Преобразователь интенсивности света в частоту

 

Изобретение относится к фотометрии и микроэлектронике и может быть использовано при создании многоэлементных интегральных фотоприемных устройств. Цель изобретения снижение рассеиваемой мощности. Преобразователь содержит соединенные параллельно фотоэлектрический преобразователь 1 интенсивности света в ток и интегрирующий элемент 2, ключевой МДП транзистор 3, нагрузочный МДП транзистор 4 того же типа проводимости, что и ключевой транзистор, параллельно соединенные дополнительный источник 6 тока и второй интегрирующий элемент 7, второй ключевой МДП - транзистор 8, второй нагрузочный МДП транзистор 9, причем второй ключевой и второй нагрузочный МДП транзисторы имеют тип проводимости, противоположный первым ключевому и нагрузочному МДП - транзисторам. В качестве дополнительного источника тока может использоваться второй преобразователь интенсивности света в частоту, работающий в диапазоне длин волн, в котором присутствует фоновое излучение. 1 ил.

Изобретение относится к фотометрии и микроэлектронике и может быть использовано при создании многоэлементных интегральных фотоприемных устройств. Целью изобретения является снижение рассеиваемой мощности. На чертеже представлена схема преобразователя интенсивности света в частоту. Преобразователь интенсивности света в частоту содержит фотоэлектрический преобразователь 1 интенсивности света в ток, интегрирующий элемент 2, ключевой МДП-транзистор 3, нагрузочный МДП-транзистор 4, емкость 5 узла A, дополнительный источник 6 тока, второй интегрирующий элемент 7, второй ключевой МДП-транзистор 8, второй нагрузочный МДП-транзистор 9, емкость 10 узла B. Преобразователь интенсивности света в частоту работает следующим образом. В исходном состоянии ключевые транзисторы 3 и 8 закрыты. Потенциалы узлов A и B контролируются постоянными смещениями на затворах нагрузочных транзисторов 4 и 9. На стоки указанных транзисторов подается напряжение питания, причем сток транзистора 4 соединяется с источником питания через низкоомное устройство, детектирующее импульсы тока. Фототок с преобразователя 1 интенсивности света в ток и ток с генератора 6 тока разряжают соответственно интегрирующие элементы 2 и 7 (под разрядкой подразумевается уменьшение по абсолютной величине напряжения на этих емкостях). При этом на обкладках элементов 2 и 7, соединенных с истоками транзисторов 3 и 8, накапливаются неосновные по отношению к подложкам этих транзисторов носители. Величина тока с источника 6 или емкость элемента 7 подбираются такими, чтобы элемент 7 разряжался быстрее элемента 2 даже при максимальной засветке фотоэлектрического преобразователя 1. После разрядки элемента 7 до уровня, при котором ключевой транзистор 8 открывается, ток с источника 6 начинает протекать через смещенный в пологую область характеристик нагрузочный транзистор 9 в источник питания. Появление сквозного тока приводит к небольшому изменению потенциала узла B, т.е. к коррекции величины барьера для носителей, накапливаемых в интегрирующем элементе 2. Это изменение не нарушает работу преобразователя интенсивности света в частоту, так как элемент 2 к этому моменту еще не разряжен. Спусковой механизм подготовлен к работе. При разрядке интегрирующего элемента 2 до уровня барьера, задаваемого потенциалом узла B за вычетом порогового напряжения транзистора 3, носителя из истока транзистора 3 диффундируют в сток этого транзистора, изменяя его потенциал. Это изменение вызывает всплеск тока через транзистор 8 и соответственно отклонение потенциала узла B, приводящее к еще большему открыванию транзистора 3. Одновременно с потоками носителей из элемента 2 в емкость 5 и из элемента 7 в емкость 10 появляются сквозные токи через нагрузочные транзисторы, однако соответствующим подбором крутизны транзисторов и емкостей можно обеспечить запаздывание сброса носителей через нагрузочные транзисторы на время развития положительной обратной связи. В результате развития "лавины" элементы 2 и 7 заряжаются вплоть до момента, когда потенциалы стока и истока одного из ключевых транзисторов сравняются. После "гашения лавины" доминирует процесс заряда узлов A и B через нагрузочные транзисторы, который быстро восстанавливает исходные потенциалы в этих узлах, а на выходе преобразователя интенсивности света в частоту появляется импульс тока (зарядовый пакет). Далее процесс повторяется. Частота появления импульсов на выходе преобразователя пропорциональна интенсивности света. Выходной сигнал можно также снимать в виде импульсов напряжения с узла A. В качестве дополнительного источника тока может быть использован второй преобразователь освещенность ток, работающий в оптическом диапазоне, в котором присутствует фоновое излучение (например, в инфракрасном диапазоне). Изобретение обладает следующими преимуществами. Вместо инвертора, постоянно потребляющего ток из источника питания, использована спусковая схема, которая запасает энергию для переключения от внутреннего источника тока. Так как период между импульсами, вырабатываемыми преобразователем интенсивности света в частоту, существенно больше длительности импульса ( при малых интенсивностях засветки на четыре и более порядка), то величина тока, заряжающего емкость спусковой схемы, может быть уменьшена в такое же количество раз по сравнению с током инвертора в схеме прототипа без ухудшения быстродействия спусковой схемы в момент саморазряда. Предлагаемый преобразователь практически не потребляет ток из внешних источников напряжения, исключением является пренебрежимо малый ток утечки обратно смещенных p-n-переходов.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА В ЧАСТОТУ, содержащий соединенные параллельно фотоэлектрический преобразователь интенсивности света в ток и интегрирующий элемент, ключевой МДП транзистор, исток которого соединен с первой обкладкой интегрирующего элемента, нагрузочный МДП транзистор того же типа проводимости, что и ключевой транзистор, исток которого соединен со стоком ключевого транзистора, а сток является выходом преобразователя, причем подложка нагрузочного транзистора соединена с подложкой ключевого транзистора, а также с второй обкладкой интегрирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью снижения рассеиваемой мощности, в него введены параллельно соединенные дополнительный источник тока и второй интегрирующий элемент, второй ключевой МДП транзистор, исток которого соединен с первой обкладкой второго интегрирующего элемента, а затвор со стоком ключевого транзистора, второй нагрузочный МДП транзистор, исток которого соединен со стоком второго ключевого транзистора и с затвором ключевого транзистора, причем второй ключевой и второй нагрузочный МДП транзисторы имеют тип проводимости, противоположный ключевому и нагрузочному МДП транзисторам, при этом подложка второго нагрузочного транзистора соединена с подложкой второго ключевого транзистора и с второй обкладкой второго интегрирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1