JPS599995B2 - charge transfer device - Google Patents
charge transfer deviceInfo
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- JPS599995B2 JPS599995B2 JP50007975A JP797575A JPS599995B2 JP S599995 B2 JPS599995 B2 JP S599995B2 JP 50007975 A JP50007975 A JP 50007975A JP 797575 A JP797575 A JP 797575A JP S599995 B2 JPS599995 B2 JP S599995B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電荷転送装置とくに一次元の電荷転送素子を複
数個配設した二次元アレーに関し、信号電荷が転送損失
によりその出力信号の基準レベルが出力の取り出し順序
などにより変動することを補正して、一定の基準レベル
のもとでの適正な二次元アレー出力信号を得ることがで
きる半導体装置を得るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a charge transfer device, particularly a two-dimensional array in which a plurality of one-dimensional charge transfer elements are arranged. The present invention provides a semiconductor device that can correct the fluctuation and obtain a proper two-dimensional array output signal under a constant reference level.
従来、電荷転送素子には、例えば半導体基板上に薄い絶
縁膜を設け、その絶縁膜上に独立した複数個の電極列を
設けた構造で、三相の回路手段で動作される電荷結合素
子(CCD■ChargeCou−pledDevic
e)、二相駆動CCD)半導体基板上にそれぞれ複数個
のMOSトランジスタと電荷蓄積用のコンデンサを有し
、二相クロックで動作されるパケット・ブリゲード素子
(BBD■Buck一et−BrigadeDevic
e)等、多くの提案がある。Conventionally, charge transfer devices have a structure in which, for example, a thin insulating film is provided on a semiconductor substrate, and a plurality of independent electrode rows are provided on the insulating film, and the charge coupled device is operated by three-phase circuit means ( CCD■ChargeCou-pledDevic
e) Two-phase drive CCD) A packet brigade device (BBD) that has multiple MOS transistors and charge storage capacitors on a semiconductor substrate and is operated by a two-phase clock.
There are many proposals such as e).
以下の本発明の説明では、説明の都合上、パケット・ブ
リゲード素子を用いて説明を行ない、次に他の構造の電
荷転送素子についても本発明が適用できることを述べる
。第1図には、パケット・ブリゲード素子の基本回路を
示した。In the following description of the present invention, for convenience of explanation, a packet brigade element will be used for the explanation, and then it will be stated that the present invention is applicable to charge transfer elements of other structures as well. FIG. 1 shows the basic circuit of a packet brigade element.
ここで、1〜TはMOSトランジスタ、8〜12はコン
デンサ、13は抵抗を表わす。14、15には互いに逆
位相のクロック信号φ1、φ2が印加され、ITにはド
レイン電圧VDが供給される。Here, 1 to T represent MOS transistors, 8 to 12 represent capacitors, and 13 represents a resistor. Clock signals φ1 and φ2 having mutually opposite phases are applied to 14 and 15, and a drain voltage VD is supplied to IT.
16は入力端子、18は出力端子であり、ここでは入力
端子16はコンデンサ8によつて電荷を読み込む形式、
転送されてきた電荷を取り出すための手段としては、ト
ランジスタTによるソース・ホロワ回路によつて、抵抗
・13の両端に現われる電位を検出する方式を一例と
して示した。16 is an input terminal, 18 is an output terminal, and here, the input terminal 16 is of a type in which a charge is read by a capacitor 8;
As an example of a means for extracting the transferred charge, a method is shown in which the potential appearing at both ends of the resistor 13 is detected by a source follower circuit including a transistor T.
なお、矢印は電荷の転送される方向を示す。第2図には
、第1図の回路を半導体基板表面上に形成するための基
本構造の断面図を示した。Note that the arrow indicates the direction in which charge is transferred. FIG. 2 shows a sectional view of the basic structure for forming the circuit of FIG. 1 on the surface of a semiconductor substrate.
半導体基板19(NチャネルMOSトランジスタを、−
形成する場合はP型基板)において、まず基板とは逆導
電型の拡散層20(NチヤネルMOSトランジスタを形
成する場合はN型不純物拡散層)をソース・ドレイン電
極となし、その上に薄い(約1000人程度)の絶縁膜
21を介して、ゲート電極22が2つ以上配列されてい
る。Semiconductor substrate 19 (N-channel MOS transistor, -
First, a diffusion layer 20 of the opposite conductivity type to the substrate (an N-type impurity diffusion layer when forming an N-channel MOS transistor) is used as a source/drain electrode, and a thin ( Two or more gate electrodes 22 are arranged with an insulating film 21 interposed therebetween.
ゲート電極lこは、23,24の端子より互いに逆位相
のクロツク・信号φ1,φ2が印加されている。なお、
電荷転送のための電荷蓄積用容量(バケツ容量、例えば
第1図の9〜12)はゲート電極22がドレイン電極2
0との間の重なり合わせ部分に生じるMOS容量によつ
て形成されている。次に第1図の回路によつて、電荷が
転送される方法を簡単に説明すると次の通りである。Clock signals φ1 and φ2 having mutually opposite phases are applied to the gate electrode 1 from terminals 23 and 24. In addition,
A charge storage capacitor (bucket capacitor, for example 9 to 12 in FIG. 1) for charge transfer has a gate electrode 22 connected to a drain electrode 2.
