JPH104352A - 入力をクランプする方法および装置 - Google Patents

入力をクランプする方法および装置

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JPH104352A
JPH104352A JP9023622A JP2362297A JPH104352A JP H104352 A JPH104352 A JP H104352A JP 9023622 A JP9023622 A JP 9023622A JP 2362297 A JP2362297 A JP 2362297A JP H104352 A JPH104352 A JP H104352A
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W Mangelsdorff Christopher
クリストファー・ダブリュー・マンジェルスドーフ
Katsushi Nakamura
勝史 中村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号の複数サンプルと共通の低周波ノイズお
よびオフセットを除去し、信号に加算されるオフセット
・レベルを校正して信号を出力における所望の基準レベ
ルに照合して、装置の動作範囲内の所望の電圧に入力電
圧レベルをクランプすること。 【解決手段】 アナログ信号の第1のサンプルと第2の
サンプルをとり、第1のサンプルと第2のサンプル間の
差をとって両サンプルに共通の低周波ノイズとオフセッ
トを除去して差信号を出力する相関2重サンプリング回
路を含む。更に、差信号が装置の出力において所望の基
準レベルになるように、オフセット・レベルを差信号に
加算して差信号に加算されるべきオフセット・レベルを
校正する黒レベル補正回路を含む。更に、相関2重サン
プリング回路の出力における電圧を相関2重サンプリン
グ回路に対する入力における所望の電圧レベルに対し
て、装置の供給範囲と動作範囲内にサーボするクランプ
回路を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、装置に対する入力
電圧レベルを所望の電圧にクランプするための方法およ
び装置に関する。特に、本発明は、電荷結合デバイス
(charge coupled device)によ
り黒ピクセル(black pixel)を校正するカ
ムコーダ(camcorder)システムと共に使用す
る入力クランプ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は、例えばカムコーダ・システムに
おいて用いられるCCDインターフェース回路のフロン
ト・エンド(front end)20のブロック図を
示している。このフロント・エンドは、カムコーダによ
り処理されるべき線24のアナログ信号を検出して出力
する電荷結合デバイス(CCD)・センサ22を含む。
線24上のアナログ信号は、このアナログ信号の第1の
サンプルと第2のサンプルとをとり、低周波ノイズおよ
び信号の両サンプルに共通のオフセットを除去するため
第1および第2のサンプル間の差をとり、線28上の差
信号を出力する相関2重サンプリング回路(corre
lated double sampling cir
cuit)26へ送られる。線28上の差信号は、増幅
器30により増幅され、増幅された信号は線32で黒レ
ベル補正回路34へ出力される。この黒レベル補正回路
34は、増幅信号を所望の基準レベルに校正するよう
に、オフセット・レベルを線32における増幅信号に加
算する。特に、このオフセット・レベルは、電荷結合デ
バイス22が線24に黒ピクセルと対応する信号を出力
する時アナログ/ディジタル・コンバータ38の入力範
囲の実質的に一端に校正される。この黒ピクセルは、オ
フセット・レベルを校正する目的のため、CCDの周部
へ意図的に加算される。更に、線24におけるアナログ
信号出力がCCDにより検出されるイメージのピクセル
と対応する時は、黒レベル補正回路が校正されたオフセ
ット値を線32におけるピクセル・イメージと対応する
増幅信号へ加算する。このように、相関2重サンプリン
グ回路26および黒レベル補正回路34は一緒に、CC
Dにより出力されるアナログ信号から低周波ノイズを除
波(filter out)して、校正されたオフセッ
ト値を差信号へ加算する。結果として生じる信号は、線
36でアナログ/ディジタル・コンバータ38へ出力さ
れて、線40におけるディジタル値出力へ変換される。
このディジタル値は、次にディジタル信号プロセッサ4
2によって処理される。
【0003】図2は、図1の相関2重サンプリング回路
26の一実施形態のブロック図である。先に述べたよう
に、相関2重サンプリング回路を用いて、アナログ信号
から低周波ノイズおよびオフセットを除去する。特に、
この回路は、数種類のノイズ、例えば、CCDが常にち
ょうど同じ値にリセットするのではないので結果として
生じるCCDからのリセット・ノイズ、およびCCDの
フリッカ(l/f)・ノイズを除去することができるの
