JPH02301382A - 相関二重信号サンプリング用センサ回路 - Google Patents

相関二重信号サンプリング用センサ回路

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JPH02301382A
JPH02301382A JP2104405A JP10440590A JPH02301382A JP H02301382 A JPH02301382 A JP H02301382A JP 2104405 A JP2104405 A JP 2104405A JP 10440590 A JP10440590 A JP 10440590A JP H02301382 A JPH02301382 A JP H02301382A
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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) 本発明は相関二重信号サンプリング用センサ回路に関す
るもので、該回路は、センサ出力信号を供給するための
出力端子を有するセンサデバイスと、サンプリング動作
を実行するためにそれに結合されたサンプリング回路と
、およびそのサンプリング回路へ多相制御クロックパル
ス信号を印加するために前記センサデバイスとサンプリ
ング回路とへ結合されたクロックパルス発生器とを具え
ている。
(従来の技術) この種類のセンサ回路は、1974年2月発行の雑誌”
IIEE[! Journal of 5olid−5
tate C1rcuit″の1〜12真の論文から既
知である0画像ピックアップ用に適したセンサ装置が、
センサ出力信号として画像信号を発生するための電荷移
動デバイス(charge transfer dev
ice)の特別の実行手段である電荷結合デバイス(c
harge−coupled device)として記
載されている。ディスプレイ上に改善された画質を得る
ために、画素周期中に相関二重信号サンプリング動作が
実行される。この二重信号サンプリングは、画素周期中
、最初に直列コンデンサを介して基準電圧レベルに信号
がクランプされ、その後実際の信号サンプリング動作が
コンデンサ内のサンプルの蓄電により実行されることを
意味する。その方法では、記載されているように、リセ
ットスイッチにより雑音が除去され、スイッチング過渡
現象が除かれ且つ低周波雑音が抑制される。センサ出力
信号供給用並列入力直列出力のセンサ出力レジスタと2
系列のサンプリングパルスで動作するサンプリング回路
との2相制御が記載されている。
(発明が解決しようとする課題) 現今のセンサデバイスにおいては、画素周期当たり2個
のサンプルを採る間の時間差は、非常に小さくて、即ち
100nsの程度である。サンプリングクロックパルス
がクロックパルス発生器により起こされる精度に、この
小さい時間差が厳しい要求を課する。従って、クロック
パルス発生器の構成要素は信号遅延時間に大きいばらつ
きがあってはならず、同時に安定に留まらなければなら
ない。
だから、複雑で且つ高価なりロックパルス発生器がこの
センサ回路には使用されねばならない。
(課題を解決するための手段) 本発明の目的は特に、充分に精密で安定なりロックパル
スがサンプリング回路へ発生できる単純で安価なりロッ
クパルス発生器を具えているセンサ回路を実現すること
である。この目的のために、本発明によるセンサ回路は
、クロックパルス発生器がセンサ出力信号の供給を制御
する少なくとも3相制御りロックパルス信号用の少なく
とも3個のセンサクロックパルス線を具え、クロックパ
ルス波形器は2個の入力端子と2個の出力端子とを有し
、この2個の入力端子は少な(とも3個のセンサクロッ
クパルス線のうちの2個へ結合されており、2個の出力
端子がサンプリング回路へ結合されていることを特徴と
する。
センサ出力信号の供給を制御するための2個のセンサク
ロックパルス線上の出力転送りロックパルスから、クロ
ックパルス波形器を介してサンプリングクロックパルス
を直接に得ることにより、この出力信号とサンプリング
クロックパルスとの間に厳密な結合が実現される。幾つ
かの原因その他により、出力転送りロックパルスにおけ
る変形が、サンプリングクロックパルスにより直ちに引
き継がれるので、2種類のクロックパルスがセンサ出力
信号に関して厳密に結合される。
(実施例) 本発明のこれらおよびその他の局面を添付の図面を参照
