Оптоэлектронный сдвигающий регистр

Оптоэлектронный сдвигающий регистр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СДВИГАЮЩИЙ 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, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности 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 постоянным источник света через первые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан с соответствующими разрядными окнами непрозрачной маски, тактовый светодиод через вторые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан со вторыми фотопри9 емниками соответствующих разрядных ячеек и первыми фотоприемниками последующих разрядных ячеек, в каждой разрядной ячейке второй фотоприемник подключен параллельно лямбда-диоду, первый фотЬприемник подключен паралле41ьно первому и второму жидкокристал лическим оптическим затворам, лямбдадиод подключен к разрядной шине и через первый фотоприемник - к шине to М питания, а тактовый светодиод подключен к шине тактовых импульсов. ten

;,.SU„„,1012345

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

«Ю В

РЕСПУБЛИН

3сю G 11 C 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3367443/18-24 (22) 18.12.81 (46) 1S.04.83. Ьюл. Н 14 (72) В.Г. Красиленко (53) 681.327.66(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

Ю 637871» кл. Г» 11 С 19/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

N 728160, кл. 6 11 С 19/00 1978 (прототип). (54) (57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СДВИГАЮЩИЙ

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, отличающийся 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 эаTBopbls причем постояннМй источник света через первые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан с соответствующими разрядными окнами .непроэрач ной маски, тактовый светодиод через вторые жидкокристаллические оптические затворы каждой разрядной ячейки оптически связан со вторыми фотоприемниками соответствующих разрядных I ячеек и первыми фотоприемниками последующих разрядных ячеек, в каждой разрядной ячейке второи фотоприемник подключен параллельно лямбда-руру> 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.

1012345

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах, 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 последовательно; шину установки в начальное состояние, подключенную к нулевым входам и единичным входам первой и второй группы соответственно, а нулевой вход и единичный выход каждого элемента памяти первой группы оптически связан с единичным выходом и нулевым входом каждого элемента памяти второй группы соответственно (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 све30 тодиод, разрядные шины и подключенные к ним и последовательно оптически связанные разрядные ячейки, каждая из которых содержит первую оптронную пару из последовательно соедиода и фотодиода, причем первая и вторая оптронные пары каждого разряда включены встречно одна другой и оптически связаны между собой (21.

Недостатками такого регистра являются большая потребляемая мощность за счет больших токов светодиодов в режиме излучения, необходимость применения двухполярных тактовых импульсов на шине сдвига, а также отсутствие оптического отображения хранимой информации, что ограничивает его функциональные возможности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей оптоэлектронного сдвигающего регистра за счет обеспечения оптического отображения хранимой информации и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, 5 что в оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий светодиод, шину тактовых импульсов, разрядные диненных и встречно включенных свето- 35 шины, шину питания и разрядные ячейки, каждая иэ которых содержит первый фотоприемник, причем первый фотоприемник первой разрядной ячейки оптически связан с за ающим светодиодом, 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, лямбдадиод, первый и второй жидкокристаллические оптические затворы, причем постоянный источник света через nàðâûå 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 питания

S а тактовый светодиод подключен к шине тактовых импульсов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2вольтамперная характеристика лямбдадиодов.

Оптоэлектронный сдвигающий регистр содержит разрядные ячейки 11-1п, которые содержат лямбда-диоды 21-2 первые фотоприемники 3„-3д, вторые фотоприемники 41-4п, первые 51-5п 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„-14п, непрозрач-. ную маску 15 с разрядными оптическими окнами 16-1-16п, являющимися onника 31, которое уменьшается под воздействием излучения. В этот момент, происходит переключение ячейки 1 1 и рабочая точка скачком по нагруэочной. прямой б перемещается из точки

С в В (см. Фиг. 2). В этом устойчивом состоянии (В) напряжение на лямбдадиоде ? U s примерно равно напряжению питания Е, т.е. на разрядной пит шине 1-4 появляется логический уровень, соответствующий единице. На3 1 0123 тическими выходами регистра, и оптические связи 17.

На фиг. 2 изображена типичная вольтамперная характеристика лямбдадиодов с нагруэочными прямыми с3 и б, соответствующими двум сопротивлениям ..первого фотоприемника (темновому и световому). Точки устойчивого состояния ячейки обозначены буквами

А и В, а соответствующие этим со- 1в стояниям напряжения на лямбда-диоде

0дАи 0 . Напряжение отсечки лямбдадиода обозначено 0

Устройство работает следующим образом. 1$

В исходном состоянии на информа.ционном входе 10 сигнал отсутствует и задающий светодиод 9 не излучает.

