Спектральный преобразователь электрических сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ает. сеид-ву (22) алнлено 070776 (2f) 2382091/18 24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 05,10.79. Бюллетень Йо 3 7

Дата опубликования описания 05.10.79

С©юэ Советски

Социалистических

Республик (51)РА. Кл,2

С, 01 % 23/00

Государственный комнтет

СССР по деяаи нзобретеннй и открытнй (S3) УДК681. 3 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.t0. Áeðåýèí, Б.A. Êoòîâ и О. В. Сорокин (71) Заявитель (54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в телевидении, в системах обнаружения и распознавания образов, в устройствах анализа, обработки и передачи изображений, в вычислительной технике.

Известен спектральный преобразователь электрических сигналов в интегральной схеме, представляющий собой матрицу« каждая ячейка которой содержит элемент памяти, полусумматор и переключатель 11 ). Недостатком этого преобразователя является его сложность.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является спектральный преобразователь электрических сигналов, содержащий регистр сдвига на приборах с зарядовой связью, матричный накопитель на приборах с зарядовой связью„ каждая ячейка которого выполнена на передающих электродах, один иэ которых подключен к управляющей шине строки, а второй - к управляющей шине столбца, выходной электрод, связанный зарядовой связью со всеми ячейками матричного накопителя, два формирователя системы ортогональных базисных функций, выходы одного из которых к управляющим шинам строк, а выходы другогок управляющим шинам столбцов матричного накопителя (21.

Недостатком известного преобразователя электрических сигналов является низкая точность преобразования, обусловленная следующими причинами. Во-первых, отсчеты с положительным знакОм и отсчеты с отрицательным знаком поступают на отдельные выходы и только затем производится их алгебраическое сложение.

Вследствие того, что преобразование заряд-.сигнал на этих выходах практически не может быть выполнено с одинаковым коэффициентом, например, из-за различия в размерах выходных плавающих электродов, то в результаты будет вноситься систематическая ошибка. Во-вторых, преобразование сигнал-заряд при вводе значений трансформант в каждую ячейку также будет осуществляться со своим для каждой ячейки коэффициентом иэ;за различия в размерах самих ячеек. Этот разбро коэффициентов проявится как коррелированный шум.

690402

Цель изобретения — повышение точности преобразования электрических сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что спектральный преобразователь электрических сигналов содержит выходной МДП вЂ” транзистор, МДП транзистор сброса и электрод управления зарядовой связью между зарядами регистра сдвига и соответствующими ячейками матричного накопителя, подключенный к затвору выходного и стоку МДП-транзистора сброса, сток и исток выходного

МДП трансформатора являются выходамй устройства.

Схема спектрального преобразователя электрических сигналов представлена на чертеже. Он содержит тактовые электроды регистра сдвига 1, тактовые шины 2, 3, 4, входной затвор 5 и входной исток регнстра сдвига 6, электрод управления зарядовой связью 7 между разрядами регистра сдвига н соответствукщими ячейками матричного накопителя, выходной электрод 8, передающие электроды 9, 10 ячеек матричного накопителя, стопорные шины 11 для электрической изоляции ячеек накопителя, формирователи cHcòåìû ОртОгональных базисных функций 12, 13 по столбцам и строкам соответственно, МДП вЂ” транзистор сброса 14, вЫходной МДП транзистор 15.

Спектральный преобразователь электрических сигналов работает в соответствии с выражениями:

Формула для а (к„ п ) выражает прямое преобразование, т.е. получение трансформант. В этой формуле

М вЂ” число строк или равное ему число столбцов в матрице, к и m — порядковые номера ортогональных функций, х и у — нормированные коор-. наты фоточувствительных элементов матрицы, т (х, у) - распределение освещенности на матрице, помещенной в,.плоскость действительного изображения объекта, Idaho(к, х) и

%a(. (m, у) — ортогональные функции (в данном обозначении - это функции уолша), а (к, m ) — трансформанты.

Формула для Г (х,. у) выражает обратное преобразование, т.е. восстановление функции 5 (х, у) по известным а (к, т ) . Видно, что обратное преобразование осуществляется также, как и прямое, но с обращ нием аргументов: при прямом преобразовании х и у — координаты преобразуемой матрицы, а к и rn — порядковые номера ортогональных функций, при обратном же преобразовании к

, и ж выступают в качестве координат некоторой формальной матрицы,содержащей трансформанты,а х и у-в качестве порядковых номеров тех же ортогональных функций.

