JPS60205678A - 非反復アナログ積分器 - Google Patents
非反復アナログ積分器Info
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- JPS60205678A JPS60205678A JP60042013A JP4201385A JPS60205678A JP S60205678 A JPS60205678 A JP S60205678A JP 60042013 A JP60042013 A JP 60042013A JP 4201385 A JP4201385 A JP 4201385A JP S60205678 A JPS60205678 A JP S60205678A
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor
- G06G7/18—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for integration or differentiation; for forming integrals
- G06G7/184—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements
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- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Pinball Game Machines (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
見腹生!見
(発明の分野)
本発明は非反復アナログ積分器に関するもので、更に特
定すればM回のシーケンスにわたってサンプリングした
アナログ信号を積分するのに電荷転送(チャージトラン
スファ)を利用する積分器に関するものである。
定すればM回のシーケンスにわたってサンプリングした
アナログ信号を積分するのに電荷転送(チャージトラン
スファ)を利用する積分器に関するものである。
積分器は、伝送する信号のエネルギーを減らすためか受
信した信号から雑音を除くために、繰返しはするが徐々
に変化するシーケンスとして定義することのできる、ア
ナログ信号を処理するのに通常に用いられる。実際、こ
ういった反復シーケンスの積分は、信号対雑音比を、積
分がM回のシーケンスにわたって行なわれる場合は、8
倍だけ改善する。従って、積分器は、例えば表面弾性波
分析器の出力における周期的繰返しスペクトルのスペク
トル線を検出するのに使用することができる。
信した信号から雑音を除くために、繰返しはするが徐々
に変化するシーケンスとして定義することのできる、ア
ナログ信号を処理するのに通常に用いられる。実際、こ
ういった反復シーケンスの積分は、信号対雑音比を、積
分がM回のシーケンスにわたって行なわれる場合は、8
倍だけ改善する。従って、積分器は、例えば表面弾性波
分析器の出力における周期的繰返しスペクトルのスペク
トル線を検出するのに使用することができる。
(先行技術の説明)
この種の処理に用いられる積分器は、デジタルでもアナ
ログでも、反復でも非反復でも、実現することができる
。
ログでも、反復でも非反復でも、実現することができる
。
デジタル積分器は処理時間が非常に長くかがるという欠
点があるし、その上アナログのサンプリング頻度とダイ
ナミックスが、入力A/D変換器によって制限されてし
まう。
点があるし、その上アナログのサンプリング頻度とダイ
ナミックスが、入力A/D変換器によって制限されてし
まう。
また、電荷転送デバイスを用いるアナログ積分器には幾
つかの反復又は非反復形のものがある。
つかの反復又は非反復形のものがある。
図1に線図的に示されるように、反復アナログ積分器は
一般に電荷転送シフトレジスタ1で形成され、その出力
信号Sは久方信号Eにフィードバック回路でもどされ、
加算器Σで加算される。しかし、電荷転送レジスタ1の
転送非効率による積分の劣化のため、再循環数は限られ
る。更に、しジメタ1内の電荷の発熱のためレジスタが
急速に飽和し、ループの不安定性の要因ともなる。
一般に電荷転送シフトレジスタ1で形成され、その出力
信号Sは久方信号Eにフィードバック回路でもどされ、
加算器Σで加算される。しかし、電荷転送レジスタ1の
転送非効率による積分の劣化のため、再循環数は限られ
る。更に、しジメタ1内の電荷の発熱のためレジスタが
急速に飽和し、ループの不安定性の要因ともなる。
図2に示すように、非反復アナログ積分器は、実際上直
列入力と並列出力を有する、N個の電荷転送シフトレジ
スタR□、R2,・・・・・・RNから構成される。各
レジスタは入力信号のランクn(nは1とNの間で変化
する)のM個のサンプルを積分するためのM段から成り
、N個のレジスタR1,R,、・・・・・・RNは入力
アドレスレジスタR^と出力アドレスレジスタR,どの
間に接続され、アナログゲートG1.・・・・・・GN
及びG1′、・・・・・・GN′を切替えることにより
、N個のシフトレジスタR1゜Rzt・・・・・・RN
の入力又は出力を順番にアドレスして、先ずシフトレジ
スタR1,R,、・・・・・・RNにサンプリングした
入力信号EをM回入力し、次に入力信号の和に応じてア
ナログ信号Sを抽き出す。
列入力と並列出力を有する、N個の電荷転送シフトレジ
スタR□、R2,・・・・・・RNから構成される。各
レジスタは入力信号のランクn(nは1とNの間で変化
