広いダイナミックレンジを持つ適応型光受容器

我々は、他のローカル回路と共に使用される大規模並列アナログVLSIシリコンチップで使用できる光受容器回路について説明します。この受容器は、静的信号（回路の不整合を含む）に対しては低いゲインを持ち、適応点の周囲に中心を持つ瞬時信号に対しては高いゲインを持つ連続時間出力を提供します。応答は対数的であり、これにより固定画像のコントラストに対する応答が絶対光強度に対して不変となります。この5トランジスタの受容器は、2μm単ポリCMOS技術で約70μm x 70μmの面積で製造可能です。単独の適応レベルで1-2オーダーのダイナミックレンジを持ち、全体のダイナミックレンジは6オーダーを超えます。回路におけるいくつかの技術的改善により、信号品質を犠牲にすることなく、以前の設計に対して追加で1-2オーダーのダイナミックレンジが得られます。ダイナミックレンジの下限は、受容器の帯域幅が60 Hzのときの照度として恣意的に定義され、約1ルクスであり、これは桿体視と錐体視の境界であり、現在の消費者用ビデオカメラの限界でもあります。この受容器は、過剰な少数キャリアの拡散に対して抵抗性のある適応型要素を使用します。連続的かつ対数的な変換プロセスにより、帯域幅は強度に比例してスケールします。その結果、全体のAC RMS受容器ノイズは一定であり、強度に依存しません。ノイズのスペクトル密度は純粋な光子ショットノイズの2倍の範囲内にあり、強度と反比例して変動します。ボルツマン統計によって支配されるシステムにおけるショットノイズと熱ノイズの関係が美しく示されています。