JPS584379B2 - 半導体信号変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送装置を用いたＣＯＳ変換装置などの半
導体信号変換装置に関する。

電荷転送装置（ＣＣＤ）でＣＯＳ変換を行なうことがで
き、この場合ＣＣＤの性格上離散的変換となり、マトリ
ックス表示すると次の如くなる。

力信号系列、ｇ０，ｇ１，ｇ２・・・・・・は入力信号
系列である。

この変換は上記マトリックスの行数に等しいビット数を
持ち、各ビットには各列のマトリックス要素Ｃｌ，ｋ
ニ等しい重みを付けたＣＣＵを列数だけ並設し、アナロ
グ入力信号をサンプリングして入力信号系列ｇ０，ｇ１
・・・・・・ｇＮ−ｔを作り、これらをそれぞれのＣＣ
Ｄに同時に入力してＣＩ＋Ｑ’ｇ０＋ｃｓ，ｏ’ｇ”＋
・・・・・・＋ＣＩ＋ｌ＊ｇ０＋Ｃ３，１・ｇ１＋・・
・・・・なる演算を行なわせればよい。

か＼る演算を行なう装置を本発明者は先に提案したが、
その概要を第１図に示す。

これは１６次のＣＯＳ変換を行なう装置でＣＣＤｏ〜Ｃ
ＣＤ１，は１６個の電荷転送装置であり、各々１６ビッ
トを持ち、各ビットはマトリツクス要素で前述の如く重
み付けされる。

各ＣＣＤの入力側には最大１１５ビットで順次１ビット
ずつ少なくなるやはりＣＣＵで構成される入カレジスタ
ＩＲｏ，ＩＲ１・・・・・・が設けられる。

最後のＣＣＤ１５には入カレジスタは不要なので設けな
い。

ＱＯ〜Ｑ１５ＭＯＳ Ｆ−ＥＴで、共通入力信号線ｌ１
と各入カレジスタ又は電荷転送装置の入力端との間に設
けられる。

ＡＤＤは入力アドレス回路で、その１６個の出力端子ｔ
。

，ｔ１・・・・・・ｔｌ５がそれぞれのＦＥＴスイッチ
Ｑ。

−Ｑ１５のゲートに接続される。各ＣＣＤを通る信号に
対する重み付けは電極分割により行なわれ、重み付け出
力は出力兼駆動線ｌ２，ｌ３に現われる信号の差として
取出される。

動作を説明すると、入力アドレス回路ＡＤＤはその端子
ｔ。

，ｔ１・・・・・・にＣＣＤのクロツク周波数ｆｃに等
しい周波数で順次出力を生じ、これによりＭＯＳ ＦＥ
ＴＱｏ，Ｑｔ，Ｑ２・・・・・・は順次短時間（出力持
続期間中）オンになり、このオン期間中の入力信号Ｉｎ
の大きさζこ対応する量の電荷が入カレジスタＩＲ０＋
ＩＲ１・・・・・・の第１ビットへ人力される。

こうしてサンプリングが行なわれ、Ｌ［’．２信号ｇ０
，ｇ１・・・・・・が当該レジスクＩＲｏ，ｉＲ１・・
・・・・へ入力される。

人カレジスクＩＲ０，ＩＲ１・・・・・・は周波数ｆｅ
のクロツクを受け、順次遅れて人力されるレジスタは順
次１ビットずつ少な＜なっているので、入力された信号
ｇＯ，ｇ１，ｇ２・・・・・・の電荷が当該レジスタの
最終ビットに達する時点は全で同一に資り、次の周期で
各人力レジスクの電荷およびこの時点で人力信号線ｌ１
からＦＥＴＱ１５を介して直接入力される電荷は当該電
荷転送装置ＣＣＤ。

，ＣＣＤ１・・・・・・ＣＣＤ１５の第１ビットへ同時
に人力される。

人力された電荷は以後クロツクに従って各ＣＣＤを１ビ
ットずつシフトされ、これにより前述のマトリツクス演
算が行なわれる。

第２図は第１図の装置の具体例を示す。

この図でＣＣＤ。

−ＣＣＤ，は上述のＣＣＤであり、これらには人カレジ
スク■Ｒｏ，■Ｒ１・・・・・・も含まれる。

φ１〜φ４は第１相〜第４相転送電極端子であり、本例
では第２相φ２と第４相φ４の転送電極が分割されて重
み付けされ、第Ｊ相φ，と第３相φ３の転送電極は非分
割である。