する)のM個のサンプルを積分するためのM段から成り
、N個のレジスタR1,R,、・・・・・・RNは入力
アドレスレジスタR^と出力アドレスレジスタR,どの
間に接続され、アナログゲートG1.・・・・・・GN
及びG1′、・・・・・・GN′を切替えることにより
、N個のシフトレジスタR1゜Rzt・・・・・・RN
の入力又は出力を順番にアドレスして、先ずシフトレジ
スタR1,R,、・・・・・・RNにサンプリングした
入力信号EをM回入力し、次に入力信号の和に応じてア
ナログ信号Sを抽き出す。
但し、電荷転送形のシフトレジスタにおける熱の発生に
よって積分時間が制限される。
よって積分時間が制限される。
見囲段夏豊
本発明の目的は、積分場所での熱発生が比較的小さく、
大きい積分時間がとれる非反復アナログ積分器を提案し
て、前記の欠点を克服しようとするところにある。
大きい積分時間がとれる非反復アナログ積分器を提案し
て、前記の欠点を克服しようとするところにある。
従って本発明は、サンプリングしたアナログ信号y n
、、をM回のシーケンスにわたって積分し、直並列入力
デマルチプレクサと並直列出力マルチプレクサとから成
る非反復アナログ積分器を提供するものである。上記デ
マルチプレクサはサンプリングしたアナログ信号をM回
、入力デマルチプレクサに並列に接続されたN個の蓄積
手段に順番に与え、各蓄積手段はM回のシーケンスの間
、アナログ信号V’n mに対応するランクのサンプル
の和を電荷の形で与える。また、上記マルチプレクサは
N個の蓄積手段に接続され、M回のシーケンスの終りに
アナログ信号ΣMg1 j M ” n 1 nlを出
方する。
、、をM回のシーケンスにわたって積分し、直並列入力
デマルチプレクサと並直列出力マルチプレクサとから成
る非反復アナログ積分器を提供するものである。上記デ
マルチプレクサはサンプリングしたアナログ信号をM回
、入力デマルチプレクサに並列に接続されたN個の蓄積
手段に順番に与え、各蓄積手段はM回のシーケンスの間
、アナログ信号V’n mに対応するランクのサンプル
の和を電荷の形で与える。また、上記マルチプレクサは
N個の蓄積手段に接続され、M回のシーケンスの終りに
アナログ信号ΣMg1 j M ” n 1 nlを出
方する。
提案する実施態様においては、蓄積手段は基準電位に関
して浮動電位をもつ容量から構成され、入力デマルチプ
レクサは直列入力と並列出力とを有する電荷転送シフト
レジスタ又はC0D(電荷結合デバイス)レジスタから
成り、出力マルチプレクサは並列入力と直列出力とを有
するCODレジスタから成る。入力デマルチプレクサ及
び出力マルチプレクサとして2個のCODレジスタを使
用することにより、積分器に備えるべき高い動作頻度が
得られる。実際、出力レジスタ内部の電荷の読出し段階
への転送は、次の積分サイクルの少なくとも一部分のあ
いだ中起っているのである。その上、出力レジスタにお
ける転送頻度は、入力レジスタにおけるそれに対して比
較的ゆるやかである。事実この二つの繰返し頻度は次の
ようにならなければならない。
して浮動電位をもつ容量から構成され、入力デマルチプ
レクサは直列入力と並列出力とを有する電荷転送シフト
レジスタ又はC0D(電荷結合デバイス)レジスタから
成り、出力マルチプレクサは並列入力と直列出力とを有
するCODレジスタから成る。入力デマルチプレクサ及
び出力マルチプレクサとして2個のCODレジスタを使
用することにより、積分器に備えるべき高い動作頻度が
得られる。実際、出力レジスタ内部の電荷の読出し段階
への転送は、次の積分サイクルの少なくとも一部分のあ
いだ中起っているのである。その上、出力レジスタにお
ける転送頻度は、入力レジスタにおけるそれに対して比
較的ゆるやかである。事実この二つの繰返し頻度は次の
ようにならなければならない。
ここで、FBは出力レジスタの転送回数、F^は入力レ
ジスタの転送回数、Mはシーケンスの数である。
ジスタの転送回数、Mはシーケンスの数である。
更に、CCD形シフトレジスタによって転送され得る電
荷は限定されて(二10’個の電子)いるから、蓄積手
段すなわち積分場所はそれぞれ、アナログゲートによっ
て容量と出方シフトレジスタの間で、電荷を出力シフト
レジスタが、電荷除去手段かへ送る配送デバイスと相互
接続されている、浮動電位にある二つの容量より形成さ
れることが望ましい。
荷は限定されて(二10’個の電子)いるから、蓄積手
段すなわち積分場所はそれぞれ、アナログゲートによっ
て容量と出方シフトレジスタの間で、電荷を出力シフト
レジスタが、電荷除去手段かへ送る配送デバイスと相互
接続されている、浮動電位にある二つの容量より形成さ
れることが望ましい。
他の実施態様では、出力マルチプレクサは、各蓄積手段
と読出し段階の間にそれぞれ接続されたアナログゲート
で形成することもできる。上記ゲートはアドレス・レジ
スタが用意するパルスで順次制御される。この場合は、
しかし、全ての蓄積手段の読出しは次の積分が上記蓄積
手段のレベルで始まる前に行なわなければならない。
と読出し段階の間にそれぞれ接続されたアナログゲート
で形成することもできる。上記ゲートはアドレス・レジ
スタが用意するパルスで順次制御される。この場合は、
しかし、全ての蓄積手段の読出しは次の積分が上記蓄積
手段のレベルで始まる前に行なわなければならない。
提 する 態 の 明
図3と図4は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の
二つの実施態様の総図である。以下に述べる積分器はM
