Источник потенциала
Патент 940614
Авторы
Классы МПК
Источник потенциала
Реферат
(19)SU(11)940614(13)A1(51) МПК 5 H01L29/796(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:
(54) ИСТОЧНИК ПОТЕНЦИАЛА
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для питания высокоомных цепей, имеющих емкостный характер. Известен источник потенциала, состоящий из источника напряжения и высокоомного резистора [1]. Недостатком этого устройства является малая скорость восстановления потенциала при его изменении под влиянием нагрузки. Известен источник потенциала, состоящая из источника напряжения и последовательно соединенного высокоомного резистора [2]. Недостатком этого устройства является малая скорость восстановления потенциала при его изменении под влиянием нагрузки. Наиболее близким техническим решением является источник потенциала, содержащий источник напряжения и подложку с диффузионной областью [3]. При отсутствии оптического сигнала сопротивление обратносмещенного диода велико, поэтому он не шунтирует нагрузку. При необходимости восстановления потенциала на диод подается оптический сигнал. Сопротивление диода при этом резко уменьшается до величины, несоизмеримо меньшей сопротивления нагрузки, и потенциал на нагрузке уравнивается с напряжением источника напряжения. Недостатком этого устройства является существенное изменение импеданса полупроводникового диода, приводящее к появлению помех в виде импульсов переменного напряжения. Поскольку нагрузку можно представить в виде параллельно соединенных импеданса Zн и источника тока iн, а импеданс источника потенциала в виде импеданса Zг1 при отсутствии освещения на диоде и импеданса Zг2 при воздействии освещения, то напряжение Uн на нагрузке Zн, обусловленное воздействием источника тока iн при отсутствии освещения диода Uн1 = iн (Zн//Zг1), а при освещении диода Uнг = iн(Zн//Zг3). В общем случае разность U между напряжениями Uн1 и Uн2 Uн = iн(Zн//Zг1 - Zн//Zг2), но если в устройстве реализуются условия Zг1 >> Zг2; Zн >> Zг2 и Zн << Zг1, то U iн Zн, т.е. действительно, вследствие существенного изменения импеданса диода на нагрузке выделяются помехи в виде импульсов переменного напряжения. Целью изобретения является снижение уровня выходных помех источника потенциала. Указанная цель достигается тем, что в известном источнике потенциала, содержащем источник напряжения и подложку с диффузионной областью, на подложке дополнительно размещены управляющий электрод и канал направленной передачи заряда на приборах с зарядовой связью, причем управляющий электрод соединен электрически с источником напряжения и зарядовой связью с одной из сторон канала направленной передачи заряда. Снижение уровня выходных помех достигается благодаря тому, что дополнительно введенный управляющий электрод и канал направляемой передачи заряда позволяют управлять величиной потенциала на нагрузке путем контролируемого изменения заряда без существенного изменения импеданса источника потенциала. Устройство ввода и вывода является вспомогательной цепью, осуществляющей связь зарядового канала с внешними цепями управления. На фиг. 1 дана примерная схема выполнения источника потенциала; на фиг. 2 - то же, с устройством ввода и вывода заряда на приборах с зарядовой связью. Источник потенциала содержит источник напряжения 1, диффузионную область 2, управляющий электрод 3, соединенный с источником напряжения 1, канал направленной передачи заряда на приборах с зарядовой связью, состоящий из токовых электродов 4, 5 и 6, и устройство ввода и вывода заряда, состоящее из электрода 7 и диффузионной области 8. Проводимость диффузионных областей 2 и 8 (р-типа кремния) противоположна проводимости подложки 9. Диффузионная область 8 и электрод 7 подключены к шинам питания 10 и 11 соответственно, тактовые электроды 4, 5 и 6 подключены к тактовым шинам 12, 13 и 14 соответственно, диффузионная область 2 подключена к выходной шине 15, а подложка 9 подключена к источнику напряжения 1 и общей шине 16. Кроме того, устройство может содержать дополнительные электроды 17 и 18 и диффузионную область 19. При работе инжектированный из диффузионной области 2 в потенциальную яму под электродом 4 избыточный заряд Qизб нагрузочной высокоомной цепи, дозированный потенциалом управляющего электрода 3, под действием тактовых напряжений на электродах 4, 5 и 6 поступает в диффузионную область 8. В результате удаления этого заряда из диффузионной области 2 потенциал нагрузки изменится на величину U = Qизб/(Сн + С2), где Сн - емкость нагрузки; С2 - емкость