Фильтр на приборе с зарядовой связью для аналоговых устройств

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

o>)l ООИ 90 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (И j М.Кл.з (22) Заявлено 060230 (21) 2880776/18-24

Га 11 С 19/09 с присоедииениеАА заявки ЙОГосударственный комитет

-СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1503,83. Бюллетень М 10 (53) УДК 681. 327;. 6(088.8) Дата опубликования описания 150383. (72) Автор .. изобретения

В.A.Øèëèí (71) Заявитель

Московский институт электрон (54) ФИЛЬТР HA ПРИБОРЕ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ

ДЛЯ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Вв 1- +mm

S„= 1.* ("

Изобретение относится к полупроводникам ИС и может быть использовано при создании аналоговых и фотоприемных устройств на ПЗС., 5

Известно устройство на ПЗС для фильтрации сигналов, представляющее собой элемент задержки, подключенный к МДП-транзисторным ключам, причем весовая функция задается путем выбора определЕнной крутизны МДП-транзистора(1J.

Недостатком этой схемы является большое количество транзисторов и необходимость дополнительной схемы . суммирования выходных сигналов для получения выходной характеристики фильтра.

Наиболее близким к предлагаемому является устройствф на ПЗС, содер-жащее регистр сдвиг„ПЗС-типа, в.каж дом разряде которого"-третий элемент разряда выполнен в виде двух затво-. рбв основного и вспомогательного с требуемым (для данного разряда) весовым коэффициентом, причем вспомогательные затворы подключены к одной сигнальной шине, а бсновные затворык другой сигнальной шинe(2).

Если для m -го разряда требуется весовой коэффициент Ътт,, то третий элемент данного разряда должен быть выполнен в виде двух затворов так, чтобы отношение площадей вспомогательного Бзи основного О.затворов было равно

Для получения фильтра обе сигнальные шины подключены к дополнительной схеме — дифференциальному измерителю тока, осуществляющему вычитание, нх сигналов. При поступлении в третий элемент разряда, выполненный в виде двух затворов, зарядовый пакет делнтся в соответствии с соотношением (1) и вызывает пропорциональное перетекание зарядов на вспомогательный и основной затворы. Сигнал на выходе дифференциальной схемы описывается выражением

1+1т fl 1 1Т явь„=лс е — -Са

ВЫХ пт1 ПТ 2 -,„„Щ 2

tl

=nL а пт=1

Где А —: постоянный коэффициент;

Q — зарядовый пакет в пт -м. пт элементе.

1005190

Недостатком этого устройства является необходимость использования на выходе дополнительной схемы дифференциального измерителя тока, осуществляющего вычитание токов. Как правило, эта схема является сложной 5 и не может быть реализована на одном кристалле с ПЗС. Это приводит к усложнению внешнего обрамления ПЗС и к удорожанию системы.

Целью изобретения является расши- 0 рение функциональных возможностей фильтра за счет реализации операции вычитания в каждом разряде двух аналоговых значений, которое позволит получить непосредственно на выходной шине сигнал, определяемый соотношением (2 ), беэ использования дополнительного дифференциального измерителя тока.

Поставленная цель достигается тем, что фильтр на приборе с зарядовой 20 связью для аналоговых устройств, соержащий регистр сдвига, каждый раз яд которого состоит из первого МДПэлемента, затвор которого соединен с первой тактовой шиной, и второго 25

МДП-элемента с основным и вспомогательным затворами, дополнительно содержит третий и четвертый МДП-элементы с основным и вспомогательным затворами и МДП-транзистор, причем Зр вспомогательный затвор четвертого

МДП-элемента соединен с основным затвором второго МДП-элемента и подключен к выходной шине, с которой соединен исток МДП-транзистора, а основной и вспомогательный затворы третьего МДП-элемента, вспомогательный затвор второго МДП-элемента и основной затвор четвертого МДП-элемента подключен ко второй, третьей и четвертой тактовым шинам соответ- 40 ственно,а сток МДП-транзистора соединен с шиной питания.

