DK147690B - Monolitisk integreret videokamfilter for farvefjernsyn - Google Patents

Description

o 147690 i

Opfindelsen vedrører elektronisk signalbehandlingsudstyr, hvori der anvendes et antal signalforsinkende trin af den art, der betegnes som ladningsoverføringsorganer (eng. CTD = charge transfer device).

5 Et ladningskoblet organ (eng. CCD = charge coupled device), som er én version af ladningsoverføringsorganet, er velegnet til behandling af analogsignaler. Disse organer omfatter indgangsdele til at omdanne signalspændinger eller signalstrømme til et kvantum eller en por-10 tion ladning i en overføringskanal, samt udgangsdele til at måle ladningen i portionen ved kanalens udgang.

Der er blevet gjort en stor konstruktionsmæssig indsats for at opnå en i alt væsentligt lineær omsætning fra indgangssignalspænding eller -strøm til ladning, og 15 fra ladning igen til spænding eller strøm. Eventuelle ikke-lineariteter i disse processer er især til besvær i de tilfælde, hvor et antal signaler tilføres et antal indgange i et ladningskoblet organ med henblik på at blive kombineret i forud bestemte proportioner til dannel-20 se af en ønsket filter-karakteristik. Sådanne situationer kan imødeses f.eks. i de tilfælde, hvor det ladningskoblede organ udgør en del af et kamfilter for farvefjernsyns signaler og er udformet på den måde, der er omtalt i US-patentskrift nr. 4.096.516 under benævnelsen 25 "Electronic Signal Processing Apparatus" i navnet D.H.

Pritchard.

I Pritchards kamfilter føres et sammensat videosignal, der omfatter frekvens-sammenbladede luminans-og chrominanssignalkomposanter, til en første signalvej 30 omfattende et antal forsinkelseselementer, som er indrettet til at udvise en samlet forsinkelse, der er en smule længere end perioden af et fjernsyns-linieafsøgnings-interval (dvs. det interval, der betegnes som 1 H). Det sammensatte videosignal føres også til en anden og en 35 tredje signalvej, som hver er indrettet til at udvise en forsinkelse, der er lig med den lille forskel mellem 147690 2 0 linieafsøgningsintervallet og den første signalvejs samlede forsinkelse. Forskellen i forsinkelse mellem den første og den anden signalvej, og mellem den første og den tredje, er derved lig med 1 Ή. Forsinkelsen er nøj-5 agtigt bestemt, eftersom den i alt væsentligt kun afhænger af antallet af forsinkelsestrin - hvad der ad geometrisk vej ligger fuldstændigt fast - og af den til signaloverføringen knyttede klok-frekvens. Klok-frek-vensen kan styres med høj præcision, f.eks. ved at an-10 vende en krystal-oscillator. Luminans-signalerne udledes ved additiv kombination af signalerne fra den første og den anden signalvej, mens chrominans-signalerne udledes ved subtraktiv kombination af signalerne fra den første og den tredje signalvej. Subtraktionen ud-15 føres nemmest ved at invertere det sammensatte videosignal, der leveres til den tredje signalvej, og derpå addere udgangssignalerne fra den første og den tredje signalvej. Denne sidstnævnte addition af signaler tilvej ebringer en kamfilter-karakteristik med maksima ved 20 farveunderbærebølgens frekvens og samtlige øvrige ulige mangefold af halvdelen af linieafsøgningsfrekvensen. Den relative dybde af hakkene (fordybningerne) i hver af de to filterkarakteristikker afhænger af den nøjagtighed, hvormed de to samvirkende signalvejes amplitude-25 og fase-karakteristikker passer til hinanden og af nøjagtigheden i forskellen i tidsforsinkelse mellem de to signalveje. Nøjagtigheden af tidsforsinkelsen kan indstilles på ensartet måde ved hjælp af Pritchards teknik vedrørende forsinkelsesforskelle.

30 Det er opfindelsens formål at anvise praktiske løsninger af følgende opgaver: I. Tilpasning af amplitude- og fase-karakteristikker i to eller flere signalforsinkelsessystemer.

II. Tilvejebringelse af en korrekt vægtning af sig- 35 naleme fra to sådanne systemer for derved at op nå en ønsket grad af gensidig signal-ophævelse.

0 147690 3 III. Reproducerbarhed af karakteristikkerne fra én kredsløbsbrik ("chip") med et ladningskoblet organ til den næste, og tilvejebringelse af en rimelig økonomi med hensyn til det nødvendige 5 areal på kredsløbs-brikkerne.

Dette formål opnås ved et kamfilter, der er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

En særlig hensigtsmæssig udførelsesform for kamfilteret ifølge opfindelsen er ejendommelig ved den 10 i krav 3 angivne udformning.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. la og lb tilsammen udgør et kredsløbsdiagram, dels i blokform, dels i billedform, af et udfør-15 elseseksempel på et kamfilter ifølge opfindelsen.

I det viste eksempel tilvejebringes sammensatte fjernsyns-videosignaler, der omfatter komposanter for luminans, chrominans og synkronisering, af fjernsynssignalbehandlingskredse 10, som kan være af sædvanlig 20 udformning og f.eks. bestå af en del af en fjernsynsradiomodtager, en videosignalgengiver i form af et båndafspilningsapparat eller en pladespiller, eller andet hermed ækvivalent udstyr. Med henblik på den efterfølgende forklaring skal signalbehandlingskredsene 10 og 25 det øvrige udstyr beskrives under henvisning til en fjernsynsradiomodtager af den art, der er indrettet til at behandle NTSC-signaler, dvs. signaler svarende til USA-normerne for fjernsynsudsendelser.

