Способ ввода электрического сигнала в прибор с зарядовой связью

СОЮЗ СОВЕТСНИУ.СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУбЛИК И А 9) 27/О н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 9 А. Тр иков,1 епс 1 а 11 пн снаРеч. е 11 Е 1, 305,Ва 61 с 36, 1975 контраста вых рический сиги ого сигнала, элек вводят непосредст и енно на эл д истока, в течение а в каждом такте вво тервала време всего инракциеймативноготрод подаяжения. и между экс акцией инфо ешающий зле СПОСОБ ВВОДА ЭЛЕКТР ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ й полевые электроды ИЧЕСКОГО С ВЯЗ ЬЮ р истока,заряда и экс заряда на ра ют запирающи импульс на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Тошрвей М. "Бпгйасеци 111 Ъгас 1 оп шейЬой ой1 по ССРв" 1 ЕЕЕ Тгапв опч, ЕР, Р б, 1975,р.Ковопос 1 су У Сагревверов ой ССРв КСА, Вечч.р, 566,(54) (57)СИГНАЛА Всодержащи затвора, стока и расположенныи между электродами затвора и стока разрешаю" щий электрод, заключающийся в вырав нивании потенциалов стока и затвора посредством инжекции и экстракции1заряда и последующей экстракции информативного заряда из истока .в каждом такте ввода, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повьппения отношения сигнал-шум и32948 1 О 20 25 30 35 40 45 50 551 ОИзобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к способам управления приорами с зарядовой связью ( ПЗС), иможет найти применение в системахтепловидения при селекции движущихсяобъектов, при выделении контуров объектов и определении координат точечных объектов, в медицинской диагностической аппаратуре для коммутациис помощью ПЗС ИК-фотоприемников.Известен способ ввода вольтаического сигнала, например напряженияфоточувствительного элемента, в ПЗСметодом выравнивания потенциалов спомощью последовательной ин:хекции(налива) и экстракции (слива)заряда .в потенциальной яме ПЗС, В этом способе входное устройство ПЗС формируетзаряд Опропорциональный разностимгновенного значения сигнала. з иопорного уровня Чге(ф- Ч (С) Ч еНедостаток способа - зависимостьзаряда О от пороговых напряженийэлектродов входного устройства ПЗС,что в многовходовых приборах приводит к "геометрическому" шуму, ухудшая отношение сигнал-шум и контраствыходного сигнала,Известен также способ вводаэлектрического сигнала в прибор сзарядовой связью, содержащий полевыеэлектроды истока, затвора, стока ирасположенный между электродами затвора и стока разрешающий электрод,заключающийся в выравнивании потенциалов стока и затвора посредствоминжекции и экстракции заряда в каждом такте ввода и последующей экстракции информативного заряда из истока в каждом такте ввода.Данный способ является ближайшимк изобретению по технической сущности и достигаемому результату.Его недостаток заключается в малом отношении сигнал-шум и небольшомконтрасте выходного сигнала,Целью изобретения является повышение отношения сигнал-шум н контраста выходного сигнала,Поставленная цель достигается тем, что в способе ввода электрического сигнала в прибор с зарядовой связью, содержащий полевые электроды истока, затвора, стока и расположенный меж. ду электродами затвора и стока разрешающий электрод 1 заключающемся в выравнивании потенциалов стока и зап вора посредством инжекции и экстракции заряда и последующей экстракцииинформативного заряда из истока вкаждом такте ввода, электрическийсигнал подают непосредственно наэлектрод истока, а в каждом тактеввода в течение всего интервала времени между экстракцией заряда и экстракцией информативного заряда наразрешающий электрод подают запчрающий импульс напряжения,Непосредственная подача электрического сигнала на электрод истока устраняет шумы коммутации и обуслов ливает постоянную "привязку" уровня дна .потенциальной ямы истока к напряжению сигнала 1 (С), а поданаемый на разрешающий электрод в момент времени С импульс напряжения прекращает слив и изолирует зарядв истоке на время Ь й; если за этовремя сигнал изменяется от 75 ( С)до Чз ( Й + 4), то из ямы истока+ 6 С) - 75 (С), который после снятияимпульса на разрешающем электродевытекает из истока и образуетинформативный заряд, Этим достигается режим, когда роли "опорного" и "сигнального" напряжений играют два значения напряжения сигнала, последовательно взятые с интервалом Ьй. При малых д г.)