На фи=.1 схематически изображен первый вариант схемы фильтра.на ПЗС; на фиг.2 — диаграмма тактовых им- 45 пульсов; на фиг.3 — второй вариант фильтра на ПЗС,.

Фильтр на ПЗС содержит регистр сдвига ПЗС-типа на МДП-элементах с затворами 1-14, причем первый элемент выполнен на первом МДП-транзисторе с затвором 1 в каждом разряде, второй, третий и четвертый МДП-элементы выполнены в виде двух затворов (2 и 3, 4 и 5, б и 7 — в первом показанном на фиг.1 разряде; 9 и 10, (11 и 12, 13 и 14 — во втором разряде ), . отношение площадей которых выбрано в соответствии с требуемым весовым коэффициентом. Вспомогательные затворы четвертых МДП-элементов разряда б, 13 электрически соединены с основными затворами третьих МДП-элементов разряда 5,12 и подключены к общей вь;— ходной шине, к которой подключен исток МДП-транзистора 15. Сток -транзис-65 тора 15 подключен к постоянному напряжению Е, а затвор — к тактовой шине ФЗ . Затворы первых МДП-элементов разрядов 1, 3 подключены к тактовой шине Ф, оба затвора вторых МДП-элементов 2,3, 9, 10 подключены к тактовой шине Ф3, вспомогательные затворы третьих МДП-элементов 4, 9 — к тактовой шине Ф3, а основные затворы четвертых МДП-элементов 7,14 — к тактовой шине Ф, Фильтр (фиг.1) работает следующим образом.

При действии Ф.,(например, в момент

Ф„ на фиг.2) зарядовые пакеты, сооТветствующие выборкам входных сигналов, находятся в МДП-элементах 1, 8.

При поступлении Ф» и окончании Ф1 заряды переходят в МДП-элементы фа,зы Ф2, делятся на две части в соответствии с выражением (1) и хранятся там (< ) до начала. ФЗ. При поступлении импульса Ф МДП-транзистор

15 открывается, на вспомогательных затворах четвертых МДП элементов

4, 13 и основных затворах третьих

МДП - элементов 5, 12 устанавливается напряжение Е, величина которо го меньше амплитудного значения тактовых импульсов Оф(Š— Оф/2). На спаде Ф разделенные на две.части за-.

2 рядовые пакеты передаются из МДПэлементов фазы Ф 2, 3, 9, 10 в третьи МДП-. элементы разрядов, выполнен,ные в виде двух затворов 4, 5, 11, 12 и хранятся там (t3 ). Для того, чтобы при действии Ф заряды оставались в потенциальных ямах вспомогательных затворов третьих ИДП-эле-. ментов 4, 9 и не переходили под затворы б, 11, на которых установлено напряжение Е, необходимо выполнение следующих условий: (Оф Е) Сд 9 Ъ Ямцкс (3) где CA — удельная емкость диэлектрика затвора, 5 — площадь затвора, Ямцкс- максимальное значение заряда, передаваемого в

ПЗС.

Для того, чтобы заряды под затворами 3, 10 уменьшались под затворами

5, 12, должно выполняться следующее условие:

uñì> C„S >,,@макс где О м- напряжение смещения (нижнее значение) тактовых импульсов. На спаде Ф3 транзистор 15 закрывается и выходная шина становится плавающей.

При нарастании Ф напряжение на затворах 7, 14 становится равным Оф и заряды потенциальных ям основных затворов третьих МДП-элементов 5, 12 поступают в потенциальные ямы основных затворов четвертых МДП-элементов 7, 14. При экстракции зарядов

1005190 цировать (фиг. 3) так,чтобы основные затворы третьих МДП-элементов 5, 12 и вспомогательные затворы четвертых МДП-элементов 6, 14 имели одинаковую площадь 5п (фиг 3) равную

S =S > (8) иф-u,„„

СМ а суммарная площадь обоих затворов вторых МДП-элементов разрядов 5 .« 5

2 Э и 59+Slî, а также суммарная площадь вспомогательного затвора третьего и основного затвора четвертого МДПэлементов в каждом разряде S++S и

911+Ъбыли равны 5Р ° определяемои соотйошением ф см

5р-9 ( ф

14 Ь 15

С и + 2 +(1+y)C где S — площадь затворов первых элементов 1 и 8.

