Фотоприемное устройство

Фотоприемное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технике приборостроения и может быть использовано при создании систем обнаружения и преобразования в эквивалентный электрический сигнал потоков оптического излучения. Цель изобретения - снижение стоимости при использовании устройства в многоканальной аппаратуре с сохранением точности измерения, а также автоматизация процесса измерения. Ток фотодиода 1, пропорциональный его освещенности, поступает на вход стробируемого интегратора 3. Источник 2 опорного напряжения задает режим работы фотодиода. Период интегрирования задается блоком 7 автоматического задания периода интегрирования (АЗПИ), связанным со стабилизированным генератором 8 тактовых импульсов. Уровень выходного сигнала стробируемого интегратора 3 вначале и в конце периода интегрирования фиксируется блоком 6 двойной коррелированной выборки (ДКВ). Напряжение на выходе блока 6 ДКВ равно разности начального и конечного напряжений интегратора 3, благодаря чему производится фильтрация составляющей шума 1/F. Компараторы 4 и 9 срабатывают, когда уровень выходного сигнала блока 6 ДКВ соответственно выше или ниже напряжений опорных источников 5 и 10. Блок 7 АЗПИ анализирует состояние выходов компараторов 4 и 9 и дискретно изменяет период интегрирования таким образом, чтобы напряжение на выходе блока 6 ДКВ лежало в пределах от 0,1 до 0,9 от максимальной амплитуды напряжения интегратора 3. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G 01 а 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

E Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4303200/24-25 (22) 07.09.87 (46) 07 07 89, Бюл, № 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроиэмерительных приборов (72) Б ° А, Котон и О, А, Черевань (53) 535. 24(088 ° 8) (56 ) Пате нт США ¹ 3879740, кл. G 01 .1 5/30, 1975.

Авторское свидетельство ГССР № 857730, кл, G 01 а 1/44. (54) фОТОПРИВМ!ОЕ УСТРОг!СТBO (57) Изобретение относится к технике приборостроения и может быть использовано при создании систем обнаружения и преобразования в э квиналентный электрический сигнал потоков оптического излучения ° Цель изобретения снижение стоимости при использовании устройства н многоканальной аппаратуре с сохранением точности измерения, а также автоматизации процесса измерения, Ток фотодиода 1, пропорциональный его освещенности, посгупает на вход стробируемого интег„„SU„„1492223 А 1

2 ратора 3, Источник 2 опорного напряжения задает режим работы фотодиода.

Период интегрирования задается блоком 7 антоматиче ского задания периода интегриронания (АЗПИ), связанным со стабилизированным генератором 8 тактовых импульсов, Уровень выходного сигнала стробируемого интегратора 3 в начале и в конце периода интегрирования фиксируется блоком 6 двойной коррелированной выборки (ДКВ), Напряжение на выходе блока 6

ДКВ равно разности начального и конечного напряжений инте гратора 3, благодаря чему производится фильтрация составляющей шума 1/f, Компараторы 4 и 9 срабатывают, когда уровень выходного сигнала блока 6 ДКВ соответственно выше или ниже напряжений опорных источников 5 и 10 Блок

7 АЗПИ анализирует состояние выходов компараторов 4 и 9 и дискретно изменяет период интегрирования таким образом, чтобы напряжение на выходе блока 6 ДКВ лежало в пределах от

0,1 до 0,9 от максимальной амплитуды напряжения интегратора 3, 2 ил.

1492223

Изобретение относится к технике приборостроения и может быть использовано при создании систем обнаружения и преобразования в эквивалентный эпектриче ский си гнал потоков оптического излучения, Цел ью из обр ете ния я нпя ет ся снижение стоимости при использовании устройства в многоканальной аппаратуре с ссхранением точности измерения, а также автоматизации процесса измерения .

