожний опто-лямбда-дюд (фіг 2, 3) містить 53761 фото детектор 20, послідовно-з'єднані польові транзистори 21 (п-канальний) і 22 (р-канальний) Транзистор 21 підключений стоком до виводу додатного потенціалу 23 і до затвору транзистора 22, витоком - до витоку транзистора 22, затвором до стоку транзистора 22 і до виводу від'ємного потенціалу 24 Фотодетектор 20 може бути підключений між виводами витоку і стоку транзистора 22 (фіг 2) або між виводами стоку і витоку транзистора 21 (фіг 3) Вхідна апертура фотодетектора 20 є вхідною апертурою опто-лямбда-дюда Оптичний вихід світловипромінювача 12 з'єднаний з вхідними апертурами оптоелектронних затворів 6 і 7 зв'язку комірок 1-і, , 1 П регістра, а ВХІДНІ апертури затворів 6-і, ,6 П і і 7-і, ,7 П і з'єднані з вхідними апертурами опто-лямбда-дюдів 22, , 2 П І Зг, , 3 П ВІДПОВІДНО Шини джерела живлення всіх комірок 1-і, , 1 П з'єднані В кожній з комірок послідовно з'єднані опто-лямбда-дюди 2 і 3 включені між шинами джерела живлення, оптоелектронні затвори 5 і 6 включені паралельно опто-лямбда-дюду 2, а оптоелектронний затвор 7 включений паралельно опто-лямбда-дюду 3 Вихід 4 кожної комірки з'єднаний з виводами оптоелектронних затворів 5, 6 і 7 і з виводами додатного 23 і від'ємного 24 потенціалу опто-лямбда-дюдів 3 і 2 ВІДПОВІДНО Оптоелектронні затвори 5-і, ,5П, 6-і, ,6П, 7-і, ,7П прозорі при дії на них низьких напруг і непрозорі при дії на них підвищених напруг Тому при встановлений в нульовий стан комірках 1-і, , 1 П прозорі затвори 7-і, ,7П, а непрозорі затвори 5-і, ,5П і 6-і, ,6П А при встановлених в одиничний стан комірках 1-і, , 1 П прозорі затвори 5-і, ,5П і 6-і, ,6П, а непрозорі затвори 7-і, ,7П Напруга джерела живлення вибирається такою, щоб на одному з опто-лямбда-дюдів 2 чи З падала низька напруга, а на іншому - висока напруга Тип фотодетектора і оптична потужність інформаційних сигналів яка попадає на його вхід повинні забезпечувати можливість зміни стану пари опто-лямбда-дюдів на протилежний Тактові імпульси на вході 14 повинні мати тривалість, яка перевищує час переключення оптолямбда-дюдів, але менше часу переключення оптоелектронних затворів Період слідування тактових імпульсів повинен перевищувати час переключення • оптоелектронних затворів Тривалість оптичних імпульсів (сигналів чи рівнів логічних "0" і логічних "1") на входах 10і і 11і повинні рівнятися тривалості тактового імпульсу на вході 14 Регістр працює наступним чином Припустимо, що опто-лямбда-дюди 3-і, ,3П знаходяться в нульовому (низьковольтному) стані Тоді на виходах 4-і, ,4П напруги, ВІДПОВІДНІ логічному "0", а опто-лямбда-дюди 2-і, ,2П знаходяться під напругою близькою до напруги джерела живлення, т е у високовольтному або одиничному стані Такий стан комірок 1-і, , 1 П регістра є стійким Затвори 7-і, ,7П прозорі, а ІНШІ затвори непрозорі Тому на виходах 17і, ,17П оптичні сигнали відсутні, що відповідає логічному "0" Установка в одиничний стан комірки 1і відбувається при надходженні на вхід 10і оптичного сигналу, ВІДПОВІДНОГО ЛОГІЧНІЙ " 1 " на протязі трива лості тактового імпульсу В результаті збільшення фотоструму фотодетектора опто-лямбда-дюда 1\ викликає збільшення струму останнього до максимального значення і переключення пари оптолямбда-дюдів 2-і і 3-і в протилежний стан і на виході 4і напруга стає близькою до напруги джерела живлення, т є ВІДПОВІДНОЮ рівню логічної " 1 " регістра Після переключення