回のシーケンスにわたる積分を行ない、各シーケンスの
分解能は時間T^に対してN点以上であり、従って入力
アナログ信号をサンプリングしたV 111 mのm、
nは次のとおりである。
二つの実施態様の総図である。以下に述べる積分器はM
回のシーケンスにわたる積分を行ない、各シーケンスの
分解能は時間T^に対してN点以上であり、従って入力
アナログ信号をサンプリングしたV 111 mのm、
nは次のとおりである。
m=シーケンスのランク
n=シーケンスにおけるサンプルのランク1≦n≦N
図3の積分器は先ず電圧−電荷変換段10から成り、こ
れが1/C,の容量を持っており、サンプリングしたア
ナログ信号V I’11 m+を電荷量Q n 9 I
Iに変換する。段10の後には電荷転送シフトレジスタ
Aが続いてあり、あるシーケンスのN個のサンプルに対
応するN電荷量を受取る。レジスタAは一連のN個の転
送段階e1からeHまでによって形成され、その各々は
電荷転送を行う電極に加えた電位の周期によって決る同
一の遅延時間τ^を導入している。
れが1/C,の容量を持っており、サンプリングしたア
ナログ信号V I’11 m+を電荷量Q n 9 I
Iに変換する。段10の後には電荷転送シフトレジスタ
Aが続いてあり、あるシーケンスのN個のサンプルに対
応するN電荷量を受取る。レジスタAは一連のN個の転
送段階e1からeHまでによって形成され、その各々は
電荷転送を行う電極に加えた電位の周期によって決る同
一の遅延時間τ^を導入している。
遅延時間τ8は、Nτ^=TA=入カシ−ケンスカシ間
が成り立つように選ばれる。各T^時間経過後、ランク
n(1≦n≦N)の各段階の出力で、今考えている入力
シーケンスのサンプルランクnに対応する電荷量Qnヨ
が得られる。図3においては、N段階の出力のみが示し
てあり、Aと記号をつけた四角い箱が異なる段階の間の
遅延時間を表している。
が成り立つように選ばれる。各T^時間経過後、ランク
n(1≦n≦N)の各段階の出力で、今考えている入力
シーケンスのサンプルランクnに対応する電荷量Qnヨ
が得られる。図3においては、N段階の出力のみが示し
てあり、Aと記号をつけた四角い箱が異なる段階の間の
遅延時間を表している。
本発明によれば、シフトレジスタAの各段階の出力は浮
動電位の容量c1.c”、・・・・・・CMで形成する
電荷蓄積手段に接続されている。この容量の動作は以下
に更に詳しく述べる。M回のシーケンス全体の間に、各
容量c1.c”、・・・・・・(HNはレジスタAの対
応する段階の出力において電荷の和をとる。従ってM回
のシーケンスの最後には、即ち積分サイクル1回に対応
する時間MTAの経過後には、ランクn(nは1からN
まで変化している)の各容量CNは、電荷量QIN=Σ
Q、□を有するこ気 2 とになる。
動電位の容量c1.c”、・・・・・・CMで形成する
電荷蓄積手段に接続されている。この容量の動作は以下
に更に詳しく述べる。M回のシーケンス全体の間に、各
容量c1.c”、・・・・・・(HNはレジスタAの対
応する段階の出力において電荷の和をとる。従ってM回
のシーケンスの最後には、即ち積分サイクル1回に対応
する時間MTAの経過後には、ランクn(nは1からN
まで変化している)の各容量CNは、電荷量QIN=Σ
Q、□を有するこ気 2 とになる。
蓄積容量は、アナログゲートp 1. p 2.・・・
・・・PMを経由して単一の読出し段階に接続されてい
る。
・・・PMを経由して単一の読出し段階に接続されてい
る。
各ゲートが閉じるのはアドレス用レジスタRDAによっ
て制御され、RDAは1回の積分サイクルの終り毎に、
論理レベルの1″を各出力に順番に供給し、他の出力は
そのとき論理レベル゛′0”にある。これによって各容
量c’、c”、・・・・・・CNに積分された電荷量Σ
Q01.を順次読出すことが出来、またサンプリングし
た信号ΣVnmを出帆 l 力に得ることができる。この積分器の欠点は、レジスタ
Aから容量c”、c”、・・・・・・CNへの電荷の転
送がすべての容量c”、c”、・・・・・・CMが読出
されてしまったときにのみ行うことが出来るという事に
ある。従って全容量の読出し時間は、TA未満でなけれ
ばならない。
て制御され、RDAは1回の積分サイクルの終り毎に、
論理レベルの1″を各出力に順番に供給し、他の出力は
そのとき論理レベル゛′0”にある。これによって各容
量c’、c”、・・・・・・CNに積分された電荷量Σ
Q01.を順次読出すことが出来、またサンプリングし
た信号ΣVnmを出帆 l 力に得ることができる。この積分器の欠点は、レジスタ
Aから容量c”、c”、・・・・・・CNへの電荷の転
送がすべての容量c”、c”、・・・・・・CMが読出
されてしまったときにのみ行うことが出来るという事に
ある。従って全容量の読出し時間は、TA未満でなけれ
ばならない。
図4は、本発明の提案する実施態様を示す6本実施態様
においては、入力デマルチプレクサは図3の積分器のも
のと同じである。従って、再説明はしない6図4の積分
器は、図3に示す積分器とは、出力マルチプレクサもま
たCCD形の電荷転送を行うシフトレジスタBで形成さ
れているという事実が異なっている。並列入力と直列出
方を有するこのシフトレジスタはN個の転送段階から成
り、各段階は電荷転送を行う電極に加えられた電位の周
期によって与えられる、同一の遅延時間τ8を導入する
。以降もっと詳しく説明するように、遅延時間τ8は非
常にしばしば遅延時間τ^とは異なる。レジスタBの各
入力は、図示していない通過ゲートを介して容量c1.
