Оптоэлектронный сдвигающий регистр

Э СОВЕТСКИХ 34 О АНИ ОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР И.637871, кл. Г 11 С 19/00, 1977.2. Авторское свидетельство СССР М 728160, кл. 6 11 С 19/00, 1978(54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СД 8 ИГАЮЗЦИЙ РЕГИСТР, содержащий задающий свето,диод, шину тактовых импульсов, разрядные шины, шину питания и разрядные ячейки, каждая из которых содержит.первый фотоприемник, причем первый фотоприемник первой разрядной ячейки оптически связан с задающим светодиодом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежнос" ти регистра и расширения его функциональных возможностей за счет обеспечения оптического отображения хранимой информации, в регистр введены постоянный источник света, тактовый светодиод, оптический формирователь в виде непрозрачной маски с разрядными окнами, являющимися оптическими выходами регистра, а в каждую разрядную ячейку введены второй фотоприемник, лямбда-диод, первый и второй жидкокристаллические оптические затворы, причем постоянный источник света через первые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан с соответст-вующими разрядными окнами .непрозрач. ной маски, тактовый светодиод через вторые жидкокристаллические оптичес" кие затворы каждой разрядной ячейки оптически связан со вторыми фотоприемниками соответствующих разрядныхячеек и первыми Фотоприемниками по" следующих разрядных ячеек, в каждой разрядной ячейке второи фотоприемник подключен параллельно лямбда-диоду, первый фотоприемник подключен парал- р лельно первому и второму жидкокристаллическим оптическим затворам, лямбдадиод подключен к разрядной шине и через первый фотоприемник - к шине питания, а тактовый светодиод подключен к шине тактовых импульсов, 1012345Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных уст" ройствах, в устройствах визуальной индикации различных величин, в устройствах отображения, в индикаторах "движущегося текста".Известен регистр сдвига, содержа-. щий две группы электронно-оптических элементов памяти, которые в каждой 10 группе соединены электрически последо.вательно; шину установки в начальное состояние, подключенную к нулевымвходам и единичным входам первой и второй группы соответственно, а нулевой вход и единичный выход каждогоэлемента памяти первой группы оптически связан с единичным выходом и нулевым входом каждого элемента памяти второй группы соответственно 1 1 1,Недостатками такого регистра сдвига являются его сложность, большая потребляемая мощность, невозможность использования его для динамических табло, для сдвига любой последовательной информации, что ограничивает его функциональные воэможности.Известен оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий све 30 тодиод, разрядные шины и подключенные к ним и последовательно оптицески связанные разрядные ячейки, каждая из которых содержит первую оптронную пару из последовательно соедиода и фотодиода, причем первая ивторая оптронные пары каждого разряда включены встречно одна другойи оптически связаны между собой 21. 40Недостатками такого регистра являются большая потребляемая мощностьза счет больших токов светодиодовв режиме излучения, необходимостьприменения двухполярных тактовыхимпульсов на шине сдвига, а такжеотсутствие оптического отображенияхранимой информации, что ограничивает его функциональные возможности,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей оптоэлектронного сдвигающего регистра засчет обеспечения оптического отображения хранимой информации и повышение его надежности,50 Поставленная цель достигается тем, 5 что в оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий светодиод, шину тактовых импульсов, разрядные диненных и встречно включенных свето- З 5 шины, шину питания и разрядные ячейки, каждая иэ которых содержит первый фотоприемник, причем первый фотоприемник первой разрядной ячейки оптицески связан с за ающим светодиодом, в регистр введены постоянный источник света, тактовый светодиод, оптический формирователь в виде не" прозрачной маски с разрядными окнами, являющимися оптическими выходами регистра, а в каждую разрядную ячейку введены второй фотоприемник, лямбдадиод, первый и второй жидкокристалли" ческие оптические затворы, причем постоянный источник света через .