- ( 1) 1(с,)йЬ,с 1 епричем последнее равенство тем точнее, чем меньше аи чем ниже верхняя граничная частота спектрасигнала 7 (1С(1),поэтому при5укаэанных условиях входное устройство ПЗС приобретает передаточную характеристику дифференцирующего звена,Так как такое звено не пропускаетнизкочастотных 1 в том числе постоянной) составляющих электрического сигнала, фоновая составляющая на выходеустройства отсутствует и контраств выходном сигнале повышается, Отношение сигнал-шум повышается как засчет устранения шумов коммутации,так и за счет включения в системуобработки сигнала операции дифференцирования, необходимой для оптимизации обработки сигнала в отмеченныхсистемах.Отсюда видно, что в стоке 4 обра-. зуется заряд Я, пропорциональный приращению сигнала ЬЧ 5 за время Ь, а при малых ЬС- пропорциогь.5 5 нальный производной сигнала ЙЧ /йй. Этот заряд с помощью затвора регистра 5 передают из стока 4 в регистр, понижая потенциал на электроде (фиг, 7), причем начало перетекания 10 заряда из стока 4 в регистр может совпадать с началом перетекания зарядаиз истока 1 в сток 4. После передачи заряда Яэ в регистр последний вновь изолируют, восстанавливая потенциал на затворе регистра 5, и открывают затвор 6 налива - слива, возвращая входное устройство ПЗС в исходное состояние к моменту времени Тц (окончание цикла). 20Требуемая передаточная характеристика получена благодаря тому, что выравнивание поверхностных потенциалов истока 1 и затвора 2 происходит дважды за цикл ввода: в начале цик ла - при уровне .сигнала Ч (с,) и в конце цикла - при уровне сигнала Ч ( + Д Т), Длительность цикла Т 11, складывается из интервалов ь,ыР 1 быр и времени изоляции 6 1 30Для правильного использования способа ввода электрического сигнала . в прибор с зарядовой связью необходимо, чтобы величина импульса Ь Чз выбиралась по стандартным формулам35 для обедненной МОП-структуры. Необходимо также, чтобы основное изменение сигнала приходилось на времял д-ае, т.е, Ьй)мвыр+эр Лри типичныхл1быр .1-3 мкс это приводит к оцени 40 ке верхней граничной частоты сигналов, которые будут правильно дифференцироваться,) ( 10 10 Гц; На-Ь 4й конец, наилучше характеристики способ имеет при вводе субтепловых сигналов, когда Ь ЧзР:,КЦ,. 25 мВ45 (при Т = 300 К), поскольку.при этом линейно передаются как положительные(подъемы дна потенциальной ямы истока 1)так и отрицательные (опускание дна 1 приращения сигнала,(при Т = 300 К) наиболее благоприятны для применения данного способа,так как передаточная характеристикасовпадает при этом с тактовой длядифференцирующего звена,Применение способа ввода, обеспечивающего дифференцирование входногосигнала, повьппает отношение сигнал//шум, так как операция дифференцирования обусловливает реализацию оптимальной обработки сигнала при определении контуров (или координат) объектов, выделения движущихся объектов,определение времени прихода им.ульсного сигнала; благодаря устранениюшумов коммутации дополнительно повышается отношение сигнал/шум. Контраст в выходном сигнале повыпаетсяблагодаря фильтрации постоянной составляющей общей для всех каналов(фона), что особенно важно для систем ИК-диапазона.Дополнительными преимуществамиданного способа являются: фильтрация шумов типа 1/, присущих большинству фотоприемников, служащихисточниками входного сигнала Ч,повышение однородности в многовходовых структурах - даже если в силутехнологических причин фотоприемники различны по уровню постояннойсоставляющей сигнала, то это не скажется на выходном сигнале, так какна выход входного устройства ПЗС по-:,стоянная составляющая входного сигнала не передается. По сравнению с принятым за базовый образец коммутатором типа КАС, выигрыш в величине шума может составить согласно оценке 0,5 мВ/20 мВ=25 раз, а в .контрасте 250 раз.1032948 т( Е 6 +аагуыДюиегпби нагиба-сяи гиаг НИИПИ лиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,аз 1013/1 Тираж 644 Подписное