JPS6043597B2 - 電荷転送素子の出力回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送素子（ＣＴＤ）、例えばＢＢＤの出
力回路に関する。

ＢＢＤは一般に第１図に示すように構成される。

図において、入力端子１がｐｎｐ形のトランジスタ２の
ベースに接続され、このトランジスタ２のコレクタが接
地され、エミッタが抵抗器３を通じて電源端子４に接続
される。このトランジスタ２のエミッタが逆方向のダイ
オード５を通じてコンデンサＣｏの一端に接続され、こ
のコンデンサＣｏを通じてクロック端子６に接続される
。またコンデンサＣｏの一端がｎｐｎ形のトランジスタ
Ｑ１のエミッタに接続され、このトランジスタＱ１のコ
レクタが次段のｎｐｎ形のトランジスタＱ２のエミッタ
に接続され、以下同様にｎｐｎ形のトランジスタＱ。、
Ｑ、・・・・・・のコレクタとエミッタとが順次接続さ
れる。なおトランジスタＱ、、Ｑ２・・・・・・のコレ
クタをベースとの間にそれぞれコンデンサＣｌ、Ｃ２・
・・・・・が接続される。なおコンデンサＣｌ、Ｃ２・
・・・・・の容量値は全てコンデンサＣｏに等しく、Ｃ
とする。さらに奇数番目のトランジスタＱ、、Ｑ３・・
・・・・のベースがクロック端子７を通じて駆動回路８
に接続され、偶数番目のトランジスタＱ２、Ｑ、・・・
・・・のベースがクロック端子６を通じて駆動回路８に
接続される。 そしてクロック端子６、７には、それぞ
れ第２図Ａ、Ｂに示すようにＶＤＣとＶＤＣ＋ＶＰの電
位を取り、デューティー比が５０％で、互いに、逆極性
になるクロック信号φ１、φ２が供給される。

なお電圧Ｖ、は、電源端子４に供給される電源電圧Ｖｃ
ｃに対して、 Ｖｃｃ＞ＶＤｃ＋２Ｖｐ とされる。

さらに入力端子１に供給される入力信号の電圧Ｖｓが
、ＶＤＣ＋ＶＰ≦Ｖｓ≦ＶＤｃ＋２Ｖｐの範囲とされる
。

この装置において、初期状態では、コンデンサＣｏ、
Ｃ、・・・・・・はすべて端子電圧がＶｐに充電されて
いる。

また入力信号の電圧■ｓを直流成分ＶＳＤＯと交流成分
ＶＳＡＣとに分けると、初期状態では交流成分ＶＳＡＣ
のみＯになつている。従つて初期状態において、偶数番
目のコンデンサＣ。

，Ｃ２・・・・・・のホットエンド側は第２図Ｃに示す
ように、信号φ１が■。。＋■，の期間に、一旦■ＤＣ
＋２ＶＰまで上がつた後に■ＳＤＣになり、信号φ２が
■。。＋■２の期間に、一旦■，００−Ｖｐまで下がつ
た後に■。。十■２になる。また奇数番目のコンデンサ
Ｃｌ，Ｃ３・・・・・・のホットエンド側は、第２図Ｄ
に示すように、信号φ１がＶ。。＋Ｖｐの期間に、一旦
■，ＤＣ−■２まで下がつた後に■ＤＣ＋ＶＰになり、
信号φ２がＶＤＣ＋ＶＰの期間に、一旦■ＤＣ＋２ＶＰ
まで上がつた後に■，ＤＯになる。そして入力信号が供
給された直後の最初の信号φｏが■ＤＣ＋ＶＰの期間に
おいて、このときの入力信号の電圧を■＝■Ｓ１とする
とコンデンサＣ。のホットエンド側の電位は一旦■ＤＣ
＋２ＶＰまで上がつた後にＶＳｌになる。すなわちコン
デンサＣ。は放電して、（Ｖ，ｌ−（ＶＤＯ＋ＶＰ）Ｃ
の電荷を蓄える。このときトランジスタＱ１はオフなの
で、コンデンサＣｌ，Ｃ２・・・・・・には変化はない
。次に、続く信号φ２が■。。＋Ｖ，の期間において、
まず信号φ１の電位が■ＤＯになるので、コンデンサＣ
。のホットエンド側の電位はＶ，ｌ−（ＶＤＯ＋ＶＰ）
＋ＶＤＣ＝■，１−■２になる。そしてトランジスタＱ
１がオンするので、コンデンサＣ。のホットエンド側の
電位は最終的にトランジスタＱ１のベース電位（ＶＤｃ
＋Ｖｐ）まで上昇する。このときトランジスタＱ１は能
動領域で動作しているの！で、コンデンサＣ。の充電は
、端子７→コンデンサＣ１→トランジスタＱ１のコレク
タ・エミッタ→コンデンサＣ。の経路で行われる。そし
てコンデンサＣ。のホットエンド側の電位が■，１から
■９に変化するので、コンデンサＣ１のホットエンド側
からコンデンサＣ。のホットエンド側への電荷の移動は
、で与えられる。これに対してコンデンサＣ１には最初
Ｖ，・Ｃの電荷が蓄えられていたので、コンデンサＣ１
の最終電荷量は、Ｖｐ−Ｃ−（ＶＯＯ＋２Ｖｐ−Ｖ，ｌ
）Ｃ＝〔■，−（ＶＯｃ＋Ｖｐ））Ｃとなる。