грвые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан с соответствующими разрядными окнами непрозрачной маски, тактовый светодиод через вторые жидкокристаллические оптические затворы оптически связан со вторыми фотоприемниками соответствующих разрядных ячеек и первыми фотоприемниками последующих разрядных ячеек, в каждой разрядной ячейке второй фотоприемник подключен параллельно лямбда-диоду, первый фотоприемник подключен параллельно первому и второму жидкокристаллическим затворам, лямбда-диод . подключен к разрядной шине и через первый фотоприемник - к шине питанияФ а тактовый светодиод подключен к шине тактовых импульсов.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2- вольтамперная характеристика лямбдадиодов. Оптоэлектронный сдвигающий регистр содержит разрядные ячейки 11-1 п, которые содержат лямбда-диоды 21-2 первые фотоприемники 3-3 п, вторые фотопРиемники 4,1-4 п, пеРвые 5-5 п и вторые 6-6 жидкокристаллические оптические затворы, выполненные в виде прозрачных металлических пластин-электродов 7, между которыми находится диэлектрик с электрически управляемой оптической плотностью, например жидкокристаллическое вещество 8, задающий светодиод 9, соединенный с информационным входом 10 регистра, тактовый светодиод 11, соединенный с шиной 12 тактовых импульсов, постоянный источник 13 света, разрядные шины 14-14 п, непрозрач-. ную маску 15 с разрядными оптическими окнами 16-16 п, являющимися опника 3, которое уменьшается под воздействием излучения. В этот момент,происходит переключение ячейки 1 1и рабоцая точка скачком по нагруэочной. прямой б перемещается из точки С в 8 (см. Фиг. 2). В этом устойчивом состоянии (В) напряжение на лямбдадиоде 21 О примерно равно напряжению питания Е, т.е. на разряднойпитфшине 141 появляется логический уровень, соответствующий единице. На 3 10123тическими выходами регистра, и оптические связи 17,На фиг. 2 изображена типичнаявольтамперная характеристика лямбдадиодов с нагруэочными прямыми Ю и 5,соответствующими двум сопротивлениям первого фотоприемника (темновому и световому), Точки устойчивогосостояния ячейки обозначены буквамиА и В, а соответствующие этим со встояниям напряжения на лямбда-диодеОдд и О. Напряжение отсечки лямбдадиода обозначено ОУстройство работает следующим образом. 1%В исходном состоянии на информа,ционном входе 10 сигнал отсутствуети задающий светодиод 9 не излучает.Кроме того, на шине 12 тактовых им"пульсов нет импульсов и тактовый светодиод 11 также не излуцает, поэтомувсе Фотоприемники 31 34 1зависимо от состояния оптических затворов 6-6 находятся в состояниитемнового сопротивления, которое является большим. При подаче напряжения.питания Е на ячейки 1-1 , благодаря низкому наклону нагруэочной прямой Ю (см. Фиг. 2), т.е. большомутемновому сог;ротивлению фотоприемни- Звков 31-3 , ячейки,.11-1 устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке А, при этом черезлямбда-диоды 21-2 и и Фотоприемники3,1-3 п текут совсем незначительные токй, величина которых зависит от вели чины, питающего напряжения Еи тем"нового сопротивления фотопрйемников31-3, 41-4 п. Напряжение на лямбдадйодах 2-2 О Апримерно равно нулю, 4 ввследствйе. чего напряжение на оптических затворах 5-5 и 61-бп равнопРимеРнО: напРЯжению питаниЯ ЕпЕсли величина Еп т выбрана больше порогового напряжения для жидкокристаллического вещества, то все затворы5-5, 61-6, будут непрозрачными цпя.проходящего излучения (закрытыми),благодаря известным эффектам в жидких кристаллах, т.