Устройство считывания сигнального заряда с матричного пзи-фотоприемника

Изобретение относится к интегральной микроэлектронике и может быть использовано при реализации фотоприемных устройств различных спектральных диапазонов. Сущность изобретения: устройство считывания сигнального заряда с матричного ПЗИ-фотоприемника, имеющего n×m элементов, организованных в n строк и m столбцов, содержит n×m входных контактов, ключи выборки, n первых ключей, многофазный генератор импульсов, первый и второй сдвиговые регистры, счетчик строк, столбцовые шины, ключ налива заряда, усилитель, выполненный на основе прибора с зарядовой связью, имеющий ключ слива заряда, усилитель, вторые ключи, счетчик элементов строки и аналого-цифровой преобразователь, третий ключ, RS-триггер, первый и второй дешифраторы счетчика строк, сумматор, цифровой вычитающий блок, делитель и блок оперативной памяти. Технический результат достигается за счет вычитания из выходного сигнала доли, обусловленной паразитным зарядом. Устройство может быть использовано при реализации фотоприемных устройств различных спектральных диапазонов и позволяет существенным образом подавить низкочастотные, с частотой ниже кадровой, составляющие шума и улучшить пороговые характеристики матричного ПЗИ-фотоприемника. 2 ил.

 

Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и может быть использовано при реализации фотоприемных устройств различных спектральных диапазонов.

Известено устройство считывания сигнального заряда матричного фотоприемника с прямой инжекцией заряда во входную диффузионную область регистра считывания на приборе с зарядовой связью (ПЗС) (под ред. Барба Д.Ф. Приборы с зарядовой связью. - М.: Мир, 1982, стр.74, 75). В устройстве один выход элемента матричного фотоприемника подсоединен к входу ПЗС-усилителя (метод модуляции истока). Вторым выходом элемента матричного фотоприемника обычно служит подложка, общая для всех элементов. В устройстве отсутствуют индивидуальные цепи смещения входов ПЗС-усилителей.

Недостаток устройства проявляется в том, что в результате неконтролируемых в процессе изготовления флюктуаций порогового напряжения отдельные входные МДП-транзисторы ПЗС-усилителей могут оказаться полностью закрытыми, что подавляет инжекцию информационного заряда в ПЗС-усилитель.

Известно устройство считывания сигнального заряда с матричного прибора зарядовой инжекции (ПЗИ), имеющего n×m элементов, организованных в n строк и m столбцов, содержащее n×m входных контактов, каждый из которых соединен с входом своего ключа выборки, выполненного на полевом транзисторе («Матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона», «Наука», Новосибирск, 2001 г, с.82, 83), управляющий затвор которого соединен с первым выходом многофазного генератора импульсов (МГИ), через один из n первых ключей, управляющий вход каждого из которых соединен с одним из n выходов 1-го сдвигового регистра, вход запуска которого соединен с выходом счетчика строк, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика строк и с вторым выходом МГИ; выход ключа выборки соединен с одной из m столбцовых шин, каждая из которых соединена со своим ключом налива заряда, управляющий вход которого соединен с третьим выходом МГИ, и входом усилителя, выполненного на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС), имеющего ключ для слива заряда, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом МГИ, и информационный выход, который соединен с входом усилителя через вторые ключи, управляющий вход каждого из которых соединен с одним из m выходов 2-го сдвигового регистра, имеющего вход запуска, соединенный с выходом счетчика элементов строки, и вход для тактового импульса, соединенный счетным входом счетчика элементов строки и с пятым выходом МГИ, а выход усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), имеющим управляющий вход, соединенный с шестым выходом МГИ, цифровой выход АЦП является выходом полезного сигнала.

Устройство работает следующим образом. Циклически повторяются следующие операции. Открывается ключ выборки, ключ налива заряда, через время, необходимое для налива заряда, ключ налива заряда закрывается, а лишний заряд удаляется через ключ для слива заряда, после чего этот ключ закрывается. В результате потенциал затвора элемента оказывается привязанным к поверхностному потенциалу истоковой области полевого транзистора ключа выборки, а потенциал столбцовой шины привязывается к поверхностному потенциалу истоковой области входного затвора ПЗС-усилителя. После чего с ПЗИ-фотоприемника в ПЗС-усилитель инжектируется сигнальный заряд. Для увеличения быстродействия считывание сигнального заряда проводят параллельно (одновременно) для элементов одной строки. Строки выбираются с помощью первых ключей и 1-го сдвигового регистра, для формирования импульса запуска которого служит выход счетчика строк. Сигналы с выходов ПЗС-усилителей через вторые ключи по очереди поступают на вход усилителя. Вторые ключи управляются вторым сдвиговым регистром, для формирования импульса запуска которого используется выход счетчика элементов строки. С выхода усилителя сигнал поступает на вход АЦП, который запускается управляющим сигналом с шестого выхода МГИ. Цифровой выход данных (шина данных) является полезным выходом устройства.