で、CCDデバイス22の出力において用いられる。こ
の回路の基本的原理は、第1および第2のサンプルがC
CDデバイスの単一チャンネルから出力されるアナログ
信号からとられ、第1のサンプルがリセット・レベルの
アナログ信号においてとられ、第2の信号がアナログ信
号に含まれるピクセル・データ・レベル信号においてと
られることである。次に、2つのサンプル間の差は、両
方のサンプルに対して共通のノイズまたはオフセットが
2つのサンプルの差から除去されるように用いられる。
【0004】更に、図2の相関2重サンプリング回路2
6は、第1のサンプル/ホールド回路44と、第2のサ
ンプル/ホールド回路46と、第3のサンプル/ホール
ド回路48とを含んでいる。図2のタイミング図によれ
ば、第1のサンプル/ホールド回路44は、クロック信
号Q1の立下がりエッジ50と同時に第1のサンプルが
線24におけるリセット・レベルにおいてアナログ信号
からとられるように、クロック信号Q1に応答する。図
1のカムコーダ・システムにおいて、相関2重サンプリ
ング(CDS)回路がCCD回路22の既知の条件を利
用する。特に、CCD回路は常に、新たなピクセルが測
定される前にリセットされる。図2のCDS回路は、新
たなピクセル情報が現れる前に、このリセット相におい
てCCD回路の出力線24における信号をサンプリング
することによって、この存在する条件を利用する。この
ように、クロック信号Q1の立下がりエッジ50に応答
して、線24上の信号の第1のサンプルがCCD回路2
2からの信号のリセット・レベルを表わす。クロック信
号Q2の立下がりエッジ52と同時に、第1のサンプル
が第2のサンプル/ホールド回路46へクロックされ、
同時に、第3のサンプル/ホールド回路48が線24に
おける新たなピクセル情報を持つアナログ信号から第2
のサンプルをとる。この第2のサンプルは、CCD回路
22により出力される新たなピクセル情報信号の強さの
データ・レベル・サンプルである。前記の第1のサンプ
ルと第2のサンプルとは、この第1および第2のサンプ
ルについて減算を行って両方のサンプルと共通のノイズ
またはオフセットのない差信号を線28に提供する減算
要素54へ出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図2の回路に
おける1つの問題は、線28における除波された信号が
有効である期間が線24上のピクセル情報信号の全期間
ではないことである。当該開示によれば、ピクセル期間
がクロック信号Q2の立下がりエッジ遷移間の期間とし
て規定され、リセット・レベルにおけるアナログ信号と
データ・レベルにおけるアナログ信号とが線24に存在
する時間を含むことが理解されよう。図2の回路の場合
は、クロック信号Q2がハイの状態へ遷移する時、サン
プル/ホールド回路48が獲得モードにあり、線28上
の回路出力はもはや有効ではない。このため、線28上
の差信号が有効である期間は、全ピクセル期間ではな
い。例えば、クロック信号Q1およびQ2がピクセル期
間の50%のデューティ・サイクルを持つならば、差信
号が有効である期間はピクセル期間の半分にすぎない。
【0006】更に、図2の回路における別の問題は、サ
ンプル/ホールド回路46がサンプル/ホールド回路4
4によって駆動されることである。その結果、サンプル
/ホールド回路46のコンデンサは、比較的小さく回路
26により出力されるノイズを含む信号を結果として生
じるか、あるいはコンデンサが比較的大きければ、サン
プル/ホールド回路44がコンデンサを駆動するに充分
な、更に図2の回路26内に分散されねばならない電力
を供給するかのいずれかでなければならない。
【0007】図3は、入力クランプ回路180と共に図
2の相関2重サンプリング回路26を示している。この
相関2重サンプリング回路26の動作は、図2に関して
先に述べた如きものである。前記入力クランプ回路は、
線24上の信号の電圧を回路180の供給範囲および動
作範囲内へレベル・シフトするために設けられるフィー
ドバック回路182および184を含んでいる。例え
ば、線24上の電圧は10ボルトでよいが、回路180
は5ボルト電源でオフとなる。従って、相関2重サンプ
リング回路26に対する入力における電圧をこの相関2
重サンプリング回路の動作範囲内へクランプする必要が
ある。フィードバック回路182および184は、線1
86および188上の入力電圧を回路180の動作範囲
内になるように選択された所望の電圧へサーボする。
【0008】図4は、図1の黒レベル補正回路34の一
実施形態のブロック図を示している。先に述べたよう
に、線24上でCCD回路22により出力される信号
は、相関2重サンプリング回路26によって処理され、
結果として生じる線28上の差信号はプログラム可能増
幅器30へ送られる。線56上のオフセット値は、加算
ブロック58において線36上の増幅信号に加算され
る。線60における加算ブロックから出力された結果的
な信号は、次にアナログ/ディジタル・コンバータ38