すなわち、信号φ１がＪＶＤＣ＋ＶＰの期間にコンデン
サＣ。が■１−（ＶＤＣ＋■ｐ）であつたものが、信号
φ２が■。。＋■２の期間にコンデンサＣ１に移動し、
コンデンサＣ。はＶＤＣ＋ＶＰに戻る。なおトランジス
タＱ２がオフであるので、コンデンサＣ２，Ｃ３・・・
・・・には変化はない。さらに次の信号φ１が■ＤＣ＋
■Ｐの期間において、入力信号の電圧がＶＳ＝Ｖ，２と
すると、コンデンサＣ。

はＶＳ２−（■ＤＣ＋ＶＰ）に充電され、コンデンサＣ
１はＶＤＯ＋ＶＰに戻され、コンデンサＣ２はＶ，ｌ−
（ＶＤＯ＋ＶＰに充電される。なおトランジスタＯがオ
フなのでコンデンサＣ３以降は変化しない。以上の動作
がくり返されて、信号は図面の左から右へと、信号φ１
，φ２に同期して移動される。

このような回路において、例えばコンデンサＣ３が信号
状態■のときに、コンデンサＣ２のホットエンド側の電
圧はＶ，−ＶＢＥ＋■０ｃになつている。

従つてトランジスタ９がサチユレーシヨンしないために
は、■５の最小値は、ＶＳｍｉｎ：（ＶＰ−ＶＢＥ＋Ｖ
ＤＣ）＋■ＣＥｍｉｎ以上でなければならない。

一方Ｖｓの最大値は、■Ｓｍａｘ＝２Ｖｐ−■ＢＩＣ＋
ＶＤＣであるから、上述のＢＢＤのダイナミックレンジ
は、となる。

またコンデンサＣ２が信号状態のときに、コンデンサＣ
２のホットエンド側の電位は最大２Ｖｐ−Ｖ３ｒ：＋Ｖ
ＤＣまで上昇し、このときトランジスタＱ３クのベース
電位はＶＤＣなので、トランジスタＯには最大２ＶＰ−
ＶＢＥの電圧がかかる。

従つて各トランジスタの耐圧は２ＶＰ−ＶＢＩＣが要求
される。そしてこのようなりＢＤに対して出力回路を構
成する場合には、ダイナミックレンジをＶｐ−ＶｃＥｍ
ｉｎ以上、耐圧の要求を２■２−■Ｂ８以下にする必要
がある。ところでＢＢＤの出力回路として、以下のよう
なものが提案されている。

第３図において、コンデンサＣ２ｎのコールドエンド側
がコンプリメンタリーなトランジスタ１１，１２の互い
に接続されたエミッタの接続点に接続される。

さらにトランジスタ１１，１２のベースが互いに接続さ
れ、この接続点に発振器１３接続される。そしてこの発
振器１３から信号φ１と同位相で、■ＤＣ−ＶＢＥと、
ＶＤＣ＋■Ｐ＋ＶＢＥの電位を取る信号φ１が供給され
る。そしてＰｎｐ形のトランジスタ２のコレクタが接地
され、Ｎｐｎ形のトランジスタ１１のコレクタがＮｐｎ
形のトランジスタ１４のコレクタ●エミッタを通じて電
源端子４に接続され、このトランジスタ１４のベースが
クロック端子７に接続される。それと共にトランジスタ
１１，１４の接続点に容量値Ｃのコンデンサ１５が接続
され、このコンデンサ１５を通じてクロック端子６が接
続される。そしてトランジスタ１１，１４の接続点から
出力端子１６が導出される。従つてこの回路において、
入力信号が供給されて任意の時間が経過した後の信号φ
１がＶ。

