Преобразователь интенсивности света в частоту

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И 5 0 01,1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОО ИЗОБРЕТЕНИЯМ и ОРИ ГКНТ СССР МИ 1 ЕТТКРЬТИЯЬ Е ИЗВаГИДЕТЕЛЬСТВУ(71 Институт физики полупроводниковСО АН СССР(54) ПРБОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕНСИВНОСТИ СВБ гА В ЧАСТОТУ(57, Изобретение относится к фотометрии имикрсэлектронике и может быть использовано при создании многоэлементных интегральных фотоприемных устройств. Цельюизобретения является упрощение преобразователя за счет введения многофункциональности используемых элементов ииспользования динамических свойств 1 ЛДПтранзисторов. Преобразователи состоят изфотоп риемника 1, интегрирующего конденсатора 2, ключевого МДП-транзистора 3. а алогового инвертора 4, нагрузочного МДП-транзистора 5, емкости плавающего" узла 6, образованного стоком транзистора 3, истоком транзистора 5 и входным узлом инвертора 4. В начальный момент конденсатор 2 и емкость узла 6 заряжены до некоторога напряжения. Протекание фототока вызывает разряд конденсатора 2. В момент, когда напряжение на нем станет ниже порогового напряжения транзистора 3, последний открывается, вызывая снижение потенциала узла 6, При этом напряжение на выходе инвертора 4 изменяется таким образом, что транзистор 3 еще больше открывается, Благодаря положительной обратной связи происходит лавинообразный сброс носителей в область истока транзистора 3 и зарядка конденсатора 2, Крутизна транзистора 3 много больше чем транзистора 5, поэтому напряжение узла 6 вначале успевает упасть и лишь после того как токи транзисторов 3 и 5 сравниваются начинает расти и доходит до начального значения, после чего цикл повторяется. 2 ил.Изобретение относится к фотометрии имикроэлектронике и может быть использо.Вано при создании многоэлементньх интегральных фотоприемных устройств (ФПУ).Целью изобретения является упрощение преобразователя за счет введениямнОГОфункциональнОсти используемьх впреобразователе элементов л использования Динамических свОйстВ МДП-транзисто"ров. 1 Она фиг. 1 представлена функциональная схема преобоазования интенсивностисвета в частоту; на фиг. 2 - то же, примерВыполнения ПО интегральной МОП-техноло"гии,Схема содержит фотоэлектрическийпреобразователь 1 интенсивности света Вто,(, инГВГрирующий элемент 2, ключ 6 ВОЙМДП-транзистор 3, аналого;5 ьй инвертор 4,нагрузочный МДП-транзистор 5, емкость 2 ОплаВающеГО узла б; ОбраэОваннОГО стокомтранзистора 3, истокОМ транзистора 5 иходным узлом 25 инвертора 4,К стоку транзистора 5 прикладьваетсянапряение пиания, наибольцее по абсолютной величине напряжение на схеме, а (затвору транЗистора 5, равн 08 или меньщеепостоянн 08 напряжение, такчтобь Поипротекании тока через этот транзистор оннахОДился В пОлОГОЙ Области характеристи Офки, В исхоДном состОянли ток черсэ транзистор 5 не течет. С: лор ное нап ряженне слате ра тран истоо 1 5 за в 1л - л дЪго напрях(ения переда 8 тся на исток этоготранзистора, ДВР 88 через инвертбр 4 (на Выходе инвертора ух(8 ниЗкое напрях(ение)прикладывается к затвору МДП-транзистора 3, создаваЯ барь 8 р Для накаглываемых винтегрируюьцем элементе н Осител 8 Й.Ток с поеобразоватеРЯ 1 интенсивностл 43света раэоя (ас и 18 грируГОщий ялемен ги напрях(ение на нем по абсолютной Вели"чин 8 уменьшается, При разрядке интеГрирующеГО элемента до пОт 8 нциалазадаваемого барьером, носители из исгока 45МДП-транзистора 3 диффунДируют В 8 ГОсто(1 понижая ПОтенциал узла стОк тоанзистора 3 - исток транзистора 5 - входной узелинвертора.-то изм 8 нени 8 потенЦиала ч 8 реэ инвертор пеоедается на затвор тоанзистооа 3и понижает барьер Для носителеЙ, накопленных 8 элементе 1, Благодаоя положи"тельнОЙ Обратной связи происходитлавинообразный сбрОС накопл 8 нных носителеЙ В Область сОа транзистора 3 (приэтом интеГрирующий элемент заряжается),Так как пот 8 нциал узла б понижаеТся, появляетс" и возрастает ток через тванзистов 5.Крутизна транзистора о ДОлжнэ быть мнОГО больше крутизны транзистора 5, чтобыобеспечить необходимое запаздываниегроцесса сброса носителей из "плавающего" узла в сток транзистора 5,В конце концов ток через транзистор 5достигает уровня тока через транзистор 3,лавинообразнь,й процесс прекращается иначинается г роц 8 сс ВОсстанОВления исходного состояния преобразователя, В ходекоторого 8 мкость узла б продолжает Заряжаться (носители сбрасываются лз этого узла В стОк транзистора з) до уровня,Определяемого напрях(ением нг ЗатворетранЗистора 5. а с помощью затвора транзистора 3 Восстанавливается исходный потенциальньй барьер для носителей изинтегрирующего элемента.