Однако в процессе привязки потенциала столбцовой шины при достижении равенства ее потенциала и поверхностного потенциала истоковой области входного затвора ПЗС-усилителя ток носителей не прекращается из-за эффекта «испарения» из ямы. При этом часть заряда столбцовой шины перетекает в ПЗС-усилитель, создавая там паразитный заряд, который складывается с полезным сигналом. Величина заряда столбцовой шины может меняться во времени, например, из-за изменения заряда на поверхностных состояниях на границе раздела полупроводник - диэлектрик под входным затвором ПЗС-усилителя. Такое изменение заряда столбцовой шины приводит к изменению паразитного заряда, что приводит к дополнительному шуму. Спектральный состав такого шума имеет низкочастотные компоненты 1/F, что соответствует известным данным о характере шумов в МДП-транзисторе, вызванных перезарядкой поверхностных состояний под затвором. Величина такого шума может быть весьма заметной, т.к. в реальных приборах емкость столбцовой шины может превышать емкость входного затвора в 40 и более раз. Т.е. изменение заряда, захваченного на границе раздела подзатворный диэлектрик - полупроводник под входным затвором, на 1 электрон приведет к изменению заряда столбцовой шины на 40 и более электронов. Часть этого изменения приведет к изменению паразитного заряда и увеличит шум считывания сигнального заряда с ПЗИ-приемника. По оценкам, случайный процесс перезарядки поверхностных состояний на границе Si-SiO₂ под входным затвором с плотностью на уровне 10⁹ см^-2 эВ^-1 может дать избыточный шум на уровне 200 электронов.

Недостатком устройства является избыточный шум.

Техническим результатом изобретения является снижение уровня шумов с частотами ниже кадровой при считывании сигнала с матричного ПЗИ-фотоприемника. (За счет вычитания из выходного сигнала доли, обусловленной паразитным зарядом).

Технический результат достигается тем, что в устройство считывания сигнального заряда с матричного ПЗИ-фотоприемника, имеющего n×m элементов, организованных в n строк и m столбцов, содержащее n×m входных контактов, ключи выборки, n первых ключей, многофазный генератор импульсов (МГИ), первый и второй сдвиговые регистры, счетчик строк, столбцовые шины, ключ налива заряда, усилитель, выполненный на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС-усилитель), имеющий ключ слива заряда, усилитель, вторые ключи, счетчик элементов строки и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем каждый из n×m входных контактов соединен с входом своего ключа выборки, выполненного на полевом транзисторе, управляющий затвор которого соединен с первым выходом многофазного генератора импульсов через один из n первых ключей, управляющий вход каждого из которых соединен с одним из n выходов 1-го сдвигового регистра, вход запуска которого соединен с выходом счетчика строк, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика строк и с вторым выходом многофазного генератора импульсов; выход ключа выборки соединен с одной из m столбцовых шин, каждая из которых соединена со своим ключом налива заряда, управляющий вход которого соединен с третьим выходом многофазного генератора импульсов и входом усилителя, выполненного на основе прибора с зарядовой связью, имеющего ключ слива заряда, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом многофазного генератора импульсов, и информационный выход, который соединен с входом усилителя через вторые ключи, управляющий вход каждого из которых соединен с одним из m выходов 2-го сдвигового регистра, вход запуска которого соединен с выходом счетчика элементов строки, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика элементов строки и с пятым выходом многофазного генератора импульсов, а выход усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, имеющим управляющий вход, соединенный с шестым выходом многофазного генератора импульсов, дополнительно введены третий ключ, RS-триггер, первый и второй дешифраторы счетчика строк (ДСС), сумматор, цифровой вычитающий блок (ЦВБ), делитель и блок оперативной памяти (БОП), причем вход 3-го ключа соединен с первым выходом многофазного генератора импульсов, выход - с входами первых ключей, управляющий, закрывающий, вход соединен с выходом RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом первого дешифратора счетчика строк, R-вход - с выходом второго дешифратора счетчика строк, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом данных сумматора и с первым входом данных цифрового вычитающего блока, выход сумматора соединен с входом данных блока оперативной памяти, выход блока оперативной памяти соединен со вторым входом данных сумматора и с входом делителя, выход которого соединен с вторым входом данных цифрового вычитающего блока, выход которого является выходом устройства, причем блок оперативной памяти имеет разрешающий запись вход, соединенный с выходом RS-триггера, вход импульса стробирования, соединенный с шестым выходом многофазного генератора импульсов, внутренний блок обнуления ячеек памяти по нарастающему фронту импульса на разрешающем запись входе, вход шины адреса, каждый разряд которой соединен со своим разрядом счетчика элементов строки.