によってディジタル化される。黒レベル補正回路の1つ
の目的は、結果として得る線60上の信号をアナログ/
ディジタル・コンバータの入力範囲の一端へ実質的に照
合するように、線56上のオフセット信号の値を校正す
ることである。例えば、線36上の増幅信号は0ないし
1ボルトの範囲内にあり、線56上のオフセット・レベ
ルは−0.5ボルトないし+0.5ボルトの結果として
得る信号範囲を調整するように加算される。黒ピクセル
は、このような特定の目的のためCCD回路22の周部
に意図的に与えられる。更に、黒ピクセルと対応する線
24上の信号が黒レベル補正回路34へ入力される時、
スイッチ62が閉路位置へバイアスされて加算ブロック
64および積分器60を含むフィードバック閉ループを
提供し、その結果線60上の信号が線56でオフセット
値として加算ブロック58へフィードバックされる。積
分器60および加算ブロック64を含むフィードバック
・ループは、線60上の信号を線68上の負の基準値に
比較し、線56上のオフセット・レベルを正しいレベル
にサーボして線60上の信号を線68上の負の基準値に
照合する。更に、線24上のアナログ信号が新たなピク
セル情報信号の強さのデータ・レベルと対応する時、積
分器が校正されたオフセット・レベルを保持して校正さ
れたオフセット・レベル値が新たなピクセル情報信号の
強さと対応する線36上の増幅信号へ加算されるよう
に、スイッチ62が開路位置へバイアスされる。
【0009】しかし、図4の黒レベル補正回路における
1つの問題は、除波された線28上の信号がささやかな
エラーしか含まない高利得条件下にあるか、あるいはプ
ログラム可能利得増幅器30がささやかな入力照合オフ
セットを含む時に、プログラム可能増幅器30が飽和す
ることがあることである。例えば、もし図1のカムコー
ダ・システムが3ボルト電源で動作させられ、アナログ
/ディジタル・コンバータ38がその入力において±
0.5ボルトの信号ダイナミック・レンジを持つなら
ば、またもしプログラム可能増幅器が50の利得を持つ
ならば、10ミリボルトのオフセット値がプログラム可
能増幅器30によって増幅され、線36上の増幅信号が
0.5ボルトとなり、このためアナログ/ディジタル・
コンバータの入力範囲を飽和させる。更に、図4の回路
における別の問題は、プログラム可能増幅器30が制限
された直線的な動作範囲を持つことである。特に、図4
の回路は、プログラム可能増幅器の利得と共に変化せず
かつ増幅器の直線的な動作範囲の中間スケールであるゼ
ロ点を持つ差動システムである。従って、増幅器の直線
的な動作範囲の半分しか使用されない。
【0010】従って、本発明の目的は、関連技術の相関
2重サンプリング回路、黒レベル補正回路および入力ク
ランプ回路の改善にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の更に別の特質に
よれば、入力クランプ回路は、相関2重サンプリング回
路の差出力と相関2重サンプリング回路の入力との間に
配置され、この相関2重サンプリング回路の差出力にお
ける差信号の共通モードを前記相関2重サンプリング回
路における所望の電圧値にサーボする。この相関2重サ
ンプリング回路は、差出力の第1の出力に接続された第
1の入力端子と、前記差出力の第2の出力に接続された
第2の入力端子と、出力端子とを有する分割回路網を含
んでいる。この回路網は、相関2重サンプリング回路の
差出力における差信号の平均をとり、この平均を出力端
子へ提供する。更に、前記入力クランプ回路は、分割回
路網の出力端子に接続された第1の入力と、バイアス電
圧に接続された第2の入力端子と、相関2重サンプリン
グ回路の入力に接続された出力とを有する差動増幅器を
含んでいる。
【0012】このような構成により、入力クランプ回路
は、相関2重サンプリング回路の一部である黒レベル補
正回路と干渉することがない。更に、この入力クランプ
回路は、1つの差動増幅器により実現することができ
る。
【0013】本発明の別の特質によれば、集積回路が、
第2の相関2重サンプリング回路と並列の第1の相関2
重サンプリング回路を含んでいる。この第1の相関2重
サンプリング回路は、入力における信号の第1のサンプ
ルと入力における信号に対する第2のサンプルとをとっ
て、第1のサンプルと第2のサンプルとの間の減算を行
い第1の出力に第1の除波された信号(filtere
d signal)を提供する。第2の相関2重サンプ
リング回路は、入力における信号の第3のサンプルとこ
の入力における信号の第4のサンプルとをとって、前記
第3のサンプルと第4のサンプルとの間の減算を行い第
2の出力に第2の除波された信号を提供する。前記集積
回路はまた、第1の加算回路と第2の加算回路をも含
む。第1の加算回路は、第1の出力に接続された第1の
入力と第1の基準値に接続された第2の入力とを有し、
第1の除波された信号と第1の基準値とを加算して第1
の加算信号を出力に提供する。第2の加算回路は、第2
の出力に接続された第1の入力と第2の基準値に接続さ
れた第2の入力とを有し、第2の除波された信号に第2
