JPH02128436A - 電荷転送装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は駆動時の電磁輻射が極めて小さい電荷転送装置
に関する。

従来の技術 従来から、アナログ信号処理において、所定の時間だけ
遅延したアナログ信号を得る目的に電荷結合素子（以下
ＣＣＤと記す）やバケットブリゲート素子（ＢＢＤ）等
が多用されている。以下ではＣＣＤを例にとって従来の
電荷転送装置について説明する。

第５図は従来の電荷転送装置であり、１，２は駆動用ク
ロックパルス（以下、クロックパルスと記す）、４は半
導体基板、１０．２０は抵抗、３１゜３２．３３．３４
，３５，３６．３７．３８は電荷転送用ゲート電極（以
下ゲートと記す）である。なおゲート３１と同３２には
同じ電圧が印加されるが、各々のゲート酸化膜やその直
下の半導体基板４の不純物濃度を異なる値に設定するな
どの手段により、それぞれのゲート直下に形成されるポ
テンシャルの値を異なるように定めている。

ゲート３３と同３４．ゲート３５と同３′６．ゲート３
７と同３８の関係も同様である。

第６図は第５図に示す電荷転送装置のゲート直下に形成
されるポテンシャルを表わす図である。

第７図ａ、ｂはそれぞれクロックパルス１，２のタイミ
ング図、第７図Ｃは電荷転送装置の電源電流のタイミン
グ図である。

以上のように構成された従来の電荷転送装置について、
以下その動作を説明する。

第７図において、時間ｔ＝ｔｌの状態では、クロックパ
ルス１がハイレベル（以下、Ｈと記す）、クロックパル
ス２はローレベル（以下、Ｌと記す）であり、ゲート３
１．３２，３５．３６直下の電位は高くなり、ゲート３
３．３４，３７．３８直下の電位は低（なる。従って、
転送電荷はゲート３１，３２，３５．３６直下へ集まろ
うとするが、上述したポテンシャル設定差により、ゲー
ト３２．３６直下に集まる。この時のポテンシャル図を
第６図ａに示す。

次に時間ｔ＝ｔ２の状態では、クロックパルス１はし、
クロックパルス２はＨであり、ゲート３１゜３２．３５
．３６直下の電位は低くなり、ゲート３３．３４．３７
．３８直下の電位は高くなる。

従ってゲート３２．３６直下に集まっていた電荷はそれ
ぞれゲート３４．３８直下に転送される。

この時のポテンシャル図を第６図すに示す。このように
クロックパルス１，２を順次供給することにより、電荷
量という状態でアナログ信号を転送することができ、そ
の結果、遅延したアナログ信号を得ることができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の従来の構成では、クロックパルス
１および２がＨからＬへ、又はＬからＨへ変わる時に大
きな瞬時電源電流が流れるため、周囲に大きな電磁波が
発生し、いわゆる輻射妨害を引き起こすという問題点を
有していた。ここでゲート３１．３２の容量値をＣＩ２
、ゲート３３゜３４の容量値をＣ３４、ゲート３５．３
６の容量値を０５６、ゲート３７．３８の容量値をＣ７
８、抵抗１０の抵抗値をＲＩＧ、抵抗２０の抵抗値をＲ
２０、クロックパルス１，２それぞれのＨ，Ｌの電位差
をＶＯとして、クロックパルス１がＬからＨへ変化する
時の輻射を考える。ＬのレベルをＯｖとして、クロック
パルス１がＬからＨへ変化してからの時間を後のゲート
３１．３２，３５．３６の電位をＶｌとすると、 ■Ｉ−ＶＤ（１−ｅＸｐ（−（ｃｌ、十０５６）Ｒｌｏ
））ここで、 ｖｌが−２−・ｖＤになる時間をτとするとＲ＋ｏ−ｒ
／　（ＣＩ２十Ｃ５１＋）ｌ！　ｎ２となる。輻射は磁
場の強さで表わされるが、ゲート３１，３２，３５．３
６に流れる電流をＩＩ（ｔ）、ゲート３３，３４，３７
．３８に流れる電流をＩ２（ｔ）とし、磁束をΦ（１）
とすると、磁場Ｈ１距離ｅに対し、 Φ＋ｔ）”　ｊ　ＨＩＩｃＮ！　ｃｔ−１１（１）＋　
１２（１）となる。ＩＩ（ｔ）は となるがＩＩ（ｔ）が最大となるのは１＝０の時でであ
る。Ｉ２（ｔ）もｒ＋（ｔ）と同じ式で表わされるので
輻射を表す磁束Φが最大となるのは１＝０の時となる。