Блок-схема устройства показана на фиг.1, где: 1 - входной контакт, 2 - ключ выборки, 3 - столбцовая шина, 4 - ключ налива заряда, 5 - первый ключ, 6 - первый сдвиговый регистр, 7 - усилитель, выполненный на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС-усилитель), 8 - ключ слива заряда, 9 - третий ключ, 10 - счетчик строк, 11 - второй ключ, 12 - второй сдвиговый регистр, 13 - многофазный генератор импульсов (МГИ), 14 - первый дешифратор счетчика строк (ДСС), 15 - усилитель, 16 - счетчик элементов строки, 17 - второй дешифратор счетчика строк (ДСС), 18 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 19 - RS-триггер, 20 - сумматор, 21 - блок оперативной памяти (БОП), 22 - делитель, 23 - цифровой вычитающий блок (ЦВБ). Толстыми линиями показаны многоразрядные соединения - шины данных и адресные шины.

Результат применения предлагаемого устройства в составе тепловизора показан на фиг.2, где: 24 - экспериментальная зависимость эквивалентной шуму регистрируемой тепловизором разности температур, NETD, от количества суммируемых кадров при температуре сцены 30°С, полученная с применением известного устройства-прототипа, 25 - экспериментальная зависимость эквивалентной шуму регистрируемой тепловизором разности температур, NETD, от количества суммируемых кадров при температуре сцены 30°С, полученная с применением предлагаемого устройства.

Входной контакт 1 соединен с входом ключа выборки 2, выход которого соединен со столбцовой шиной 3, а управляющий вход соединен с выходом первого ключа 5. Столбцовая шина 3 соединена с ключом налива заряда 4 и с входом усилителя, выполненного на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС-усилителя) 7. Управляющий вход ключа налива заряда 4 соединен с 3-им выходом МГИ 13. Вход первого ключа 5 соединен с выходом третьего ключа 9. Управляющий вход первого ключа 5 соединен со своим выходом сдвигового регистра 6, вход запуска которого соединен с выходом счетчика строк, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика строк и с вторым выходом МГИ 10. Информационный выход ПЗС-усилителя 7 соединен с входом второго ключа 11. Управляющий вход ключа слива заряда ПЗС-усилителя 8 соединен с 4-ым выходом МГИ 13. Вход третьего ключа 9 соединен с 1-ым выходом МГИ 13.

Управляющий вход третьего ключа 9 соединен с выходом RS-триггера 19.

Счетный вход счетчика строк 10 соединен с 2-ым выходом МГИ 13. Выходы всех разрядов счетчика строк 10 соединены с соответствующими входами первого дешифратора счетчика строк (ДСС) 14 и второго ДСС 17.

Выход второго ключа 11 соединен с входом усилителя 15. Управляющий вход каждого второго ключа 11 соединен со своим выходом второго сдвигового регистра 12, вход запуска которого соединен с выходом счетчика элементов строки 16, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика элементов строки и с пятым выходом МГИ.

6-й выход МГИ 13 соединен с входом запуска АЦП 18 и с входом записи БОП 21.

Выход первого ДСС 14 соединен с S-входом RS-триггера, 19.

Выход усилителя 15 соединен с аналоговым входом АЦП 18.

Выходы всех разрядов счетчика элементов строки 16 соединены с соответствующими входами шины адреса БОП 21.

Выход второго ДСС 17 соединен с R-входом RS-триггера 19.