の基準値を加算し、第2の加算信号を出力に提供する。
集積回路は更に、第1の加算回路に接続された第1の入
力と第2の加算回路の出力に接続された第2の入力とを
有するスイッチング回路を含み、該スイッチング回路は
第1の加算信号と第2の加算信号の一方をスイッチング
回路の出力に選択された信号として代替的に提供する。
更にまた、前記集積回路は、前記スイッチング回路の出
力に接続された入力を有し、選択された信号を増幅して
第1のプログラム可能な増幅器の出力に増幅信号を提供
する第1のプログラム可能増幅器を含む。更に、この集
積回路は、第1のプログラム可能増幅器の出力に接続さ
れた入力を持つ、増幅された信号を第1の出力と第2の
出力の1つに選択された信号として代替的に提供する第
2のスイッチング回路を含む。更にまた、この集積回路
は、第3の加算回路と第4の加算回路とを含む。この第
3の加算回路は、第2のスイッチング回路の第1の出力
に接続された第1の入力と、基準信号に接続された第2
の入力とを有し、選択された信号に基準信号を加算し
て、第3の加算回路の出力に第3の加算信号を提供す
る。前記第4の加算回路は、第2のスイッチング回路の
第2の出力に接続された第1の入力と、基準信号に接続
された第2の入力とを有し、選択された信号に基準信号
を加算して第4の加算された信号を出力に提供する。当
該集積回路は更に、第1の積分回路と第2の積分回路と
を含む。この第1の積分回路は、第3の加算回路の出力
に接続された入力を有し、第3の加算された信号を積分
して第1のオフセット・レベルを出力に提供する。第2
の積分回路は、第4の加算回路の出力に接続された入力
を有し、第4の加算された信号を積分して第2のオフセ
ット・レベルを提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】図5は、本発明による相関2重サ
ンプリング回路のサンプリング・セル70の一実施形態
のブロック図である。サンプリング・セル70は、第2
のサンプル/ホールド回路74と並列の第1のサンプル
/ホールド回路72を含む。第1のサンプル/ホールド
回路72はクロック信号Q1に応答し、第2のサンプル
/ホールド回路74はクロック信号Q2に応答する。第
1のサンプル/ホールド回路72は、CCD回路22に
より出力される信号のリセット・レベルに対応するクロ
ック信号Q1の立下がりエッジ76で線24上のアナロ
グ信号をサンプルする。更に、第2のサンプル/ホール
ド回路74は、クロック信号Q2の立下がりエッジ78
でCCD回路から出力されるピクセル信号のデータ・レ
ベルに対応する線24上のアナログ信号をサンプルす
る。次に、サンプルの差が減算要素80において決定さ
れる。
【0015】サンプリング・セル70における1つの問
題は、差信号が有効である出力有効期間が比較的短いこ
とである。特に、線82上の差信号は、クロック信号Q
2の立下がりエッジ78からクロック信号Q1の立上が
りエッジ79まで有効であり、その後第1のサンプル/
ホールド回路72もまた、線24上のアナログ信号のリ
セット・レベルの次のサンプルに対する獲得モード(a
cquisitionmode)にある。リセット・レ
ベルに対応する第1のサンプルと、CCD回路22から
出力されるアナログ信号のデータ・レベルに対応する第
2のサンプルとは典型的に半クロック・サイクルだけ離
れており、線82上の差信号が有効である期間(T
valid)は、 Tvalid = (0.5/Fs)−Tacq (1) 図6は、本発明による相関2重サンプリング回路の一実
施形態のブロック図である。図6の回路は、入力線24
と1つの単極双投スイッチ88との間に並列にピンポン
形態(pin−pong configuratio
n)で配置された2つのサンプリング・セル84、86
を含む。特に、第1のサンプリング・セル84の出力線
90は単極双投スイッチの第1の極片92に接続され、
第2のサンプリング・セル86の出力線93は単極双投
スイッチの極片94に接続される。
【0016】図7のタイミング図によれば、図6の回路
の利点は、線112上の差信号が有効である出力有効期
間が少なくともピクセル期間であることである。特に、
単極双投スイッチ88は、線24上のピクセル情報信号
の期間の少なくとも最初の半分だけ有効である線90上
の差信号と、線24上のピクセル情報信号のピクセル期
間の少なくとも2番目の半分だけ有効である線93上の
差信号との間で切換わる。特に、サンプリング・セル8
4の第1のサンプル/ホールド回路96は、クロック信
号Q1Aの立下がりエッジ104で線24上のアナログ
信号のリセット・レベルをサンプルし、第2のサンプル
/ホールド回路98は、クロック信号Q2Aの立下がり
エッジ106で線24上の信号をサンプルする。2つの
サンプルの差信号は、減算要素97により取得されて線
90に出力される。第2のサンプリング・セル86が獲
得モードになる間、線90における差信号が線24上の
アナログ信号のピクセル期間の少なくとも半分だけ有効
である。第2のサンプリング・セル86の獲得モードに
