DE3900562A1 - Monolithische schaltungsanordnung zur verstaerkung und auswertung von wechsellichtsignalen mit integriertem lichtsensor - Google Patents

Monolithische schaltungsanordnung zur verstaerkung und auswertung von wechsellichtsignalen mit integriertem lichtsensor

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Manfred Herz
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/087—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with IC amplifier blocks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

In der Optoelektronik, bei der Aufbereitung von Lichtsignalen in elektrische Signale, besteht die Forderung zur Miniatu­ risierung und Herabsetzung der Zahl von Elementschnittstellen. Diese können insbesondere in Verstärkerschaltungen störende Antennenwirkungen für elektrische Signale aufweisen. Daneben sind Kosten- und Zuverlässigkeitsvorteile durch eine weitest­ gehende Schaltungsintegration anzustreben.
Bei den meisten optoelektronischen Anwendungen sollen Schalt­ vorgänge durch Lichtänderungen, sogenanntes Wechsellicht ausgelöst werden; eine überlagerte, konstante Hintergrundhel­ ligkeit - eventuell sogar höherer Intensität als das Wechsel­ lichtsignal - soll ausgeregelt werden und die Schaltfunktion nicht beeinflussen.
Derartige Schaltungsanordnungen werden bisher in diskreter Schaltungstechnik realisiert, in der das Licht in einem Fotoelement in elektrische Größen gewandelt und einem Verstär­ kungselement zugeführt wird. Eine Kondensatorkopplung ver­ hindert dabei die Verstärkung von Gleichlichtanteilen. Der Wirkungsgrad als Verhältnis des Fotostroms zur Lichtinten­ sität wird für diese Sensoren in speziellen Herstellprozessen optimiert.
Die Verstärkerelemente werden auf Prozeßlinien für integrierte Linearschaltungen realisiert. Wünschenswert bleibt aber die weitere Verschmelzung der Komponenten in einem einzigen kostengünstigen Herstellprozeß, der auch höhere Integrations­ dichten mit analogen und digitalen Schaltfunktionen zuläßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechsellicht- Signalverstärker mit integriertem Lichtsensor in einem Standard-Integrationsprozeß für universelle Anwendungen mit möglichst wenigen externen Elementen zu realisieren. Diese Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung gemäß den kenn­ zeichnenten Merkmalen des Anspruchs 1, 2 und 3 gelöst. Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung kann gemäß Fig. 1 so ausgelegt werden, daß die fotoempfindliche Sperrschicht 1 in die Gegenkopplung eines Verstärkers 2 eingreift. Der Gleichstromarbeitspunkt der Schaltung wird wesentlich durch die angelegte Referenzspannung URef bestimmt. Anderungen des Fotostroms if verstärkt die Schaltung zu einer Ausgangsspan­ nung ua mit
ua(p) = if×R1×pCR2/(1 + pCR3).
Das System hat Hochpaßcharakter und strebt mit zunehmender Frequenz gegen den Wert, der durch die Widerstände R 1, R 2 und R 3 gegeben ist. Der Frequenzgang des Systems kann an einem einzigen Knotenpunkt 3 in Amplitude und Phase definiert werden.
Mit einem gemäß Fig. 2 nachgeschaltetem Schwellwertschalter 4 kann die Ausgangsspannung Schaltfunktionen auslösen. Der Schwellwertschalter kann eine Hysteresefunktion beinhalten.
Die Schaltungsanordnung ist realisierbar in einem analogfähi­ gen Integrationsprozeß in Bipolar- oder MOS-Technologie. Als fotoempfindliche Sperrschicht dient ein beliebiger PN-Über­ gang, der z.B. als großflächige Diode ausgebildet ist. Aufgrund der geringen Zahl von externen Anschlüssen kann das Chip z.B. auch in Transistorgehäusen mit Glaslinsenabdeckung assembliert werden.
Mögliche Anwendungen sind Reflex- und Einweglichtschranken in der Optoelektronik. Die Verwendung von Standard-Technologien gestattet dabei die schaltungstechnische Erweiterung des Systems um analoge und digitale Komponenten.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Verstärkung und Auswertung von Wechsellichtsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsensor monolithisch integriert ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lichtsensor elektrisch in einen Gleichspan­ nungsarbeitspunkt der Schaltungsanordnung einbezogen ist und die Wechsellichtsignale gleichstromgekoppelt sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Gleichlichtanteile durch eine frequenzabhängige Gegenkopplung ausgeregelt werden.
4. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung und der Frequenzgang an einem einzigen Anschluß der Gegenkopplung eingestellt werden können.
5. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Wechsellichtsignal mit einem integrierten Schwellwertschalter bewertet wird, mit dem die Anordnung als Wechsellichtschalter wirkt.
6. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung den Empfangsteil von Einweg­ lichtschranken bildet.
7. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung den Empfangsteil von Reflex­ lichttastern bildet.
8. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung als elektronischer Taster wirkt, der durch eine Lichtquelle aktiviert wird.
9. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung in einem Standard Bipolar oder MOS-Prozeß für analoge integriete Schaltkreise hergestellt wird.
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