ここでＣは全ゲート容量値である。この時の電源電流の
時間変化を第７図Ｃに示す。この大振幅のパルス電源電
流が電源線に流れることにより、電磁波が発生し、有害
で不要な輻射成分となる。

以上は第５図の８個のゲート３１〜３８に関する考察で
あったが、通常電荷転送装置の総ゲート数は少なくとも
数百〜数千となるのが通例であり、これを駆動する際の
輻射量もより大きな値となる。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためのもので、
輻射の小さな電荷転送装置を提供することを目的とする
。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明の電荷転送装置は、
電荷転送用のゲートを複数個のゲート群に分割し、各ゲ
ート群に互いに異なる位相差を有する駆動用クロックパ
ルスを供給する構成となっている。

作用 このように構成した本発明の電荷転送装置によれば、各
ゲート群をＨ＋Ｌ、Ｌ＋Ｈと設定するクロックパルスの
タイミングが各ゲート群毎に異なり、電源電流の流れる
タイミングを分散することとなるため各タイミングによ
って流れるパルス状電源電流の最大値を低く抑え、実質
的に定常的電流と見なしうる程度にまで電源電流の時間
変化を平坦化することができ、以て電磁輻射量が少なく
、低ノイズの電荷転送装置を提供することができるので
ある。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例である電荷転送装置を示す。

第１図においては、半導体基板５の上にゲート３１，３
２，３３，３４．３５，３６．３７゜３８が形成され、
ゲート３１．３２にクロックパルス１が、またゲート３
３．３４にはクロ・ソクノくルス２が供給されている。

クロックパルス１，２は同時に遅延器４１．４２にもそ
れぞれ入力され、クロックパルス１．２より一定時間だ
け遅れたクロックパルス１１．１２が作られ、これらは
それぞれゲート３５．３６と３７．３８に供給される。

１００，２００，１１１．２１１はそれぞれのクロック
パルス供給線に含まれる抵抗成分を示す。なお、例えば
ゲート３１．３２に同じ電圧が印加された際にその直下
に形成されるポテンシャルが異なるように設定すること
は従来の構成例と同じである。また、第２図は第１図の
構成の電荷転送装置のゲート直下に形成されるポテンシ
ャルを示す図である。第３図ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ
クロックパルス１．２，１１．１２のタイミング図、第
３図ｅは電源電流のタイミング図である。以上の様にし
て構成された本発明の電荷転送装置の動作を以下に説明
する。