Входной cèãíàë подается либо на входной затвор 5 при фиксированном напряжении на истоке 6, либо на исток б при фиксированном напряжении на входном затворе 5. Входной сигнал представляет собой импульсы

)напряжений, величина каждого из которых соответствует значению определенной трансформанты а (к, rn). Эти импульсы-трансформанты поступают на вход регистра последовательно от к=0 до к- М вЂ” 1 при гп =О, затем от к=0 до к=Я-1 при п 1 и так далее до к = N -1 при rn = М -1, На входе регистра происходит преобразование каждого импульса входного напряжения в соответствующей по величине заряд. Под действием так говь|х напряжений, подаваемых на шины

2, 3, 4, вводимые заряды переносятся вдоль регистра. При этом каждый

3G заряд занимает в нем отдельную ячейку. Регистр имеет число ячеек, равное Я вЂ” числу относящихся к одному кадру -.ðàíñôîðìàíò а (к,п ). Заряды, несущие информацию о трансформан35 тах, располагаются вдоль регистра в порядке их введения.

Электрод, связи 7 постоянно находится под потенциалом„ препятствующим переходу зарядов между рещ гистром и другими элементами устройства. После того, как заполнение всех ячеек регистра завершится, на электрод переноса 7 подается потенциал, разрешающий:переход зарядов из ячеек регистра, и они все разом перетекают в ячейки матрицы хранения ортогональных сигналов,. Образованные электродами 7, 8, 9 и 10. Как только переход зарядов закончится, на электроде 7 устанавливается прежнее значение потенциала.

Для того, чтобы передаваемые из ячеек регистра заряды попадалй. только в противолежащие ячейки матрицы хранения, образованные четвертками электродов /, 8, 9, 10, а также для того, чтобы исключить переход зарядов между ячейками самой матрицы эти ячейки, а также

®() соответствующиеим участки электрода связи 7 и выходного электрода

8 разделены стопорами, т.е, областями повышенной:-..-.:-центрации 11.

Генераторы ортогональных функций е65 12 и 13 имеют по И вы:-одов, идущих

690402

65 к электродам 9 и 10, соответствующих ячеек. Выводы генераторов пронумерованы от 0 до }4 -1.

К ячейке, хранящей трансформанту а (к, m ), подходит от генератора 12 вывод с номером к, а от генератора 13 — вывод с номером m

Значит, к ячейке с трансформантой а (к, m ) oT H To 12 на электрод 9 поступает напряжение, представляющее W а С (х, к), а от генератора 13 на электрод 13 — % a8 (у, m ). В исходном состоянии емкость выходной шины 8 через тран-. зистор сброса 14 заряжается до напряжения, равного примерно половине выходного напряжения генераторов, а затем отключается от источника питания, после чего выходная шина 8 все время одного отсчета остается плавающей.

В зависимости от совокупности напряжений на электродах 9 и 10 возможны три состояния ячейки. В двух из них потенциальная яма под электродом 10 отсутствует и хранимый в ячейке заряд сосредоточен под электродом 8 или 9 в зависимости от величины напряжения на последнем. При инверсии кода на электроде 10 расположение заряда изменится на противоположное, вызвав при этом на плавающем выходном электроде 8 изменение напряжения, пропорциональное по величине количеству накопленного заряда, а по знаку, соответствующее направлению

его перемещения, т.е. из-под электрода 9 под электрод 8 или наоборот.

Третье же состояние наступает при образовании под электродом 10 такой же потенциальной ямы, как и под электродом 9. В этом случае изменение напряжения на электроде

9 не вызовет перемещение заряда под электрод 8 или из-под электрода 8, так как под электродом 10 имеется более глубокая, чем под электродом 8, потенциальная яма.

В результате перемещение зарядов происходит между потенциальными ямами электродов 9 и 10 и напряжение на выходном электроде 8 не изменяется.

Как видно из описания работы ячейки, переданный от нее на выходной электрод 8 сигнал может быть умножен одновременно на два коэффициента, один из которых может принимать значение -1 и +1, а второй— только 0 и +1. Обращение от генераторов 12 и 13 происходит Ко всем )» ячейкам накопителя одновременно. Результат этого обращения - появление на выходной шине

8 импульса, величина которого пропорциональна сумме сигналов от всех ячеек, т.е. пропорциональна алгебраической сумме ведений.