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — струк- 15 турная схема блока автоматического задания периода интегрирования, Фотоприемное устройство содержит фотодиод 1, один из выводов которого подключен к источнику 2 постоянного 2Р напряжения, стробируемый интегратор

3, вход которого псдключен, к другому выводу фотодиода 1, аналоговый компаратор 4, один иэ выыодов которого связан с источником 5 опорного напря- 2S жения, блок 6 двойной коррелированной выборки (ДКВ), блок 7 автоматического з адания периода инте грирования> связанный со стабилизированным генератором 8 тактовых импульсов, и дополнительный аналоговый компаратор 9, один из входов которого подключен к источнику 10 опорного напряжения, причем вход блока 6 ДКВ подключен к выходу стробируемого интегратора 3, управляющий вход которого связан с блоком 7, связанным также с управляющими входами блока 6 ДКВ и выходами аналоговых компараторов 4 и 9, имеющих входы, соединенные с выходом 40 блока 6 ДКВ, Фотоприемное устройство работает следующим образом, Под действием оптического излучения в структуре фотодиода 1 генери- 4S руется фототок, величина которого пропорциональна мощности оптического излучения, Источник опорного напряжения задает режим работы фотодиода и может, например> иметь нулевой потенциал.

В этом случае источник опорного напряжения может быть выполнен в виде общей шины нулевого потенциала, Ток фотодиода 1 поступает на вход стробируемого интегратора 3. В исходном состоянии на управляющЕм входе интегратора 3 присутствует логический уровень, соответствующий режиму интегрирования, при этом ток фотодиода ! вызывает формирование на выходе интегратора 3 линейно возрастающего напряжения, крутизна которого пропорциональна величине фототока, а исходный уровень> с которого начинается линейное возрастание, близок к уровню нулевого потенциала.

При поступлении на управляющий вход стробируемого интегратора 3 импульса, на время действия которого логический уровень на управляющем входе противоположен исходному, стробируемый интегратор 3 переходит из режима интегрирования в режим сброса, при этом в результате замыкания электронного ключа формирование линейно возрастающего напряжения завершается его переходом иэ высшей точки в уровень, близкий к нулевому потенциалу (т. е, исходный уровень), после чего цикл интегрирования повторяется, Пилообразное напряженке с выхода стробируемого интегратора 3 поступает на вход блока 6 ДКВ, который преобразует его в эквивалентное по величине постоянное напряжение и осуществляет подавление 1/f шума стробируемого интегратора 3.

Блок ДКВ может быть выполнен, например, в виде конденсатора, один иэ выводов которого является входом блока ДКВ, а другой подключен к сигнальным входам двух электронных ключей сигнальный выход одного из которых подключен к шине нулевого потенциала, а другого — к одному иэ выводов другого конденсатора, подключенного своим другим выводом к шине нулевого потенциала, причем выход другого ключа подключен также к неинвертирующему входу операционного усилителя, инвертирукиций вход которого соединен с его выходом, являющимся выходом блока ДКВ, Управляющие входы электронных ключей являются управляющими входами блока ДКВ, связанными с блоком 7, Постоя нный уровень напряжения с выхода схемы ДКВ является выходным сигналом предлагаемого фотоприемного устройства и поступает также на входы аналоговых компараторов 4 и 9, на другие входы которых поданы опорные напряжения от источников 5 и 10 опорных напряжений, Уровни опорных напряжений выбраны так, что один иэ

1492223 иих соответствует !! = 0 >9!1, а дру — с! „= o !"„,, где U максимал ьный уровень сигнала на выходе блока ДКВ, Аналоговые компарато5 ры 4 и 9 изменяют свое логическое

40 состоя ние на противоположное, если на их входах, подключенных к выходу блока 6 ДКВ, действует напряжение, превышающее соо; нетственно уровни U или L . В результате мон гут иметь место три .логических состояния компараторон 4 и 9, например 00 — напряжение с выхода блока 6 ДКВ ниже уровня U„, О, — 15 напряжение с выхода блока 6 ДКВ находится в промежутке между уровнями

I и !!„ ; 11 — напряжение - выхода блока ДКВ иревышае г уровень I!

Логические состояния с выхода ком- 20 и»рачорон 4 и 9 поступают иа входы блока 7, который формирует импульсные последовательности, управляющие работой стробируемого интегратора

3 и блока 6 ДКВ, и н соответствии со значениями ло гиче ских rостоя ний компараторов 4 и 9 осуществляет ступенчатое исрекиючение периода импульсных последонательност. и так, чтобы напряжение с выхода блока 6 30

ДКВ при любом значении мощности оптического излучения на входе фотоприемного устройст за (в заданном динамическом диапазоне, стремилось к не— личине, находящийся н про межу;ке межр,у I!

