JPH05326572A - 電荷転送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つの転送段数の異なる電荷転送素子の電荷
転送部を通った出力信号の電荷出力部における利得と周
波数特性を一致させ、かつ正確な水平周期期間の遅延時
間を得る。 【構成】 転送段数の少ない方の電荷転送素子６の電荷
入力部５の第１電極および第２電極に接続した２つのバ
イアス発生回路７，８のバイアス値を調整することで電
荷転送素子６に注入する電荷量を調節するとともに電極
下の井戸の電気容量を調節することで２つの電荷転送素
子間の出力信号の利得と周波数特性を一致させる。この
とき出力信号のバイアス中心レベルが一致するように２
つのバイアス中心レベルをコンパレータ１４で比較して
バイアス発生回路７，８のバイアス値を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送装置に関する
もので、例えば映像信号処理用櫛形フィルタにおける出
力信号の櫛特性を調節するために使用されるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＮＴＳＣ信号とＰＡＬ信号では、色信号
と輝度信号は周波数インタリーブされており、これらを
完全に分離するには水平周期期間の遅延素子を用いた櫛
形フィルタが必要となる。この櫛形フィルタを構成する
ためには、水平周期期間信号を遅延させて元の信号との
和または差信号を取り出せば良い。この遅延素子として
電荷転送素子を用いれば、ＣＭＯＳ回路と組み合わせて
同一チップ上に低コスト、高精度の櫛形フィルタを形成
することができる。実際のＮＴＳＣ信号の輝度信号分離
用の櫛形フィルタでは電荷入力部が２つに分かれてい
て、９０９段の電荷転送素子と１段の電荷転送素子へそ
れぞれ電荷を入力するようになっている。２つの電荷転
送素子を転送されてきた電荷は１つになった電荷出力部
で１水平周期期間の遅延時間差をもって加算され、遅延
した信号と元の信号の和が出力されることになる。この
とき出力信号の周波数特性は、３．５８ＭHz近傍で櫛形
の周波数特性が水平周期期間信号の周波数１５．７３ｋ
Hzの整数倍ごとに配列されているのが観測される。この
上部エンベロープと下部エンベロープの利得比が櫛特性
を表す。この利得比が大きいほど色信号と輝度信号を良
く分離できる。また下部エンベロープの周波数位置は正
確に配列している必要がある。そこで良好な櫛特性を得
るためには２つの電荷転送素子を通った信号が同じ利得
と周波数特性を保ち、２つの電荷転送素子の遅延時間差
がクロック周波数と転送段数から計算される値と正確に
一致する必要がある。ところが段数の大きく異なる電荷
転送素子から出力された信号は上記のようには必ずしも
一致しない。この理由として、非転送効率εの影響があ
る。εは電荷転送素子の特性を表現する指数として用い
られ、信号電荷を１段転送するとき転送されずに取り残
される電荷量の割合を示す量である。εの標準的な値
は、電荷転送素子の１つである電荷結合デバイス（ＣＣ
Ｄ）の場合表面チャネル形で約１０^-3、埋め込みチャネ
ル形で約１０^-5程度である。この値は電荷転送素子のイ
オン注入量などのプロセス条件によって変化する。また
デバイス内の転送段数ｎとεの積はデバイス全体の利得
特性や遅延時間特性に影響を与える。ｎ段の電荷転送素
子の周波数特性はｎとεの積によって式（１）で与えら
れる。

【０００３】 Ｆ’ｎ（ｓ）＝ｅｘｐ［−ｎε（１−ｃｏｓ２πｆ／ｆｃ）］ （１） ここでＦ’ｎ（ｓ）は利得特性、ｆは信号周波数、ｆｃ
は電荷転送素子を駆動するためのクロック周波数であ
る。ｎ＝９０８ｂｉｔ、ｆ＝３．５８ＭHz、ｆｃ＝１
４．３２ＭHz、ε＝５×１０^-5の場合Ｆ’ｎ（ｓ）＝
０．９５６となる。また最終的な遅延時間Ｔｄは式
（２）で与えられる。