Заряд лЦ, хранящийся в ячейке, при перемещении под выходной электрод вызывает на нем изменение напряжения иЧ ай /С, а при обратном перемещении аМ=-а() /С, где С вЂ” емкость выходной шины 8 относительно подложки, одинаковая для всех ячеек.

Отсюда видно, что преобразование заряд-выходной сигнал в предлагаемом устройстве происходит с одним и тем же коэффициентом, независимо от вариаций конструктивных размеров или других параметров самих ячеек. Транзистор 15, на затвор которого подается напряжение с шины 8, служит для вывода сигнала.

В соответствии с функцией устройства следует обозначить жаС(у, rn)+} wa8(y, rg) j М», ») Wa1{x,k) (9, Р )=

yl(g, v,) gl I9 п ) выражают те функции, по которым преобразователь производит докодирование В отличие от ортогональной функции \ч al? (у, т ) функция »Ч (у, m ) принимает значение

0„ когда Функция 9/ а Я (у,гп ) принимает значение — 1.

Отсюда следует, что значение

Ф(х, у), представленное импульсом напряжения по выходной шине 8 для каждой пары порядковых номеров х и у ортогоналъных функций, вырабатываемых генераторами 12 и 13„ выразится суммой: и- м- (», у ) = Е: Е с (к, ) юг{», к) ж(у, р ) Функция } (х, у) не включает тех членов а (к, п ), которое соответствует значениями аб (у, и} )= -1. Эти невключенные члены представляются функцией

И-i -f

- F (»,у)=Е. Е: а(» >m}w{x,}с)Ж(у,п), к=а гп=о где W (к, х) и W (у, гп ),М (х, к) и W ((у, гп ) соответствейно инверсные коды. Следовательно, в данном устройстве для получения каждого импульса, соответствующего У (х, у) надо вывести импульс, соответствую-. щий 7, (х, у), инвертировать напряжения на р (х, у) и оба выведенных импульса йросуммировать.

По окончании вывода всех Яь импульсов, относящихся к одному кацру на электродах 8, 9, 10 всех ячеек устанавливается напряжение, меньшее порогового.. При этом хранящиеся в этих ячейках заряды инжектируются в подложку и рекомбинируют с основными носителями тока. В результате ячейки оказываются вычищенными и готовыми к приему зарядов, несущих еО4О2

5 Я 7 информацию о следующем кадре. Заряды, относящиеся к следующему кадру, т.е. М2 новых трансформант вводятся в регистр одновременно с выводом парных Ф импульсов с выход ной шины 8.

Данное устройство способно выполнять не только декодирование, для чего оно предназначено, но и с равным успехом может производить обратную операцию - кодировку электрических сигналов, что вытекает из обратимости данных преобразований.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от известного, так как не создает коррелированных шумов, связанных с неиндентичностью каналов ввода информационных зарядов в ячейки устройства и вывода иэ них.

Формула изобретения

Спектральный преобразователь электрических сигналов, содержащий регистр сдвига на приборах с зарядовой связью, матричный накопитель на приборах с зарядовой свяэью, каждая ячейка которого выполнена на передающих электродах, один из которых подключен к управляющей шине строки, а второй — к управляющей шине столбца, выходной электрод, связанный зарядовой связью со всеми ячейками матричного накопителя, для формирователя системы ортогональных базисных функций, выходы одного иэ которых подключены н управляющим шинам строк, а выходы другого .- к управляющим шикая столбцов матричного накопителя, о т л и ч а ю щ,и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования электрических сигналов, он содержит выходной ХДПтранзистор,МДП-транзистор сброса и электрод управления зарядовой связью между разрядами регистра сдвига и соответствующими ячейками матричного накопителя, подключенный к затвору выходного и стоку МДП-транзистора. сброса, сток и исток выходного

МДП-транзистора является выходами устройства.

Источники информации, принятые зо внимание при экспертизе

1. Зарубежная радиоэлектроника, Ф 3, 1973, с. á9.

2. Электроника, М 23, 1974, с,, 51.

ЦНИИП И Заказ 5956/42

Тираж 109G Подписное

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