しつつ、制限するものではない例によっ7て一層詳細に
記載且つ説明する。
第1図はセンサ出力信号psの供給用出力端子OTIを
有するCTDにより表示したセンサデバイスを示す、C
OSにより表示した相関二重信号サンプリング用のサン
プリング回路が、センサ出力端子OTIとセンサ回路出
力端子OT2との間に配置されている。このセンサデバ
イスCTDとサンプリング回路CDSとが、時間信号発
生器TGと本発明によるクロックパルス波形器C5Tと
により実質的に履行されるCGにより表示したクロック
パルス発生器へ結合されている。
第1図は例を用いて集積回路の形態でのセンサデバイス
の一部を示している。この集積回路と回路図とについて
の詳細に対しては、フレーム伝送センサNXA 111
1.1121.1131および1141ニ関するフィリ
ップスのデータが参考になる。第1図においてはこのセ
ンサのデータの一部が、すなわち、半導体本体のn、p
、n層の断面と、この集積回路内に存在するいくつかの
トランジスタT1. T2゜T3およびT4が引き継が
れた。前記センサデバイスは例として示したが、その他
の形体も本発明によるセンサ回路内に使用できる。
第1図において参照符号SRは集積回路のセンサ出力レ
ジスタを通る断面図を表示する。このレジスタSRはn
基板層(n−sub)と、p層およびn層とによって示
しである。もっと高い不純物濃度n+領領域n半導体層
中に存在し、その上にセンサ電極ERが設けられる。こ
の図は半導体本体上に備えられた電気的絶縁層IL上に
存在するセンサ電極EO。
El、 E2およびE3をも示している。トランジスタ
TI。
T2. T3およびT4がn形のトランジスタであるM
OSトランジスタとして示されている。リセットトラン
ジスタとして動作するトランジスタTIは電極BRへ接
続されたソース電極と、リセット供給電圧V1を受信す
るドレイン電極、およびそのうちの1個が時間信号発生
器TGからのリセット信号を受信する2個のゲート電極
とによって示されている。
この電極IERはトランジスタT2のゲート電極へも接
続されている。このトランジスタT2のソース電極は、
トランジスタT3のドレイン電極と、トランジスタT1
とT4とのゲート電極とへ接続されている。
この場合には、前記リセット動作はフィードバック(T
2. TI)によって実行される。トランジスタT2と
T4とのドレイン電極が供給電圧V、。へ接続されてい
る。トランジスタT3のゲート電極はそれのソース電極
へ接続されており、それらの両電極共に接地されている
。トランジスタT4のソース電極がセンサ出力端子OT
Iへ接続されている。第1図は、電極EOが供給電圧V
。。を受信し、この集積回路では電極EOが出力ゲート
電極として動作できることを示している。供給および制
御電圧は、そのターミナル(図示してない)が接地され
ている電源から来ていると考えられる。
第1図の電極El、 E2およびE3はそれぞれセンサ
クロックパルス線CI、 C2およびC3へ接続されて
おり、それらの線は同様の表示を有する多相制御クロッ
クパルス信号、すなわち時間信号発生器TGにより供給
される3相信号を輸送する。線C1,C2およびC3は
レジスタ課の一部(図示してない)を通り且つその中に
延在し、このレジスタの中でそれぞれセンサ電極f!1
. E2およ沙l!sへ接続される。電極セット(1!
1. E2. E3)に対して、それらは同様に指示さ
れるべきセンサ素子に伴われると想定される。(E2.
 E3.81)で示されたセンサ素子は、このシフトレ
ジスタSRでの転送センサ素子の列の最後であり、誘発
されたトランジスタはそれらの電極Eの下に存在してい
る。この場合にはいずれのセンサ素子でも、電極E2の
下の入力位置、電極E3の下の中央位置および電極E1
の下の出力位置とともに描写され得る。このシフトレジ
スタSR中の輸送に際して、順次に含まれるトランジス
タの列が従って電極セット(E2. E3. El)、
(83,81,E2)、(El。
E2. IE3)、 (E2.83. fil)以下同
様の下に生じる。
3相制御のためには3個のセンサ素子位置があり、4相
制御のためには4個のセンサ素子位置が4個の電極Eの
系列の下にある。記述の完全を期すたたに、このシフト
レジスタSR中で最後に誘発されるトランジスタは電極
セット(El、 EO,ER)の下で生じ、Elはスイ
ッチング電極として動作できることは注意されるべきで
ある。トランジスタT1によるリセットの後に、情報電