диффузионной области 2. Если источник тока Lн в цепи нагрузки направлен таким образом, что происходит рост потенциала в диффузионной области 2, то описанный режим восстановления потенциала не реализуется. В этом случае для уменьшения потенциала питаемой цепи необходима передача дополнительного заряда в нагрузку. В устройстве, изображенном на фиг. 1, это можно осуществить путем инжекции заряда и диффузионной области 8 под электрод 6 с последующей его передачей через канал заряда к диффузионной области 2. Критерием достаточности заполнения нагрузочной цепи зарядом является присутствие заряда под управляющим электродом 3. После завершения цикла восстановления потенциала нагрузки в канале передачи заряда реализуется инверсное направление переноса и избыточный заряд Qизб удаляется из нагрузки. Индикатором окончания процесса восстановления может служить зарядовый пакет Qизб, возвращаемый из нагрузки в период инверсного направления переноса. В этом случае диффузионную область 8 необходимо подключить к входной шине 10 индикаторного устройства. С целью сокращения периода восстановления потенциала функции инжекции заряда и приема индикаторного зарядового пакета целесообразно разделить между двумя различными диффузионными областями, например, по схеме, изображенной на фиг. 2. Дополнительные электроды 17 и 18 позволяют направить инжектированный диффузионной областью 19 зарядовый пакет в нагрузку путем подачи на электроды устройства соответствующих тактовых импульсов. При заполнении нагрузочной цепи зарядом появляется дополнительная составляющая помех, вносимых источником потенциала, связанная с величиной избыточного заряда Qизб zUн = Qизб/(Сн + С2 + С3), где С3 - емкость управляющего электрода 3. Эта составляющая может быть сделана достаточно малой выбором величины инжектированного заряда и межвосстановительного периода. При необходимости восстановления потенциалов, не обеспечиваемых уровнем напряжения управляющего электрода, в общую шину между источником потенциалов и питаемой цепью можно включить дополнительный источник напряжения. Если этого изменения потенциала недостаточно для установления заданной величины потенциала нагрузки, то цикл удаления заряда повторяют. Критерием установления заданной величины потенциала на нагрузке является отсутствие зарядовых пакетов на выходе устройства ввода и вывода заряда. Результирующий потенциал нагрузки равен напряжению источника напряжения 1 за вычетом напряжения плоских зон под электродом 3. Величина помех данного высокоомного источника потенциала определяется источником тока iн нагрузки, которая в общем случае составляет величину 1Uн= iнZн . При реализуемых в данном устройстве условиях Zн << Zг2 и Zг1 Zг2 величина этой помехи существенно меньше аналогичной помехи в прототипе. Здесь величина Zг1 определяется величиной емкости диффузионной области 2, а Zг2 - суммой емкостей диффузионной области 2 и управляющего электрода 3. Таким образом, помехи, вносимые источником потенциала в цепь нагрузки, существенно ниже аналогичных помех источника потенциала-прототипа. Для сравнения технических характеристик данного устройства и известного проведены сравнительные испытания при питании электрической цепи с величиной активного сопротивления 100 ГОм и емкостью 100 пФ. Источник потенциала, выполненный по схеме, изображенной на фиг. 1, создавал уровень помех в 800 раз меньший, чем уровень наводок источника потенциалов с фотодиодом. Таким образом, данный источник потенциала имеет пониженный уровень помех. Техническая эффективность данного высокоомного источника потенциала заключается в том, что введение специального устройства на приборах с зарядовой связью при сохранении быстродействия позволяет снизить уровень помех, вносимых в процесс восстановления потенциала нагрузки, и тем самым повысить ее допустимую чувствительность. Одной из перспективных областей применения изобретения является его использование для питания малошумящих зарядочувствительных цепей затворов полевых транзисторов в спектрометрических усилителях.
Формула изобретения
ИСТОЧНИК ПОТЕНЦИАЛА, содержащий источник напряжения и подложку с диффузионной областью, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня выходных помех, на подложке дополнительно размещены управляющий электрод и канал направленной передачи заряда на приборах с зарядовой связью, причем управляющий электрод соединен электрически с источником напряжения и зарядовой связью с одной из сторон канала направленной передачи заряда.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2