c”、・・・・・・CNの一つに接続されている。レジ
スタBの出方は容量Csをもっている、電荷−電圧変換
段階11に接続されている。その上、CODレジスタが
転送することのできる電荷は大電荷量を積分できるよう
に、限りがあるので、格納手段c1.c2.賄・・CN
は、それぞれ、二つの相互接続した容量c11゜01′
、・・・・・・C工Nとc、1.c−、・・・・・・C
、Nとがら形成され、それらの寸法はこれから特に詳し
く説明するように、電荷サンプルΣQ n 、 mの一
部αのみを送るように選択されている。図4の積分器で
は、積分後時間MTAの間に、各容量c1.c2.町・
・CNの電荷サンプルQIN=ΣQ n 、□即ちサン
プルαQfNの全ては、出力シフトレジスタBの対応す
る段階へ同時に転送される。容量c1.c2.町・・C
Nにおける新しい積分の始まりの間は、出力レジスタB
は、サンプリングした出方アナログ信号ΣVn)l’n
を出す電荷−電圧変換段階と直列に、電荷サンプルαΣ
Q、、、イを転送する。
においては、入力デマルチプレクサは図3の積分器のも
のと同じである。従って、再説明はしない6図4の積分
器は、図3に示す積分器とは、出力マルチプレクサもま
たCCD形の電荷転送を行うシフトレジスタBで形成さ
れているという事実が異なっている。並列入力と直列出
方を有するこのシフトレジスタはN個の転送段階から成
り、各段階は電荷転送を行う電極に加えられた電位の周
期によって与えられる、同一の遅延時間τ8を導入する
。以降もっと詳しく説明するように、遅延時間τ8は非
常にしばしば遅延時間τ^とは異なる。レジスタBの各
入力は、図示していない通過ゲートを介して容量c1.
c”、・・・・・・CNの一つに接続されている。レジ
スタBの出方は容量Csをもっている、電荷−電圧変換
段階11に接続されている。その上、CODレジスタが
転送することのできる電荷は大電荷量を積分できるよう
に、限りがあるので、格納手段c1.c2.賄・・CN
は、それぞれ、二つの相互接続した容量c11゜01′
、・・・・・・C工Nとc、1.c−、・・・・・・C
、Nとがら形成され、それらの寸法はこれから特に詳し
く説明するように、電荷サンプルΣQ n 、 mの一
部αのみを送るように選択されている。図4の積分器で
は、積分後時間MTAの間に、各容量c1.c2.町・
・CNの電荷サンプルQIN=ΣQ n 、□即ちサン
プルαQfNの全ては、出力シフトレジスタBの対応す
る段階へ同時に転送される。容量c1.c2.町・・C
Nにおける新しい積分の始まりの間は、出力レジスタB
は、サンプリングした出方アナログ信号ΣVn)l’n
を出す電荷−電圧変換段階と直列に、電荷サンプルαΣ
Q、、、イを転送する。
この場合、システムのゲインは次式で与える。
更に、M回のシーケンスにわたる積分時間はMT^であ
るから、出力シーケンスの持続時間は、TB≦MT^ でなければならない。
るから、出力シーケンスの持続時間は、TB≦MT^ でなければならない。
従って、出力レジスタBの基本遅延時間τBは次のよう
にならなければならない。
にならなければならない。
τ、=T、/N≦MT^/N=Mτ8
これから入力レジスタと出力レジスタ間の相対転送回数
は次の式を満足する必要があることになる。
は次の式を満足する必要があることになる。
図4に示す形式の積分器である非反復アナログ積分器の
詳細な実施態様を、図5から図7までを参照して述べる
ことにする。本積分器は、P形シリコン基板上にN M
OS−COD技術を用いて集積形として作られたもので
ある。この積分器は、N形シリコン基板、ガリウム砒素
基板等の他の基板上に形成することもできることは、こ
の種の技術を熟知している人にとっては明らかなことで
ある。同様に、本積分器は、容積電荷転送を行わせるよ
うにP形基板に設けたN形帯域に形成することもできる
。積分器は全部1枚のチップ上に集積するのが好ましく
、数個の積分器、等しいものであってもな≧ても、を同
一チップ上に集積することもできるのである。但し、本
発明にもとづく積分器は数個の相互接続をした部品で形
成されると考えてよい。
詳細な実施態様を、図5から図7までを参照して述べる
ことにする。本積分器は、P形シリコン基板上にN M
OS−COD技術を用いて集積形として作られたもので
ある。この積分器は、N形シリコン基板、ガリウム砒素
基板等の他の基板上に形成することもできることは、こ
の種の技術を熟知している人にとっては明らかなことで
ある。同様に、本積分器は、容積電荷転送を行わせるよ
うにP形基板に設けたN形帯域に形成することもできる
。積分器は全部1枚のチップ上に集積するのが好ましく
、数個の積分器、等しいものであってもな≧ても、を同
一チップ上に集積することもできるのである。但し、本
発明にもとづく積分器は数個の相互接続をした部品で形
成されると考えてよい。
図5に示すように、入力デマルチプレクサは二相動作を
するCCD形シフトレジスタで形成される。それ自体知
られている方法で、レジスタの各段は、幾つかの2電極
の対で形成され、それぞれの対は転送電極と蓄積電極か
ら成る。各電極対は交流制御電位φ1^とφ2Aに接続
され、位相が反対になっている。その上、φ2Aで制御
される電極対の蓄積電極は出力として使用され1図68
におけるG^で表される。シフトレジスタAの各段階の
電極G^は、電位φ2に接続された通過ゲートG、によ
って電荷蓄積手段から分離されている。
するCCD形シフトレジスタで形成される。それ自体知
られている方法で、レジスタの各段は、幾つかの2電極
の対で形成され、それぞれの対は転送電極と蓄積電極か
ら成る。各電極対は交流制御電位φ1^とφ2Aに接続
され、位相が反対になっている。その上、φ2Aで制御
される電極対の蓄積電極は出力として使用され1図68
におけるG^で表される。シフトレジスタAの各段階の
電極G^は、電位φ2に接続された通過ゲートG、によ
って電荷蓄積手段から分離されている。
蓄積手段すなわち積分場所は、基板がP形のとき、N形
の拡散によって独立的に知られている方法で形成されて
いるダイオードD^”9D^2.・・・・・・DANか
ら成る。各ダイオードDANは、基板、望ましくはシリ
コン酸化物である絶縁層、望ましくはアルミニウムある
いは多結晶質シリコンから作られるゲートによって形成
される第一の容量C1Nに接続される。第一の容量c1
”、ci”、・・・・・・clNはMOSトランジスタ
TR1,T、”、・・・・・・TRNによって、第一の
容量と同様に形成された第二の容量c21゜C22,・
・・・・・02Nに相互接続される。MOSトランジス
タTR1のゲートは、そのトランジスタを働かせなくし
たり働かせたりするためφRという電位に接続されてい
る。また第二の容量c21゜C22,・・・・・・C,
NはN形の拡散によって形成されるダイオードDB1.