【０００４】 Ｔｄ＝ｎ／ｆｃ−１／２πｆ［ｎεｓｉｎ（２πｆ／ｆｃ）］ （２） 式（２）で右辺の第１項は固有の遅延時間、右辺の第２
項は非転送効率による付加的な遅延時間である。式
（１）と同じ条件の場合、この付加的な遅延時間は２ｎ
ｓｅｃとなる。上記の式から２つの電荷転送素子の出力
信号を比較するときその転送段数が大きく異なっている
場合には非転送効率の影響が無視できないことがわか
る。また良好な櫛特性を得るためには非転送効率を改善
することが必要である。しかし実際にはε＝０とはなら
ないために理想的な櫛特性を得ることは難しい。そこで
転送段数の少ない方の電荷転送素子の電荷入力部で電荷
転送部へ入力する電荷量を調節することで利得および周
波数特性の調節を行うことが従来から行われている。

【０００５】ここで電荷入力部の説明を行う。電荷転送
素子の電荷転送部への信号電荷の入力方法としては次の
３方式がある。（１）ダイナミック電流注入（dynamic
current injection）法 （２）ダイオードカットオフ
（diode cut off）法 （３）ポテンシャル平衡（poten
tial equilibration）法であるが、このうちよく用いら
れる（３）の方式についてその概要を説明する。この方
式はfill and spill法とも呼ばれ直線性がよい。図４に
この電極配列を示し、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に各
電極下における電位の動きを示した。図４において電極
２３にはサンプリングパルスφSを与える。その後に続
く電極２４に入力信号電圧Ｇ24を加えておき、また電極
２５には井戸の底となる一定の電圧Ｇ25を与える。電極
２６にはクロックパルスφ1を与える。また電極２６の
右下半分には基板にイオン注入を行ない不純物濃度を上
げた拡散層２７により電圧に段差がつけられている。こ
のとき図５（ａ）に示すように、φSをサンプリングパ
ルスのローレベル“Ｌ”に下げて電極２５の井戸に電荷
を注入する。その後図５（ｂ）に示すように、φSをサ
ンプリングパルスのハイレベル“Ｈ”に上げると、電極
２５の井戸に注入されてＧ24の障壁を越える余分な電荷
は矢印のように電極２３の井戸に戻る。Ｇ24は信号電圧
に比例して変化するので信号電荷も比例して計量され
る。このとき計量された電荷はＧ24とＧ25の電位差２８
および電極２５の井戸の面積で決定される。次に図５
（ｃ）に示すように、φ1をＨにすると計量した電荷が
矢印の方向すなわち電荷転送素子の転送電極下の井戸に
注入される。

【０００６】従来の電荷転送素子を用いた櫛形フィルタ
では転送段数の少ない方の電荷転送素子の電荷入力部に
おいて、入力信号電圧であるＧ24は転送段数の多い方の
電荷転送素子の入力信号電圧と同一電圧とし、Ｇ25を外
部から調整することで利得調節を行なっていた。このと
き転送段数の少ない方の電荷転送素子のＧ25のみを転送
段数の多い方の電荷転送素子のＧ25よりも低く設定すれ
ば注入する電荷量を減らすことができる。また転送段数
の少ない方の電荷転送素子の電極２５の井戸の電荷容量
を大きくできるから２つの出力信号の周波数特性を近づ
けることができる。

【０００７】

【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、電荷出力部において２つの電荷転送素子
からの出力信号の利得と周波数特性を上記のようにして
一致させたときに櫛形フィルタの出力波形を観察した場
合、利得比は大きくなるものの、その利得比の最大とな
る周波数位置が目標とする周波数位置よりずれてしま
い、結果として櫛特性が改善されない場合があるという
課題を有していた。この原因は２つの電荷転送素子から
出力される信号を電荷出力部で加算する際にそのバイア
ス中心レベルが異なっていることが大きく影響してお
り、またプロセス条件の違いにより非転送効率の値は変
化するから常に良好な櫛特性を得ることが難しいことに
よる。

【０００８】本発明は上記の従来の課題を解決するもの
で、遅延素子として電荷転送装置を用いた櫛形フィルタ
の電荷出力部において、水平周期期間遅延させた信号と
元の信号と加算する際に２つの信号が同じ利得とバイア
ス値でかつ同じ周波数特性で加算することで櫛形フィル
タとして良好な櫛特性を得ることのできる電荷転送装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の第１の電荷転送装置は、転送段数の多い方の
電荷転送素子と少ない方の電荷転送素子の出力信号間に
おいて、式（１）と式（２）で表される非転送効率の影
響によって生じる利得と周波数特性の差と付加的な遅延
時間を転送段数の少ない方の電荷転送素子の電荷入力部
において調整するために、注入電荷量を調節する第１電
極および第２電極と前記第１電極および第２電極に接続
した２つのバイアス発生回路を転送段数の多い方の電荷
転送素子の電荷入力部に対して独立に備えた構成を有し
ており、バイアス値を同時に変更することができる。