Р а бо т а блока 7 происходит под н о зд ей с т н:: е м т а к т о ны х импульсов с высоко и с т а бил ь но ст ью частоты, которые по с т у и ают н а один и з выходов блока

7 с выхода с т а били зи р о в ан и о го генератора 8 тактовых импульсов, Блок 7 автоматического задания периода интегрирования (фиг,2), состоит иэ ло ги че ской схс мы ИГКЛЮЧАЗЯЦЕ Е 45

И!!И-НЕ 11, двух логически> схем 2И

l2 и 13, двоичного реверсивного счетчика 14, цифрового компаратора 15, двоичного счетчика 16, мультиплексора

17, D-триггера 18 и регистра 19 сдвига, При этом счетный вход регистра

19 сдвига соединен со счетным входом двоичного счетчика 16 и подключен к входу блока 7, связанного r генер тором 8 тактовых импульсов, выходы разрядов двоичного счетчика 16 подключены к соответствующим информационным входам мультиплексора 17, разрядные входы управления которого соединены с соот не т от нующи ми р аэрядHblMH выходами реверсивного счетчика

14 и разрядны си входами первого слова цифрового комиаратора 15, у которого входы разрядов второго снова соединены вместе и подключены к выходу логической схемы 2И 12 и к выходу реверса реверсивного счетчика

14. Выход мультиплексор» 17 подключен к счетному входу D-триггера 18, D-вход которого соединен с потенциалом высокого логического уровня, прямой выход — с установочным входом двоичного счетчика 16, а инверсный выход — с установочным входом регистра 19 сдвига, выход старшего разряда которого соединен с установочным входом D-триггера, ь . ход младшего разряда подключен к выходу блока 7, сня ванного с вторым электронным ключом блока 6 ДКВ, а выход промежуточного разряда подключен к счетному входу реверсивного счетчика 14 и является выходом блока 7, связанного с управляющим входом стробируемого интегратора 3 и управляющим входом перного электронного ключа блока 6

ДКВ, Каждый из входов схемы ИСК!1ЮЧАЮ!ЦЕЕ ИЛИ-НЕ 11 соединен с соответствующим входом схемы 2И 12 и является входом блока 7, связанным с соответствующим анологовым компаратором 4 или 9 ° Выход схемы ИСКЛЮЧЛЮ!ЦЕЕ ИЛИ-НЕ 1 1 соединен с входом схемы 2И 1 3, другой вход которой соединен с выходом цифрового компарат)ра 15, а выход подключен к входу запрещения счета реверсивного двоичного счетчика 14, Блок 7 работает следующим образом.

На вход двоичного счетчик» 16 с выхода генератора 8 тактовых импульсов поступают тактовые импул ь сы с высокой стабильностью частоты. Двоичный счетчик 16 осуществляет деление частоты этих импульсов и на своих разрядных выходах форtfHpует заготовки импульсных последовательностей, отличающиеся пс периоду в целое число раз, Эти заготонки поступают на соответствующие разрядные входы мультиплексора 17 который. в соответствии со значением логических уровней на своих разрядных входах управления коммутирует одну из з аготовок на свой выход, Выбранн»я э аготовка с выхода мультиплексора 17 поступает на счетный вход, †тригге1492223

С Р < К;<Н) Ч С и И Е

1", соотна его;-нх<)де, ги че ско е со с5 у ст ыно н очный л 1б, з лир ещает н исходное

30 тр л не ни е Блия— процессов, 45 сброса интег<) вня си гнал л в! рше! о,разряда

18 и ны зывает

В CO C1 O?IHHP JIO ГИ его переключение че C Io го нуля, Э T работу iii)oH «Ho 1 начинает новый ц

I oтoB(! I;, 0дновре щ;1(тся р((бота ре 3 Л ° р j В ! ц (! !((! с т с i ) !