ある間、第1のサンプル/ホールド回路100はクロッ
ク信号Q1Bの立下がりエッジ108で線24上のアナ
ログ信号のリセット・レベルをサンプルし、第2のサン
プル/ホールド回路102は、クロック信号Q1Bの立
下がりエッジ110で線24のアナログ信号のデータ・
レベルをサンプルする。2つのサンプルの差信号は、減
算要素101によって取得され、線93に出力される。
線93における差信号もまた、線24上のアナログ信号
のピクセル期間の少なくとも半分だけ有効である。サン
プリング・セル84、86のそれぞれの出力90、93
の各々がピクセル信号のピクセル期間の少なくとも半分
だけ有効であるので、線112上の除波された信号の出
力は線24上の信号の少なくともピクセル期間だけ有効
である。
【0017】図8は、相関2重サンプリング回路71′
の代替的な実施形態を示している。図8の回路において
は、減算および切換え動作は逆になる。特に、図8の回
路は、信号線24と信号線112間にピンポン構造で配
置される2つのサンプリング・セル84、86を含む。
図6とは対照的に、図8の回路は、サンプリング・セル
84、86の対応出力に配置される2つの単極双投スイ
ッチ114、116を含む。単極双投スイッチ114の
第1の極片111は、サンプル/ホールド回路96の出
力113と接続され、単極双投スイッチ114の第2の
極片115はサンプル/ホールド回路98の出力117
に接続される。単極双投スイッチ116の第1の極片1
19はサンプル/ホールド回路100の出力121に接
続され、単極双投スイッチ116の第2の極片123は
サンプル/ホールド回路102の出力125に接続され
る。単極双投スイッチ114、116の極片118、1
20は、差分回路(differencing cir
cuit)127に接続される。
【0018】図7に関して先に述べたように、サンプリ
ング・セル84のサンプル/ホールド回路96は、クロ
ック信号Q1Aの立下がりエッジ104で線24上のア
ナログ信号のリセット・レベルをサンプルする。サンプ
ル/ホールド回路100は、クロック信号Q2Aの立下
がりエッジ106で線24上のアナログ信号のデータ・
レベルをサンプルする。更に、サンプル/ホールド回路
98は、クロック信号Q1Bの立下がりエッジ108で
線24上のアナログ信号のリセット・レベルをサンプル
し、サンプル/ホールド回路102は、クロック信号Q
2Bの立下がりエッジ110で線24上のアナログ信号
のデータ・レベルをサンプルする。単極双投スイッチ1
14は、論理信号およびクロック信号Q1B*Q2Bお
よびクロック信号Q1A*Q2Aに従って、サンプル/
ホールド回路96、98のそれぞれの出力線113と出
力線117間で切換わる。単極双投スイッチ116は、
論理信号およびクロック信号Q1B*Q2BおよびQ1
A*Q2Aに従って、サンプル/ホールド回路100、
102のそれぞれの出力線121および125間で切換
わる。線129および131における信号の差は、差信
号が相関2重サンプリング回路から出力される時、差分
回路127によって取得されて線112上に出力され
る。図8の回路の動作の正味の結果は、図6に関して先
に述べた如きものである。
【0019】図5の基本サンプリング・セル70の1つ
の利点は、このサンプリング・セルの回路構成が比較的
簡単であることである。例えば、図9によれば、図6の
サンプリング・セル70の一実施形態の概略図が開示さ
れる。この回路は、最小である2個のFETデバイス1
22、124および2個のコンデンサ126、128で
実現される。特に、図9のタイミング図によれば、線2
4上の信号のリセット・レベルの第1のサンプルは、ス
イッチ190、192がクロック信号ΦPに応答して開
路される時に取得される。スイッチ190、192が開
路されると、コンデンサ126における電圧がFETデ
バイス122によりサンプルされる。その後、線24上
の信号のピクセル情報と対応する第2のサンプルは、ス
イッチ194、196が開路される時に生じる。次に、
コンデンサ128における電圧が、FETデバイス12
4によってサンプルされる。第1のサンプルと第2のサ
ンプルを取得した後に、スイッチ198、200、20
2、204がクロック信号ΦSに応答して閉路され、第
1および第2のサンプルは線130、132に出力され
る。図9のタイミング図はクロック信号ΦPに応答する
スイッチ190、192と、クロック信号ΦDに応答す
るスイッチ194、196とを開示しているが、本発明
の望ましい実施形態においては、スイッチ192、19
4がスイッチ190、196に先立って開路されて、ス
イッチ190、196の開路に先立ちコンデンサ12
6、128の第2の端子を接地に照合することが判る。
線130、132上の差信号は、図6のサンプリング・
セル70のサンプル/ホールド回路72、74の線7
3、75上の出力信号に対応する。本発明の実施例にお
いて、図5の差分要素80は黒レベル補正回路(図4参
照)のプログラム可能増幅器30により達成され、この
場合プログラム可能増幅器30が線130、132にお