It is formed by the MOS capacitance generated in the overlapping portion between the two. Next, the method by which charges are transferred by the circuit shown in FIG. 1 will be briefly explained as follows.
入力端子16に加えられた入力電気信号Sは、クロツク
信号φ1を端子15に印加することによつて、トランジ
スタ1により、コンデンサ8に読み込まれる。この時、
端子15にφ1が印加されているのであるから、トラン
ジスタ3,6も開き、本回路の定常状態において.は、
コンデンサ9,11,12は転送の基準電圧VB(りフ
ァレンズ・レベル)に設定される。次に端子14にクロ
ツク信号φ2を印加すれば、トランジスタ2,4,5が
開き、クロツク信号φ1,φ2の電圧を等しくVφとす
れば、コンデンサ9の電位はφ+VRとなり、コンデン
サ8の電位Sより高いので、コンデンサ8の電位はVR
まで上げられ、コンデンサ9の電位vφ+VR−(R−
S)=φ+Sとなる。クロツク信号φ2が零になつた時
にコンデンサ9の電位はSとなり、コンデンサ8の電荷
はコンデンサ9に転送されたことになる。なお、この時
同時にコンデンサ10もBに設定される。このようにし
て、次にφ1を印加すれば、入力電気信号Sはコンデン
サ10に転送され、以後φ2,φ1を交互に印加するこ
とによつて、この回路のビツト数分だけの繰返えしの後
に、端子16に加えた入力電気信号Sは、クロツク信号
φ2のタイミングで、ソース・ホロワ回路の抵抗13の
両端の電位となつて出力端子18に取り出されるのであ
る。さて、上に述べたような電荷転送素子(ここでは一
例としてバケツト・ブリゲート素子)を複数個配設した
二次元アレーを第3図及び第4図に示した。The input electrical signal S applied to the input terminal 16 is read into the capacitor 8 by the transistor 1 by applying the clock signal φ1 to the terminal 15. At this time,
Since φ1 is applied to the terminal 15, the transistors 3 and 6 are also opened, and in the steady state of this circuit. teeth,
Capacitors 9, 11, and 12 are set to a transfer reference voltage VB (reference level). Next, when the clock signal φ2 is applied to the terminal 14, the transistors 2, 4, and 5 open, and if the voltages of the clock signals φ1 and φ2 are equal to Vφ, the potential of the capacitor 9 becomes φ+VR, and the potential S of the capacitor 8 becomes Since the potential of capacitor 8 is VR
and the potential of capacitor 9 vφ+VR-(R-
S)=φ+S. When the clock signal φ2 becomes zero, the potential of the capacitor 9 becomes S, and the charge of the capacitor 8 is transferred to the capacitor 9. Incidentally, at this time, the capacitor 10 is also set to B at the same time. In this way, when φ1 is applied next, the input electrical signal S is transferred to the capacitor 10, and thereafter, by alternately applying φ2 and φ1, the signal is repeated as many times as the number of bits in this circuit. After that, the input electrical signal S applied to the terminal 16 becomes the potential across the resistor 13 of the source follower circuit and is taken out to the output terminal 18 at the timing of the clock signal φ2. Now, FIGS. 3 and 4 show a two-dimensional array in which a plurality of charge transfer elements (bucket bridge elements are used as an example here) as described above are arranged.
第3図及び第4図の矢印はそれぞれ電荷の転送される方
向を示す。第3図において、それぞれA1〜A8,Bl
〜B8,・・・H1〜H8は、二次元アレーの各列を構
成する電荷転送素子である。The arrows in FIGS. 3 and 4 each indicate the direction in which charge is transferred. In Fig. 3, A1 to A8, Bl, respectively.
~B8, . . . H1 to H8 are charge transfer elements constituting each column of the two-dimensional array.
入力端子25に加えられた入力電気信号は、それぞれA
1〜A8,Bl〜B8,・・・・・・H1〜H8によつ
てシフトされ、出力端子A,B,・・・・・・Hに並列
出力として取り出される。第4図において、第3図と同
様に、AV−A8′,BV−B8′,・・・HV−H8
′がそれぞれ二次元アレーの各列を構成する電荷転送素
子である。入力端子26に加えられた入力電気信号は、
それぞれAV−A8′,BV−B8′,HV−H8′に
よつてシフトされ、A′,B′,・・・H′に並列に出
力されるが、その出力は並列直列変換用電荷転送素子2
7に入力され、結局二次元アレーの出力は、時系列の直
列出力として出力端子28に取り出されることになる。
なお、第3図、第4図においては、入力端子は共通の一
本のライン2−5,26で表わしたが、それぞれの各列
の電荷転送素子が別々の入力端子を有している場合も同
様である。The input electrical signals applied to the input terminals 25 are respectively A
1 to A8, Bl to B8, . . . H1 to H8, and taken out as parallel outputs to output terminals A, B, . . . H. In FIG. 4, similar to FIG. 3, AV-A8', BV-B8',...HV-H8
' are charge transfer elements constituting each column of the two-dimensional array. The input electrical signal applied to the input terminal 26 is
They are shifted by AV-A8', BV-B8', HV-H8' and output in parallel to A', B', . 2
7, and the output of the two-dimensional array is eventually taken out to the output terminal 28 as a time-series serial output.