П (() < Т ОЯ Hlf O 1!О! ?1 ЧЕ СКОЙ нетстнующее потенциалу

H Гli<)н) ()черець> 3To 1О т< я I!if(воздействует нл вх<)ц цвоичногo счетчик его р.!боту и переводит состояние, IipH кот< ром нл всех выходах р<г)рядов устанавлинается уро- !р

f3eH f логического нуля . Одновременно нл инверсном выходе L)-триггера 18 присутствует потенциал логического нуля, который поступает на установочный вход регистра 19 сдниl л и яв- !5 ляется логическим уровнем, разрешающим егo работу, Ре гистр 19 .".двига фор .(?1ру(, т Il с)(<)их p<1зрядlгь! : Выхо длх послед )ilo гел ьно сдвинутые но времени импул ьсы, длительно ст ь ко- 20 тор

TóèHIoT и 3 ьь ходы блока 7, свя)ынные с входами упрлнления cTробируемого интel paTop I и блока 6 ДКВ, причем импульс с,<?<ход)! мллдшего разряда упры!)ляет работой HTopor т. е. упранля т процесс<)м выборки сиг нллл, Зл счет того, »Tn ) тот импу",ьс с педует непосредственно за временным интервалом, в течение которого (1)op>IHруется злготовкы нл выходе мультиriJI< !

l4, переводит его н режим сложения и одновременно поступает нл 13xo l циф— роного компаратора 15, устлнлнливля нулевое значение его второго с гонл, Иа входах первого слова цифрового компыратора 15 постоянно пр?гсутст вую)т выходы разрядов ре вер си нного c»eòчикл 14. Если хотя бы один из "".-. Ix рлзрядон р 3I)OII нулю (т. е, нет переполнения счетчика), то цифровой компаратор 15 формирует нл своем ныхо— де уровень логической 1, кот )рып поступает на вход схемы 2И 13, Иа второй вход этой схемы II< ступает Jlo гический уровень с выхода cxeiIII ИСКЛЮ

4 и 9 тлкке соответствует логической

"1", В рс-зулг,тате нл выходе cxcrffi 2И

13 уст гнлнливлется уровень .1< гпческой

1, который поступает на вх< д реверсивного c÷åò÷è?:л 14:f разрешает ег< работу, Так?гм < брлзом, счетчик

l4 готов к изменению св()его C стоя!и!я в режиме сложения и окидлет

IlP?f XOÄ I T dKTOБОГО И МПУ)1 С<1 If B

< в о Й C ч (. . T Hh! <1 н х () Jr . С и О с T() l Ul E. H u ем этого импульса с ныходл промежуточн< I <) разряд,! регистра ре— нерсивны!1 сч .тчик 14 увеличивает свое с остояние нл одну единицу с четы, Ото новое состояние поступает нл упр л !зля ющи е н оды мул ь т и пл е к сор л 1 7, в результ<(те чего нл его выход к. ммутируется з а готовка, ко тор ля o TJIH чается QT предыдущей тем, что оНН формируется на разряцнс м выходе дно—

H«l«!1 о счстчикл 16, сдвинутом )тносите.гьно прудь!душегo Hd o,ги?1 разряд сторону старшего ры.)ряцл, 3,3 счет

ЧЕГО ПЕРИОД ЗЫГOтОВКИ НЛ НЫХОДЕ МУЛЬтигглексора 17 увели !ивлется Б 2 рл—

Увеличен!<е периоца зыг(т<)нки Б 2 раза соответственно у ве III» f HBt T период формирования импульсов с выхода регистра 19 сдвига, что > н cl)ov оч»редь, BJI?3oå увеличивлст время интегрирования и уровень н,3!!ря «(»113)<

1492223 на выходы блока 6 ДКВ ° . Если при этом

Hp произойдет превышение этим напряжением уровня U„> та состояние аналоговых кампаратаров 4 и 9 «е изменяется, а следовательно, работа счетчика 14 будет разрешена и происходит дальнейшее ступенчатое увеличение времени интегрирования да тех пор, пока не произойдет переполнение счетчика 14 после чего цифровой компаратор 15 формирует на своем выходе уровень логического 0", который через схему 2И 13 воздействует на вход счетчика 14 и запрещает