Кроме того, на шине 12 тактовых импульсов нет импульсов и тактовый све- 2в тодиод 11 также не излучает, поэтому все фотоприемники 3 -3П, 4. -4 > независимо от состояния оптических затворов 6„-6 находятся в состоянии темнового сопротивления, которое яв- 25 ляется большим. При подаче напряжения. питания Е 1 на ячейки 11-1, благодаря низкому наклону нагруэочной прямой 0 (см. Фиг. 2}, т.е. большому темновому со-:.ротивлению фотоприемни- зв ков 31-3, ячейки,.1„-1 устанавливаются в устойчивое состояние, соответствующее точке А, при этом через лямбда-диоды 21-2 и фотоприемники

3.»-3д текут совсем незначительные токй, величина которых зависит от вели чины. питающего напряжения Е „ и темнового сопротивления фотопрйемников

31-3п, 4„-4п. Напряжение на лямбдадйодах 21 2 0 Апримерно равно нулю, 4 вследствйе. чего напряжение на оптических затворах 5<-5 и 6.1-6 равно пРимеРнО: напРЯжению питаниЯ Еп

Если величина Епит- выбрана больше порогового напряжения для жидкокристал- лического вещества, то все затворы

51- 5п» 6.1-6, будут непрозрачными дпя. проходящего излучения (закрытыми), благодаря известным эффектам в жидких кристаллах, т.е. на оптических выходах 16„-16„ регистра будут логические оптические нули, наряду с электрическими логическими нулями на разрядных шинах 14„-14 . При подаче питающего напряжения на ячейки желательно электрические разрядные шины 14.1-14 ячеек 11-1» соединить с нулевой шйной, чтобы эа счет паразитных емкостей и емкостей между плас45 4 тинами электродами 7 оптических за.творов 5 5 и 6 -6 во время пере1 ходного процесса, во время заряда этой емкости напряжение на лямбда- диодах 2-1-2 не увеличилось скачком больше U т,,т.е. этим самым обеспепит» чить надежное установление всех ячеек 1 -1 в устойчивое состояние, со1 Фз ответствующее точке А, и не допустить переключения ячеек в состояние, соответствующее точке В, Напряжение питания Е . должно быть больше напит пряжения отсечки лямбда-диодов, которое составляет 2,5-12 В и зависит. от напряжения отсечки полевых транзисторов, из которых состоит лямбдадиод, При подаче информационного импульса на вход 10 и первого тактового на шину 12 тактовых импульсов задающий светодиод 9 и тактовый свето;. диод 11 вырабатывают оптические импульсы. Оптический импульс от такто- вого светодиода 11 не может пройти через закрытые непрозрачные оптические затворы 6 -6, время переключения которых выбирается большим длительности тактовых и информационных им". пульсов, поэтому только первая разрядная ячейка 11, благодаря уменьшению сопротивленйя первого фотоприем" ника 3 1 под воздействием оптического импульса задающего светодиода 9 переключится в „ стойчивое состояние, соответствующее логической единице.

Процесс переключения происходит следующим образом.

Сопротивление фотоприемника 3.1 начинает падать под воздействием излучения от задающего светодиода 9 и наклон нагрузочной прямой (см.фиг 2) начинает увеличиваться. Ток через лямбда-диод 2 растет и рабочая точ" ка по вольтамперной характеристике движется вверх, пока модуль диффе" ренциального отрицательного сопротивления на падающем участке станет равным значению сопротивления фотоприем% 10123 пряжение на затворах 5 и 6 стано-

1 . I вится равным примерно нулю, вследствие чего они становятся прозрачными и благодаря этому излучение от постоянного источника света l3 проS ходит через открывшийся затвор 5 т на оптический выход 16.1 регистра.

Устойчивое состояние (8} сохраняется и при исчезновении светового импульса на входе фотоприемника 3, так 1о 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 иэ точки В в точку А 15 может произойти лишь тогда, когда напряжение на лямбда-диоде уменьшается до напряжения, отсечки U . Для о гс того, чтобы напряжение на лямбдадиоде в.состоянии, соответствующем щ точке В, равнялось примерно Е

IlMT и для устранения искажения вольтамперной характеристики лямбда-диодов, темновое сопротивление первых фотоприемников 3 -3 выбирается на по- и

I рядок меньше темнового сопротивления вторых фотоприемников 4.1-4, . При таком выборе темновых сопротивлений фотоприемников 3.1-3>, 41-4> обеспечивается устойчивое состояние в точках А и В. Если световое сопротивление и рвых фотоприемников 3 -3> также на порядок меньше светового сопротивления вторых фотоприемников

4 -4„, то этим самым обеспечивается

1 и сохранение ячейкой состояния, соответствующего логической "1" при одновременном освещении первого 3 и второго 4 фотоприемников.

