Фильтр на приборе с зарядовой связью для аналоговых устройств

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеснублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 060230 (21) 2880776/18-24 Га 11 С 19/06 с присоедииениеАА заявки ЙОГосударственный комитет.СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 1503 ВЗ. 22) Автор . изобретени.А. Шили сковский институт электр 71) Заявитель(54) ФИЛЬТР НА ПРИБОРЕ С ЗАРЯДОВОЙ СВ ДЛЯ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ2 элемент данного разряда должен выполнен в виде двух затворов чтобы отношение площадей вспом тельного 5 Ви основного 5 О.затв было равно быт ак, га- ров 5 в 50 Для получения Фил ные шины подключены схеме - дифференциал лю тока, осуществляю нх сигналов. При по 5 тий элемент разряда виде двух затворов,делится в соответст ем (,1) и вызывает и перетекание зарядов 20 ный и основной затв выходе дифференциал сывается выражением и й,=ЛС:Е 1 п 1 пТгналь льной итение, трей в акет ошениное тель- на ьтра обе си к дополните ьному .иэмер щему вычита т.уплении в выполненны зарядовый и ии с соотн опорциональ на вспомога ры. Сигнал ной схемы") 2 А 2) ТТТ Г30 нтск -м Изобретение относится к полупровод никам ИС и может быть использовано при создании аналоговых и фотоприемных устройств на ПЗС,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 1 .Недостатком этой. схемы является большое количество транзисторов и необходимость дополнительной схемы . суммирования выходных сигналов для получения выходной характеристики фильтра.Наиболее близким к предлагаемому является устройствфна ПЗС, содер- . жащее регистр сдвиг,ПЗС-типа, в.каждом разряде которого" третий элемент разряда выполнен в виде двух затво-. рбвосновного и вспомогательного с требуемым (для данного разряда) весовым коэффициентом, причем вспомогательные затворы подключены к одной сигнальной шине, а бсновные затворык другой сигнальной шине 2.Если для пт -го разряда требуется весовой коэффициент Ътт,т то третий- : постоянный коэффи- зарядовый пакет в элементе.Недостатком этого устройства является необходимость использованияна выходе дополнительной схемы дифференциального измерителя тока, осу.ществляющего вычитание токов. Какправило, эта схема является сложной 5и не может быть реализована на одномкристалле с ПЗС. Это приводит кусложнению внешнего обрамления ПЗСи к удорожанию системы.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейфильтра за счет реализации операциивычитания в каждом разряде двух аналоговых значений, которое позволит получить непосредственно на выходной шине сигнал, определяемый соотношением2 ), беэ использования дополнительного дифференциального измерителя тока.Поставленная цель достигается тем,что фильтр на приборе с зарядовой 20связью для аналоговых устройств, соержащий регистр сдвига, каждый разяд которого состоит из первого МДПэлемента, затвор которого соединен спервой тактовой шиной, и второго 25МДП-элемента с основным и вспомогательным затворами, дополнительно содержит третий и четвертый МДП-элементы с основным и вспомогательнымзатворами и МДП-транзистор, причем З 0вспомогательный затвор четвертогоМДП-элемента соединен с основнымзатвором второго МДП-элемента иподключен к выходной шине, с которойсоединен исток МДП-транзистора, аосновной и вспомогательный затворытретьего МДП-элемента, вспомогательный затвор второго МДП-элемента иосновной затвор четвертого МДП-элемента подключен ко второй, третьейи четвертой тактовым шинам соответственно,а сток МДП-транзистора соединен с шиной питания.На фи:.1 схематически изображенпервый вариант схемы фильтра.на ПЗС;на фиг.2 - диаграмма тактовых импульсов; на фиг.3 - второй вариантФильтра на ПЗС,.фильтр на ПЗС содержит регистрсдвига ПЗС-типа на МДП-элементахс затворами 1-14, причем первый элемент выполнен на первом МДП-транзисторе с затвором 1 в каждом разряде фвторой, 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 выбранов соответствии с требуемым весовымкоэффициентом. Вспомогательные затворы четвертых МДП-элементов разряда 60б, 13 электрически соединены с основными затворами третьих МДП-элементовразряда 5,12 и подключены к общей вь; -ходной шине, к которой подключен исток МДП-транзистора 15. Сток транзистора 15 подключен к постоянному напряжению Е, а затвор - к тактовой шине ФЗ . Затворы первых МДП-элементовразрядов 1, 3 подключены к тактовойшине ф, оба затвора вторых МДП-элементов 2,3, 9, 10 подключены к тактовой шине Ф 3, вспомогательные затворы третьих МДП-элементов 4, 9 - ктактовой шине Ф 3, а основные затворычетвертых МДП-элементов 7,14 - к тактовой шине Ф,Фильтр (фиг.1) работает следующимобразом.При действии ф.,(например, в моментФ на фиг.2) зарядовые пакеты, соответствующие выборкам входных сигналов, находятся в МДП-элементах 1, 8.