опто-лямбда-дюдів 1\ і Зі оптичний імпульс (сигнал) зі входу 10і знімається, але комірка її зберігає введену інформацію Оптоелектронний затвор 5і індикації стану комірки 1і регістра знаходиться під дією низької напруги і стає прозорим для випромшення свого випромінювача 12 Тому на оптичному виході 17і комірки спостерігається світлове випромшення, відповідне одиничному стану комірки 11 Подача другого оптичного імпульсу на вхід 10і не змінює стану комірки 1 •] регістра Установка в нульовий стан комірки 1і відбувається при надходженні на вхід 11і оптичного сигналу, ВІДПОВІДНОГО ЛОГІЧНІЙ " 1 " на протязі тривало сті тактового імпульсу В результаті збільшення фотоструму фотодетектора опто-лямбда-дюда Зі викликає збільшення струму останнього до максимального значення і переключення пари оптолямбда-дюдів 3-і і 2-і в протилежний стан і на виході 4і напруга стає низькою і ВІДПОВІДНОЮ рівню логічного "0" регістра Комірка зберігає введену інформацію після закінчення оптичного імпульсу Оптоелектронний затвор 5і індикації стану комірки 1і регістра знаходиться під дією підвищеної напруги і стає непрозорим для випромінення постійного випромінювача 12 Тому на оптичному виході 17і комірки відсутність світлового випромінення, відповідне відповідає нульовому стану комірки 11 Подача другого оптичного імпульсу на вхід 11і не змінює стану комірки 1 •] регістра Якщо в комірці її записана одиниця, а в комірках 11, , 1 П - нулі, то затвори 5-і, 6і і 7-і, ,7П прозорі, а затвори 7-і, 5г, ,5П, 62, ,6П, непрозорі і тому на виходах А^\ і 17і спостерігаються ЛОГІЧНІ ОДИНИЦІ, а на виходах 4г, ,4П і 17-і, ,17П - ЛОГІЧНІ нулі Тоді перший тактовий імпульс викликає генерацію оптичного імпульсу і його проходження через прозорий затвор 6і на фото детектор опто-лямбдадюда 2г і встановлення в одиничний стан комірки І2 Стан інших комірок залишається незмінним На виході 172 з'являється світлове випромінення, відповідне одиничному стану комірки І2 Другий тактовий імпульс викликає проходження оптичних імпульсів через прозорі затвори 6і і 62 на фото детектори опто-лямбда-дюдів 1j 1 З2 ВІДПОВІДНО В результаті стан комірок 1-і, І2 і І4, ,1п не змінюється, в комірку 1з записується одиниця і з'являється світлове випромінення на виході 17з Після подачі п-1 тактових імпульсів всі п комірок встановлюються в одиничний стан і на виходах 17-І, ,17П буде спостерігатись світлове випромінення Якщо одночасно з n-ним тактовим імпульсом поступить оптичний імпульс на вхід 11-І, то після завершення тактового імпульсу стан комірок І2, 1 П не зміниться, так як затвори 6і і 1\ не встигають змінити свій стан на протязі тактового імпульсу, а комірка 11 буде знаходитись в нульовому стані 53761 До початку наступного тактового імпульсу затвор 7і стає прозорим, а затвори 5-і і 6-і - непрозорими Тому наступний тактовий імпульс викликає проходження оптичного імпульсу через затвор 7і на фото детектор опто-лямбда-діода Зг і встановлення комірки І2 в нульовий стан Кожний наступний тактовий імпульс здвигає інформацію в регістрі на один розряд вправо 8 Таким чином, на протязі кожного тактового імпульсу може проводитися прийом нової інформації в комірку 1і - при подачі оптичного імпульсу на ВІДПОВІДНИЙ вхід - і здвиг на один розряд вправо інформації, яка зберігалася в регістрі до надходження тактового імпульсу. 10 53761 Г 23 _ 21 *! 1 22 г-І 24 Фіг. З ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24