Время переключения ячейки зависит от быстродействия фотоприемников

3-1-3, 4 1-4п, например фотодиодов, и быстродействия лямбда-диодов 2. -2 а как извест о время переключения тех и иных составляет s лучших случаях

45 десятки-сотни наносекунд. Отсюда следует, что минимальная длительность тактовых импульсов и информационных должна быть не,меньше этого времени, чтобы обеспечить надежное переключение ячеек, Время переключения оптиÄ 50 ческих затворов 5>-5т, и 6 -бп на жидком 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 чем время переключения фотоприемников

45 6

3„-3п, 4„-4> от темнового сопротивления к световому. Поэтому при длительности тактовых импульсов немного большей времени переключения фотоприемников 3 -3п, 41-4, оптический затвор 6 за время действия первого тактового импульса не успевает открыться и не может пропустить световой импульс на вход первого фотоприемника 32 второй ячейки 12 и на вход второго фотоприемника 4 йервой ячейки 11, Вследствие этого состояние последующих ячеек не меняется.

Пусть в момент второго тактового импульса на информационном входе 10 будет логический нуль. При этом сопротивление первого фотоприемника 3

1 ячейки 1 будет большим, задающий светодиод 9 не излучает, а сопротивление второго фотоприемника 41 под воздействием излучения от тактового светодиода 11, прошедшего через открытый оптический затвор 6„, начинает падать. При этом напряжение.на лямбда-диоде 21 падает. В момент, когда оно станет меньше напряжения

U, рабочая точка переместится иэ точки В в точку А, т.е. произойдет переключение ячейки 11 в состояние логического нуля, что соответствует информационному сигналу на входе 10.

При этом напряжение на лямбда-диоде

2 станет равным 0, ОВ, а напряженйе на затворах 5 и 6.1 увели,ивается и затворы закроются через некоторое время. Одновременно с переключением первой ячейки 1 благодаря воздействию прошедшего излучения от тактового светодиода 11 через открытый ранее второй затвор 6 на фотоприемник 32 второй ячейки 1, вторая ячейка 1 аналогично опйсанному переключению первой ячейки 1 1 при подаче первого тактового импульса переключается в состояние логической единицы. Таким образом открываются затворы 5 и 62, напряжение на них упадет до нуля, а на лямбда-диоде 22 и разрядной шине 14 появляется логйческая единица, высокий уровень. Излучение от постоянного источника света 13 проходит через открытый затвор 52 на оптический выход-окно 16 маски 15. Затвор 51 закрывается, а поэтому на выходе 16 .1оптического сигнала не будет. Такое состояние регистра соответствует сдвигу информации на один разряд.

1012345

Таким образом i--я ячейка l ° при

М подаче тактового импульса принимает состояние, в котором до этого находилась предыдущая (i -1)-я ячейка 1 а первая ячейка - состояние задающе- 5

ro светодиода. Если бы в момент подачи второго тактового ймпульса на входе 10 была логическая единица, то вследствие низкого сопротивления фотопримника 3 световой тактовый импульс, прошедший через открытый затвор 6 первой ячейки 1, воздейст„1 вующий 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- 2Ю товых импульсов могут быть любыми, при работе не требуется непрерывной подачи тактовых импульсов, что позволяет хранить сдвинутую информацию сколько угодно. При этом за счет наличия постоянного источника света 13. обеспечиваются наряду с электричес" кими выходами на разрядных шинах оптические выходные сигналы 16.1"16

Все это расширяет функциональные воз-. можности регистра. Кроме того функциональные возможности его расширены также за счет того, что как информационные входные импульсы, так и тактовые могут быть как положительными, так и отрицательными, для этого необходимо лишь поменять полярность подключения задающего светодиода и тактового светодиода. Минимальный период следования тактовых импульсов. зависит от быстродействия оптических затворов, и в случае затворов на. жидком кристалле составляет время от сотен микросекунд до десятков миллисекунд.

1012345

Заказ 2778/65

Тираж 592 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Гордонова

Редактор А. Долинич Техред Ж.Кастелевич Корректор А. Тяско