荷がスイッチング電極E1を介して電極ERの下に生じ
、この電荷がセンサ出力信号ps中で画素情報へ最終的
に導出する。
センサのセットから得られた画素情報、即ち種々のサイ
ズの画素パケットが、多分並列に、このセンサ出力レジ
スタ内へ入れ1られる。その後情報は直列的に読み出さ
れ、即ち1個の画素値は、各画素周期の間に、即ちクロ
ックパルスC1の1周期の間に電極ERから読まれる。
情報、即ち電荷パケットが電極へ印加された電圧の影響
の下に一つの電極からもう一つの電極へ動く0例えば、
電極23の下に電荷パケットがあり、且つ電極E1が正
になり一方電極E3が正のままであった場合には、電荷
は二つの電極の間に広がる。それから電極E3が負の電
圧値に切り換えられた場合には、すべての電荷が電極E
lの下にたまる。
電極EOへ印加される電圧VOWはクロックパルスC1
,C2及びC3信号のいずれか一つの振幅の二重の−の
振幅を有する。電極E1が正の電位である場合には、電
極EOはそれに対して負であり、それ故に電極B1とε
Rとの間のバリアーとして働く。電極E1が負の場合に
は、電極εlの下の電荷パケットは電極EO(それはそ
の時電極E1に対して正である)を介して一層高い正で
ある出力電極ERへ誘引される。
センサ出力端子OTIに続く既知のサンプリング回路C
DSが、直列コンデンサ01′、接地された次のスィッ
チS11直列スイッチS2およびセンサ回路出力端子O
T2と接地との間に配置されたコンデンサC2’とによ
り図式的に示されている。このスイッチ51と82との
制御は、破線によって図式的に表示されている。このス
イッチ51と82とは電子的スイッチであると想定され
る。
本発明の一局面により、サンプリング回路CDSに対す
る制御クロックパルス信号は、時間信号発生器TGから
受信されるのではなくて、クロックパルス波形器C5T
により供給される。このクロックパルス波形器CSTの
2個の入力端子C↑1とC70とは、同じ表示の出力転
送りロックパルスを輸送するクロックパルス線C1と0
2とへそれぞれ結合され、2個の出力端子STIとSi
2とはサンプリング回路CDSのスイッチS1と32と
へそれぞれ結合されている。
クロックパルス波形器CSTにおいて、入力端子CT2
とCTIとは、制御電極としてゲート電極gを有する(
n)MOS )ランジスタとして第1図に示されている
半導体スイッチング素子T5と76との制?llt極へ
それぞれ結合されている。このトランジスタT5とT6
とは、ソース電極Sとして表示された入力端子によって
接地されている。このトランジスタT5とT6との出力
端子として動作するドレイン電極dは、クロックパルス
波形器C3Tの出力端子STI・とSi2とへそれぞれ
結合されている。トランジスタτ6の制御電極gとそれ
に接続された入力端子C↑1とは、抵抗R1とダイオー
ドDとの並列回路を介して、他方の出力端子STIへの
直流結合を有する。
出力端子STIは接地との寄生容量cptを有すると想
定される。トランジスタT5の制御電極gとそれに接続
された入力端子CT2とは、抵抗R2を介して他方の出
力端子ST2と直流結合を有する。この出力端子ST2
は接地との寄生容量Cp2を有すると想定される。出力
転送りロックパルスC1と03とをそれぞれ入力端子C
TIとC70とへ供給している間、クロックパルス波形
器C3TはサンプリングクロックパルスCLとSAとを
個別の出力端子STIとSi2とへ供給する。
第1図のセンサ回路の動作を説明するために、第2図は
、出力転送りロックパルス信号C1,C2およびC3と
、センサ出力信号PSおよびサンプリングクロックパル
ス信号CLおよびSAとに対する幾つかの時間図を示す
、このクロックパルスはOvの接地電位と電圧レベルV
、との間の変動について、時間りの関数として座標記入
されているsVr*fにより表示される基準電圧レベル
は既知の信号psとして示されている。センサ画素に伴
われた信号値は■□によって表示されている0画素の黒
、灰色または白の値に依存して、基準電圧レベルV r
*fと信号値V□との間の電圧差が、小さく、より大き
くまたは最大となる。符号LO,t1.t2.t3およ
びt4は幾つかの瞬間を表示している。瞬時10t4と
は、説明されるべき画素周期TPの開始の瞬間と最終の
瞬間としてそれぞれ示されている。第2図の各信号は、
第1図のトランジスタT5とT6およびダイオードDを
横切る電圧降下は生じないとして以下説明する。
二重信号サンプリング動作は各画素周期の間に行われる