I fjernsynsmodtageren omfatter signalbehandlings-30 kredsene 10 en videodetektor til frembringelse af frek-vens-sammenbladede luminans- og chrominans-signalkompo-santer gennem en kondensator 12 til en klemme 14 i en signalbehandlingsenhed, der er vist omgivet af en afbrudt streg. Luminanskomposanten optræder ved hele 35 mangefold af den vandrette linieafsøgningsfrekvens, og chrominanskomposanten optræder ved ulige mangefold af 4 0 1-47690 halvdelen af linieafsøgningsfrekvensen og veksler i fase for vekselvis på hinanden følgende linieafsøgningsintervaller. Samtlige af de apparatkomponenter, der er vist inden for den afbrudte streg, er egnet til at fremstil-5 les på en enkelt monolitisk integreret kredsløbsbrik ("chip") af typen N-MOS, P-MOS eller C-MOS. En betydelig del af brikken er optaget af et register eller en forsinkelseslinie af CCD-typen (CCD = "charge-coupled device" = ladningskoblet organ) med flere indgange og 10 flere trin. CCD-forsinkelseslinien omfatter en forholdsvis lang forsinkelsesdel 16 (fig. Ib), der er tilknyttet en ladningsoverføringskanal 24 af bugtet udformning.

Den lange forsinkelsesdel 16 er indrettet til at frembringe den ovenfor omtalte signalforsinkelse, som er en 15 smule større end 1-H (dvs. større end 63,55 ;is i det tilfælde, der skal beskrives), idet den adskiller sig herfra med en lille overskudsforsinkelse. Det i den fulde båndbredde optrædende, sammensatte videosignal føres fra klemmen 14 over et dæmpningsorgan 18 til en ind-20 gangsdel· 20 i den lange forsinkelsesdel 16. Indgangsdelen 20 er indrettet til at udføre en i alt væsentligt lineær omsætning fra signalindgangsspænding til ladning, og er fortrinsvis udformet på den måde, der er angivet i dansk patentansøgning nr. 88/78.

25 Som forklaret i dansk patentansøgning nr. 88/78, omfatter indgangsdelen 20 en første portelektrode , der påtrykkes et forud bestemt jævnspændingsniveau sammen med den spænding, der repræsenterer videosignalet. Indgangsdelen 20 omfatter også en anden og en tredje 30 portelektrode henholdsvis G^, som tilføres en forholdsvis konstant jævnspænding henholdsvis en jævnspænding V3, som skifter mellem to forskellige niveauer på en forud bestemt måde under hver takt eller signal--eksempleringscyklus. En kildeelektrode S·^ indgår også 35 i indgangsdelen 20, og tilføres en spændingsbølgeform LS^, som på forud bestemt måde skifter mellem to bestemte 0 147690 5 niveauer under hver takt. De særlige former på de varierende bølgeformer og LS^ (såvel som klokbølgeformer-ne 0·^ og er beskrevet i ovennævnte danske patentansøgning nr. 88/78. Disse og andre nødvendige bølgeformer 5 (f.eks. SS-jJ , som gentages med en ønsket signal-eksemple-ringsfrekvens på ca. 10,7 MHz, afledes fra krystalstyrede generatorkredse for farve-underbærebølger, som normalt findes i chrominanssignalbehandlingsenheden i en farvefjernsynsmodtager. En passende anordning af en så-10 dan chrominanssignalbehandlingsenhed er beskrevet i "Data Bulletin for the RCA Type CA3151 linear integrated Circuit", som kan fås fra RCA Solid State Division, Somer-ville, New Jersey, USA.

I dette viste udførelseseksempel på et kamfil-15 ter ifølge nærværende opfindelse omfatter en sådan chro-minanssignalbehandlingsenhed 60 en krystalstyret oscillator, der frembringer et uafbrudt signal ved farveunder-bærebølgens frekvens, der sædvanligvis omtales som 3,58 MHz. Underbærebølgen føres over en klemme 62 til en 20 frekvensmultiplikator 64, som i den foretrukne udførelsesform udgøres af en frekvens-tredobler, der er udformet i monolitisk form på den samme integrerede kredsløbsbrik som CCD-forsinkelseslinien. Logik- og klokdriv-kredse 66 er indrettet til at behandle det uafbrudte 25 signal ved 10,7 MHz, der frembringes af multiplikatoren 64, så at der fremkommer firkantbølgeformede kloksig-naler 0^ og Φ^ i indbyrdes modsat fase, bølgeformer LS^ og SS1 for kildeelektroderne, og passende bølgeformer for portelektroderne , alt på den måde/ der er omtalt 30 i den ovennævnte danske patentansøgning nr. 88/78.

Ladning, der repræsenterer signalet, overføres fra indgangsdelen 20 ind i den dybtliggende ladningsoverføringskanal 24, hvis grænselinier er vist. Bredden af kanalen 24 varierer på en forud bestemt måde. Nærmere 35 betegnet er kanalen 24 i nærheden af indgangsdelen 20 ved hjælp af et kanalstop 25 delt i to lige store dele.

0 6 147690 hver med en bredde, der er afmærket med "2W". Efter indgangsdelen 20 går de to dele af kanalen 24 sammen, hvad der bevirker, at de signalladninger, der er frembragt i de to halvdele af indgangsdelen 20, kombineres. Derpå 5 aftager kanalen 24 regelmæssigt i bredde til en bredde "W" i nærheden af et forsinkelsestrin 22, og har stort set denne bredde over hele sin længde, med undtagelse af områder i nærheden af og ved et antal sving på 180°, som f.eks. et sving 26.