In Figures 3 and 4, the input terminals are represented by a single common line 2-5, 26, but if the charge transfer elements in each column have separate input terminals, The same is true.
また、このような二次元アレーは、例えば、シフト・レ
ジスタや光センサー等に用いられるのであるが、それら
の場合の各ビツトへの入力端子は省略されており、第3
図及び第4図はそれらの入力信号の転送段のみが表わさ
れていると考えればよい。さて、第3図の各列の電荷転
送素子A1〜A8,Bl〜B8,Hl〜H8および第4
図の各列の電荷転送素子AV−A8′,BV−B87,
HV−H8′は第1図の回路の動作と全く同様の動作を
行なうのであるが、今、これらの回路を高速に動作させ
る時、リーク電流の大きい時、転送効率の悪い時などの
いろいろな要因で基準レベルや入力信号の転送が完全に
理論通りに行なえない場合がある。Furthermore, such two-dimensional arrays are used, for example, in shift registers, optical sensors, etc., but in these cases the input terminals for each bit are omitted, and the third
It is sufficient to consider that FIG. 4 and FIG. 4 show only the transfer stages of those input signals. Now, the charge transfer elements A1 to A8, B1 to B8, H1 to H8 and the fourth
Charge transfer elements AV-A8', BV-B87 in each column in the figure,
The HV-H8' operates in exactly the same way as the circuit shown in Figure 1, but there are various problems such as when operating these circuits at high speed, when leakage current is large, when transfer efficiency is poor, etc. For some reason, the reference level and input signal transfer may not be carried out completely according to theory.
この時には入力信号VI責−を一定にしておいても、例
えばA1〜A8の各エレメントAl,A2,・・・・・
・A8において転送されるVINの値はエレメント毎に
異なつてくる。この様子を観測するために第5図のよう
な波形を用いた。すなわち、入力信号VIN−丸〔第5
図A〕を入力端子25に加えつつ、第5図B,Cに示し
たような間断的なクロツク信号φ1,φ2によつて、A
1〜A8の電荷転送素子を駆動させた。この時の出力端
子Aの波形を観測した結果第5図Dのようになつた。同
図で、29,30,・・・・・・36が、それぞれ同じ
入力信号VINに対する電荷転送素子の各エレメントA
l,A2,・・・・・・A8へ転送されたVINの値に
対応する。すなわち、第5図B,Cに示したような例え
ば撮像信号を電荷転送素子で読み出す場合のクロツク信
号の様にクロツク信号が休止する期間と発生する期間と
が交互に出現するクロツク信号によりエレメントA1〜
A8の電荷転送素子を駆動させる駆動方式においては、
クロツク信号発生期間の最後の時点では電荷転送素子の
各エレメントAl,A2,・・・・・・,A8は入力信
号INが転送されて定常的なレベルR(ZVIN)にセ
ツトされている状態で、クロツク信号の体止期間を経た
後に、再度クロツク信号が発生する。このため、エレメ
ントA8よりの出力信号はVTi,より休止期間中に転
送段各段より基板へリークされた信号ΔVの8段分を引
いたもの(V8−8×Δ)となり、第5図Dの29の高
さの信号となる。次にエレメントA7よりの出力信号は
、電源端子(たとえば第1図の17)によりある基準電
位VRに設定されたエレメントA8を通過することによ
り基板へのリークは7段分を引いて(VR7×Δ)とな
り順次A6よりの出力信号は(R一6XΔ)、A5より
の出力信号は(R−5×ΔV)、・・・・・・、A1よ
りの出力信号は(VR一ΔV)となつて、以降の出力信
号はIN転送の定常値VB(+VIN)に近づく訳であ
る。このように、一定の休止期間を経た後の見かけ上の
エレメントA1〜A8なる電荷転送素子は第6図に示し
たような特性を持つていることになる。第3図に示した
二次元アレーにおいて、各列の電荷転送素子、すなわち
、A1〜A8,Bl〜B8,・・・H1〜H8がそれぞ
れ上に述べたように第6図に示したような特性を持つて
いれば、非常に不都合が起る。すなわち、同じ入力を各
エレメントに加えても遅く出力される信号(つまりA1
〜H1における信号)は、早く出力される信号(A8〜
H8における信号)よりも、出力の直流レベルが低下す
ることになる。また、二次元アレーの各エレメントに並
列に入力を読み込む場合においても、基準レベルが異な
るため、同じ並列入力が、違うレベルとして読み込まれ
ることになる。これらの影響は例えば画像関係に著しく
現われる。例えばビデオ信号を上述のような特性を持つ
た二次元アレーを用いて転送した後に画像にもどせば、
像の片側だけが像の他方に比べて明るく、すなわち、シ
エーデングを生じることになる。これらの欠点は、転送
段が長くなればなる程、画像処理周波数すなわち、電荷
転送素子の駆動周波数が高くなればなる程大きな問題と
なる。また、第4図に示した方式の二次元アレーにおい
て、並列直列変換用電荷転送素子27が同じような特性
を持つているとすれば、出力端28に得られる出力信号
における直流レベルの変動は更に激しいものとなり、出
力信号は更に適正なものでなくなる。At this time, even if the input signal VI is kept constant, for example, each element Al, A2, A1 to A8, etc.