DB”、・・・・・・D8Nに接続されている。
の拡散によって独立的に知られている方法で形成されて
いるダイオードD^”9D^2.・・・・・・DANか
ら成る。各ダイオードDANは、基板、望ましくはシリ
コン酸化物である絶縁層、望ましくはアルミニウムある
いは多結晶質シリコンから作られるゲートによって形成
される第一の容量C1Nに接続される。第一の容量c1
”、ci”、・・・・・・clNはMOSトランジスタ
TR1,T、”、・・・・・・TRNによって、第一の
容量と同様に形成された第二の容量c21゜C22,・
・・・・・02Nに相互接続される。MOSトランジス
タTR1のゲートは、そのトランジスタを働かせなくし
たり働かせたりするためφRという電位に接続されてい
る。また第二の容量c21゜C22,・・・・・・C,
NはN形の拡散によって形成されるダイオードDB1.
DB”、・・・・・・D8Nに接続されている。
ダイオードD8Nは、信号を送るデバイスを介して、出
力マルチプレクサの入力に接続される。この信号を送る
デバイスは、N彫物質の拡散で形成される放出ドレンD
RとマルチプレクサBがらくるそれぞれのゲートGO及
び分離用ゲートGOの2側面に設けられた、二つの転送
ゲートGT及びGRにより、固定電位voに接続された
中間通過ゲートGOによって、GL並びにQ Ll下の
段階において無電荷チャネルの電位を得るように、特別
の厚さの酸化物上に位置する同一の電位φL、φL′に
よって制御される、二つの相隣り合ったゲートG L
r G L ’によって、各蓄積手段すなわち積分場所
に対して形成される。ゲートG。は電位φ丁に、ゲート
G、は電位φRに接続される。
力マルチプレクサの入力に接続される。この信号を送る
デバイスは、N彫物質の拡散で形成される放出ドレンD
RとマルチプレクサBがらくるそれぞれのゲートGO及
び分離用ゲートGOの2側面に設けられた、二つの転送
ゲートGT及びGRにより、固定電位voに接続された
中間通過ゲートGOによって、GL並びにQ Ll下の
段階において無電荷チャネルの電位を得るように、特別
の厚さの酸化物上に位置する同一の電位φL、φL′に
よって制御される、二つの相隣り合ったゲートG L
r G L ’によって、各蓄積手段すなわち積分場所
に対して形成される。ゲートG。は電位φ丁に、ゲート
G、は電位φRに接続される。
出力マルチプレクサBは、2相CCD形電荷転送シフト
レジスタによって形成される。このレジスタはレジスタ
Aの構造と同じ構造をもっている。
レジスタによって形成される。このレジスタはレジスタ
Aの構造と同じ構造をもっている。
出力マルチプレクサは位相が丁度反対の制御電文φ□。
及びφ2.にょって制御される。更に、φ2Bひ制御さ
れる電極対の蓄積電極は入力として使用される。これは
図68においてGBと表われている。
れる電極対の蓄積電極は入力として使用される。これは
図68においてGBと表われている。
図5及び図68に示される非反復アナログ積分器の動作
は、図6b乃至図68及び図78と図7bを特に参照し
て説明しよう。
は、図6b乃至図68及び図78と図7bを特に参照し
て説明しよう。
図78は、積分サイクルすなわち時間MTAの間、積分
器の異なるゲートに与えられる電位φ2^、φP、φR
2φいφ丁及びφ2日の時間に関する図を示している。
器の異なるゲートに与えられる電位φ2^、φP、φR
2φいφ丁及びφ2日の時間に関する図を示している。
時間TAが経過する毎に、レジスタAから蓄積容量へ電
荷の転送が行われることは理解できるであろう。全積分
時間、即ち時間MTAの終りにシフトレジスタBへの転
送が行われる。
荷の転送が行われることは理解できるであろう。全積分
時間、即ち時間MTAの終りにシフトレジスタBへの転
送が行われる。
図7bは電位φP、φR2φL及びφTの時間に関する
図を尺度を広げて示したものである。この図は図78に
おいて一点鎖線で囲んだ部分に対応している。従って積
分器の動作を説明するには、特に図68乃至図6eと図
7bとを参照することにする。
図を尺度を広げて示したものである。この図は図78に
おいて一点鎖線で囲んだ部分に対応している。従って積
分器の動作を説明するには、特に図68乃至図6eと図
7bとを参照することにする。
そこで、時間t1の間、各シーケンスmが全部CODレ
ジスタAに導入されたとき、並びに、ランクnのサンプ
ルが同一のランクの蓄積容量のレベルにある蓄積電極G
^にあるときは、電位φPは高位に上がる。図6bに示
すように、G^における電荷Q n g mは蓄積手段
へ転送され、3極管として働くトランジスタTRfiに
よって相互接続されている容量C1nとC2ηとの間で
分割されるにれは電位φRが高位にあるからである。
ジスタAに導入されたとき、並びに、ランクnのサンプ
ルが同一のランクの蓄積容量のレベルにある蓄積電極G
^にあるときは、電位φPは高位に上がる。図6bに示
すように、G^における電荷Q n g mは蓄積手段
へ転送され、3極管として働くトランジスタTRfiに
よって相互接続されている容量C1nとC2ηとの間で
分割されるにれは電位φRが高位にあるからである。
M回の入力シーケンスの後、順次容量C1nとC2nに
到達する電荷の和は、この後定義する初期電位Vφ、か
らの電位偏差Δ■、が伴う。
到達する電荷の和は、この後定義する初期電位Vφ、か
らの電位偏差Δ■、が伴う。
積分の終りには次のようになる。
ΔVn= % Qn、m/(Cx”+ Cs”) (1
)ここにΔv、l=v、B(t z)−V+Nテアル。
)ここにΔv、l=v、B(t z)−V+Nテアル。
時間t2の間は、新しいシーケンスの入力をレジスタA
に入れるように電位φPが低位に戻った状態であるので
、電位φ4は低位に行く。
に入れるように電位φPが低位に戻った状態であるので
、電位φ4は低位に行く。
同時に、トランジスタTR”が容量C2nを容量C1n
から絶縁(アイソレート)して働かなくなり、ゲートG
Rが低位へ落ちてゲートOR下のチャネルをドレンDR
