一种光存储单元的倒空信号测试电路.pdf

本发明公开了一种光存储单元的倒空信号测试电路，特点是该电路由二个单稳态电路及反相器F、运放器H和选通开关W串接而成，单稳态电路由六个端口的双D触发器、电容和可变电阻组成，来自倒空读出电路的输出信号接入第一个单稳态电路，经反相器、运放器处理后作为VB信号输出和下一个单稳态电路的信号输入，最后以RS信号输出。本发明的倒空信号由另外的电路独立产生，不依赖于复位信号，可灵活调节倒空脉冲的时间、信号的宽度以及倒空信号与复位信号的位置，方便测试不同倒空条件下光存储传感器和电路对接后的工作情况，与现有技术相比具有很好的可操作性和实用性，信号参数方便调节的优点。

1、  一种光存储单元的倒空信号测试电路，其特征在于该电路由二个单稳态电路及反相器F、运放器H和选通开关W串接而成，单稳态电路由六个端口的触发器L、电容C和可变电阻R组成，触发器L1的S端接地；CLK为时钟信号端接倒空读出电路输出信号；Q端依次串接可变电阻R1、电容C1后接地；I端共接可变电阻R1、电容C1；Q-端分别接触发器L1的D端、反相器F的输入端和选通开关W的①端；反相器F的输出端接运放器H正极和选通开关W的②端；运放器H的输出端作为VB信号输出；选通开关W的③端接下一个单稳态电路；触发器L2的CLK时钟信号端接选通开关W的③端；S端接地；Q端依次串接可变电阻R2、电容C2后接地；I端共接可变电阻R2、电容C2；Q-端接触发器L2的D端后作为RS信号输出。

2、  根据权利要求1所述光存储单元的倒空信号测试电路，其特征在于所述触发器L为CD4013双D触发器，在其Q和R端间串接一个由电容C、可变电阻R组成RC充放电路。

3、  根据权利要求1所述光存储单元的倒空信号测试电路，其特征在于所述选通开关W为二选一开关，通过开关选择性地输入下一个单稳态电路。

4、  根据权利要求1所述光存储单元的倒空信号测试电路，其特征在于所述运放器H的负极和输出端相连，来自反相器F的信号从正极输入构成了一个接成电压跟随器的运放实现电压的缓冲。