。時刻toにおいて信号RTはオンとなり、トランジス
タT1を導通させる。トランジスタT2とT4とはエミ
ッタホロワとして働くから、出力端子OTIでの電圧、
即ち電圧PSは、リセット供給電圧VRIIに向かって
上昇する。時刻tlで電圧RTがオフに変わった場合に
、この切り換えトランジェントが出力端子OTIにおけ
る引き続く電圧を不確定にする。出力端子OTIが設定
する電圧がいかにあろうとも、基準電圧と考えられ、最
終出力はこの基準電圧とセンサ画素に伴われる信号値v
rsとの間の差と考えられる。重要なことは従って、セ
ンサクロックパルス線CI上の電圧が出力端子OTIが
設定した電圧、即ち時刻t2における電圧psでなけれ
ばならぬことである。パルスC1の端部も電極E1から
電極ERへの信号パケットの転送を起こす。最終出力の
サンプリングはセンサ電極ERへの信号パケットの転送
に続く最後の可能な時刻に起こらねばならない、このサ
ンプリングがサンプリングクロックパルスSAの後縁に
より制御され、それは言い換えれば時刻L4にて起こる
クロックパルスCIの前縁により時間法めされる。
瞬間10とLlとの間は、ci=v、およびC3=V。
とが保持され、この場合には第1図のトランジスタT6
とT5とはターンオンし、それで第2図のサンプリング
クロツタパルスCLとSAとにはOvの接地電位が生じ
る。
瞬間L1において、C3=V、がC3=OVニ変化する
。その結果、トランジスタT5がターンオフし、且つC
I=V、によって充電電流が抵抗R1を通り容ff1c
plへ流れる。R1・Cplと等しい時定数による容!
1Cplへの電荷供給によって、第2図の信号CLの前
縁が図示の変化を有する。C1=V、によりターンオン
したままのトランジスタT6がサンプリングクロックパ
ルスSAをOvのままにしている。この動作は図のC1
とC3における×印によって図示されている。
瞬間t2において、C1=V、がC1=OVに変化する
その結果、容ICplがダイオードDを通って直ちに放
電され、これは電荷の急速枯渇を意味する。
図のCIにおける矢印がこの動作を図示している。
瞬間t2とt3との間は、C1=OVとC3= OVが
維持され、この場合には個別の抵抗R1とR2とを介し
て個別の信号CLとSAとを輸送する出力端子STI 
とSi2とにOvの接地電位が生じる。
瞬間t3において、C3= OVがC3=V、へ変化す
る。トランジスタT6がCI=OVではターンオフされ
ているので、C3=V、が抵抗R2を通り容量Cp2へ
充電電流を供給し、それでR2・Cp2と等しい時定数
により電荷供給が行われる。第2図の信号SAがその変
化を示す。この場合にはCI = OVが有効のままで
あり、一方CL=OVで且つトランジスタT6はターン
オフしたままである。
瞬間t4において、ci=ovがci=v、へ変化する
その結果、トランジスタT6が直ちにターンオンし、容
量Cp2が電荷の急速枯渇により放電される。この瞬間
t4において次の画素周期が開始する。
第2図は、信号拘束用信号CL中と実際の信号サンプリ
ング用信号SA中とのサンプリングクロックパルスを示
し、それらのクロックパルスはそれぞれ瞬間t2とt4
との直前に有効な瞬間を有する。
これは、瞬間t2の直前の信号ps中の状態が基準電圧
レベルv1..で拘束している決定的な信号であること
を意味し、また瞬間t4の直前の状態が決定的なサンプ
リング値であることを意味する。
これらの瞬間t2とL4とが(矢印によって図解された
)信号C1により信号CLとSAとにおいて正確に固定
され、信号C3はトリガと準備入力端子とを有するフリ
ップ・フロップ回路と比較可能なように、準備信号とし
て生じる。決定的な瞬間t2とt4とにより第2図中に
示した信号間に、強固な結合が実現される。
第1図のクロックパルス波形器CSTは、出力転送りロ
ックパルス信号CIとC3とを用いる態様で示されてい
る。信号C3の代わりに反転した信号C2が第2図によ
るサンプリングクロックパルスを形成するために利用さ
れる場合にも、この態様が適用され得る。この場合には
、信号CLとSAとの中のサンプリングクロックパルス
は半分の期間、すなわち画素周期TPの1/6の期間を
有して発生される。
このサンプリングクロックパルスの前縁の傾斜は、サン
プリングが例えば第1図の遅すぎるスイッチS1と32
とにより影響されないようでなければならない、クロッ
クパルス信号C1と03との選択は、画素周期TPの1
73の期間を有して信号CLとSAとの中にクロックパ