Каждый разряд выхода АЦП, 18, соединен со своим разрядом первого входа данных сумматора 20 и со своим разрядом первого входа данных цифрового вычитающего блока (ЦВБ) 23.

Выход RS-триггера 19 соединен с управляющим входом третьего ключа 9 и с входом обнуления-разрешения записи БОП 21.

Каждый разряд второго входа данных сумматора 20 соединен со своим разрядом выхода БОП 21 и со своим разрядом входа делителя 22. Выход сумматора 20 поразрядно соединен с входом данных БОП 21.

Выход делителя 22 поразрядно соединен со вторым входом данных ЦВБ 23.

Выход ЦВБ 23 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Циклически повторяются следующие операции. Когда значение счетчика строк ≤n, открывается ключ выборки 2, ключ налива заряда 4, через время, необходимое для налива заряда, ключ налива заряда закрывается, а лишний заряд удаляется через ключ слива заряда 8, после чего этот ключ закрывается. Подключение вторых контактов ключей налива заряда и слива заряда зависит от типа проводимости подложки полупроводника. Например, для подложки р-типа второй контакт ключа налива заряда должен быть подключен к клемме источника питания, соединенной с подложкой полупроводника (нуль вольт), а второй контакт ключа слива заряда - к клемме источника положительного (относительно подложки полупроводника) напряжения питания. В результате потенциал затвора элемента, равный потенциалу входного контакта 1, оказывается привязанным к поверхностному потенциалу истоковой области полевого транзистора ключа выборки 2, а потенциал столбцовой шины 3 привязывается к поверхностному потенциалу истоковой области входного затвора ПЗС-усилителя 7. После чего с ПЗИ-фотоприемника через открытый ключ выборки 2 и столбцовую шину 3 в ПЗС-усилитель 7 инжектируется сигнальный заряд. Для увеличения быстродействия считывание сигнального заряда проводят параллельно (одновременно) для элементов одной строки. Строки выбираются с помощью первых ключей 5 и 1-го сдвигового регистра 6 для формирования импульса запуска которого использован выход счетчика строк 10.

Сдвиговый регистр устроен так, что в исходном состоянии на всех его выходах находится напряжение логического нуля. После подачи импульса запуска и первого тактового импульса на первом выходе появляется и удерживается до прихода следующего тактового импульса напряжение логической единицы. С приходом второго тактового импульса на первом выходе устанавливается напряжение логического нуля, а на втором выходе - напряжение логической единицы. Далее с приходом L-того тактового импульса напряжение логической единицы будет только на L-том выходе сдвигового регистра.

Сигнал с выходов ПЗС-усилителей через вторые ключи 11 по очереди поступают на вход усилителя 15. Вторые ключи управляются вторым сдвиговым регистром 12, для формирования импульса запуска которого используется выход счетчика элементов строки 16. С выхода усилителя 15 сигнал поступает на вход АЦП 18. АЦП запускается управляющим сигналом с шестого выхода МГИ, 13.

При достижении счетчиком строк значения n+1, так же как и при значении счетчика строк ≤n, открывается ключ налива заряда 4 через время, необходимое для налива заряда, ключ налива заряда закрывается, а лишний заряд удаляется через ключ слива заряда 8, после чего этот ключ закрывается. В результате потенциал столбцовой шины привязывается к поверхностному потенциалу истоковой области входного затвора ПЗС-усилителя 7. Сигнал с выходов ПЗС-усилителей через вторые ключи, 11, по очереди поступают на вход усилителя 15. Вторые ключи управляются вторым сдвиговым регистром 12, для формирования импульса запуска которого используется выход счетчика элементов строки 16. С выхода усилителя сигнал поступает на вход АЦП 18. АЦП запускается управляющим сигналом с шестого выхода МГИ 13.

Кроме того, первый дешифратор счетчика строк 14 устроен так, что установит на своем выходе логическую единицу (только если на его вход подано значение, равное n+1) и тем самым установит на выходе RS-триггера 19 логическую 1. При достижении счетчиком строк значения n+2 первый дешифратор счетчика строк установит на своем выходе логический 0. Второй дешифратор счетчика строк 17 устроен так, что только при достижении счетчиком строк значения n+2+К установит на своем выходе логическую единицу и тем самым установит на выходе RS-триггера 19 логический 0. После чего счетчик строк обнуляется. Нам известны два способа обнуления счетчика: сброс счетчика, когда на объединенный R вход всех триггеров счетчика подается управляющий импульс, и переполнение счетчика, когда все триггеры счетчика находятся в единичном состоянии и переходят в нулевое состояние с приходом очередного счетного импульса. Такая ситуация возможна, когда число n+2+К является степенью 2 без единицы. Для других значений n устройство необходимо дополнить специальной цепью сброса счетчика, соединяющей выход второго дешифратора счетчика строк с входом сброса счетчика строк.