から絶縁(アイソレート)する。
から絶縁(アイソレート)して働かなくなり、ゲートG
Rが低位へ落ちてゲートOR下のチャネルをドレンDR
から絶縁(アイソレート)する。
次に、同時であってもなくても、電位φLとφTが高位
に上がる。ゲートGLは基準電位Vφ、に対応する無電
荷チャネル電位を定義し、ゲートGTは電荷を、容量C
2nから出力レジスタBの対応する段階Gllへ通過さ
せる。そのためには、G L s GOt G T及び
G、下の高位の電位は次の関係になければならない。
に上がる。ゲートGLは基準電位Vφ、に対応する無電
荷チャネル電位を定義し、ゲートGTは電荷を、容量C
2nから出力レジスタBの対応する段階Gllへ通過さ
せる。そのためには、G L s GOt G T及び
G、下の高位の電位は次の関係になければならない。
Vφn:φLS<Vos<φvs<φ2B51ここにφ
LSyVO8jφTSyφBSはゲートGL t G
o y G 7及びC8下の無電荷チャネル電位である
。
LSyVO8jφTSyφBSはゲートGL t G
o y G 7及びC8下の無電荷チャネル電位である
。
容量C2nの電極に蓄積される電荷は図6Cに示すよう
にレジスタBのCCDチャネルに転送される。
にレジスタBのCCDチャネルに転送される。
レジスタBに転送された電荷は次式に該当する。
QLn= (Voe(j t) Vtn30g” (2
)ここで VDB(tl)=BDA(tl)=VD時間
t3の間は、ゲートG。に加えられた電位φ丁は低位に
落ち、出力レジスタBと通過ゲートGOとを絶縁(アイ
ソレート)する。
)ここで VDB(tl)=BDA(tl)=VD時間
t3の間は、ゲートG。に加えられた電位φ丁は低位に
落ち、出力レジスタBと通過ゲートGOとを絶縁(アイ
ソレート)する。
次いで電位φ3は高位に戻り、同時に二つの容量c1n
とc、nとを相互接続し、容量を電荷除去ドレンDRに
相互接続するように、ゲートOR下のチャネルを高位に
持って行く。
とc、nとを相互接続し、容量を電荷除去ドレンDRに
相互接続するように、ゲートOR下のチャネルを高位に
持って行く。
実際、ゲートGR2G0及びOL下の高レベル電位は次
のように選ばれるから、 Vφn0φts<Vos<φR8 容量C11に存在する電荷量は図6dに示すようにドレ
ンDRへ放電される。この電荷量は次式に該当する。
のように選ばれるから、 Vφn0φts<Vos<φR8 容量C11に存在する電荷量は図6dに示すようにドレ
ンDRへ放電される。この電荷量は次式に該当する。
Qtn=(VoB(tt) Vtn)Ct” ’ (3
)この電荷が除かれると、容量01″及びC2′Iの電
位は次式が成立つようにゲートGLにおける無電荷チャ
ネルの電位V$、、によって定義される。
)この電荷が除かれると、容量01″及びC2′Iの電
位は次式が成立つようにゲートGLにおける無電荷チャ
ネルの電位V$、、によって定義される。
V * n =φL high Vtnこの基準電位V
φ、はゲートGLnを有する誘導MO8の閾値vvnの
関数である。
φ、はゲートGLnを有する誘導MO8の閾値vvnの
関数である。
実際1段階nの間開値vToのばらつきは、電荷比Q
L 、、/ΣQnmを変更することはない。
L 、、/ΣQnmを変更することはない。
#IT
また、同一段に関して、■φ、は時間t2とt3におい
ては同じである。なぜなら、同じゲートGLの誘導MO
8によって定義されるからである。
ては同じである。なぜなら、同じゲートGLの誘導MO
8によって定義されるからである。
式(1)、 (2)及び(3)から出発して、次式が得
られる。
られる。
ΣQn m=(Vo V#n)(Ct”+C2”)QL
n=(Vo−V$n)Cz” Qtn=(Vo−v#n)C1” 出力レジスタへ移動した電荷は、 Q L n =αΣQ、イ 02″′ ただし α=o0、や。2、 従ってドレンDRによつ不除かれる電荷はQin=(1
−α)X:、Qn、、n 時間t4の間は、電位φ、は低位に落ち、容量C11と
C2nを信号送りシステムから分離する。図68に示す
ように、容量C11とC2nの電位は■φ、に止まって
いる。システムは次の積分を行う準備が整った状態とな
る。
n=(Vo−V$n)Cz” Qtn=(Vo−v#n)C1” 出力レジスタへ移動した電荷は、 Q L n =αΣQ、イ 02″′ ただし α=o0、や。2、 従ってドレンDRによつ不除かれる電荷はQin=(1
−α)X:、Qn、、n 時間t4の間は、電位φ、は低位に落ち、容量C11と
C2nを信号送りシステムから分離する。図68に示す
ように、容量C11とC2nの電位は■φ、に止まって
いる。システムは次の積分を行う準備が整った状態とな
る。
その上、通過ゲートGOにおいて発生する熱電荷は、φ
Rが高レベルに止まっているので、C1nとC2n上の
電荷の全積分時間の間ドレンDRに放電されるのである
。
Rが高レベルに止まっているので、C1nとC2n上の
電荷の全積分時間の間ドレンDRに放電されるのである
。
今まで説明してきた積分器では、電荷を出力レジスタに
分割し、転送する時間は、入力サンプリング周期に対し
て比較的長くてよく、入力シーケンスの全時間の間続く
可能性がある。
分割し、転送する時間は、入力サンプリング周期に対し
て比較的長くてよく、入力シーケンスの全時間の間続く
可能性がある。
同様に、図4に関して既に述べたように、Mを積分シー
ケンスの数とすると、出力サンプリング回数は入力にお
けるよりもM倍も小さくてよい。
ケンスの数とすると、出力サンプリング回数は入力にお
けるよりもM倍も小さくてよい。
なお、積分場所における熱の発生が小さく、ダイオード
D^及びDBの漏洩電流にもっばらよるため、本積分器
は−い積分時間を有することができる。
D^及びDBの漏洩電流にもっばらよるため、本積分器
は−い積分時間を有することができる。
また入力と出力におけるマルチプレクス動作と供に、数
個の上記形式の積分器を並列につなぐことも可能である