- The VIN value transferred in A8 differs for each element. In order to observe this situation, a waveform as shown in FIG. 5 was used. In other words, the input signal VIN-circle [fifth
A] is applied to the input terminal 25, and by intermittent clock signals φ1 and φ2 as shown in FIGS.
Charge transfer elements No. 1 to A8 were driven. At this time, the waveform of the output terminal A was observed, and the result was as shown in FIG. 5D. In the figure, 29, 30, . . . 36 are respective elements A of the charge transfer element for the same input signal VIN.
1, A2, . . . corresponds to the VIN value transferred to A8. In other words, the element A1 is activated by a clock signal in which periods in which the clock signal is inactive and periods in which the clock signal is generated alternate, such as the clock signal shown in FIGS. 5B and 5C when an imaging signal is read out by a charge transfer element. ~
In the drive method for driving the A8 charge transfer element,
At the end of the clock signal generation period, each element Al, A2, ..., A8 of the charge transfer element is in a state where the input signal IN is transferred and set at a steady level R (ZVIN). , after the clock signal has stopped, the clock signal is generated again. Therefore, the output signal from element A8 is VTi minus 8 stages of the signal ΔV leaked from each transfer stage to the board during the idle period (V8-8×Δ), as shown in FIG. The signal has a height of 29. Next, the output signal from element A7 passes through element A8, which is set to a certain reference potential VR by the power supply terminal (for example, 17 in Figure 1), so that leakage to the board is reduced by 7 stages (VR7 x Δ), and sequentially the output signal from A6 becomes (R - 6 x Δ), the output signal from A5 becomes (R - 5 x ΔV), ..., the output signal from A1 becomes (VR - ΔV). Therefore, the subsequent output signal approaches the steady value VB (+VIN) of IN transfer. In this way, the apparent charge transfer elements A1 to A8 after a certain rest period have characteristics as shown in FIG. 6. In the two-dimensional array shown in FIG. 3, the charge transfer elements in each column, ie, A1 to A8, Bl to B8, . . . H1 to H8, are arranged as shown in FIG. If it has this characteristic, it will cause great inconvenience. In other words, even if the same input is applied to each element, the signal that is output later (that is, A1
〜Signal at H1) is the signal output earlier (A8〜
The DC level of the output is lower than the signal at H8). Furthermore, even when inputs are read into each element of a two-dimensional array in parallel, the reference levels are different, so the same parallel inputs are read as different levels. These effects are noticeable, for example, in image relationships. For example, if a video signal is transferred using a two-dimensional array with the characteristics described above and then restored to an image,
Only one side of the image will be brighter than the other side of the image, ie there will be shading. These drawbacks become more serious as the transfer stage becomes longer and the image processing frequency, that is, the driving frequency of the charge transfer element becomes higher. Furthermore, in the two-dimensional array of the system shown in FIG. 4, if the charge transfer elements 27 for parallel-to-serial conversion have similar characteristics, the fluctuation in the DC level of the output signal obtained at the output terminal 28 will be It becomes even more intense and the output signal becomes even less correct.
そこで、本発明の目的は前述したような電荷転送素子を
複数個配設した電荷転送素子の二次元アレーにおいて、
前記の欠点、すなわち、二次元アレーの各エレメントに
並列に入力を読み込む場合の基準レベルの変動および二
次元アレーの出力信号における直流レベルの出力取り出
し順序によ一る変動を補正して、単に一定の基準的な直
流レベルの下で適正な二次元アレー出力信号を得ること
ができる電荷転送素子を提供するものである。Therefore, an object of the present invention is to provide a two-dimensional array of charge transfer devices in which a plurality of charge transfer devices as described above are arranged.
By correcting the above-mentioned drawbacks, namely, the variation in the reference level when input is read in parallel to each element of the two-dimensional array, and the variation due to the output order of the output signal in the output signal of the two-dimensional array, it is possible to simply maintain a constant level. The object of the present invention is to provide a charge transfer device that can obtain an appropriate two-dimensional array output signal under a standard DC level of .
本発明によれば、電荷転送素子の二次元アレーにおいて
、該二次元アレーに併設された、該二次元アレーの各列
の電荷転送素子と同数の転送段とほぼ等しい容量のキヤ
パシタを持ち、入力端子と出力端子を有する電荷転送素
子の出力と、二次元アレーの出力とを比較、補正する回
路手段を有した半導体装置よりなる電荷転送素子により
、上記の目的は達成される。以下、図面を用いて本発明
を詳細に説明する。According to the present invention, a two-dimensional array of charge transfer elements has a capacitor with a capacitance approximately equal to the same number of transfer stages as charge transfer elements in each column of the two-dimensional array, which is attached to the two-dimensional array; The above object is achieved by a charge transfer element made of a semiconductor device having circuit means for comparing and correcting the output of a charge transfer element having a terminal and an output terminal with the output of a two-dimensional array. Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.