10 Når de to lige brede kanaldele med bredden 2W, der er tilknyttet indgangsdelen 20, er bredere end den del af kanalen, hvis bredde er W, er det for at forøge lineariteten af den karakteristik, der svarer til ladningsoverføringen ved indgangs-ladningsbrøndene som 15 funktion af indgangsspændingen. Imidlertid behøver den del af kanalen, der er vist med bredden W, ikke at være halvt så bred eller smallere end de to til indgangsdelen 20 hørende lige store kanaldele, og de behøver kun at være brede nok til at kunne modtage den samlede 20 ladning, der indføres i kanalen 24 af de to kanaldele med bredden 2W. Som beskrevet i den ovenfor omtalte danske patentansøgning nr. 88/78, er den nyttige dybde af de ladningsbrønde, der er tilknyttet indgangsdelen 20, væsentligt mindre end den nyttige dybde af de lad-25 ningsbrønde, der er tilknyttet de dele af kanalen 24, som ligger efter indgangsdelen 20. Dette bidrager også til at forbedre indgangs-lineariteten, og gør det muligt for kanalen 24 med bredden W at modtage den fra indgangsdelen 20 leverede ladning.

30 Samtlige sving 26 er fortrinsvis udformet på den måde, der er angivet i US-patentansøgning nr. 786.402 med benævnelsen "CCD Structure", indleveret den 11. april 1977 under navnet Michael G. Kovac.

Den bugtede forsinkelsesdel 16 kan f.eks. omfat-35 te 683 1/2 forsinkelsestrin efter indgangsdelen 20. Hvert forsinkelsestrin omfatter fire portelektroder, som f.eks.

0 147690 7 elektroderne 22a, 22b, 22c og 22d tilhørende trinet 22, der er anbragt parvis overlappende i forhold til den dybtliggende kanal 24, så at der på kendt måde kan foregå et to-faset ladningsoverføringsforløb, f.eks. som omtalt 5 i ovennævnte danske patentansøgning nr. 88/78. Den bugtede forsinkelsesdel 16 kan i dette tilfælde f.eks. omfatte et samlet antal på tolv indbyrdes parallelle kanalstykker, der er forbundet med hinanden gennem elleve 180°-sving af den ovennævnte art, med henblik på at til-10 vejebringe det ønskede antal trin inden for et areal af rimelig størrelse.

Signal-repræsentative ladningsportioner, som føres gennem den lange forsinkelsesdel 16, kløves til dannelse af to i alt væsentligt lige store brøkdele (halv-15 dele) ved hjælp af en som helhed med 28 betegnet ladningskløver (fig. la). I ladningskløveren 28 - hvoraf én type er beskrevet på side 61 i bogen "Charge Transfer Devices" af C.H. Sequin og M.F. Tompsett, Academic Press Inc., 1975 - forøges bredden af kanalen 24 på regelmæs-20 sig måde under et eller flere sæt portelektroder 22' for derved at fordele signalladningen i hovedsagen ensartet over den udvidede del af kanalen 24, der er vist i fig. la. En kanaldeler 29 er anbragt midt mellem siderne i den udvidede del af kanalen 24, for at bringe signalladningen 25 til at dele sig i to lige store halvdele. Kanaldelerens forkant er fortrinsvis anbragt under midtpunktet af den overliggende lager-portelektrode (f.eks. som repræsenteret af portelektroderne 22a eller 22c), for derved at opnå ladnings-balance under portelektroden, inden ladningen 30 overføres, og dermed deles, som reaktion på et ladningsover førings-kloksignal. Ved at kanaldelerens forkant er anbragt på denne måde, opnås en forhøjet præcision i den proces, ved hvilken signalladningen deles i to lige store halvdele, som derpå leveres til de pågældende summerings-35 brønde 42 og 44.

147690 0 δ

De gennem klemmen 14 tilførte sammensatte videosignaler føres også gennem et indstilleligt dæmpningsorgan 31 og et indstilleligt inverterende dæmpningsorgan 33 til to yderligere, forholdsvis korte signalforsinkel-5 sesdele 30, 32 - jfr. fig. la - der indgår i CCD-opstil-lingen. Dæmpningsorganerne 31 og 33 tjener - ligesom dæmpningsorganet 18 - til at tilvejebringe passende indgangssignalamplituder i overensstemmelse med CCD-ind-retningens behov for indgangssignaler. Anvendelsen af 10 et signalinverterende trin, såsom organet 33, foran indgangsdelen 36 repræsenterer én mulig teknik til at frembringe et inverteret signal. En anden teknik til at frembringe komplementet (dvs. inversionen) af et givet signal ved en CCD-indretning er omtalt i US-patentansøg-15 ning nr. 836.508 med benævnelsen "CCD Circuit For Pro-ducing Charge And Its Complement", indleveret den 26. september 1977 i navnet Walter F. Kosonocky.