【００１０】また本発明の第２の電荷転送装置は、２つ
の転送段数の異なる電荷転送素子について、それぞれの
電荷出力部付近の転送段上で電荷を非破壊的に検出して
バイアス値に変換する変換回路と、前記変換回路から出
力される２つのバイアス値を比較するコンパレータと、
転送段数の少ない方の電荷転送素子の電荷入力部に接続
されかつコンパレータからの信号によって電荷入力部の
電極のバイアス値を能動的に調節することにより２つの
転送段数の異なる電荷転送素子からの出力信号のバイア
ス中心レベルを一致させるバイアス回路とを備えた構成
を有している。

【００１１】

【作用】この構成によって、転送段数の少ない方の電荷
転送素子の電荷入力部で計量される電荷量および電極の
井戸の部分の電荷容量を調節することにより出力信号の
利得と周波数特性を一致させることができる。

【００１２】また２つの電荷転送部からの出力信号のバ
イアス中心レベルが異なった場合に櫛形フィルタの下部
エンベロープの周波数位置が変化し櫛特性が悪化するの
でバイアス中心レベルを一致させることが必要である
が、２つの転送段数の異なる電荷転送素子について、そ
れぞれの電荷出力部付近の転送段上で電荷を非破壊的に
検出してバイアス値に変換する回路を設け、２つのバイ
アス中心レベルを比較し、コンパレータから転送段数の
少ない方の電荷転送素子の電荷入力部に信号を与えるこ
とにより電荷入力部の電極のバイアス値を能動的に調節
してバイアス中心レベルを一致させることができる。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は本発明の一実施例における電荷転送
装置のブロック図である。図１において、１は転送段数
の多い方の電荷転送素子の電荷入力部、２は転送段数の
多い方の電荷転送素子の電荷転送部、３は転送段数の多
い方の電荷転送素子の電荷入力部の第１電極に接続する
入力信号のバイアス発生回路、４は転送段数の多い方の
電荷転送素子の電荷入力部の第２電極に接続する一定電
圧のバイアス発生回路、５は転送段数の少ない方の電荷
転送素子の電荷入力部、６は転送段数の少ない方の電荷
転送素子の電荷転送部、７は転送段数の少ない方の電荷
転送素子の電荷入力部の第１電極に接続する入力信号の
バイアス発生回路、８は転送段数の少ない方の電荷転送
素子の電荷入力部の第２電極に接続する一定電圧のバイ
アス発生回路である。また９は信号入力端子、１０は２
つの電荷転送素子から転送された電荷を加算する電荷出
力部、１１は信号出力端子である。１２は転送段数の多
い方の電荷転送素子の電荷出力部１０付近の転送段上に
設けることにより非破壊的に電荷を検出してバイアス値
に変換するフローティングゲート増幅回路である。１３
は１２と同様に転送段数の少ない方の電荷転送素子６の
電荷出力部１０付近の転送段上に設けられたフローティ
ングゲート増幅回路である。１４はフローティングゲー
ト増幅回路１２と１３から出力されるバイアス値を比較
するコンパレータであり、バイアス値が同一になるよう
にバイアス発生回路７と８に信号を送る。

【００１５】図２は転送段数の多い方の電荷転送素子の
電荷入力部１の入力信号電圧を与える第１電極と次段の
一定電圧を与える第２電極および各電極下の電位を示す
図である。図２において、電極１５と電極１６によって
電荷転送部２の電極下の井戸に注入される電荷量を斜線
部で示した。このとき電極１５はバイアス発生回路３と
接続し、電極１６はバイアス発生回路４と接続してい
る。なお１９は電極１５と１６との間の電圧差である。

【００１６】図３は転送段数の少ない方の電荷転送素子
の電荷入力部５の入力信号電圧を与える第１電極と次段
の一定電圧を与える第２の電極および各電極下の電位を
示す図である。図３において、電極１７と電極１８によ
って電荷転送部６の電極下の井戸に注入される電荷量を
斜線部で示した。このとき電極１７はバイアス発生回路
７と接続し、電極１８はバイアス発生回路８と接続して
いる。なお２０は電極１５と１７との間の電圧差、２１
は電極１７と１８の間の電圧差、２２は電極１６と１８
との間の電圧差である。なお電位差２０〜２２の和が図
２の１９で示す電位差に相当する。信号入力端子９から
入った入力信号は電荷入力部１と５で入力信号電圧に比
例する電荷量に変換され電荷転送部２と６に注入されて
それぞれ段数分転送され、電荷出力部１０で加算された
後、信号出力端子１１から出力される。