。こうすると、最大動作回数はp倍(p≧2)にするこ
とができる。但し各シーケンスの分解点の数もp倍にな
る。
個の上記形式の積分器を並列につなぐことも可能である
。こうすると、最大動作回数はp倍(p≧2)にするこ
とができる。但し各シーケンスの分解点の数もp倍にな
る。
前記の積分器に対して、本発明の範囲と精神から外れる
ことなく、多くの変形ができることは、この種技術を熟
知している者には明らかである。
ことなく、多くの変形ができることは、この種技術を熟
知している者には明らかである。
例えば、CCDレジスタは2相でなく、四つの制御相を
有することもできるのはその一例である。
有することもできるのはその一例である。
図1は先行技術の反復アナログ分析器の線図である。
図2は先行技術による非反復アナログ積分器の線図であ
る。 図3は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の線図で
ある。 図4は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の他の実
施態様の接続線図である。 図5は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の一つの
実施態様の平面図である。 図68から図60までは図5のVl−VIを通る線図式
断面図と、表面電位の時間の関数としての展開を示す線
図である。 図78と図7bは図5の積分器に加えられた異なる制御
電圧の線図である。 特許出願人 トムソンーセーエスエフ
る。 図3は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の線図で
ある。 図4は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の他の実
施態様の接続線図である。 図5は本発明にもとづく非反復アナログ積分器の一つの
実施態様の平面図である。 図68から図60までは図5のVl−VIを通る線図式
断面図と、表面電位の時間の関数としての展開を示す線
図である。 図78と図7bは図5の積分器に加えられた異なる制御
電圧の線図である。 特許出願人 トムソンーセーエスエフ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)入力デマルチプレクサに並列に接続されたN個の
蓄積手段へ、サンプリングしたアナログ信号をN回順次
送りこむ直並列入力デマルチプレクサ1M回のシーケン
スの間、アナログ信号Vゎ9,11の対応するランクの
サンプルを電荷の形で加算する各蓄積手段、及びM回の
シーケンスの最後にアナログ信号Σ= 1 、MVn、
、++を出力するため、N個の蓄積手段に接続された出
力並直列マルチプレクサから成る、M回のシーケンスに
わたってサンプリングしたアナログ信号V 、1. m
の積分を行なうことを特徴とする非反復アナログ積分器
。 (2)前記入力デマルチプレクサは、N段階を有し、各
段階は各シーケンスの後間じるスイッチを介して蓄積手
段に接続され、直列入力と並列出力を有する、電荷転送
シフトレジスタで形成されることを特徴とする特許請求
の範囲第1項に記載の積分器。 (3)前記出力マルチプレクサは、N段階を有し、その
各段階はM回のシーケンスの各周期の後周期的に閉じる
スイッチを介して、蓄積手段の一つに接続され、並列入
力と直列出力を有する電荷転送シフトレジスタで形成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の積
分器。 (4)前記出力マルチプレクサは、各蓄積手段と読出し
手段との間にそれぞれ接続されたアナログゲートによっ
て形成され、上記ゲートはアドレス用レジスタによって
送られるパルスで順次制御されることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の積分器。 (5)前記シフトレジスタの転送回数が次式を満足させ
ることを特徴とする特許請求の範囲第2項及び第3項に
記載の積分器。 Fe2−F^ ただし F8:出力シフトレジスタの転送回数F^:入
カシカシフトレジスタ送回数 M ニジ−ケンスの数 とする。 (6)前記蓄積手段は、基準電位に関して、一端が浮動
電位に結合する容量で形成されることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の積分器。 (7)上記容量は、スイッチング手段で相互に接続され
ている二つの容量で形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第6項に記載の積分器。 (8)前記蓄積容量と出力マルチプレクサの間に、容量
を放電用ドレンか、出力マルチプレクサかのいずれかへ
接続する信号切換え送りデバイスを有することを特徴と
する特許請求の範囲第7項に記載の積分器。 (9)上記信号切換え送りデバイスは、各蓄積手段と出
力マルチプレクサの対応する入力段との間に設けられ、
固定の電位に置かれているゲート手段で形成され、この
ゲート手段は可変電位になっている複数のゲートによっ
て、蓄積手段、放電用ドレン、及び出力マルチプレクサ
から分離されていることを特徴とする特許請求の範囲第
8項に記載の積分器。 (lO)信号切換え送りデバイスの各ゲートに加えられ
る電位の高レベルは次の関係を有することを特徴とする
特許請求の範囲第9項に記載の積分器; V IIn =φLS<VOII<φTS<φ8s及び
vφ、=φLs〈■OsくφR8ただし V#、=φ
LSはGLにおける無電荷チャネルの高レベル側電位に
該当し、 VLSはGoにおける無電荷チャネルの電位に該当し。 φTSはG、における無電荷チャネルの高レベル側電位
に該当し。 φR8はG、における無電荷チャネルの高レベル側電位
に該当し、 φ@SはマルチプレクサBの08における無電荷チャネ
ルの高レベル側電位に該当する。 (If)前記蓄積容量の基準電位はゲートGLにおける