第7図に、本発明を説明するための一実施例としての電
荷転送素子の二次元アレーの構成を示した。第7図は第
3図に示した8ビツト×8ビツトの二次元アレーに本発
明を実施した場合の構成である。第7図において、Al
2〜A82,Bl2〜B82・・・・・・Hl2〜H8
2は二次元アレーの各列を構成する電荷転送素子である
。FIG. 7 shows the configuration of a two-dimensional array of charge transfer elements as an example for explaining the present invention. FIG. 7 shows a configuration in which the present invention is implemented in the 8-bit x 8-bit two-dimensional array shown in FIG. In Figure 7, Al
2~A82, Bl2~B82...Hl2~H8
Reference numeral 2 denotes charge transfer elements constituting each column of the two-dimensional array.
二次元アレーの出力は各列の電荷転送素子の出力端子A
2,B2,・・・・・・H2に並列出力として取り出さ
れる。Xl2〜X82が本発明によるところの電荷転送
素子であつて、二次元アレーの各列の電荷転送素子Al
2〜A82,Bl2〜B82,・・・・・・Hl2〜H
82のそれぞれと同数の転送段とほぼ等しい容量のキヤ
パシタと入力端子および出力端子を有するものである。
なお、二次元アレーの各列の電荷転送素子Al2〜A8
2,Bl2〜B82,・・・・・・Hl2〜H82,の
入力端子および電荷転送素子Xl2〜X82の入力端子
は、場合により共通でもよく、また全て別々の入力端子
を持つていても同様である。The output of the two-dimensional array is the output terminal A of the charge transfer element in each column.
2, B2, . . . are taken out as parallel outputs to H2. Xl2 to X82 are charge transfer elements according to the present invention, and charge transfer elements Al in each column of the two-dimensional array
2~A82, Bl2~B82,...Hl2~H
82, each of which has the same number of transfer stages, capacitors of approximately the same capacity, input terminals, and output terminals.
Note that the charge transfer elements Al2 to A8 in each column of the two-dimensional array
2. The input terminals of Bl2 to B82, . be.
今、入力端子41に加えられた入力電気信号VINは、
第7図の矢印の方向に、それぞれAl2〜A82,Bl
2〜B82,・・・・・・Hl2〜H82によつてシフ
トされ、もし二次元アレーの各エレメントに並列に入力
信号が加えられれば、それらの信号と共に、出力端子A
2,B2,・・・・・・H2に並列出力として現われる
。The input electrical signal VIN now applied to the input terminal 41 is
In the direction of the arrow in Fig. 7, Al2 to A82, Bl, respectively.
2 to B82,... Hl2 to H82, and if input signals are applied to each element of the two-dimensional array in parallel, the output terminal A
2, B2, . . . appear as parallel outputs on H2.
この時、同時に電荷転送素子Xl2〜X82の入力端子
42に、ある一定の基準レベルとなる入力信号VIN(
例えば、V・IN−X=−VR.)を印加して、電荷転
送素子Xl2〜X82によつてシフトし、出力端子X2
によつて、二次元アレーの各列の転送段の各エレメント
へ転送される電荷量の違う特性を検知し、装置43へ入
力する。装置43では、入力された電荷転送素子の特性
を時系列に、すなわち出力A2,B2,・・・・・・仔
のうち、Al2,Bl2,・・・・・・Hl2に対応し
て、Xl2を、A22,B22・・・・・・H22に対
応してX22を、・・・・・・A82,B82,・・・
・・・H82に対応してX82を、それぞれ、比較補正
回路44に入力する。比較補正回路44では電荷転送素
子Xl2〜X82の出力直流レベルを基準レベルとして
二次元アレーの各列の電荷転送素子の出力を読み直して
、出力端子45に補正された出力が出力されるのである
。この様子を各部の波形で示すと第8図のようになる。
二次元アレーの第一列電荷転送素子Al2〜A82の入
力端子に第8図Bのような入力VIN−Aを加えた時、
上記の電荷転送素子の出力A2は前述したように第8図
Cのようになる。ここで、この電荷転送素子の特性が電
荷転送素子Xl2〜X82の出力X2により、第8図A
のような特性であることがわかつておれば、比較補正回
路44では、第8図Aの波形を基準レベルとして、第8
図Cの出力を読み取ることになり、端子45に得られる
出力は第8図Dのようになる。このように端子45に得
られる出力Dは、最初に二次元アレーの第一列Al2〜
A82に加えられた入力Bと全く同じ波形で再現できる
。したがつて、本発明によれば、二次元アレーの各列の
電荷転送素子の特性がどのようなものであつても、常に
正しく一定の基準レベルのもとで二次元アレーの出力信
号を得ることができるのである。今、上述したような二
次元アレーにおいて、その出力信号を比較補正するため
の結合回路を実現するための回路の一実施例を第9図に
示した。At this time, the input signal VIN(
For example, V·IN-X=-VR. ) is applied and shifted by the charge transfer elements Xl2 to X82, and the output terminal X2
This detects the different characteristics of the amount of charge transferred to each element of the transfer stage in each column of the two-dimensional array and inputs it to the device 43. In the device 43, the characteristics of the input charge transfer element are inputted in time series, that is, among the outputs A2, B2, . . ., corresponding to Al2, Bl2, . , A22, B22...X22 corresponds to H22,...A82, B82,...