De korte forsinkelsesdele 30 og 32 omfatter indgangsdele 34 henholdsvis 36 til på en i hovedsagen line-20 ær måde at omdanne sammensatte videosignal-spændingsvariationer til portioner af signal-repræsenterende ladning. Indgangsdelene 34 og 36 omfatter kildeelektroder S^' henholdsvis S-^", som tilføres kloksignalet SS^, og som udviser en i alt væsentligt identisk geometrisk ud-25 formning, og hver er tilknyttet en kanalbredde på 2W. Indgangsdelene 34 og 36 udviser karakteristikker for omsætning af signalspænding til ladning, som er i alt væsentligt identiske med hinanden og med karakteristikken for hver halvdel af indgangsdelen 20. Ved at der anvendes to 30 særskilte indgange, nemlig som beskrevet 20 og 34,36, opnås det ved tilførsel af signalspænding med det samme niveau til disse indgange, at indgangsdelen 20 vil udvise en dobbelt så stor signal-ladning som hver af de to indgangsdele 34 og 36, uafhængigt af ikke-lineære, 35 indgangskanalbreddebetingede randeffekter. Dersom hver af indgangsdelene 34 og 36 havde en bredde på 2W, og en 0 147690 9 enkelt indgangskanal med bredden 4W blev anvendt for indgangsdelen 20, ville den ved indgangsdelen 20 indførte signalladning ikke nødvendigvis blive dobbelt så stor som den ved indgangsdelene 34 og 36 indførte lad-5 ning, især ved små kanalbredder. Ved at kanalen 24 i nærheden af indgangsdelen 20 er opdelt i to lige store kanaldele med bredden 2W, som derefter på den beskrevne måde forenes til en enkelt kanal med bredden W, opnås, at nøjagtigt den ønskede mængde ladning bliver frembragt.

10 De inverterede og ikke-inverterede signal-re præsenterende ladningsportioner, som frembringes i indgangsdelene 34 og 36, overføres gennem enkelte forsinkelsestrin 38 henholdsvis 40 til de pågældende signalkombineringstrin, der omfatter summeringsbrøndene 42 15 henholdsvis 44. På samme måde som for forsinkelsestrinet 22 omfatter de enkelte forsinkelsestrin 38 og 40 fire portelektroder i overlappende par i forhold til den underliggende ladningsoverføringskanal med henblik på tilvejebringelse af et to-faset ladningsoverføringsfor-20 løb.

En væsentlig forskel mellem de korte forsinkelsesdele 30 og 32 og den lange forsinkelsesdel 16 kan ses ved at betragte fasen af det kloksignal, der tilføres det første trin efter den tredje portelektrode Gg eller 25 Gg' (som følger efter den anden portelektrode Gg' og den første portelektrode G·^' tilhørende indgangsdelen 34, og den første portelektrode G-^' tilhørende indgangsdelen 36). Hvad angår den lange forsinkelsesdel 16, påtrykkes kloksignalet 0·^ det første sæt overføringselektroder 30 efter portelektroden Gg, mens hvad angår de korte forsinkelsesdele 30, 32, påtrykkes kloksignalet Øg det første sæt overføringselektroder efter portelektroden Gg'. Denne anordning gør det muligt at frembringe en forskel i forsinkelserne mellem den lange og de korte forsinkelses-35 dele, der omfatter et halvt forsinkelsestrin (dvs. 682 1/2 trin). Nærmere betegnet tilvejebringer den lange for- 147690 10 o sinkelsesdel 16 683 1/2 forsinkelsestrin - dvs. 1367 halve forsinkelsestrin - mellem indgangen på den lange forsinkelsesdel 16 og summeringsbrøndene 42 og 44. De ladningsportioner, der ankommer til summeringsbrøndene 5 42 og 44 fra den lange forsinkelsesdel 16, er derfor forsinket med 682 1/2 forsinkelsestrin i forhold til de ladningsportioner, der ankommer til summeringsbrøndene 42 og 44 fra den korte, enkelte forsinkelsesdel.

I dette eksempel anvendes to-fasede kloksignaler 10 på den omtalte måde til at tilvejebringe det ønskede antal brøk-forsinkelsestrin, dvs. 682 1/2. Et lignende resultat kan opnås ved at anvende fire-fasede kloksignaler, og brøk-forsinkelser på 1/3 og 2/3 kan opnås ved at anvende tre-fasede kloksignaler, alt efter det pågældende 15 udstyrs behov.

Således vil de signal-repræsentative ladningsportioner, der ankommer til summeringsbrønden 42 fra den lange forsinkelsesdel 16 tilhørende kanalen 24, blive forsinket 682 1/2 klok-perioder (takter) mere end de lad-20 ningsportioner, der ankommer til brønden 42 gennem indgangsdelene 34 og den hertil knyttede korte forsinkelsesdel 30. Et lignende resultat gælder med hensyn til de ladningsportioner, der ankommer til summeringsbrønden 44 fra den lange forsinkelsesdel 16 tilhørende kanalen 25 24, og fra indgangsdelen 36 og den hertil knyttede korte forsinkelsesdel 32. De ladningsportioner, som summeres i brøndene 42 henholdsvis 44, er derfor forsinket i forhold til hinanden med et tidsrum, der svarer til et vandret afsøgningsinterval· (1 H).

30 På grund af den frekvens-sammenbladede karakter af NTSC-f jemsynssignalet vil de ikke-inverterede ladningsportioner, når de kombineres (adderes) i brønden 42, frembringer en "kæmmet" eller kamformet luminanskompo-sant med maksima ved mangefold af linieafsøgningsfrekven-35 sen. På lignende måde vil de indbyrdes inverterede ladningsportioner, når de kombineres (dvs. i realiteten sub- 11 147690 o traheres) i brønden 44, frembringe en "kæmmet" eller kamformet chrominanskomposant med maksima ved farveunder-bærebølgens frekvens og samtlige øvrige ulige mangefold af halvdelen af linieafsøgningsfrekvensen.