его дальнейшую работу, Если же напряжение с выход» блока 6 ДКВ превысит уровень Ug > то кампараторы 4 и

9 установятся в состояние 01 В этом случае на выходе схем1 11 устанавли- 20 вается логический "0"> который через схему 2И 13 также запрещает работу счетчика 34 С прекращением изменения его состояния прекращается процесс переключения заготовок муль- 25 типлексором 17 и на его выход неизменно проходит заготовка, при которой аналоговые компаратары 4 и 9 приняли состояние 01, либо произошла переполнение счетчика 14, 30

Если в результате увеличения мощности оптического излучения на выходе фотоприемного устройства уровень напряжения на выходе блока 6 ДКВ возрастает настолько, чта оН превысит уровень U >òo аналоговые кампараторы 4 и 9 установятся в состояние

11, При этом происходит ус"ановка уровня логических "1" на выходах схем 2И 12 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 11.

Эти логические уровни переводят в единичное значение состояние второго слова цифрового компаратара 15 и задают счетчику 15 режим работы на вычитание. Если хотя бы один из раэря- 45 дов на входе опорного слова компаратора 15 равен 1 (нет опустошения счетчика 14)> то на ега выходе формируется уровень логической "1", который через схему 2И 13 разрешает работу счетчику 14, С приходом тактового импульса на счетный вход счетчика 14 он уменьшает свое состояние на одну единицу счета, что вызывает соответствующее изменение коммутации в мультиплексоре 17 в сторону млад55 шего разряда, В результате период заготовки на выходе мультиплексора 17 скачкообразно уменьшается вдвое. Ана1а ги чна предыдущему сл у 1аю пере к;1ючения в сторону возрастания периода заготовки ра(ата счетчика 14 разрешена да тех пор, пока камна .. атары 4 и 9 не устань вятся в сост>1яние 01, либо не произойдет полное опустошение счетчика 14. Состояния разрядных выходов счетчика 14 подаются на выход фатаприемног а устройства и являются дополнительными выходами, несущими информацию о номере автоматически установленного диапазона измерения, 1тсутствие в устройстве дорогостоящей прецизионной вп;11< гавай части паэ валяет без снижения точности сш;— зить суммарные з атраты при применениип устройства в мнагаканап ьнай а11паратуре, поскольку дл 1 аканчательнага представления результатов измерений достаточно наличие адно го преци— зианнаго аналагавагс излерительнага прибора, снабженного системой опроса измерительных каналов. Автоматизация выбора диапазонов измерения паэваляет упростить и ускорить процесс измер ения, Фар мул аизабретени я

Фотоприемное устройства, содержащее фатадиад, один их и IBojIoR которого подключен к источнику пастаяннаг ) напряжения, страбируемый интегр -i тар, вход которого падкпючен к другпму выводу фатадиада, и аналоговый компаратар, один иэ выводов которого соединен с источником опорного напряжения,отличающееся тем,чта, с целью снижения стоимости при использовании в многоканальной аппаратуре с сохранением точности измерения и автоматизации процесса измерения, в устройство введены стабилизированный генератор тактовых импульсов, второй источник напряжения, блок двойной корр елированнай выборки, блок автоматического задания периода интегрирава ния, соединенный с генератором тактовых импульсов, и дапалнителыый аналоговый компаратар > один из входов которого подключен к второму источнику опорного напряжения, причем вход блока двойной коррелираванной выборки подключен к выходу страбируемага интегратора, управляющий вход которого соединен с блоком автоматического эйдания периода интегрирования, соединенным с управляю шм11 входами блока

149 222 3

Составитель А, Грузинов

Техред Л,Олийнык

Корректор Т, Малец

Редактор О,Юрковепкая

Заказ 3867/44 Тир аж 466 Подписное

ВНИ1ИШ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 101 двойной коррс ьированной выборки и выходами yпомя нутых аH ало Говыx ком пар аторо в, входы которых соедине ны с выходом блока двойной коррелированной выборки, являющимся выходом устройства,