. . . X82 is input to the comparison correction circuit 44 in correspondence with H82. The comparison and correction circuit 44 rereads the outputs of the charge transfer elements in each column of the two-dimensional array using the output DC levels of the charge transfer elements X12 to X82 as reference levels, and outputs a corrected output to the output terminal 45. This situation is shown in FIG. 8 by waveforms at various parts.
When input VIN-A as shown in FIG. 8B is applied to the input terminals of the first column charge transfer elements Al2 to A82 of the two-dimensional array,
The output A2 of the charge transfer device described above is as shown in FIG. 8C as described above. Here, the characteristics of this charge transfer element are determined by the output X2 of the charge transfer elements Xl2 to X82 as shown in FIG.
If it is known that the characteristics are as follows, the comparison correction circuit 44 sets the waveform of FIG.
The output shown in Figure C will be read, and the output obtained at the terminal 45 will be as shown in Figure 8D. The output D obtained at the terminal 45 in this way is initially
It can be reproduced with exactly the same waveform as input B applied to A82. Therefore, according to the present invention, no matter what the characteristics of the charge transfer elements in each column of the two-dimensional array are, the output signal of the two-dimensional array can always be correctly obtained under a constant reference level. It is possible. FIG. 9 shows an embodiment of a circuit for realizing a coupling circuit for comparing and correcting output signals in a two-dimensional array as described above.
同図において、Al2〜A82,・・・・・・,Hl2
〜H82,Xl2〜X82はそれぞれ第7図のAl2〜
A82,・・・・・・Hl2〜H82,Xl2〜X82
に対応する二次元アレーの各列を構成する電荷転送素子
である。また、44が並列直列変換用電荷転送素子、4
3および44が比較補正回路を示している。第9図に示
した回路の動作を説明する。In the same figure, Al2 to A82,..., Hl2
~H82, Xl2~X82 are respectively Al2~ in Figure 7
A82,...Hl2~H82, Xl2~X82
These are charge transfer elements that constitute each column of a two-dimensional array corresponding to . Further, 44 is a charge transfer element for parallel-to-serial conversion;
3 and 44 indicate comparison and correction circuits. The operation of the circuit shown in FIG. 9 will be explained.
二次元アレーの並列出力A2,B2,・・・・・・H2
が並列直列変換用電荷転送素子44に読み込まれる前に
すなわち端子80に制御パルスを印加してゲート81,
82,・・・・・・,83を開く前に、同じ時系列に対
応する電荷転送素子Xl2〜X82の出力X2を、装置
43によりすなわち端子61に制御パルスを印加してゲ
ート62,・・・・・・64を開くことにより電荷転送
素子44の各コンデンサ75,77,・・・・・・79
に読み込んでおく。従つて今入力された二次元アレーの
各列の電荷転送素子の特性を示すところの直流レベルX
2を基準レベルとして、次に端子80に制御パルスを印
加してゲート81,・・・・・・83を開いて、二次元
アレーの並列出力A2,B2・・・・・・H2を、電荷
転送素子44の各コンデンサに読み込む。このようにし
て、並列直列変換用電荷転送素子44の各コンデンサ7
5,77,・・・・・・・・・79には、電荷転送素子
Xl2〜X82の出力直流レベルを基準レベルとして比
較補正された二次元アレーの各列の電荷転送素子の出力
が、直列出力としてクロツクパルスを端子66,67に
印加することにより、出力端子45に得られるわけであ
る。なお、以上の説明では、簡単のため、並列直列変換
用電荷転送素子44悄体における上述のような直流レベ
ルの異なる特性は考慮していない。また、第4図のよう
に二次元アレーの出力を直列出力として取り出す方式に
おいても、本発明は同様に実施できる。第10図は、本
発明を上に述べたような直列出力取り出し方式の二次元
アレーに実施した一例を示すものである。Parallel outputs A2, B2,...H2 of two-dimensional array
In other words, before the charge transfer element 44 for parallel-to-serial conversion is read, a control pulse is applied to the terminal 80 to
Before opening 82, . Each capacitor 75, 77, 79 of the charge transfer element 44 is opened by opening 64.
Load it into. Therefore, the DC level
2 as a reference level, then apply a control pulse to the terminal 80 to open the gates 81, . . . 83, and change the parallel outputs A2, B2, . The data is read into each capacitor of the transfer element 44. In this way, each capacitor 7 of the parallel-to-serial conversion charge transfer element 44
5, 77, . . . 79, the outputs of the charge transfer elements in each column of the two-dimensional array, which have been compared and corrected using the output DC levels of the charge transfer elements Xl2 to X82 as reference levels, are serially connected. By applying a clock pulse to terminals 66 and 67 as an output, it is obtained at output terminal 45. In the above description, for the sake of simplicity, the above-mentioned characteristics of different DC levels in the parallel-to-serial conversion charge transfer element 44 are not taken into consideration. Furthermore, the present invention can be similarly implemented in a system in which the output of a two-dimensional array is taken out as a serial output as shown in FIG. FIG. 10 shows an example in which the present invention is implemented in a two-dimensional array using the serial output extraction method as described above.