【００１７】ここで非転送効率が０でない場合に電荷出
力部１０で２つの電荷転送素子から出力される信号の利
得、周波数特性および水平周期期間の遅延時間差を正確
に一致させるためには、転送段数の少ない方の電荷転送
素子の電荷入力部５の第１電極１７と第２電極１８のバ
イアス値の両方を転送段数の多い方の電荷転送素子の第
１電極１５と第２電極１６のバイアス値に対して独立に
設定する必要がある。

【００１８】まず転送段数の多い方の電荷転送素子の電
荷入力部１において、電位差１９および第２電極１６の
井戸の面積で計量される電荷量を基準にして、２つの電
荷転送素子から出力される電荷量が等しくなるように転
送段数の少ない方の電荷転送素子の電荷入力部５の電位
差２１および第２電極１８の井戸の面積で計量される電
荷量をより減じる必要があるが、この値は転送段数の多
い方の電荷転送素子の電荷転送部２での非転送効率の影
響により転送されない電荷量と対応するように設定す
る。第２電極１６と１８の井戸の面積が等しい場合には
電位差２１は電位差１９よりも小さくなる。次にこの電
位差２１を保ったまま、第１電極１７と第２電極１８の
バイアス値を連動して変更すると、第２電極１８の井戸
の電荷容量が変動する。これによって出力信号の周波数
特性を一致させることができる。しかしながら、このこ
とで２つの出力信号のバイアス中心レベルが異なると、
櫛形フィルタとして用いる場合に特性が劣化するから、
フローティングゲート増幅回路１２と１３で検出される
バイアス中心レベルが異なる場合にはコンパレータ１４
で比較を行い、バイアス発生回路７と８から出力される
バイアス値を調節することによって電荷出力部１０にお
けるバイアス中心レベルを一致させることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明は、２つの電荷転送
素子から出力される信号の特性差を転送段数の少ない方
の電荷転送部の電荷入力部のみによって補償するバイア
ス回路を備えた構成により２つの電荷転送素子間の出力
信号の利得と周波数特性を一致させることができ、さら
にそれぞれの電荷転送部の電荷出力部付近の転送段上で
電荷を非破壊的に検出してバイアス値に変換する回路と
２つのバイアス値を比較するコンパレータを付加するこ
とにより電荷転送素子からの出力信号のバイアス中心レ
ベルを一致させるプロセス条件の差によって２つの電荷
転送部の非転送効率が異なった場合にも２つの電荷転送
素子間の出力信号の利得と周波数特性を一致させること
ができる優れた電荷転送装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における電荷転送装置のブロ
ック図

【図２】同電荷転送装置の転送段数の多い方の電荷転送
素子におけるポテンシャル図

【図３】同電荷転送装置の転送段数の少ない方の電荷転
送素子におけるポテンシャル図

【図４】従来の電荷転送装置へ信号電荷を注入する電荷
入力部の一例を示す構成図

【図５】（ａ）〜（ｃ）は同電荷入力部におけるポテン
シャル図

【符号の説明】

１ 電荷入力部 ２ 電荷転送素子 ５ 電荷入力部 ６ 電荷転送素子 ７ バイアス発生回路 ８ バイアス発生回路 １０ 電荷出力部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２組の電荷入力部と電荷転送素子および前
   記２組の電荷転送素子に接続された１個の電荷出力部か
   らなる電荷転送回路を有し、一方の電荷転送素子の転送
   段数と他方の電荷転送素子の転送段数が異なっており、
   かつ前記２組の電荷転送素子から出力される信号の特性
   差を補償する転送段数の少ない方の電荷転送素子の電荷
   入力部に接続されたバイアス回路を備えたことを特徴と
   する電荷転送装置。
2. 【請求項２】２組の電荷転送素子のそれぞれの電荷出力
   部付近の転送段上で電荷を非破壊的に検出してバイアス
   値に変換する変換回路と、前記変換回路から出力される
   ２つのバイアス値を比較するコンパレータと、前記コン
   パレータと前記転送段数の少ない方の電荷転送素子の電
   荷入力部に接続され、前記コンパレータからの信号によ
   って電荷入力部の電極のバイアス値を能動的に調節する
   ことにより２つの転送段数の異なる電荷転送素子からの
   出力信号のバイアス中心レベルを一致させるバイアス回
   路とを備えたことを特徴とする電荷転送装置。