Затем пр 60 бразовдт 8 ль Возвращается Висходное состояние и Опять начинаетсгпроцесс иьп егоирования тока, длительностькоторого обратно пропорциональна интенсивности света, Выходной сигнал можетсниматься В виде цепочки корбтких импчльОв напрях(ения с Выхода инвертора 4 Рибо8 Влде цепочки заоядОВых гэкетов со "токатранзистора 5:Паоаметры преобраэоватеРЯ; крутиЗна01 и Я 2 транзистооов 3 л 5, коэффициснт Кпередачи инвертора, К = б 0 аых,ЧОвх, прикоторых преобразователь работоспосэбен,Если релаксационньх колебаний не возника 8 т, тО стациОнарн ый ток теч 8 т ИЗ преОбразователя 1 интенсивности света черезтранзистОры 3 иВ стОк транзистора 5,Догустим, ч ГО из-за щумов Возникла флуктуация напряжения бЫх на емкости узла б,( на Вызовет изменение тока Й 2 через транзистор 5 012 = Я 2 бУвх, Эта же флуктуациячерез инвертОр прикладывается к транЗИстору 3 и вьгэывает изменение тока О 1; черезНего б 1 = -Я 1 бьвых = "Я 1 КОвх = -Я 1) К 00 эх.услОВием Возникновения неустоЙчивости, азначит и релаксаЦионных колеоаний, будет011 Я 1 Кследующее неравенство: - =- 1,12 Я 2."(Оторое на практик 6 леГКО Выполнить,На фиг, 2 приведен пример коекре". НогоВыполнения на полуппОВОдникОВОЙ подложкепреобразователя интенсивности6а В чатов котором Ооль фотоэлекОпческого преобразователя интенсиВностисвета В тОк и интегрирующего злементЗ Вы"пОлняет Н 8 пОсредстэенно исток 8 ключевого транзистора (9 и О, соответственно -эатв, р и сток этого 1 ранзис Гора) - лемен.ты наГОуэочнОГО транзистора: и.,ток 1(, 38 твор 1, сток 12. В каче "тве инвертораиспОльэуется Цепо(ка из Двух МДП-транзисторов активный транзи( тоо )3 ,(О ОройдФз/ ль А, ГрузиновМ о: ге нтаг. остави Редактор М, Васильева Корректор Т. Малец аказ 4634 Тираж 30." 1 ОДПИСНО 8 ВНИИПИ Госудаоственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва,К, Рж шская наб., 4/5 ри ГКНТ СС водственно-издательский комбинатПатент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10",имеет высокое пороговое напряжение индуцированный канал), а нагрузочный транзистор 14 представляет собой О-нагрузку транзистор со встроенным каналом). Напряжение питания прикладывается к стоку МДП-транзистора 14 и, через низкоомное устройство, детектируюшее импульгь ;. - ;,:., к стоку 1 нагрузочного транзисто,. в :, Ча затвор 11 этого транзистора подается опсоное напряжение, оавное или меньшее напояжения питания за вычетом порогового напряжения это напряжение должно =. т: по абсолютной величине меньше напр:-;,: зния на стоке), П реобразовател ь р"Ответ тек же, как и показанный на фиг, ,Потребляемый схемой ток есть ток -8- РЕИНВ 8 РТО а "11 Е О В 8 ЛИЧИНЫ эайсг;- родействие инвертора. ПОИ 8 ест выходного узла инвертора равной:,2 требуемое быстродействие 5 х 10 В/с (5 В - амплитуда выходного сигнала, 1 МГц - .,а".- симальная частота преобразователя Требуемая скорость нарастания сигнала на выходе инвертора ".ожет быть получена и токе через инвертор, большемСООвых/бт = 0,2 10 х 5 х 10 = 10А Преобразсватель характеризусс простотой схемь, а следовательно, и более высокой надежностью, малым токопотреблением несколько микроампер), Кооме того оно легко реализуется в виде интегральной схемы по стандартной МОП-технологии и может служить базовым элементом для построения на одной подложке линей чатсго или матричного фотопреобразователя, Так как выходной сигнал может с.,:.:мат: с устало:.ст;а в виде цепочки зарядовых паке-. в, преобразователь легко сопрягается с;:азл.- ;ымн схемами Обработки 10 на П.=:.,:, в,пол,-:8 ыми на гом же кри",талле,б: О .:,"л: з обретения ;сепбразоза- . ь нтенсивности светачв:,:Отч, СС.58 ПХаГЦИЙ СоецИН 8 ННЫЕ Г 1 аРаЛ- :е.-,ьна фотоэлектрический преобразователь интенс внссти света в ток и элемент, интегрируО" ий ток, а также ключевой МДПГранзистористок которого соединен с ин- :.0 те; Зирлогцим элементом, О т л и ч а ю Щ и йс;. тем, что, с целью упрощения преобразователя, в него введены энагоговый инвертор, вход и вьход которого соединень 1 с;:.;твегственно со стоком и затвором клю= -:,"-:-ого Ь 1 ДП-транзистора, при этом выходинвестора является первым выходом преобра Гвятеля. и наГОузочный МД -транэисто-.:, Исток котооого соединен со стоком ключевого транзистора, а сток является вто- ЗЗ рым выходом преобразователя,