5 Ladning, der repræsenterer den kamformede chro minanskomposant, optræder ved en kanalendedel 48. Denne ladning omsættes til en signal-repræsentativ spænding på en i hovedsagen lineær måde i overensstemmelse med sædvanlige ladning/spænding-omsætningsmetoder, således som 10 omtalt i den ovennævnte bog af Sequin og Tompsett. Den signalspænding, der repræsenterer den kamformede chrominanskomposant, forstærkes af en forstærker 70, hvorefter den eksempleres af en nøglestyret eksemplerings- og holdeenhed 72, som i dette tilfælde eksemplerer i en takt på 15 10,7 MHz, eller tre gange chrominans-underbærebølgens frekvens (3,58 MHz). Den eksempierede kamformede chrominanskomposant optræder på klemmerne 73 og 74.

Den eksemplerede kamformede chrominanskomposant føres fra klemmen 74 til en indgang på chrominanssignal-20 behandlingsenheden 60 gennem et filter 75, som selektivt lader chrominansfrekvensernes bånd passere og afviser lodrette detailsignaler og signaler, der er beslægtet med klokfrekvensen. Chrominanssignalbehandlingsenheden 60 tilføres også burstportimpulser fra udgangen på en burst-25 portsignalgenerator 82 af sædvanlig udformning. Burst- portimpulserne frembringes i generatoren 82 som reaktion på vandrette synkroniseringsimpulser, der afledes fra fjernsynssignalet af en synkroniseringsseparator 80. De til chrominanssignalbehandlingsenheden 60 leverede sig-30 naler anvendes til at tilvejebringe farveforskelsudgangssignaler R-Y, B-Y og G-Y, som føres til indgange på et signalmatrixtrin 90.

Den kamformede luminanskomposant optræder på en kanalendedel 49 efter at være blevet forsinket i en given 35 udstrækning af en forsinkelsesdel 46, der omfatter to forsinkelsestrin. Forsinkelsesdelen 46 tjener til at for- 0 12 147690 sinke det kamformede luminanssignal, der er udviklet i summeringsbrønden 42, tilstrækkeligt til, at der ved indgangene på matrixen 90 er en korrekt tids--samordning af chrominans- og luminanskomposanterne. I 5 det viste eksempel tjener forsinkelsesdelen 46 først og fremmest til at kompensere for chrominansfaseforsinkelser, der kan tilskrives chrominans-båndpasfilteret 75. Denne anvendelse af forsinkelsesdelen 46 fjerner behovet for et sædvanligt, særskilt udligningsnetværk for 10 luminansforsinkelsen - f.eks. indbygget i luminansbe- handlingsenhéden 79 - til at udligne eller "egalisere" signalbehandlings-gennemgangstideme for luminans- og chrominanssignalerne, inden de kombineres i matrixen 90. Den ladning, der repræsenterer den kamformede lumi-15 nanskomposant og optræder på kanalendedelen 49, omformes derpå lineært til en signalspænding, som derefter forstærkes af forstærkeren 50 og eksempleres af en nøglestyret eksemplerings- og holdeenhed 52 i alt væsentligt på samme måde, som det sker for den kamformede chrominans-20 komposants vedkommende.

Den eksemplerede kamformede chrominanskomposant, der optræder på klemmen 73, filtreres af et lavpasfilter 76, og den eksemplerede kamformede luminanskomposant, der optræder på klemmen 54, filtreres af et lavpasfil- 25 ter (luminans-båndpasfilter) 56, for derved at fjerne kloksignalkomposanter fra de kamformede luminans- og chrominanssignaler. Filteret 76 tjener også til at restituere forholdsvis lavfrekvent luminansdetailinformation (lodret), som findes i den kamformede chrominanskompo-30 sant, men som er blevet fjernet fra den kamformede lu- minanskomposant. Til dette formål udviser lavpasfilteret 76 en afskæringsfrekvens, der ligger under det af chro-minansbåndet optagne frekvensbånd (f.eks. en afskæringsfrekvens lige under to MHz), med henblik på at lade for-35 holdsvis lavfrekvent lodret detailinformation passere, mens det afviser den forholdsvis mere højfrekvente chro- 0 147690 13 minansinformation, der indgår i udgangssignalet fra eksemplerings- og holdeenheden 72. Luminanssignalet, som til sidst behandles af en luminansbehandlingsenhed 79, omfatter derfor en "kæmmet" højfrekvensdel, der op-5 tager et frekvensbånd over afskæringsfrekvensen, hvorfra chrominanssignalfrekvenser er blevet fjernet, samt en "ukæmmet" lavfrekvensdel, hvori i alt væsentligt samtlige luminanssignalfrekvenser er blevet bevaret.

Udgangssignalerne fra filtrene 56 og 76 kombiner-10 es i en lodret højdehævningsblander ("peaking mixer") 77. Blanderen 77 kan f.eks. omfatte en signalkombinerings-forstærker, som er forstærkningsstyret med hensyn til de fra filteret 76 leverede signaler. Den mængde af signalet fra filteret 76, der er til stede i luminans-15 udgangssignalet fra blanderen 77, bestemmer mængden af lodret højdehævning i luminansudgangssignalet fra blanderen 77. Dette udgangssignal leveres så til luminans-behandlingsenheden 79 for yderligere signalbehandling og forstærkning. Luminansudgangssignalet fra luminans-20 behandlingsenheden 79 kombineres i matrixen 90 med farveforskelssignalerne fra chrominansbehandlingsenheden 60, så at der dannes farveudgangssignaler R, G og B.