入力部は第３図に示す如く構成され、入力ダイオードＩ
Ｄ、第１ゲートＩＧｌ、第２ゲートＩＧ２を備えて電位
平衡法による電荷入力方式をとっている。

ＳＴ，，ＳＴ２は第１，第２蓄積電極、ＴＧはトランス
ファーゲ−ト、Ｑａ〜ＱｃはＭＯＳ ＦＥＴでアドレス
信号Ａｉ（ｉ＝ｏ，１，２・・・・・・）により開閉さ
れる。

この装置は第２図から明らかなように配線が極めて複雑
であり、多数の配線交叉部Ｐおよび配線接続部Ｑを必要
とする。

また信号サンプリングにはＭＯＳ ＦＥＴを用いている
ので高速動作が不可能であり、かつこれはＣＣＤとは異
質のものであるから製造工程が複雑になる。

そこで本発明者は信号サンプリングにＭＯＳＦＥＴを使
用せず、また人力レジスタ部も大巾に簡素化し得る装置
を開発した。

その基本構造を第４図に示す。

この図でＣＣＤ。〜ＣＣＤ１５は前述のように重み付け
した１６個のＣＣＤであり、これらのＣＣＤ演算部Ａに
対して入カレジスタ群Ｂを設けるが、この群Ｂの入カレ
ジスタは１６相ＣＣＤであり、かつ初段ＣＣＤｏから２
段目ＣＣＤ１、３段目ＣＣＤ２・・・・・・に対する人
力レジスタＩＲ０，ＩＲ１，ＩＲ２・・・・・・は転送
電極が図示の如く順次１つずつ少なくなっている。

ＩＧは入力ゲート電極であり、階段状をなす。

ＩＤｏ，ＩＤ，・・・・・・は人カダイオードで、共通
人力信号線ｌ１に接続される。

これらは半導体基板ＳＶＢに形成材必。動作を説明ずる
と、１６相ＣＣＤ部ＢにはＣＣＤ演算部Ａのクロツク周
波数ｆｅの１／１６の周波数の１６相クＤツク電圧を加
え、入力ゲートを開くと、最初の人カレジスクＩＲｏは
転送電極φ。

〜φ１，を全て備えてその第１相転送電極φ。

に第１相クロツク電圧が印加されるので該レレジスタ■
Ｒｏに電荷が人力される。

２番目以降のレジスタＩＲｌ，ＩＲ２・・・・・・は第
１相転送電極φ。

を欠如するので電荷人力は行なわれない。次の第２相ク
ロックでは電極φ１に該クロツクが加わり、他の電極に
はクロツクか加わらないので、レジスタＩＲｏては先に
人力された電荷が電極φ１の下部へ移動し、レジスクＩ
Ｒ１では信弓電荷の人力が行なわれ、３番目以降の ＣＣＤ２，ＣＣＤ３・・・・・・では電荷人力は行なわ
れない。

以下同様であり、こうして人カレジスタＩＲｏ，ＩＲ１
・・−・・−ＩＲ１，には前述の信号ｇ０，ｇ１・・・
・・・ｇｌ５が人力されるこ乏になり、かつ最終レジス
タＩＲｌ５へ信号電荷が入力される時点では先に人力さ
れた信号電荷ｇＯ，ｇｌ・・・・・・は当該レジスタの
最終電極φ，５の下部に達している。

従って次の周期では各信号電荷ｇ０〜ｇ１５が同時に当
該ＣＣＤ。

−ＣＣＤ，へ同時に入力され、また初段レジスクＩＲｏ
では新たに電荷が人力されて次のサンプリング周期が開
始される。

この第４図の方式では信号サンプリングにＭ−ＯＳ Ｆ
ＥＴは使用しておらず、ＣＣＤ演算部と同じ構造の人力
ダイオード、入カゲート、入カレジスタにより信号サン
プリングおよび待ち合せを行なっているので構造が極め
て簡単で、製作工程も複雑化しない。

入カレジスタにＣＣＤを用いる点は第１図でも同じでは
あるが、第１図では本体部と同じ２相ＣＣＤ（これは第
２図に示した如く、実際には４相ＣＣＤとして製作し、
結線で２相化する）を用いており、１ビット当り２個（
４相なら４個）の転送電極を必要とする。