ルスを発生するので最も安全である。
シフトレジスタSRのうち4相りロックパルス制m (
C1,C2,C3,C4)の場合には、第2図に示した
瞬間t2とt4とが、変更されない形で信号CLとSA
中のパルスの後縁を決定する。転送りロックパルス信号
CIと04とを第1図のクロックパルス波形器CS↑へ
適用する場合には、瞬間tl’とt3’とが画素周期T
Pの1/4と3/4とにおいて生じる。
信号CLとSAとの中のクロックパルスは画素周期TP
の174の期間を有する。
前述のことから、2個の出力転送りロックパルス信号の
選択に対しては、少なくとも3相制御システムが存在し
なければならないことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるセンサ回路の一実施例の回路図で
あり、 第2図は第1図の回路の動作を図解するための幾つかの
時間図を示す。 C1,C2,C3・・・センサクロックパルスとそのパ
ルスを輸送する線 CI’ 、 C2’ ・・・コンデンサCDS・・・サ
ンプリング回路 CG・・・クロックパルス発生器 CL、 SA・・・サンプリングクロックパルスcpt
、  cpz・・・寄生容量 CST・・・クロックパルス波形器 CT1. C70・・・クロックパルス波形器の入力端
子CTD・・・センサデバイス d・・・ドレイン電極 D・・・ダイオード EO,El、 R2,R3,ER・・・センサ電極g・
・・ゲート電極 IL・・・電気的絶縁層 n・・・n層 no・・・n″領 域−5ub・・・n基板層 OTI・・・センサ出力端子 0↑2・・・センサ回路出力端子 p・・・p層 ps・・・センサ出力信号 R1,R2・・・抵抗 RT・・・リセットゲート信号 St、 S2・・・スイッチ SR・・・集積回路のセンサ出力レジスタSTI、 S
t2・・・クロックパルス波形器の出力端子TI、 T
2. T3. T4・・・トランジスタT5. T6・
・・半導体スイッチラグ素子TG・・・時間信号発生器 TP・・・画素周期 vDD+ voc・・・供給電源 VRD・・・リセット供給電圧 ■、・・・電圧レベル ■□・・・センサ画素に伴われる信号値■、。、・・・
基準電圧レベル。 FlO,1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、センサ出力信号を供給するための出力端子を有する
    センサデバイスと、サンプリング動作を実行するために
    それに結合されたサンプリング回路と、およびそのサン
    プリング回路へ多相制御クロックパルス信号を印加する
    ために前記センサデバイスとサンプリング回路とへ結合
    されているクロックパルス発生器とを具えた相関二重信
    号サンプリング用センサ回路において、 前記クロックパルス発生器がセンサ出力信 号の供給を制御する少なくとも3相制御パルス用の少な
    くとも3個のセンサクロックパルス線を具え、クロック
    パルス波形器は2個の入力端子と2個の出力端子を有し
    、この2個の入力端子は少なくとも3個のセンサクロッ
    クパルス線のうちの2個へ結合されており、2個の出力
    端子がサンプリング回路へ結合されていることを特徴と
    する相関二重信号サンプリング用センサ回路。 2、前記クロックパルス波形器の各入力端子が、各々が
    この2個のクロックパルス波形器の出力端子のうちの一
    方へ結合されている出力端子を有する半導体スイッチン
    グ素子のそれぞれの制御電極へ結合されており、各制御
    電極は他方のクロックパルス波形器の出力端子との直流
    結合を有することを特徴とする請求項1記載の相関二重
    信号サンプリング用センサ回路。 3、前記直流結合が、それぞれのクロックパルス波形器
    出力端子へ電荷を供給し、それぞれのクロックパルス波
    形器出力端子からの電荷を枯渇させるために、抵抗とダ
    イオードとの並列回路を具えることを特徴とする請求項
    2記載の相関二重信号サンプリング用センサ回路。
JP2104405A 1989-04-24 1990-04-21 相関二重信号サンプリング用センサ回路 Expired - Fee Related JP3038226B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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