Disse signaler føres derpå til intensitetsstyreelektroderne i et ikke vist farvebilledrør.

25 Den "kæmmede" luminanskomposant, som er udviklet ved ladningsopsamlingsbrønden 42, er resultatet af en additiv kombinationsproces, hvor de ikke-sammenbladede frekvenskomposanter (f.eks. luminanskomposanterne) understørrer hinanden, mens de sammenbladede frekvens-30 komposanter (f.eks. chrominanskomposanterne) har sådanne polariteter, at de ophæver hinanden, så at der fremkommer en kamfilterkarakteristik med maksima ved mangefold af linieafsøgningsfrekvensen. Den "kæmmede" chro-minanskomposant, der er udviklet ved ladningsopsamlings-35 brønden 44, er resultatet af en i realiteten subtraktiv kombinationsproces (dvs. at der sker en kombinering af 0 14 147690 indbyrdes inverterede signaler), så at der fremkommer en kamfilterkarakteristik med maksima ved farveunder-bærebølgens frekvens og samtlige øvrige ulige mangefold af halvdelen af linieafsøgningsfrekvensen. I dette til-5 fælde har de ikke-sammenbladede (luminans-) frekvens- komposanter sådanne polariteter, at de ophæver hinanden, mens de sammenbladede (chrominans-) frekvenskomposanter vinderstøtter hinanden. Den forholdsmæssige dybde af hakkene i hver af de to filterkarakteristikker afhænger af 10 den nøjagtighed, hvormed amplitude- og fasekarakteristikkerne for de forsinkede og forholdsvis uforsinkede ladningsoverføringsveje er tilpasset til hinanden, og også af nøjagtigheden af tidsforsinkelsesforskellen mellem de to veje. En nøjagtig tidsstyring af den "kæmmede" 15 luminanskomposant i forhold til den "kæmmede" chrominans-komposant bidrager også til at sikre, at luminans- og chrominanskomposanterne er korrekt tids-samordnet ved matrixen 9 0.

Da "kæmningens" periodicitet er en funktion af 20 forsinkelsens udstrækning, kræver en nøjagtig periodicitet en nøjagtig forsinkelse. Dette betyder, at afvigelser af den forsinkelsesmængde, der er nødvendig til at frembringe den ønskede periodicitet, bør holdes nede på en acceptabel mindsteværdi, således som det er til-25 fældet med den beskrevne anordning. I denne henseende bemærkes det, at de indbyrdes ikke-inverterede og de indbyrdes inverterede signalladningsportioner kombineres direkte i opsamlingsbrøndene 42 henholdsvis 44. Denne måde at kombinere ladningerne på fjerner risikoen 30 for eventuelle uønskede variable forsinkelser, som kan opstå ved anvendelse af den kendte teknik, hvori der inden signalkombineringen sker en filtrering for at fjerne kloksignalfrekvenskomposanter. Mængden af forsinkelse bestemmes nøjagtigt inden signalladningskom-35 bineringen i opsamlingsbrøndene 42 og 44, eftersom forsinkelsen er fastlagt af kloksignalfrekvensen og antal- 0 147690 15 let af forsinkeIsestrin, så at "kæmningen” får den ønskede periodicitet. Selvom de "kæmmede" luminans- og chromi-nanssignaler bagefter filtreres i lavpasfiltrene 56 og 76, vil eventuelle variable forsinkelser, som disse fil-5 ' tre kunne indføre, ikke påvirke de "kæmmede" signalers periodicitet.

Mængden af signalladninger, der kombineres i brøndene 42 og 44, bør styres nøjagtigt med henblik på at opnå en korrekt nul-frembringelse ved de signalfrek-10 venser, ved hvilke kamfiltrene skal udvise en minimums--reaktion. Dette opnås i den viste anordning ved at anvende i hovedsagen identiske indgangsdele 34, 36 og 20.

Som nævnt ovenfor har indgangsdelene 34 og 36 i hovedsagen identisk geometrisk udformning og er hver 15 tilknyttet en kanalbredde på 2W. På tilsvarende måde er, i nærheden af indgangsdelene 20, kanalen 24 opdelt i to lige store dele, hver med en bredde på 2W, som efterhånden går sammen i en kanalbredde W og derefter igen er kløvet i to lige store halvdele lige før opsamlings-20 brøndene 42 og 44. På denne måde opnås, at mængden - dvs. amplituden - af de relativt forsinkede og uforsinkede signalladninger, der summeres i brøndene 42 henholdsvis 44, er i hovedsagen lige store.

Ved hjælp af de for tiden kendte metoder til ud-25 formning af CCD-indretninger er det muligt at overføre (f.eks. i delt form) ladning på en sådan måde, at ved en udformning som den viste vil i hovedsagen lige store ladningsmængder løbe ind i summeringsbrøndene 42 og 44 fra de lange og korte forsinkelsesdele. Imidlertid kan 30 små afvigelser i forsinkelsesdelenes indgangskarakteristikker, eller, i beliggenheden af kanalstoppet eller kanaldeleren (f.eks. kanaldeleren 29), forstyrre den ønskede nøjagtighed i filterkarakteristikken. Som eksempel kan nævnes, at afvigelser af størrelsesordenen 2-5% 35 kunne formindske størrelsen af den dæmpning, der optræder ved de frekvenser, hvor filteret skal udvise minima 0 16 147690 i gennemgangskarakteristikken (dvs. nul - frekvens eme) .