ける信号間の共通モードを阻止する。しかし、差の入力
信号の共通モードを阻止する差の相互コンダクタンスを
用いることができかつこれが意図されることを理解すべ
きである。このように、図5のサンプリング・セル70
は、最小である2個のFETデバイス122、124
と、2個のコンデンサ126、128により実現するこ
とができる。また、図8のサンプリング・セルを半導体
技術、例えばCMOS技術で実現可能であり、この場合
スイッチ190、192、194、196、198、2
00、202、204もまたFETデバイスを用いて実
現できること、およびこのような実現が意図されること
も理解すべきである。図9の回路の1つの利点は、コン
デンサ126、128を駆動するのに内部駆動回路を用
いることを必要としないことであり、このためコンデン
サは外部ソースによって駆動することができる。利点
は、コンデンサ126、128が比較的大きく、従って
線130、132上の信号がより少ないノイズを含むこ
とである。
【0020】図9の回路はまた、例えば接地することが
でき、かつ線24上のアナログ信号の遮断のための基準
レベルを生じる入力基準ピン134を含む。更に、図9
の回路はまた、線130、132上の差信号の差動オフ
セット調整を提供する。例えば、線136、138上の
信号間の電圧差は、コンデンサ126、128からサン
プルされて線130、132に出力される差信号に加算
されることになる。このように、線130、132上の
差信号の差動オフセットを補償するためオフセット・ピ
ン136、138を用いることができる。本発明の実施
例において、オフセット・ピン136、138は、以下
に更に詳細に述べるように、黒レベル補正回路のフィー
ドバック・ループに接続される。更にまた、図9の回路
は、線130、132に与えられる差信号の共通モード
調整を行う。オフセット・ピン136、138および入
力基準ピン134は、コンデンサ126、128におい
てサンプルされる信号の共通モードを調整するのに用い
ることができる。特に、オフセット・ピン136、13
8における信号が入力基準ピン134における電圧と異
なるならば、線130、132上の信号の共通モードは
線24上のアナログ信号の共通モードとは異なることに
なる。更にまた、図9の回路は、本発明の実施例におい
て対応する利得1のバッファ210、212を処理する
ためFET122、124にそれぞれ付設することがで
きる付加的なFET206、208を含む。特に、FE
T122は、FET206と組合わせて、1の利得を持
つソース・フォロワを形成し、FET124もまた、F
ET208と組合わせて、ソース・フォロワである。利
得1のバッファ210、212は、例えば、プログラム
可能増幅器が電流を流してコンデンサ126、128か
らの電流の放出を阻止することを必要とする時に使用す
ることができる。
【0021】図9のサンプリング・セル回路の別の利点
は、回路の簡単さが入力線24上のアナログ信号の良好
な遮断に役立つことである。更に、この回路の簡単さ
は、線130、132上の差信号のオフセット補正を可
能にして、例えば図1のカムコーダ・システム内の様々
なシステムのオフセットを補償する。更に、この回路の
簡単さは、線130、132に与えられる差信号の共通
モード調整を可能にする。
【0022】図10は、本発明による黒レベル補正回路
77の一実施形態のブロック図を示す。図4に関して先
に述べたように、線24上のCCDデバイス22により
出力されるアナログ信号は相関2重サンプリング回路7
1によって処理され、線28上の差信号がプログラム可
能増幅器30へ出力される。この差信号は、次に、プロ
グラム可能利得増幅器30によって増幅され、線36に
増幅信号として出力される。線56上のオフセット値
は、加算ブロック58によって線56上の増幅信号に加
算される。図4の黒レベル補正回路における1つの問題
は、プログラム可能増幅器30が限られた直線的動作範
囲を持つことである。従って、プログラム可能増幅器3
0の限られた直線的範囲を完全に利用するために、黒い
ピクセル・レベルの基準レベルをプログラム可能増幅器
30の全直線的動作範囲の一端にセットすることが望ま
しい。このように、本発明の黒レベル補正回路(図1
0)では、オフセット値がプログラム可能増幅器30前
に線28上の差信号に加算される。先に述べたように、
オフセット・レベルは、線60上に結果として生じる信
号をアナログ/ディジタル・コンバータ38の入力ダイ
ナミック・レンジの一端にサーボするように校正され
る。特に、CCDデバイス22によって黒のピクセルが
線24に与えられる時、スイッチ62が閉路されて加算
ブロック64と積分器60とを含むフィードバック閉ル
ープを提供し、その結果線60上の信号が線56上のオ
フセット値として加算ブロック58へフィードバックさ
れる。このフィードバック・ループは、線60上の信号
を線68上の負の基準値に比較して、線60上の信号が
負の基準値にセットされるようにオフセット値をサーボ
する。更に、スイッチ62が線24上にあるピクセル情