Максимальная зарядовая емкость в этом случае равна

@мс кс А )ф см) а соотношение (5 ), определяющее вы:ходной сигнал, имеет следующий вид:.

1 и вь х 2 + в

П»= 1

О)

С tl + +(1+Ч,)С гДе С= С В вЂ” полная емкость диэлектрика плавающих затворов одного разряда;

«« — коэффициент влияния -под. ложки; с„- нагрузочная емкость вы-; 30 .ходной шины.

В большинстве практических случаев суммарная .выходная емкость шины значительно больше емкости любого иэ плавающих затворов отдельного разря%„„

35 лв, в.е.,(nay)cn+C(n<+ )у> с

2! 2

Щ и величиной — С в знаменателе

2 выражения (5 ) можно пренебречь. Tor-40 да

Вьм (1+ ()С +С(п +1/2) щ и» "

Зарядовая емкость „„рписанйолй схемы определяется из следующих условий: мокс ЖсР ЦСА9

Юмако4(Е - ОДДС о: -(15) 50

Видно, что зарядовая, емкость.в такой схеме меньше, чем в обычной четырехтактной, Равной 6 макс ()Ф )см)С 5Следовательно, ее динамйческий диапазон также будет ниже. Другим недос,татком является то, что требуемая функция свертки(6) получается только

11 при вьиолиеиии условия (<+n)Cn C(ng«ц»

1l /2. B фильтрах с небольшим чис- 60

Ф лом разрядов это условие может нарушится.

С целью расширения динамического диапазона и увеличения точности операции фильтрации схему можно модефи- 65

Формула изобретения

Фильтр на приборе с зарядовой связью для аналоговых устройств, содержащий регистр сдвига, каждый разряд которого состоит из первого

МДП-элемента, затвор которого соединен с первой тактовой шиной, и второго МДП-элемента с основным и вспомогательным затворами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей фильтра за счет реализации операции вычитания, он содержит в каждом разряде регистра третий и четвертый

AQUI-элементы с основным и вспомоиз МДП-элементов 5,12 потенциал на плавающих затворах повышается.На спаде v> заряды иэ потенциальных ям вспомогательных затворов третьих МДПэлементов 4, 11 переходят в потенциальные ямы вспомогательных затворов четвертых МДП-элементов 6, 13, вызывая уменьшение потенциала на плавающих затворах. Таким образом, реализуется операция вычитания сигналов непосредственно на плавающих затворах10 без использования схемы. Можно показать, что для h -разрядной цепочки

ПЗС выходной сигнал будет равен

1+1l „1 — Ъ

2н Cäl (1+ ()Сн 2п Сп+(1+(,)Сн

% и .«(1 «в() С МП Ю

Q 1l . (11)

Интервал для считывания сигнала 4 с, в течение которого д Bt определяется соотношением (6), йоказан на фиг.2. .Предлагаемое устройство может оыть реализовано непосредственно на. одном кристалле. Устройство может найти широкое применение в устройствах фильтрации аналоговых и видеосигналов, Схема фильтра позволяет расширить динамический диапазон и увеличить точность операции фильтрации.

7.

1 005190 гательнык затворами и МДП-транзистор, причем вспомогательный затвор четвертого МДП-элемента соединен с.основным затвором второго МДП-элемента и подключен к выходной шине, с которой соединен исток МДП-транзистора, а основной и вспомогательный затворы третьего МДП-элемента, вспомогательный затвор второго МДП-элемента и основной затвор четвертого МДП-элемента подключены ко второй, третьей и четвертой тактовым шинам соответственно, а..сток МДП-транзистора соединен с шиной питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Секен К., Томпсет М. Приборы с. переносом заряда. M. "Мир", 1978, с. 23б.

2. Там же, с. 65 (прототип) .

1005190

Тираж 592 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 аказ 1911/71

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В.Теленков

Редактор С ..Тимохина Техред Е. Харитончик Корректор И. Шулла