е. на оптическихвыходах 16-16 регистра будут логические оптические нули, наряду сэлектрическими логическими нулямина разрядных шинах 14-14,. При подаче питающего напряжения на ячейкижелательно электрические разрядныешины 141- 14 ячеек 11-1 соединитьс нулевой шйной, чтобы эа счет пара"зитных емкостей и емкостей между плас 45 4тинами электродами 7 оптических за,творов 5 -5 и 6 -6 во время пере 1 и .оходного процесса, во время зарядаэтой емкости напряжение на лямбда-диодах 21"2 не увеличилось скачкомбольше О т, т.е. этим самым обеспе"питфцить надежное установление всех ячеек 1 -1 в устойчивое состояние, со 1 Иответствующее точке А, и не допустить переключения ячеек в состояние,соответствующее тоцке В, Напряжениепитания Е . должно быть больше напитпряжения отсечки лямбда-диодов, которое составляет 2,5- 12 В и зависит.от напряжения отсечки полевых тран"зисторов, из которых состоит лямбдадиод,При подаче информационного импульса на вход 10 и первого тактово"го на шину 12 тактовых импульсов задающий светодиод 9 и тактовый свето;.диод 11 вырабатывают оптические им"пульсы. Оптический импульс от такто-вого светодиода 11 не может пройтичерез закрытые непрозрачные оптические затворы 6 -6 , время переключения которых выбирается большим длительности тактовых и информационных им",пульсов, поэтому только первая раз"рядная ячейка 11, благодаря уменьшению сопротивленйя первого Фотоприем"ника 3 1 под воздействием оптическогоимпульса задающего светодиода 9 переключится в устойчивое состояние, соответствующее логической единицеПроцесс переключения происходит следующим образом,Сопротивление фотоприемника 3 на"чинает падать под воздействием излучения от задающего светодиода 9 инаклон нагрузочной прямой (см.фиг 2)начинает увеличиваться. Ток черезлямбда-диод 2растет и рабочая точ"ка по вольтамперной характеристикедвижется вверх, пока модуль диффе"ренциального отрицательного сопротивления на падающем участке станет равным значению сопротивления фотоприем 1 10123 пряжение на затворах 5 и 6 стано-1 вится равным примерно нулю, вследствие чего они становятся прозрачными и благодаря этому излучение от постоянного источника света 13 про 5 ходит через открывшийся затвор 5 на оптический выход 16 1 регистра. Устойчивое состояние (8) сохраняется и при исчезновении светового импульса на входе фотоприемника 3,1, так 10 как даже при наклоне нагрузочной прямой, соответствующем прямой а (см, фиг, 2) рабочая точка не может перейти из точки В в А. Обратное переключение ячейки из точки В в точку А 15 может произойти лишь тогда, когда напряжение на лямбда-диоде уменьшается до напряжения, отсечки О , Дляогстого, цтобы напряжение на лямбдадиоде в состоянии, соответствующем щ точке В, равнялось примерно Епит и для устранения искажения вольтамперной характеристики лямбда-диодов, темновое сопротивление первых фотоприемников 31-3 выбирается на по 25 1рядок меньше темнового сопротивления вторых фотоприемников 4.1-4 При таком выборе темновых сопротивлений фотоприемников 3.1-3 т 1, 41-4, обеспечивается устойчивое состояние в точках А и В. Если световое сопротивление и .Рвых фотоприемников 31-3 п также на порядок меньше светового сопротивления вторых фотоприемников 4 -4, то этим самым обеспечиваетсяисохранение ячейкой состояния; соответствующего логической "1" при одновременном освещении первого 3 и второго 4 фотоприемников.Время переключения ячейки зависит от быстродействия фотоприемников 31-3 п, 41-4 п, например фотодиодов, и быстродействия лямбда-диодов 2. -2 а как извест о время переключения тех и иных составляет в лучших случаях45 десятки-сотни наносекунд. Отсюда следует, цто минимальная длительность тактовых импульсов и информационных должна быть не,меньше этого времени, чтобы обеспечить надежное переключение ячеек, Время переключения оптиЯ ческих затвоРов 5-5 п и 6.1-6 п на жид-ком кристалле, например, из состояния "закрыта" в состояние "открыта" и наоборот определяется инерционностью эффектов в жидком кристалле и составляет от сотен микросекунд