第10図では、電荷転送素子Xl4〜X84は、二次元
アレーの各列Al4〜A84,Bl4〜B84・・・・
・・Hl4〜H84のそれぞれと同数の転送段とほとん
ど等しい容量のキヤパシタをもつ電荷転送素子であり、
また、電荷転送素子56は、並列直列変換用電荷転送素
子55と同数の転送段とほぼ等しい容量のキヤパシタを
もつ補正用の電荷転送素子である。In FIG. 10, charge transfer elements Xl4-X84 are arranged in each column Al4-A84, Bl4-B84, . . . of a two-dimensional array.
...A charge transfer element having the same number of transfer stages as each of H14 to H84 and capacitors with almost the same capacity,
Further, the charge transfer element 56 is a correction charge transfer element having the same number of transfer stages as the charge transfer element 55 for parallel-to-serial conversion and capacitors having approximately the same capacity.
今、入力端子42にある一定の基準レベルとなる入力信
号を印加すると、電荷転送素子Xl4〜X84によつて
シフトされ、X4には電荷転送素子Xl4〜X84の特
性が現われる。また、入力端子60にある一定の基準レ
ベルとなる入力信号を印加すると、補正用電荷転送素子
56によつてシフトされ、出力端子Z4には、電荷転送
素子56の特性が現われる。従つて、二次元アレーの各
列の電荷転送素子Al4〜A84,Bl4〜B84・・
・・・・,Hl4〜H84の特性と、並列直列変換用電
荷転送素子55の特性の両方の特性を等価的に検知でき
る出力が得られたことになる。こうして、二次元アレー
の出力信号の直列出力Y4と、上に述べた基準レベル出
力X4およびZ4とを、比較補正回路57に印加して、
出力端子58には、一定基準レベルのもとでの二次元ア
レー出力信号が得られる。上述のように、本発明によれ
ば、二次元アレーの直流レベルが変動することにより、
二次元アレーより得られる出力信号全体が変動する欠点
を補正し、一定基準レベルに対応する変動を含まない適
正な二次元アレー出力を得ることができる効果があり、
特に画像信号の処理の際に有効である。Now, when an input signal having a certain reference level is applied to the input terminal 42, it is shifted by the charge transfer elements Xl4 to X84, and the characteristics of the charge transfer elements Xl4 to X84 appear in X4. Further, when an input signal having a certain reference level is applied to the input terminal 60, it is shifted by the correction charge transfer element 56, and the characteristics of the charge transfer element 56 appear at the output terminal Z4. Therefore, the charge transfer elements Al4 to A84, B14 to B84 in each column of the two-dimensional array...
. . . This means that an output that can equivalently detect both the characteristics of H14 to H84 and the characteristics of the charge transfer element 55 for parallel-to-serial conversion is obtained. In this way, the serial output Y4 of the output signal of the two-dimensional array and the reference level outputs X4 and Z4 described above are applied to the comparison correction circuit 57,
At the output terminal 58, a two-dimensional array output signal is obtained at a constant reference level. As described above, according to the present invention, by varying the DC level of the two-dimensional array,
It has the effect of correcting the drawback that the entire output signal obtained from the two-dimensional array fluctuates, and that it is possible to obtain an appropriate two-dimensional array output that does not include fluctuations corresponding to a certain reference level.
This is particularly effective when processing image signals.
以上はすべて、電荷転送素子としてバケツト・ブリゲー
ド素子を基本構造として用いた場合を説明したが、前述
したように、他の構造の電荷転送素子に対しても同じよ
うに本発明が適用できることは明らかである。All of the above describes the case where a bucket brigade element is used as the basic structure as a charge transfer element, but as mentioned above, it is clear that the present invention can be similarly applied to charge transfer elements with other structures. It is.
第1図はパケット・ブリゲード素子の基本回路構成図、
第2図は第1図の回路を半導体基板表面上に形成する場
合の基本構造の断面図、第3図は電荷転送素子を複数個
配設した二次元アレーの構成図で二次元アレー出力は並
列出力として取り出される場合を示し、第4図も電荷転
送素子を複数個配設した二次元アレーの構成図で二次元
アレーの出力は直列出力に直されて取り出される場合を
示している。
第5図は前述の二次元アレーを構成する電荷転送素子の
転送段の各エレメントへ転送される電荷量が僅かに異な
つていることを説明するための各部波形図で、Aは入力
波形VINsB,Cはクロツク信号φ1,φ2、Dはこ
れらの波形に対するBBD出力を示し、第6図は第5図
Dの出力より求めた上記電荷転送素子の各エレメントへ
転送される電荷量が僅かに異なることを示す特性図であ
る。第7図は本発明の一実施例の電荷転送素子よりなる
二次元アレーの構成図、第8図A〜Dは第7図を説明す
るための第7図における各部の波形図、第9図は第7図
の具体回路構成図、第10図は二次元アレーの出力が直
列出力で得られる場合の本発明の他の各実施例の構成図
である。41,42,47,48,59,60・・・・
・・・・・入力端子、45,52,58・・・・・・・
・・出力端子、A1〜A8,Bl〜B8,・・・H1〜
H8,Al2〜A82,・・・Hl2〜H82,Al3
〜A83,・・・,Hl3〜H83,Al4〜A84,
・・・,Hl4〜H84・・・・・・二次元アレーの各
列を構成する電荷転送素子。
44,49,55・・・・・・並列直列変換用電荷転送
素子、Xl2〜X82,Xl4〜X84・・・・・・二
次元アレーを構成する電荷転送素子と同等の電荷転送素
子、50,56・・・・・・並列直列変換用電荷転送素
子と同等の電荷転送素子、44,51,57・・・・・
・出力比τ較補正回路。Figure 1 is a basic circuit diagram of the packet brigade element.