Сигнал логической единицы с выхода RS-триггера 19 закрывает 3-ий ключ 9, запрещая тем самым подачу импульсов, открывающих ключи выборки 2.

По нарастающему фронту сигнала с выхода RS-триггера БОП 22 разом обнуляет все свои ячейки памяти. Используемые при создании БОП микросхемы памяти могут не иметь общего для всех ячеек памяти входа сброса (обнуления). Тогда можно каждый разряд выхода микросхемы памяти соединить резистором с напряжением логического нуля, а вход не разрешения выхода соединить с выходом первого дешифратора счетчика строк. Важно, чтобы на выходе БОП было равное нулю значение, когда счетчик строк имеет значение n+1. Кроме того, высокий уровень на выходе RS-триггера разрешает запись в БОП. Далее, в соответствии с состоянием счетчика элементов строки (номер элемента в строке соответствует номеру столбца в кадре), адресом на адресной шине на выходе БОП появляется число, записанное по адресу. Это значение поступает на второй вход данных сумматора, 20, на первый вход данных сумматора поступает значение с выхода АЦП, сумма с выхода сумматора поступает на вход данных БОП и запоминается по импульсу с шестого выхода МГИ. Таким образом, в конце «строки» с номером n+1 для каждого столбца будет запомнено одно значение паразитного заряда, полученное считыванием после привязки потенциала столбцовой шины с закрытыми ключами выборки. Проведя еще К таких дополнительных циклов, получаем сумму К+1 значений паразитного заряда для каждого столбца. После сброса RS-триггера 19 перезапись в БОП запрещена и значения сохраняются в течение всего следующего кадра. Для получения значения среднего арифметического от К+1 значений паразитного заряда выход сумматора 20 соединен с делителем (делит на К+1) 22. Удобно выбрать К+1 равным 2 в целой степени, тогда делитель можно выполнить на основе регистра сдвига. На цифровом выходе данных (шине данных) ЦВБ 23 получаем результат с вычтенным значением паразитного заряда. Так удалось вычесть влияние паразитного заряда и уменьшить шум.

Использование в качестве вычитаемого среднего арифметического значения повышает точность определения паразитного заряда и уменьшает шум результата. Значение К может быть в диапазоне от 0 до 100000, хотя для большинства применений, на наш взгляд, достаточно выбирать К в диапазоне от 0 до 3, т.к. уже при К=3 шум вычитаемого становится существенно меньше шума уменьшаемого и далее, при увеличении К шум результата вычитания спадает слабо.

Значения n и m могут быть в диапазоне 1≤n<1000000, 1≤m<1000000.

Применяя предлагаемое устройство, надо иметь в виду, что время кадра увеличивается по сравнению с прототипом на время одной или нескольких строк, что приведет к снижению максимальной кадровой частоты на единицы процентов (при числе строк в кадре больше 100). Эффективно будут подавляться только компоненты шума с частотами существенно ниже кадровой.

Устройство было выполнено для считывания сигнального заряда с матричного, 128×128, ПЗИ-фотоприемника на основе арсенида индия n-типа. Часть устройства считывания, содержащая входные контакты, ключи выборки, столбцовые шины, ключ налива заряда, первые ключи, первый сдвиговый регистр, ПЗС-усилитель, ключ слива заряда, вторые ключи, второй сдвиговый регистр, выполнена на кремниевой подложке по n-канальной технологии и присоединена с помощью 16384-х индиевых микростолбиков к матричному ПЗИ-фотоприемнику. Другая часть, содержащая третий ключ, МГИ, счетчик строк, первый и второй дешифраторы состояния счетчика строк, RS-триггер, счетчик элементов строки, усилитель, аналого-цифровой 12-разрядный преобразователь (АЦП), сумматор, БОП размером 1×128 14-разрядных слов, делитель, цифровое вычитающее устройство выполнены на стандартных микросхемах.

