Спектральный преобразователь электрических сигналов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Сюэ СоветскиСоциалистическихРеспублик 00 С; 0 ударственый комнтет но аеяам нзобретен н открытнй(54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРСИГНАЛОВ И зисных функций, выторых к управляю- а выходы другогоам столбцов матри ортогоналходы однщим шинк управлного накНе ос 15 ах ен ляюще трод, со вс пител 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, полу- сумматор и переключатель 1 . 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 управй шине столбца, выходной элексвязанный зарядовой связьюеми ячейками матричного накоя, два формирователя системы ЗО ого из коам строк,яющим шин чопителя2 1.д татком известного преобразователя электрических сигналов является низкая точность преобраэоваия, 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 преобразованиезаряд-сигнал на этих выходах практически не может быть выполненос одинаковым коэффициентом, например, из-за различия в размерах выходных плавающих электродов,то в результаты будет вноситьсясистематическая ошибка. Во-вторых,преобразование сигнал-заряд привводе значений трансформант в каждую ячейку также будет осуществляться со своим для каждой ячейки коэффициентом иэ;за различия в размерсамих ячеек. Этот разброс козффицитов проявится как коррелированныйшум, 690402Формула для а (к щ ) выражает прямое преобразование, т.е. получение трансформант. В этой Формуле М - число строк или равное ему число столбцов в матрице, к и п - 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, ЮаЕ(к, х) и ЮаЕ (п 1, у) - ортогональные функции (в данком обозначении - это функции Уолша), а (к,щ ) - трансформанты.Формула для Г (х,. У) выражает60 обратное преобразование, т.е. восстановление функции 1 (х, у) по известным а (к, го), Видно, что обратное преобразование осуществляется также, как и прямое, но с обращеЯ Цель изобретения - повышение точности преобразования электрическихсигналов.Поставленная цель достигается темчто спектральный преобразовательэлектрических сигналов содержитвыходной МДП - транзистор, МДПтранзистор сброса и электрод управления зарядовой связью между зарядами регистра сдвига исоответствующими ячейками матричного накопителя, подключенный к затвору выходного и стоку МДП-транзистора сброса, сток и исток выходногоМДП трансформатора являются выходамй устройства.Схема спектрального преобразователя электрических сигналов представлена на чертеже, Он содержиттактовые электроды регистра сдвига 1, тактовые шины 2, 3, 4, входной затвор 5 и входной исток регнстра сдвига б, электрод управления зарядовой связью 7 между разрядами регистра сдвига и соответствукщими ячейками матричного накопителя, выходной электрод 8, передающиеэлектроды 9, 10 ячеек матричногонакопителя, стопорные шины 11 дляэлектрической изоляции ячеек накопителя, формирователи системы ортогональных базисных Функций 12, 13по столбцам и строкам соответственно, МДП - транзистор сброса 14,выходной МДП транзистор 15,Спектральный преобразовательэлектрических сигналов работает всоответствии с выражениями: 8-1 я у(х,Ч):Е а(х,щ)ЮоЕ(х Х,) ацЕ(у,го) х-.о п 1 в нием аргументов: при прямом преобразовании х и у - координаты преобразуемой матрицы, а к и щ - порядковые номера ортогональных Функций,при обратном же преобразовании к 5 и и выступают в качестве координатнекоторой формальной матрицы,содержащей трансформанты,а х и у-в качестве порядковых номеров тех же ортогональных функций.Входной сигнал подается либона входной затвор 5 при Фиксированном напряжении на истоке б, либона исток б при фиксированном напряжении на входном затворе 5. Входнойсигнал представляет собой импульсынапряжений, величина каждого из которых соответствует значению определенной трансформанты а (к, пч). Этиимпульсы-трансформанты поступают навход регистра последовательно отк=О до к. М - 1 при гп = О, затемот к:0 до к=Япри п и такдалее до к: Н -1 при п = М -1, Навходе регистра происходит преобразование каждого импульса входногонапряжения в соответствующей по величине заряд. Под действием тактовых напряжений, подаваемых на шины2, 3, 4, вводимые заряды переносятся вдоль регистра. При этом каждый ЗО заряд занимает в нем отдельную ячейку. Регистр имеет число ячеек, равное Я - числу относящихся к одному2кадру трансформант а (к,п ). Заряды,несущие информацию о трансформан тах, располагаются вдоль регистрав порядке их введения.Электрод;связи 7 постоянно находится под потенциалом препятствующим переходу зарядов между ре О гистром и другими элементами устройства. После того, как заполнение всех ячеек регистра завершится, на электрод переноса 7 подается потенциал, разрешающий:переходзарядов из ячеек регистра, и онивсе разом перетекают в ячейки матрицы хранения ортогональных сигналов образованные электродами 7,8, 9 и 10. Как только переход зарядов закончится, на электроде 7устанавливается прежнее значениепотенциала.Для того, чтобы передаваемые изячеек регистра заряды попадалй,только в противолежащие ячейкиматрицы хранения, образованныечетвертками электродов 7, 8, 9,10, а также для того, чтобы исключить переход зарядов между ячейкамисамой матрицы эти ячейки, а такжесоответствующиеим участки электрода связи 7 и выходного электрода8 разделены стопорами, т,е, областями повышенной .