Figure 2 is a cross-sectional view of the basic structure when the circuit in Figure 1 is formed on the surface of a semiconductor substrate, and Figure 3 is a configuration diagram of a two-dimensional array in which a plurality of charge transfer elements are arranged, and the two-dimensional array output is FIG. 4 is a block diagram of a two-dimensional array in which a plurality of charge transfer elements are arranged, and shows a case where the output of the two-dimensional array is converted into a serial output and taken out. FIG. 5 is a waveform diagram of each part to explain that the amount of charge transferred to each element of the transfer stage of the charge transfer element constituting the two-dimensional array mentioned above is slightly different, where A is the input waveform VINsB, C shows the clock signals φ1 and φ2, D shows the BBD output for these waveforms, and FIG. 6 shows that the amount of charge transferred to each element of the charge transfer element determined from the output of FIG. 5D is slightly different. FIG. 7 is a configuration diagram of a two-dimensional array consisting of charge transfer elements according to an embodiment of the present invention, FIGS. 8A to 8D are waveform diagrams of various parts in FIG. 7 for explaining FIG. 7, and FIG. 9 7 is a specific circuit configuration diagram, and FIG. 10 is a configuration diagram of other embodiments of the present invention in which the output of a two-dimensional array is obtained by serial output. 41, 42, 47, 48, 59, 60...
...Input terminal, 45, 52, 58...
...Output terminal, A1-A8, Bl-B8,...H1-
H8, Al2 ~ A82, ... H12 ~ H82, Al3
~A83,..., Hl3~H83, Al4~A84,
..., H14 to H84... Charge transfer elements forming each column of the two-dimensional array. 44, 49, 55... Charge transfer element for parallel-serial conversion, Xl2 to X82, Xl4 to X84... Charge transfer element equivalent to a charge transfer element constituting a two-dimensional array, 50, 56...Charge transfer element equivalent to the charge transfer element for parallel-to-serial conversion, 44, 51, 57...
・Output comparison τ comparison correction circuit.
Claims (1)
相を異にするクロック信号の制御の下で電荷を一つのキ
ャパシタから他のキャパシタに転送するように動作する
電荷転送素子を複数個配設して二次元アレーを構成し、
上記二次元アレーの各列の電荷転送素子と同数の転送段
とほぼ等しい容量のキャパシタを有する二次元アレーの
出力の直流レベル補正用の電荷転送素子を設け、さらに
、上記直流レベル補正用の電荷転送素子の出力直流レベ
ルを基準レベルとして上記二次元アレーの各列の電荷転
送素子の出力を読み出す比較補正手段を上記二次元アレ
ーの電荷転送素子の出力側に設け、上記直流レベル補正
用の電荷転送素子に所定信号を入力して得られた出力基
準電圧を、上記手段に印加することにより、上記二次元
アレーの各電荷転送素子より転送段損失による直流レベ
ルの変動を補正した出力を読出すことを特徴とする電荷
転送装置。1 A device having a plurality of charge storage capacitors and a plurality of charge transfer devices that operate to transfer charge from one capacitor to another under the control of a series of clock signals with different phases. to configure a two-dimensional array,
A charge transfer element for correcting the DC level of the output of the two-dimensional array having the same number of transfer stages as the charge transfer elements in each column of the two-dimensional array and capacitors having approximately the same capacitance is provided, and the charge transfer element for correcting the DC level of the output of the two-dimensional array is provided. Comparison and correction means for reading out the output of the charge transfer elements in each column of the two-dimensional array using the output DC level of the transfer element as a reference level is provided on the output side of the charge transfer element of the two-dimensional array, and the charge for the DC level correction is By applying an output reference voltage obtained by inputting a predetermined signal to the transfer element to the above means, an output is read out from each charge transfer element of the two-dimensional array with DC level fluctuations corrected due to transfer stage losses. A charge transfer device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50007975A JPS599995B2 (en) | 1975-01-17 | 1975-01-17 | charge transfer device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50007975A JPS599995B2 (en) | 1975-01-17 | 1975-01-17 | charge transfer device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5183434A JPS5183434A (en) | 1976-07-22 |
| JPS599995B2 true JPS599995B2 (en) | 1984-03-06 |
Family
ID=11680449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50007975A Expired JPS599995B2 (en) | 1975-01-17 | 1975-01-17 | charge transfer device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599995B2 (en) |
-
1975
- 1975-01-17 JP JP50007975A patent/JPS599995B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5183434A (en) | 1976-07-22 |
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