まず、第３図において、時間１＝１．の状態ではクロッ
クパルス１がＨ、クロックパルス２がし、クロックパル
ス１１がＨ、クロックパルス１２がしてあり、転送電荷
は第２図すに示すようにゲート３２．３６の直下に存在
している。次に時間１＝１２の状態ではクロックパルス
１がし、クロックパルス２がＨ、クロックパルス１１．
１２は前状態を保持したままであり、第２図Ｃに示すよ
うにゲート３２の直下に存在した電荷のみがゲート３４
の直下に移動する。ゲート３６の直下の電荷はそのまま
であるが、ゲート３５の直下に形成されたポテンシャル
障壁のために両電荷は分離された状態を保っている。次
に時間ｔ＝ｔ３の状態ではクロックパルス１，２が前記
状態を保持したまま、クロックパルス１１がし、クロッ
クパルス１２がＨであり、第２図ｄに示すようにゲート
３６の直下の電荷がゲート３８の直下に移動し、ゲート
３４の直下の電荷はそのまま存在し続ける。更に時間ｔ
＝ｔ４の状態ではクロックパルス１がＨ１クロックパル
ス２がし、クロックパルス１１．１２が前記状態を保持
し続け、第２図ａに示すようにゲート３４．３８の直下
の電荷は存在し続けたまま、ゲート３２の直下に別の電
荷が送り込まれる。この際もゲート３３の直下に形成さ
れているポテンシャル障壁のため電荷の混入は起こらな
い。最後に時間ｔ＝ｔ５の状態ではクロックパルス１，
２が前記状態を保持しつつ、クロックパルス１１がＨ、
クロックパルス１２がＬであり、時間ｔ＝ｔｌと全く同
じ状態となると、ゲート３４直下の電荷がゲート３６の
直下に移動し、ゲート３８直下の電荷は次段ゲート直下
に移動して、ゲート３２の直下の電荷はそのまま存在し
続け、第２図すに示す状態に戻る。以下同様にして、第
２図ａ→ｂ−＋Ｃ＋ｄ　−１−ａの状態を（り返しなが
ら電荷転送が行なわれる。つまり、従来の構成における
場合の様に信号電荷が混入することなく、電荷の分離が
正しく行なわれた状態で、電荷の転送が支障な（行なわ
れる事情は全く同じである。

従来の構成と異なるのは、ゲートを複数のゲート群に分
け、各ゲート群毎に互いにタイミング差のあるクロック
パルスを供給して駆動するため、駆動時に流れるパルス
状電源電流のピーク値が第３図ｅに示すように小さくな
り、このためこの電源電流に起因する電磁輻射が軽減さ
れ、駆動時のノイズが小さく抑えられる点である。この
ようにして輻射ノイズの小さい電荷転送装置が容易に得
られる。

なお以上述べた第１図の構成を多段に用い、各ゲート群
の分割数を増して、第４図ａ、ｂ、ｃ。

ｄ、ｅ、ｆの様なりロックパルスで駆動することにより
、上記パルス状電源電流のピーク値は更に小さくなり、
電源電流は実質的には第４図ｇの様な定常電流と見なし
得る程度になって、より大きな効果が得られることは言
うまでもない。

なお、以上の構成例は電荷結合素子に関するものである
が、バケットブリゲート素子等においても全く同じ構成
によって輻射成分を低減できることも、また、言うまで
もないことである。

発明の効果 以上述べた様に、本発明の電荷転送装置によれば、電荷
の転送という基本的な動作を全く損うことなく、駆動時
の電磁輻射が極めて小さい電荷転送装置を容易に得るこ
とができ、その効果はまことに大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における電荷転送装置を示す
概要図、第２図は第１図の構成の電荷転送装置のゲート
電極直下のポテンシャルを示す模式図、第３図は第１図
の駆動用クロックパルスのタイミング図および電源電流
波形図、第４図は本発明の他の実施例における駆動用ク
ロクパルスのタイミング図および電源電流波形図、第５
図は従来の電荷転送装置を示す概要図、第６図は従来例
のゲート電極直下のポテンシャルを示す模擬式図、第７
図は従来例の駆動用クロックパルスのタイミング図およ
び電源電流波形図である。 １．２，１１．２１．Ｉｎ、２ｎ・・・・・・駆動用ク
ロックパルス、４，５・・・・・・半導体基板、１０，
２０゜１００．１１１，２００，２１１・・・・・・抵
抗、３１゜３２．３３，３４．３５，３６，３７．３８
・・・・・・ゲート電極、４１．４２・・・・・・遅延
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電荷転送用ゲート電極を複数個のゲート電極群に分割し
   、前記各ゲート電極群に供給するそれぞれの駆動用クロ
   ックパルス間に位相差を設けたことを特徴とする電荷転
   送装置。