чнцентрации 11.Генераторы ортогональных Функций12 и 13 имеют по И выводов, идущих50 55 60 65 к электродам 9 и 10, соответствующих ячеек. Выводы генераторов пронумерованы от 0 до М -1,К ячейке, хранящей трансформанту а (к,щ ), подходит от генератора 12 вывод с номером к, а от генератора 13 - вывод с номером т Значит, к ячейке с трансформантой а (к, п 1) от генератора 12 на электрод 9 поступает напряжение, представляющее 9/ а С (х, к), а от генератора 13 на электрод 13 - хЧа 8 (у, п 1). В исходном состоянии емкость выходной шины 8 через тран-, зистор сброса 14 заряжается до напряжения, равного примерно половине выходного напряжения генера" торов, 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 зависимостиот величины напряжения на послед"нем. При инверсии кода на электроде 10 расположение заряда изменится на противоположное, вызвав приэтом на плавающем выходномэлектроде 8 изменение напряжения,пропорциональное по величине количеству накопленного заряда, а познаку, соответствующее направлениюего перемещения, т.е, из-под электрода 9 под электрод 8 или наоборот,Третье же состояние наступаетпри образовании под электродом 10такой же потенциальной ямы, как ипод электродом 9. В этом случаеизменение напряжения на электроде9 не вызовет перемещение зарядапод электрод 8 или из-под электрода 8, так как под электродом 10имеется более глубокая, чем подэлектродом 8, потенциальная яма.В результате перемещение зарядовпроисходит между потенциальнымиямами электродов 9 и 10 и напряжение на выходном электроде 8 неизменяется.Как видно из описания работыячейки, переданный от нее на выходной электрод 8 сигнал может бытьумножен 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 ковсем 8 ячейкам накопителя одновременно, Результат этого обращения - появление на выходной шине8 импульса, величина которого пропорциональна сумме сигналов от всех ячеек, т.е. пропорциональна алгебраической суммеведений.Заряд а,Ц , хранящийся в ячейке,при перемещении под выходной электрод вызывает на нем изменение напряжения аЧ ай /С, а при обратномперемещении лМ=-а /С, где С - емкость выходной шины 8 относительноподложки, одинаковая для всех ячеек.Отсюда видно, что преобразованиезаряд-выходной сигнал в предлагаемом устройстве происходит с одними тем же коэффициентом, независимоот 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 ЖоС(у, т)+ чаГ(у, щ)ЕЬ,к)ффайх,) МЧ,)= Ж(х к) К 9 ю) выражают те функции,по которым преобразователь производит докодирование В отличие от ортогональной Функции ча 1 (у,п 3 )Функция В (у, гп ) принимает значение0 когда Функция 9/ а Я (у,гп ) принимает значение - 1,Отсюда следует, что значениеР(х, у), представленное импульсомнапряжения по выходной шине 8 длякаждой пары порядковых номеровх и у ортогоналъных функций, выра"батываемых генераторами 12 и 13выразится суммой: Функция 7 (х, у) не включает тех членов а (к, щ ), которое соответствует значениями аб (у,Щ )= - 1. Эти невключенны члены представляются Функцией й-. (х,у)=Е: Ео(к Е)ВХ,1 с)Ж(У,п,),к-.о в:огде В (к, х) и И (у, гп ),Ь/(х, к) и % (у, п ) соответствейно инверсные коды. Следовательно, в данном устройстве для получения каждого импульса, соответствующего У (х, у) надо вывести импульс, соответствующий У, (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 основньии носителями тока. В результате ячейки оказываются вычищенными и готовыми к приему зарядов, несущихЛО 4 О 2 информацию о следующем кадре. Заряды, относящиеся к следующему кадру, т.е. М 2 новых трансформантвводятся в регисто одновременно свыводом парных Ф импульсов с вБходной шины 8,Данное устройство способно выполнять не только декодирование,для чего оно предназначено, но и сравным успехом может производитьобратную операцию - кодировку электрических сигналов, что вытекает кзобратимости данных преобразований.Предлагаемое устройство выгодноотличается .от известного, так какне создает коррелированных шумов,связанных с неккденткчностью каналов ввода информационных зарядовв ячейки устройства и вывода иэ них. Формула изобретения20 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, связанныйзарядовой связью со всеми ячейкамиматричного накопителя, для формирователя системы ортогональных баэиснык Функций, выходы одного иэ которьж подключены н управляющим шинамстрок, а выходы другого .- к управляющим шикая столбцов матричногонакопителя, о т л и ч а ю щ,и й с ятем, что, с целью повышения точности преобразования электрическихскгналов, он содержит выходной ХДПтранзистор,МДП-транзистор сброса иэлектрод управления зарядовой связьюмежду разрядами регистра сдвига исоответствующими ячейками матричногонакопителя, подключенный к затворувыходного и стоку МДП-транзисторасброса, сток и исток,выходногоМДП-транзистора является выходамиустройства.Источники информации,принятые зо внимание при экспертизе1. Зарубежная радиоэлектроникаф, Ф 3, 1973, с. б 9.2. Электроника, М 23, 1974,ЦНИИПИ Заказ 595 б/42Тиоаж 109 О Подписное Филиал ППП фПатентф,г. Ужгород, ул, Проектная