до десятков миллисекунд, что больше цем время переключения фотоприемников е3-3, 4-4 от темнового сопротивления к световому. Поэтому при длительности тактовых импульсов немного большей времени переключения фотоприемников 3-3 п, 41-4, оптический затвор 6 за время действия первого тактового импульса не успевает открыться и не может пропустить световой импульс на вход первого фотоприемника 3 второй ячейки 12 и на вход второго фотоприемника 4 йервой ячейки 11, Вследствие этого состояние последующих ячеек не меняется. Пусть в момент второго тактовогоимпульса на информационном входе 10будет логический нуль, При этом сопротивление первого фотоприемника 3ячейки 1 будет большим, задающийсветодиод 9 не излучает, а сопротив"ление второго фотоприемника 4подвоздействием излучения от тактовогосветодиода 11, прошедшего через открытый оптический затвор 6, начинает падать. При этом напряжение.налямбда-диоде 2 1 падает, В момент,когда оно станет меньше напряженияО, рабочая точка переместится източки В в точку А, т.е. произойдетпереключение ячейки 11 в состояниелогического нуля, что соответствуетинформационному сигналу на входе 10.При этом напряжение на лямбда-диоде2 станет равным О,ЮОВ, а напряженйе на затворах 51 и 6.1 увеличивается и затворы закроются через некоторое время. Одновременно с переключением первой ячейки 11 благодарявоздействию прошедшего излучения оттактового светодиода 11 через открытый ранее второй затвор 6 1 на фотоприемник 32 второй ячейки 12, вторая ячейка 12 аналогично опйсанномупереключению первой ячейки 1 1 приподаче первого тактового импульсапереключается в состояние логическойединицы. Таким образом открываютсязатворы 5 и 62, напряжение на нихупадет до нуля, а на лямбда-диоде 22и Разрядной шине 142 появляе-я логйческая единица, высокий уровень. Излучение от постоянного источника света 13 проходит через открытый затвор 5 на оптический выход-окно 16маски 15. Затвор 5 1 закрывается, апоэтому на выходе 16 1 оптицескогосигнала не будет. Такое состояние регистра соответствует сдвигу информации на один разряд,Ф1012345 7Таким образом 1-я ячейка 1при подаче тактового импульса принимает состояние, в котором до этого находилась предыдущая (1-1)-я ячейка 1 а первая ячейка - состояние задающе го светодиода. Если бы в момент подачи второго тактового ймпульса на входе 10 была логическая единица, то вследствие низкого сопротивления фотопримника 3,1 световой тактовый им- В пульс, прошедший через открытый затвор 6 первой ячейки 1 , воздейст 1вующий на вход второго фотоприемника 4 не изменил бы.состояния пер" вой ячейки.Таким образом, сдвигающий регистр может сдвигать любую информацию, поступающую последовательно на информационйый вход 10, кроме, того, если подать параллельно информацию на . 20 разрядные шины 14.-14 ячеек 1. -1 то и эта информацйя при подаче тактовых импульсов будет сдвигаться.Сдвиг происходит лишь при подаче тактового импульса. Моменты подачи так товых импульсов могут быть любыми,при работе не требуется непрерывнойподачи тактовых импульсов, что позволяет хранить сдвинутую информациюсколько угодно. При этом за счет наличия постоянного источника света 13,обеспечиваются наряду с электричес"кими выходами на разрядных шинах оптические выходные сигналы 16.1"16Все это расширяет функциональные возможности регистра. Кроме того функциональные возможности его расширенытакже за счет того, что как информационные входные импульсы, так и тактовые могут быть как положительными,так и отрицательными, для этого необходимо лишь поменять полярностьподключения задающего светодиода итактового светодиода. Минимальныйпериод следования тактовых импульсов.зависит от быстродействия оптических затворов, и в случае затворов нажидком кристалле составляет времяот сотен микросекунд до десятков миллисекунд.101234 каз 2778/65 Тираж 592 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий,13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.