Минимальное время, необходимое для налива заряда, было порядка 100 нс, а ключ налива заряда открывался (с запасом) на время порядка 1 мкс. На ПЗИ-фотоприемник с помощью инфракрасного объектива фокусировалось изображение сцены. Частота кадров равнялась 100 с^-1.

Устройство было включено в состав тепловизора. Результат применения предлагаемого устройства с определением величины паразитного заряда усреднением по четырем измерениям (К=3) показан на фиг.2, где:

24 - экспериментальная зависимость эквивалентной шуму регистрируемой тепловизором разности температур, NETD, от количества суммируемых кадров при температуре сцены 30°С, полученная с применением известного устройства-прототипа,

25 - экспериментальная зависимость эквивалентной шуму регистрируемой тепловизором разности температур, NETD, от количества суммируемых кадров при температуре сцены 30°С, полученная с применением предлагаемого устройства.

Видно, что применение предлагаемого устройства позволяет вплоть до 1024 суммируемых кадров и эффективной кадровой частоты порядка 0.1 Гц получить зависимость NETD достаточно близкой к теоретической зависимости 1/(N)^1/2, где N - количество суммируемых кадров, а NETD улучшается с 25 мК (без суммирования кадров) до 1 мК в результате суммирования 1024 кадров. При суммировании 128-ми кадров применение устройства снижает шумы и NETD в полтора раза.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет существенным образом подавить низкочастотные (с частотами ниже кадровой) составляющие шума и улучшить пороговые характеристики матричного ПЗИ-фотоприемника, и тепловизора на его основе, в частности, NETD, особенно при суммировании кадров.

Устройство считывания сигнального заряда с матричного ПЗИ-фотоприемника, имеющего n×m элементов, организованных в n строк и m столбцов, содержащее n×m входных контактов, ключи выборки, n первых ключей, многофазный генератор импульсов, первый и второй сдвиговые регистры, счетчик строк, столбцовые шины, ключ налива заряда, усилитель, выполненный на основе прибора с зарядовой связью, имеющий ключ слива заряда, усилитель, вторые ключи, счетчик элементов, строки и аналого-цифровой преобразователь, причем каждый из n×m входных контактов соединен с входом своего ключа выборки, выполненного на полевом транзисторе, управляющий затвор которого соединен с первым выходом многофазного генератора импульсов через один из n первых ключей, управляющий вход каждого из которых соединен с одним из n выходов 1-го сдвигового регистра, вход запуска которого соединен с выходом счетчика строк, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика строк и с вторым выходом многофазного генератора импульсов; выход ключа выборки соединен с одной из m столбцовых шин, каждая из которых соединена со своим ключом налива заряда, управляющий вход которого соединен с третьим выходом многофазного генератора импульсов, и входом усилителя, выполненного на основе прибора с зарядовой связью, имеющего ключ слива заряда, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом многофазного генератора импульсов, и информационный выход, который соединен с входом усилителя через вторые ключи, управляющий вход каждого из которых соединен с одним из m выходов 2-го сдвигового регистра, вход запуска которого соединен с выходом счетчика элементов строки, а вход для тактового импульса соединен с счетным входом счетчика элементов строки и с пятым выходом многофазного генератора импульсов, а выход усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, имеющим управляющий вход, соединенный с шестым выходом многофазного генератора импульсов, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены третий ключ, RS-триггер, первый и второй дешифраторы счетчика строк, сумматор, цифровой вычитающий блок, делитель и блок оперативной памяти, причем вход 3-го ключа соединен с первым выходом многофазного генератора импульсов, выход - с входами первых ключей, управляющий, закрывающий вход соединен с выходом RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом первого дешифратора счетчика строк, R-вход - с выходом второго дешифратора счетчика строк, а выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом данных сумматора и с первым входом данных цифрового вычитающего блока, выход сумматора соединен с входом данных блока оперативной памяти, выход блока оперативной памяти соединен со вторым входом данных сумматора и с входом делителя, выход которого соединен с вторым входом данных цифрового вычитающего блока, выход которого является выходом устройства, причем блок оперативной памяти имеет разрешающий запись вход, соединенный с выходом RS-триггера, вход импульса стробирования, соединенный с шестым выходом многофазного генератора импульсов, внутренний блок обнуления ячеек памяти по нарастающему фронту импульса на разрешающем запись входе, вход шины адреса, каждый разряд которой соединен со своим разрядом счетчика элементов строки.