報信号に応答して開路されると、積分器64が校正され
たオフセット・レベルを保持して、これを線28上の対
応する差信号に加算する。
【0023】図10の回路は、関連技術の回路にまさる
2つの利点を有する。図10の回路の第1の利点は、増
幅器とアナログ/ディジタル・コンバータとを飽和させ
ることなく、黒レベル補正回路が、高い利得条件下で入
力照合オフセットの相関2重サンプリング回路またはプ
ログラム可能利得増幅器からの信号における大きなエラ
ーに耐えられることである。更に、図10の回路の第2
の利点は、プログラム可能増幅器30の限られた直線的
範囲が最適に使用されることである。特に、積分器の基
準レベルをアナログ/ディジタル・コンバータ38の入
力ダイナミック・レンジの一端にセットすることによ
り、プログラム可能増幅器の全直線的範囲が用いられ
る。図10の回路の実施例では、この回路は、3ボルト
電源から動作させられ、プログラム可能増幅器が50の
利得を持つようにセットされ、アナログ/ディジタル・
コンバータが−0.5ボルトないし+0.5ボルトの入
力ダイナミック・レンジを有する。従って、負の基準レ
ベル68が−0.5ボルトにセットされて、アナログ/
ディジタル・コンバータ38の入力ダイナミック・レン
ジと増幅器30の直線的動作範囲とを完全に利用する。
【0024】図10の回路の1つの欠点は、オフセット
補正ループの動的特性がプログラム可能増幅器30の利
得と共に変動することである。例えば、黒レベルを動作
範囲の一端に照合するため必要なオフセット・レベル
は、増幅器の利得と共に変動する。従って、図11に
は、本発明による黒レベル補正回路77′の代替的な実
施形態が開示される。図11の回路においては、別のプ
ログラム可能増幅器140が積分器60の後でフィード
バック・ループに付設される。プログラム可能増幅器1
40の利得の勾配は、プログラム可能増幅器30の利得
の勾配と共に逆方向に変動し、これにより全ループ利得
を一定に保持する。このように、図11の回路の利点
は、黒レベル補正回路の動的特性、例えば、安定性、ノ
イズ性能および取得時間が回路の利得とは独立的である
ことである。図11の回路の別の利点は、フィードバッ
ク・ループにおける付設増幅器140もまた積分器60
についての要件を低減することである。特に、適切なオ
フセットが積分器60の後でプログラム可能増幅器14
0の前で線141に追加されると、小さな補正が積分器
60により与えられるだけで、線141上の積分器60
の出力はゼロになり、プログラム可能増幅器の範囲を最
大化するのに必要なオフセットがプログラム可能フィー
ドバック増幅器140により自動的に生成される。この
ように、図11の回路は、積分器60が状態を変える必
要がないので、プログラム可能増幅器(program
mable amplifier)30の出力に照合さ
れるオフセットに対して用いられることが望ましい。図
11の回路の更に別の利点は、限られた直線的範囲の最
適利用を行う正しいオフセット値がプログラム可能増幅
器の利得とは独立的な積分器60によって生成されるこ
とである。
【0025】次に図12において、本発明による黒レベ
ル補正回路の代替的な実施形態77″が更に開示されて
いる。図12の回路においては、付設されたプログラム
可能増幅器140がフィードバック・ループ中に積分器
60の前に配置される。図12の回路の形態によれば、
積分器60はプログラム可能増幅器30に対する一定入
力照合オフセットに適している。このように、図12の
回路は、プログラム可能増幅器30の入力照合オフセッ
トに対して用いられるのが望ましい。
【0026】図13は、本発明の一実施形態による入力
クランプ回路のブロック図を示す。図3に関して先に述
べたように、入力クランプ回路は、CCD回路により出
力される電圧を供給範囲および相関2重サンプリング回
路26の動作範囲内の所望の電圧値にクランプする。図
3の回路における1つの問題は、フィードバック回路1
82、184が黒レベル補正回路77のフィードバック
回路と干渉することである。特に、1つのフィードバッ
ク・ループは、いずれのフィードバック・ループも正し
い所望の点に落着かないように他のフィードバック・ル
ープを供することができる。従って、図13の共通モー
ドのフィードバック回路は、黒レベル補正回路77のフ
ィードバック・ループとは独立的に提供される。特に、
共通モード・フィードバック回路206は、相関2重サ
ンプリング回路26から出力される線130、132上
の差信号の共通モードをとって、この共通モードを線2
4上の相関2重サンプリング回路の入力へ再びサーボ
(servo)する回路である。このように、入力クラ
ンプ回路208は、黒レベル補正回路77とは干渉する
ことはない。
【0027】次に図14において、本発明による図13
の入力クランプ回路の一実施形態の概略図が開示され
る。先に述べたように、相関2重サンプリング回路26
から出力された差信号は線130、132上にプログラ
ム可能利得増幅器30に対する差信号として出力され
る。入力クランプ回路208は、線130、132にそ