無電荷チャネルの高レベル側電位によって与えられるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の積分器。 (12)入力と出力がマルチプレクサされている、積分
器の個数pがp>1である、特許請求の範囲第1項に記
載の積分器を2個使って形成される、非反復アナログ積
分器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8403356A FR2560723B1 (fr) | 1984-03-05 | 1984-03-05 | Integrateur analogique non recursif |
| FR8403356 | 1984-03-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60205678A true JPS60205678A (ja) | 1985-10-17 |
Family
ID=9301686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60042013A Pending JPS60205678A (ja) | 1984-03-05 | 1985-03-05 | 非反復アナログ積分器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4669055A (ja) |
| EP (1) | EP0157668A1 (ja) |
| JP (1) | JPS60205678A (ja) |
| FR (1) | FR2560723B1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2561025B1 (fr) * | 1984-03-06 | 1986-09-19 | Thomson Csf | Accumulateur analogique |
| US5030953A (en) * | 1990-07-11 | 1991-07-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Charge domain block matching processor |
| US5420534A (en) * | 1993-10-27 | 1995-05-30 | Loral Fairchild Corporation | Programmable NxM switching system with charge-coupled device multiplexer |
| EP1829219A2 (en) * | 2004-12-24 | 2007-09-05 | PakSense, Inc. | System and method for monitoring environmental conditions |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4031380A (en) * | 1973-05-04 | 1977-06-21 | Commissariat A L'energie Atomique | Method and device for the integration of analog signals |
| IT1091404B (it) * | 1977-09-05 | 1985-07-06 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Integratore impiegante un elemento a trasferimento di carica |
| US4267580A (en) * | 1979-01-08 | 1981-05-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | CCD Analog and digital correlators |
| US4264983A (en) * | 1979-03-19 | 1981-04-28 | Tektronix, Inc. | Time-multiplexed CCD transversal filter |
| US4524424A (en) * | 1982-02-18 | 1985-06-18 | Rockwell International Corporation | Adaptive spectrum shaping filter |
| US4514821A (en) * | 1982-09-27 | 1985-04-30 | Rca Corporation | Electro-optical CCD transversal filter with analog reference weights |
-
1984
- 1984-03-05 FR FR8403356A patent/FR2560723B1/fr not_active Expired
-
1985
- 1985-02-26 US US06/705,559 patent/US4669055A/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-03-01 EP EP85400398A patent/EP0157668A1/fr not_active Withdrawn
- 1985-03-05 JP JP60042013A patent/JPS60205678A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2560723B1 (fr) | 1989-02-24 |
| FR2560723A1 (fr) | 1985-09-06 |
| US4669055A (en) | 1987-05-26 |
| EP0157668A1 (fr) | 1985-10-09 |
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