一种光存储单元的倒空信号测试电路
技术领域
本发明涉及电子、电路设计技术领域，尤其是一种用于光存储单元的倒空信号测试电路。
背景技术
光存储技术是通过光学方法读写数据，光探测器检测出光强和极化方向等的变化，从而读出存储单元内的数据。读出电路(ROIC)的主要功能是对光电器件中存储、探测或摄像单元的微弱信号进行预处理(如积分、放大、滤波、采样/保持等)并在信号处理级间提供接口。
经特殊设计的半导体低维结构在受到光激发时，入射光子可先转变成空间分离的电子一空穴对而被存储相当长的时间。这种量子阱一量子点复合结构的半导体光存储单元中由于光子存储器的光伏响应会产生一个台阶状的电流阶跃，这个光照下所出现的台阶状电流阶跃则是光子存储效应在I-V特性的反映。这个阶跃电流的大小与光照强度成正比，利用这个特性光存储单元可以用作光探测器，随后再通过施加偏压驱使所存储的电子和空穴向器件的两极移动，实现光信号读出。
低维度量子点-量子阱混合结构的光存储传感器是通过反向偏压使器件存储电子和空穴，正向偏压使光信号读出。这类器件正常工作时，需要给它提供正负偏压控制信号，称作倒空信号。利用瞬态光电流测试装置测量电流阶跃处的瞬态响应，测得波形的上升沿代表样品从无光照到有光照时的电流瞬态响应，主要反映光电子在一定偏压下的存储过程。下降沿代表从有光照向无光照转变时，原先存储在GaAs阱两侧的电子、空穴通过各种辐射以及非辐射过程逐渐复合消失的过程，当光子存储单元的偏压超过一定阈值电压时这是一个相对比较缓慢的过程。实验和计算发现，电流的下降沿大体上仍可分成一个初始的快衰变过程和一个长时间的慢衰变过程。快衰变过程和慢衰减过程对应的时间常数之和在偏压为2.2V～2.8V下约为2ms。当光存储单元用作光子存储器时，电子空穴对的缓慢复合限制了存储器的快速读写，当光存储单元用作光探测器时，由于存在上述电子空穴对的缓慢复合的过程，使得探测器的响应受上次响应的影响，从而影响探测器的输出，限制了探测器的快速应用。
现有CTIA型读出电路是一种通用的光电器件读出电路，它本身并没有根据低维度量子点-量子阱混合结构的光存储传感器的基本特性而量身定制，特别是没有提供倒空信号，它不能很好地读出低维度量子点-量子阱混合结构的光存储传感器的光信号，即便设有倒空信号的读出电路也不能方便地测试不同倒空条件下光存储传感器和电路对接后的工作情况，因为它的倒空信号是由复位RS信号产生的，幅度是通过分压器调节，信号的宽度是固定的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种用于光存储单元的倒空信号测试电路，它根据光存储单元的CTIA倒空信号读出电路，设计相应的倒空脉冲产生调节电路，倒空信号由另外的电路独立产生，可灵活调节倒空脉冲的时间，方便地测试不同倒空条件下光存储传感器和电路对接后的工作情况。
本发明的目的是这样实现的：一种用于光存储单元的倒空信号测试电路，特点是该电路由二个单稳态电路及反相器F、运放器H和选通开关W串接而成，单稳态电路由六个端口的触发器L、电容C和可变电阻R组成，触发器L1的S端接地；CLK为时钟信号端接倒空读出电路输出信号；Q端依次串接可变电阻R1、电容C1后接地；I端共接可变电阻R1、电容C1；Q-端分别接触发器L1的D端、反相器F的输入端和选通开关W的①端；反相器F的输出端接运放器H正极和选通开关W的②端；运放器H的输出端作为VB信号输出；选通开关W的③端接下一个单稳态电路；触发器L2的CLK时钟信号端接选通开关W的③端；S端接地；Q端依次串接可变电阻R2、电容C2后接地；I端共接可变电阻R2、电容C2；Q-端接触发器L2的D端后作为RS信号输出。
所述触发器L为CD4013双D触发器，在其Q和R端间串接一个由电容C、可变电阻R组成RC充放电路。
所述选通开关W为二选一开关，通过开关选择性地输入下一个单稳态电路。所述运放器H的负极和输出端相连，来自反相器F的信号从正极输入构成了一个接成电压跟随器的运放实现电压的缓冲。
本发明电路简单、易于实现，倒空信号由另外的电路独立产生，不依赖于复位信号，可灵活调节倒空脉冲的时间、信号的宽度以及倒空信号与复位信号的位置，方便测试不同倒空条件下光存储传感器和电路对接后的工作情况，与现有技术相比具有很好的可操作性和实用性，信号参数方便调节的优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明电路图
图3为本发明电路PCB版图
图4为本发明中无倒空的信号测试图
图5为本发明中先倒空后复位的信号测试图
图6为本发明中复位时倒空TVR＝2.0μs的信号测试图
图7为本发明中复位时倒空TVR＝3.4μs的信号测试图
图8为本发明中复位时倒空TVR＝10.0μs的信号测试图
具体实施方式
参阅附图1、附图2和附图3，本发明由二个单稳态电路及反相器F、运放器H和选通开关W串接而成，单稳态电路由六个端口的触发器L、电容C和可变电阻R组成，触发器L1的S端接地；CLK为时钟信号端接倒空读出电路的输出信号；Q端依次串接可变电阻R1、电容C1后接地；I端共接可变电阻R1、电容C1；Q-端分别接触发器L1的D端、反相器F的输入端和选通开关W的①端；反相器F的输出端接运放器H正极和选通开关W的②端；运放器H的输出端作为VB信号输出；选通开关W的③端接下一个单稳态电路；触发器L2的CLK时钟信号端接选通开关W的③端；S端接地；Q端依次串接可变电阻R2、电容C2后接地；I端共接可变电阻R2、电容C2；Q-端接触发器L2的D端后作为RS信号输出。
上述触发器L为CD4013双D触发器，在其Q和R端间串接一个由电容C、可变电阻R组成RC充放电路。
上述选通开关W为二选一开关，通过开关选择性地输入下一个单稳态电路。
上述运放器H负极和输出端相连，来自反相器F的信号从正极输入构成了一个接成电压跟随器的运放实现电压的缓冲。
本发明是这样工作的：倒空读出电路输出的信号是光存储读出电路输出的行同步信号，由触发器L1的CLK时钟信号端输入，当读出电路一行信号输出完毕，电路就输出一个C8信号作为标志。C8信号用来触发外部的读出电路控制信号，这些信号包括光存储单元的倒空信号，CTIA的复位信号RS，相关双采样的SH1和SH2信号。CD4013双D触发器L是上升沿触发，当这几个信号到达触发器L1时，触发器L1的Q端变为高电平，Q-为低电平，Q端通过R1对C1充电，当C1到达高电平，触发器L1复位，Q端变为低电平，Q-为高电平，这样Q-端输出一个负的脉冲，脉冲的宽度有R1和C1的大小决定，这时Q-的上升沿触发下一个单稳态电路翻转，产生一个脉冲信号RST，这是先倒空后复位的情况。
反相器F和选通开关W，是为了控制运放器H输出的倒空信号VB和触发器L2输出的复位信号RS的位置。当选通开关W打到上档时，即开关W的①、③端连通，为先倒空器件后复位；当选通开关W打到下档时，即开关W的②、③端连通，为倒空和复位同时发生。通过调节可变电阻R1和R2就可以分别调节运放器H输出的倒空信号VB和触发器L2输出的复位信号RS的脉冲宽度。由于反相器F的驱动能力有限，可能造成倒空信号的变形和失真，在反相器F后串接了一个运放器H，由运放器H的负极和输出端相连，来自反相器F的信号从正极输入构成了一个接成电压跟随器的运放实现电压的缓冲。
参阅附图4～附图8，通过对本发明的倒空信号测试可以看出，倒空脉冲可以根据需要灵活调节，倒空脉冲的位置和以及倒空脉冲的时间对光存储单元的读出电路对接后的输出结果有以下明显的影响。
1、倒空脉冲在复位脉冲前对电路的输出信号影响不时很明显，与不加倒空脉冲时的情况类似，但是对比附图4和附图5可以发现增加倒空后的输出信号更平坦些。
2、倒空脉冲与复位脉冲同时作用时，不同倒空时间会对读出电路的输出产生明显的影响。
a)倒空脉冲小于复位脉冲时，电路输出与先倒空后复位的情况相近；
b)倒空脉冲等于复位脉冲时，OUT2输出电压和OUT1输出电压上升，都在3V～4V，且OUT2比OUT1略高；
c)倒空脉冲等于复位脉冲时，OUT2输出在4V左右，OUT1输出电压在2V。OUT2输出相对OUT1变化明显，变化没有明显规律。
以上实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。