Dersom det er nødvendigt, kan der kompenseres for disse afvigelser ved hjælp af de indstillelige dæmpningsorganer 31 og 33, der er tilknyttet indgangsdelene 34 og 5 36.

Dæmpningsorganerne 31 og 33 er anbragt foran de to korte forsinkeisesdele, der er tilknyttet indgangsdelene 34 og 36. Disse dæmpningsorganer kan indstilles ved hjælp af en dertil indrettet udvendig styring, så 10 at størrelsen af den ladning, der løber ind i summeringsbrøndene 42 og 44 fra de korte forsinkelsesdele, der er tilknyttet indgangsdelene 34 og 36, passer nøjagtigt sammen med størrelsen af den ladning, der løber ind i summeringsbrøndene fra den lange forsinkelsesdel. Der 15 kræves kun to indstillinger, og disse kan udføres ved hvilke som helst to af indgangene, selvom det foretrækkes, at indstillingerne foretages ved de til indgangsdelen 34 og 36 knyttede indgange. Dersom det til indgangsdelen 20 knyttede dæmpningsorgan 18 skulle kunne 20 indstilles sammen med de to dæmpningsorganer 31 og 33, ville de to indstillinger påvirke hinanden. Dersom dæmpningsorganerne 31 og 33 anvendes til at foretage de nødvendige indstillinger af ladningsniveaueme, er det muligt at tilpasse chrominans- og luminansfilter-25 karakteristikkerne uafhængigt af hinanden, dvs. at dæmpningsorganet 31 kan anvendes til at tilpasse den dæmpningskarakteristik (dvs. nul-dybderne), der er tilknyttet den "kæmmede" luminanskomposant, mens dæmpningsorganet 33 på tilsvarende måde kan anvendes med hensyn 30 til den "kæmmede" chrominanskomposant.

I dette tilfælde kan ladnings-dæmpning, der skyldes ineffektivitet i ladningsoverføringen, betragtes som uden betydning. Som eksempel kan nævnes, at den lange forsinkelsesdel 16 tilvejebringer 1367 ladnings-35 overførsler, og udviser en overførings-ineffektivitet af størrelsesordenen 10 ^ pr. overførsel. Den til denne 0 147690 17 overførings-ineffektivitet svarende ladnings-dæmpning er af størrelsesordenen 0,01, hvad der svarer til -40 dB. Denne dæmpningsmængde kan betragtes som uden praktisk betydning, og vil kunne accepteres inden for ram-5 merne af den ovenfor beskrevne måde at behandle farve-f j emsyns signaler på.

Sammenfattende kan det siges, at den beskrevne CCD-indretning udgør et fordelagtigt middel til nøjagtig adskillelse af luminans- og chrominans-signaler 10 (eller et antal tilsvarende signaler) fra et sammensat signal ved hjælp af en enkelt CCD-indretning. Den beskrevne teknik med kombinering af signalladninger til frembringelse af adskilte luminans- og chrominanskomposan-ter bidrager til at spare areal på kredsløbs-brikken, 15 kan reproduceres fra den ene enhed til den næste, og undgår besværlige ulineariteter, som ellers optræder, når signal-ladningen omsættes til spænding eller strøm inden frembringelsen af de ønskede adskilte signaler.

Nærmere betegnet anvendes der i det beskrevne 20 CCD-kamfilter kun en enkelt lang forsinkelseskanal (683 1/2 forsinkelsestrin) til opnåelse af flere filterfunktioner, nemlig i det foreliggende tilfælde to. Ved at ladningerne føres sammen efter indgangsdelen 20 og derpå kløves og indføres i to særskilte kanaler ind-25 en kombineringen af signalladningerne i summeringsbrøndene 42 og 44, bliver det muligt at opnå dette ved hjælp af kun en enkelt lang forsinkelseslinie. I fraværelse af disse træk ville den dobbelte filterfunktion, der resulterer i adskillelsen af luminans- og chrominans-30 komposanterne, kunne opnås ved hjælp af to særskilte lange forsinkelseskanaler. Eftersom to sådanne lange forsinkelseskanaler ville optage et betydeligt areal på overfladen af det integrerede kredsløb, og da de desuden ville medføre et betydeligt tab af klok-driv-35 effekt, ville det i praksis antagelig være nødvendigt at anvende to særskilte integrerede kredsløbs-brikker.

18 147690 0

Et kamfilter ifølge opfindelsens principper kan udføre multiple filtreringsfunktioner uden at være behæftet med disse begrænsninger og kan derfor fremstilles inden for en enkelt kredsløbs-brik uden besvær. I denne henseende 5 bemærkes det, at i det viste udførelseseksempel kan overfladearealet på det integrerede kredsløb og tabet af klok-driveffekt gøres meget små ved at gøre bredden W af kanalen 24 så lille som praktisk muligt.

Frekvensen af det to-fasede kloksignal er ikke 10 begrænset til 10,7 MHz som i det viste eksempel. Eksempelvis kan kloksignalfrekvensen være fire gange farveunder-bærebølgens frekvens, eller 14,3 MHz. I så fald ville der til den differentielle forsinkelse kræves 910 forsinkelsestrin i stedet for 682 1/2 trin.

15 Desuden kan de to lige store kanalstykker med bredden 2W, der er tilknyttet indgangsdelen 20, erstattes af en enkelt indgangskanal med bredden 4W. Imidlertid foretrækkes den viste udformning, da den giver en mere ensartet følgevirkning mellem de forskellige ind-20 gangskomponenter.