При поступлении Ф и окончании Ф 1заряды переходят в МДП-элементы фа,зы ф 2, делятся на две части в соответствии с выражением (1) и хранятся тамдо начала ФЗ. При поступлении импульса ф МДП-транзистор315 открывается, на вспомогательныхзатворах четвертых МДП элементов4, 13 и основных затворах третьихМДП - элементов 5, 12 устанавливается напряжение Е, величина которого меньше амплитудного значениятактовых импульсов Оф(Е Оф/2). Наспаде ф разделенные на две.части за-.грядовые пакеты передаются из МДПэлементов фазы ф 2, 3, 9, 10 в третьи МДП-. элементы разрядов, выполнен,ные в виде двух затворов 4, 5, 11, 12и хранятся там (Сз ). Для того, чтобы при действии Ф заряды оставались в потенциальных ямах вспомогательных затворов третьих ИДП-эле-,ментов 4, 9 и не переходили подзатворы б, 11, на которых установлено напряжение Е, необходимо выполнение следующих условий: где СА - удельная емкость диэлектрика затвора,5 - площадь затвора,Ямцс- максимальное значение заряда, передаваемого вПЗС.Для того, чтобы заряды под затворами 3, 10 уменьшались под затворами 5, 12, должно выполняться следующее условие:см) С 5 Ъ б(макс (4) где Ом- напряжение смещения (нижнее значение) тактовых импульсов. На спаде Ф 3 транзистор 15 закрывается и выходная шина становится плавающей. При нарастании Ф 4 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 зарядовгде С=СВ - полная емкость диэлектрика плавающих затвороводного разряда;- коэффициент влияния под.ложкиСн- нагрузочная емкость вы-;- 30.ходной шины.В большинстве практических случаев суммарная .выходная емкость шины значительно больше емкости любого иэ плавающих затворов отдельного разряЪ35 две и е Ия)си+С(И + )уу СЧ,2/ 2Щи величиной - Св знаменателе2выражения 5 ) можно пренебречь. Тог да1фВЫх-(1+)С,Ц+12) 1 пАП ( )Зарядовая емкость(рписанйолй схемы определяется из следующих условий; фю(0) -Е)сдВ, д)щмакс 4 Е-ОснС 5; (ЧЬ) 50Видно, что зарядовая, емкость в такой схеме меньше, чем в обычной четырехтактной, равной Я ос=(Ц-О м)Се.5. Следовательно, ее динамйческий диапазон также будет ниже. Другим недос,татком является то, что требуемая функция свертки(6) получается только1 3при вьполиеиии условия(я+1)И(и% цЪ /2, В фильтрах с небольшим чисФлом разрядов это условие может нарушится.С целью расширения динамического диапазона и увеличения точности операции Фильтрации схему можно модефи 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 вспомо-. гательным затворами, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей фильтра за счет реализации операции вычитания, он содержит в каждом разряде регистра третий и четвертый МДП-элементы с основным и вспомоиз МДП-элементов 5,12 потенциал наплавающих затворах повышаетсяеНа спаде ю заряды иэ потенциальных ямвспомогательных затворов третьих МДПэлементов 4, 11 переходят в потенциальные ямы вспомогательных затворовчетвертых МДП-элементов 6, 13, вызывая уменьшение потенциала на плавающих затворах. Таким образом, реализуется операция вычитания сигналовнепосредственно на плавающих затворах 10без использования схемы. Можно показать, что для Ь -разрядной цепочкиПЗС выходной сигнал будет равен цировать (фиг. 3) так,чтобы основные затворы третьих МДП-элементов 5, 12 и вспомогательные затворы четвертых МДП-элементов 6, 14 имели одинаковую площадь 5 п (фиг.3) равную5 п 5(8)Оф-Ц мСМа суммарная площадь обоих затворов вторых МДП-элементов разрядов 5 + 52 Э и 59+50, а также суммарная площадь вспомогательного затвора третьего и основного затвора четвертого МДП- элементов в каждом разряде 5,+5 и Ь,1+5,были равны Зр, определяемой соотйошениемф- ф где 5 - площадь затворов первыхэлементов 1 и 8.Максимальная зарядовая емкость в этом случае равнафмокс-ф см)а соотношение (5 ), определяющее вы,ходной сигнал, имеет следующий вид:1ивью.(1 ввП ФЯ Ъ, (1)Интервал для считывания сигнала 1 с, в течение которого д Вь определяется соотношением 6) , йоказан на фиг.2.Предлагаемое устройство может 5 ыть реализовано непосредственно на. эдном кристалле. Устройство может найти широкое применение в устройствах Фильтрации аналоговых и видеосигналов, Схема фильтра позволяет расширить динамический диапазон и увеличить точность операции Фильтрации.гательнык затворами и МДП-транзистор,причем вспомогательный затвор четвертого МДП-элемента соединен с.основным затвором второго МДП-элемента иподключен к выходной шине, с которойсоединен исток МДП-транзистора, аосновной и вспомогательный затворытретьего МДП-элемента, вспомогательный затвор второго МДП-элемента иосновной затвор четвертого МДП-элементаподключены ко вторай, третьейи четвертой тактовым шинам соответственно, асток МДП-транзистора соединен с шиной питания.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Секен К., Томпсет М. Приборы с.переносом заряда. М., "Мир", 1978,с. 23 б,2. Там же, с. 65 (прототип),.Тимохина ое аказ 1911/7 5 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 или Тираж 592ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и о113035;Москва, Ж, Рауш Подписимитета СССРрытийская наб , д.