ｃ＋■Ｐの期間に、コンデンサＣ２ｎ−２に（■１−（
■Ｆ３ｌ−（■０ｃ＋■ｐ））Ｃの電荷が充電され、続
く信号φ２が■。。＋Ｖｐの期間にコンデンサＣ２ｎ−
１に上述のコンデンサＣ。の電荷が移行される。そして
次の信号φ１がＶＤＣ＋■Ｐの期間に、コンデンサＣ２
ｎを通じて矢印１。の方向に（■００＋２■２−ＶＳｌ
）Ｃの電荷が流され、この電流はトランジスタ１１のコ
レクタを通じてコンデンサ１５を放電する。ここでコン
デンサ１５には初め■２・Ｃの電荷が蓄えられていたの
で、コンデンサ１５はＶＳｌ−（■ＤＣ＋■ｐ）に充電
され、信号φ１の電位が加算されて、出力端子１６には
、の出力電圧■。

ぃが得られる。ところがこの回路において、コンデンサ
１５が信号状態■，″のときに、トランジスタ１１がサ
チユレーシヨンしないためには、■″ｓの最小値は、Ｖ
ｓ．″Ｍｉｎ＝■ｐ＋■ＤＯ＋■。

Ｅｍｉｎ以上でなければならず、Ｖｓ″の最大値は■，
と同じく、である。

従つてダイナミックレンジは、（２Ｖｐ−■ＢＥ＋■ｃ
）ｃ）−（■ｐ＋■ＤＣ＋■ＣＥｍｉｎ）となつて、Ｂ
ＢＤのダイナミックレンジよりＶＢＥ小さくなつてしま
う。

なおコンデンサ１５が信号状態のときのホツトエニ／ド
側の最高電位は２Ｖ，一■ＢＥであり、このときのトラ
ンジスタ１４のベース電位は■。

。である。従つて耐圧の要求は２Ｖｐ−■ＢＥとなり、
これはＢＢＤの要求に等しい。本発明はこのような点に
かんがみ、簡単な構成で耐圧の要求を変えずにダイナミ
ックレンジの広い出力回路を提案するものてある。

以下図面を参照しながら本発明の一実施例について説明
しよう。すなわち第４図において、クロック端子７から
の信号φ２がバイアス回路２０に供給されて＋Δ■の直
流電圧が重畳され、この＋Δ■の重畳された信号φ２″
″″がトランジスタ１４のベースに供給される。

この回路によれば、トランジスタ１１において、信号の
上限は、下限は、 となり、ダイナミックレンジは となる。

従つてこの回路において、バイアス回路２０で■ＢＥ以
上の直流電圧＋ΔＶを重畳することにより、ダイナミッ
クレンジをＢＢＤより広げることができる。

またこのときの耐圧の要求はトランジスタ１４において
、であり、ＢＢＤの要求に等しい。

なおこの凹硲で、出力゛旺土にΔＶが重畳されることに
なるが、これは後段回路等で容易に補正することができ
る。

こうして本発明によれば、ダイナミックレンジが広く、
耐圧の要求がＢＢＤに等しい出力回路を構成することが
できる。

さらに上述の回路において、信号電圧■が■Ｄ。

＋Δ■以下になると、トランジスタ１４がオンするので
、ΔＶの値がのときには、信号の下限はΔ■＋ＶＤＣに
なる。

このためダイナミックレンジはとなり、Δ■の値を大き
くしても、ダイナミックレンジはこの値で制限される。

しかしこの場合に、最高ＢＢＤの約２倍のダイナミック
レンジが得られるので、ＢＢＤからの出力を２倍の電圧
に増幅して出力することも可能である。

その場合には、コンデンサ１５の容量値をＣ／２とする
ことにより、２倍の出力電圧を得ることができる。なお
本発明は、上述のバイポーラトランジスタによるＢＢＤ
に限らず、ＣＣＤなどの他のＣＴＤにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はＢＢＤの説明のための図、第３図は従
来の出力回路の接続図、第４図は本発明の一例の接続図
である。 １１，１２はコンプリメンタリーなトランジスタ、１３
は発振器、１４は出力トランジスタ、１５はコンデンサ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電荷転送素子の任意の容量のコールドエンド側を相
   補的な一対の第一及び第２の能動素子の互いに接続され
   た被制御端子の接続点に接続し、これらの能動素子の制
   御端子に上記電荷転送素子に供給されるクロック信号と
   同位相の信号を供給すると共に、上記能動素子の電流路
   に第３の能動素子を接続し、この第３の能動素子と上記
   一対の能動素子との接点に容量素子の一端を接続し、こ
   の容量素子の他端に上記クロック信号を供給すると共に
   、上記第３の能動素子の制御端子に上記クロック信号に
   所定の電圧を重畳した信号を供給し、上記容量素子より
   出力電圧を取り出すようにした電荷転送素子の出力回路
   。