Opfindelsen er i det foregående forklaret under henvisning til udstyr til adskillelse af de frekvens-sam-menbladede luminans- og chrominanskomposanter i et NTSC--farvefjernsynssignal i overensstemmelse med USA-normer-25 ne, men opfindelsen kan også anvendes på udstyr til adskillelse af komposanterne i tilsvarende frekvens-sammenbladede signaler, herunder signaler i overensstemmelse med PAL-normerne.

30 35

Claims (11)

147690 O Patentkrav.

1. Monolitisk integreret kamfilteropstilling og af den art, der er udformet som en ladningsoverførings-5 indretning til adskillelse af et farvevideosignal i sine luminanssignal- og farvesignalkomposanter, kendetegnet ved, at ladningsoverføringsindretningen omfatter a) en første (34) og en anden (36) indgang til at omsæt-10 · te et videosignal til de pågældende signalladninger, der repræsenterer indbyrdes komplementære versioner af videosignalet, og til at føre signalladningerne til første (42) henholdsvis andre (44) ladningskombinerende organer, 15 b) en tredie indgang (20), der er indrettet til at omsætte videosignalet til de pågældende signalladninger, og som har en spændings-ladningsomsætningskarakteristik, der er lig med summen af den første (34) og den anden (36) indgangs spændings-ladningsomsætnings-20 karakter i stikker, c) en ladningsoverføringskanal (24) til at overføre forsinkede signalladninger fra den tredie indgang (20) til de første (42) og andre (44) ladningskombinerende organer, og som omfatter et sådant antal forsinkelses- 25 trin, at de af denne kanal (24) til de første (42) og andre (44) ladningskombinerende organer overførte forsinkede signalladninger forsinkes i forhold til de signalladninger, der føres fra den første (34) hhv. anden (36) indgang til de første (42) hhv. andre (44) lad-30 ningskombinerende organer med en til et vandret linie afsøgningsinterval svarende forsinkelse, og d) at indretningen er en sådan, at de fra den første (34) og anden (36) indgang gennem overføringskanalen (24) til de første (42) hhv. andre (44) ladningskombinerende 35 organer overførte signalladninger har et indbyrdes stør- O 147690 relsesforhold, der i alt væsentligt tilsvarer det indbyrdes størrelsesforhold mellem den første (34) og den anden (36) indgangs spændings-ladningsomsætningskarakteristikker .

2. Kamfilter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den tredie indgang (20) omfatter et par indgange.

3. Kamfilter ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hver enkelt af det nævnte par indgange og den første (34) og den anden (36) indgang udviser i hovedsagen 10 indbyrdes identiske geometriske udformninger.

4. Kamfilter ifølge krav 2, kendetegnet ved, a) at det nævnte par indgange omfatter en tredie og en fjerde indgang til at modtage videosignalet og med sam- 15 me geometriske udformning som den første (34) og anden (36) indgang, så at de effektive spændings-ladnings-amplitudeomsætningskarakteristikker for den første, anden, tredie og fjerde indgang er i alt væsentligt lig med hinanden, og 20 b) at indretningen er en sådan, at de forsinkede signalladningsportioner, som påtrykkkes de første (42) og andre (44) ladningskombinerende organer har i alt væsentligt den samme amplitude som de signalladningsportioner, som fra den første (34) og den anden (36) 25 indgang tilføres de første (42) henholdsvis andre (44) ladningskombinerende organer.

5. Kamfilter ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, et ladningskløverorgan (28) til mellem ladningsoverføringskanalen (24) og de første (42) henholdsvis andre 30 (44) ladningskombinerende organer at dele signalladning fra kanalen (24) i første og andre signalladningsportioner med i hovedsagen lige store amplituder.

6. Kamfilter ifølge krav 5, kendetegnet ved, at de første (42) og andre (44) ladningskombinerende 35 organer hver omfatter en ladningssummeringsbrønd. 147690 O

7. Kamfilter ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at der foran den anden indgang (36) er anbragt signal-inverterende organer (33) med henblik på at frembringe en komplementær version af videosignalet.

8. Kamfilter ifølge krav 6, kendetegnet ved a) at den første (34) og den anden (36) indgang hver omfatter et forsinkelsestrin (38 hhv. 40), der tilvejebringer i hovedsagen lige store forsinkelser, og 10 b) at indretningen er en sådan, at de nævnte første og andre forsinkede signalladningsportioner, når de kombineres i de ladningskombinerende organer (42, 44), udviser en forsinkelse i forhold til de nævnte signalladningsportioner, der fra den første (34) og den an- 15 den (36) indgang er ført til de første (42) og andre (44) ladningskombinerende organer, hvilken forsinkelse er så meget større end det vandrette linieafsøgningsinterval som hvad der svarer til den forsinkelse, der tilvejebringes af den første (34) og den anden 20 (36) indgangs forsinkelsestrin (38 hhv. 40).

9. Kamfilter ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der til hver af de nævnte tredie og fjerde indgange hører en given kanalbredde, der er større end ladningsoverføringskanalens (24) bredde.

10. Kamfilter ifølge krav 9, kendetegnet ved, at kanalen (24) har en bugtet udformning.

11. Kamfilter ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der til den monolitiske integrerede kreds er tilsluttet 30 a) første filterorganer (56), der er forbundet med de første ladningskombinerende organer (42) og indrettet til på selektiv måde at lade signalfrekvenser inden for luminanssignalfrekvensbåndet passere, b) andre filterorganer (76), der er forbundet med de 35 andre ladningskombinerende organer (44) og indrettet