この点第４図の１６相ＣＣＤでは最大１６個の転送電極
でよく電極数従って占有面積を第１図のものに比べてほ
ぼ１／２〜１／４に減少できる。

この本発明者が先に提案した装置を利用すると第２図ζ
こ示したＣＯＳ変換装置などの信号処理装置の構造を極
めて簡素化ｔることができる。

本発明はかＸる点に着目するものであって、その特徴は
、入力信号を順次リンブリングし、そのザンブリングし
た信号を複数の電荷転送装置に同時に入力して信号処理
を行なう半導体仁号変換装置において、複数行の電荷入
力装置の各々の両側にそれぞれ人カレジスタを介して電
荷転送装置を配置し、該入力レジスタを電荷転送装置の
個数ｎに等しいｎ相電荷転送装置とし、そしＴ各入力レ
ジスタの転送電極の対応ずるものを導線で接続し、前記
複数行の電荷入力装置の各行の端部では該導線をＵ字状
に折曲して反対側の入カレジスタ群の対応する転送電極
へ接続し、かつ各入力レジスクは電荷入力順に転送電極
を１つずつ減少させてなる電荷転送装置およびその入力
装置区分を備える点にある。

次に第５図に示す実施例を参照しながらこれを詳細に説
明する。

第５図でＣＣＤ。

−ＣＣＤ１５は前述の重み付けした電荷転送装置であり
、一列に並んだ（本例では２系列あるので二列になっで
いるが）電荷入力装置本例では入力ダイオード■Ｄ１，
■Ｄ２・・・・・・■Ｄ８の両側ζご入カレジスタＩＲ
ｏ，ＩＲ，・・・・・・ＩＲ１，を介して対向配置され
る。

この図では各入力レジスタの転送電極φ。

，φ１・・・・・・φ１５とその接続導線を一体にして
おり、そして各転送電極又はその接続導線は一列に並ん
だ入力ダイオード■ＩＤ，〜ＩＤ４の端部でＵ字形に折
曲され、入力ダイオードの反対側に設けられた入力レジ
スクの対応する転送電極へ接続される。

入力ダイオード列ＩＤ５〜■Ｄ８においても同様であり
、こうして入カレジスタ■Ｒｏ〜ＩＲ１５の転送電極お
よびその導線は蛇行状をなしかつ互いに交叉することは
ない。

ＣＣＤ。〜ＣＣＤ１，のφ２，φ４は分割された第２相
、第４相転送電極，Ｄは出力ダイオード、ＩＧは入力ゲ
ート電極であく。

動作は第４図で説明した通りである。

この第５図のＣＯＳ変換装置を第２図のｃｏｓ変換装置
と比較すれば明らかなように、本発明によれば配線のク
ロスオーバおよびコンタクトホ−ルを大巾に減少させる
ことができる。

例えば第２図に比べて第５図はクＵスオーバ数で］／２
０、コンタクトホ−ル数で１／３になる。

また電極配線が図示の如く簡潔になるので、ボンデング
バッドＢＰの配列が容易であり、人力部パッド、人力レ
ジスタバツド、クロツクおよび出力パッドなどに分けて
パッドを系統的に配列することができる．また配線等が
簡単になるので半導体ジリコンチップの殆んどを電荷転
送用などの有効領域とすることができ、該領域はチップ
面積の８０％にもすることができる。

従来のものでは４０係である。更にサンプリングにＭＯ
Ｓ ＦＥＴは使用していないので高速動作が可能である
。

なお，本発明の装置はＣＯＳ変換だけでなく、他の適宜
の信号処理に利用できる。

また電荷転送装置の個数は適宜増減することができ、そ
れに応じて入カレジスタの相数（これは電荷転送装置の
個数に等しくする）および蛇行回数、蛇行の直線部分の
長さなどを変更し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は既提案の信号変換装置の構成を示すブロック図
、第２図は第１図の装置の具体例を示すブロック図、第
３図は第２図の一部の詳細を示すブロック図、第４図は
既提案の他の信号変換装置の構成を示すブロック図、第
５図は本発明の実施例を示すブロック図である。 図面で、ＣＣＤｏ，ＣＣＤ１・・・・・・は電荷転送装
置、ＩＤ１，■Ｄ２・・・・・・は電荷入力装置、ＩＲ
１１ＩＲ２・・・・・・は入カレジスタである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 人力信号を順次サンプリングし、そのサンプリング
   した信号を複数の電荷転送装置に同時に入力して信号処
   理を行なう半導体信号変換装置において、複数行の電荷
   入力装置の各々の両側にそれぞれ入カレジスタを介して
   電荷転送装置を配置し，該入力レジスタを電荷転送装置
   の個数ｎに等しいｎ相電荷転送装置とし、そして各入力
   レジスタの転送電極の対応するものを導線で接続し、前
   記複数行の電荷入力装置の各行の端部では該導線をＵ字
   状に折曲して反対側の入カレジスク群の対応する転送電
   極へ接続し、かつ各入力レジスタは電荷入力順に転送電
   極を１つずつ減少させてなる電荷転送装置およびその入
   力装置区分を備えることを特徴とする半導体信号変換装
   置。