れぞれ接続される抵抗212、214を含む抵抗分割回
路210を含んでいる。更に、この入力クランプ回路
は、ともにクランプ制御信号221に応答するスイッチ
218、220を含むスイッチング素子216を含んで
いる。クランプ制御信号がハイである時、スイッチ21
8、220が閉じられ、抵抗分割回路210とスイッチ
ング回路216とが一緒に線130、132上の差信号
を利用して、線223に共通モードを提供する。線22
3上の共通モード信号は、差動増幅器222へ入力さ
れ、線225上のバイアス電圧と比較される。特に、差
動増幅器222は線227上の増幅器の出力を線24上
の相関2重サンプリング回路の入力のバイアス電圧にフ
ィードバックさせる。このように、入力クランプ回路
は、線24上の信号の電圧を線225上のバイアス電圧
によって設定される所望の電圧へクランプするため用い
られる。
【0028】入力クランプ回路208の利点は、この入
力クランプ回路が黒レベル補正回路77とは独立的に動
作し、これにより黒レベル補正回路77とは干渉するこ
とがないことである。入力クランプ回路208の別の利
点は、1つの差動増幅器222しか使用する必要がない
ことである。対照的に、図3の入力クランプ回路は、最
低2つの差動増幅器を必要とする。入力クランプ回路2
08の更に別の利点は、線130、132上の共通モー
ド出力がプログラム可能な利得の増幅器の限られた直線
的範囲の中心にあるように線225上のバイアス電圧を
選定できることである。このため、このバイアス値は、
増幅器の限られた直線的動作範囲の最適利用するように
選定することができる。
【0029】図15は、本発明の一実施形態による電荷
結合デバイスのインターフェースのブロック図を示す。
この電荷結合デバイス・インターフェースは、図6の相
関2重サンプリング回路71と図10の黒レベル補正回
路77とを使用する。しかし、図6の相関2重サンプリ
ング回路にピンポン形態で配置された2つのCDSブロ
ック84、86があるので、黒レベル補正回路もまたピ
ンポン形態で動作する2つのオフセット補正ループを有
する。特に、相関2重サンプリング回路84、86の対
応する出力における加算要素142、144は、線15
8、160における各オフセット・レベルをプログラム
可能増幅器30前で線162、164における差信号に
加算する。スイッチ166は、加算回路142、144
とプログラム可能増幅器30との間に配置される。単極
双投スイッチ166の極片143は、加算回路142の
出力で線145に接続される。単極双投スイッチ166
の極片147は、加算回路144の出力で線149に接
続される。単極双投スイッチ166の極片153は、プ
ログラム可能利得増幅器30の入力で線151に接続さ
れる。単極双投スイッチ166は、図6の回路のスイッ
チ88に関して先に述べたように、CCD回路22から
出力される線24上のアナログ信号の全ピクセル期間を
カバーするように加算要素142、144間で切換えら
れる。
【0030】更に、図15の回路は、黒レベルのピクセ
ルがCCDにより出力される時およびスイッチ62が閉
じられる時に負の基準値で線60上に信号を生じるため
線158、160上のオフセット値を校正するように、
各加算要素146、148と各積分器150、152と
を含む、線60上の信号をサンプルおよびホールド回路
161の出力で各加算要素142、144へフィードバ
ックする2つの黒レベル補正フィードバック・ループの
各々を含む。あるいはまた、スイッチ62が開かれる
と、積分器150、152は、CCD回路22により出
力されるピクセル・レベル信号の強さと対応する線16
2、164上の信号へ付加される校正されたオフセット
・レベルを保持する。黒レベル補正回路と対応するフィ
ードバック・ループもまた図11に関して先に述べたよ
うに修正できることを理解すべきである。例えば、図1
5に示されるように、各フィードバック・ループは、図
15の実施例では積分器150、152に後置される付
設されたプログラム可能な増幅器154、156をも含
んでもよい。あるいはまた、プログラム可能な増幅器1
54、156は、図12に関して先に述べたように積分
器150、152に前置することができる。
【0031】図15の回路の利点は、プログラム可能増
幅器30の出力をサンプリングして増幅器30に対する
入力オフセットを適切に調整することにより、黒レベル
・ループがプログラム可能増幅器30に対する入力オフ
セットを補正することである。
【0032】図16は、本発明による電荷結合デバイス
・インターフェースの代替的な実施形態を示している。
特に、図13〜図14に関して先に述べた入力クランプ
回路208は、先に述べたように電圧をクランプするよ
うにCCDインターフェース回路に付設された。このク
ランプ回路208は、ピンポン状の相関2重サンプリン
グ回路71のマルチプレックス出力であり、かつ全ピク
セル期間をカバーする線151上の差信号の平均値をと
って、前記平均値を相関2重サンプリング回路71のマ
ルチプレックス入力24におけるバイアス値にサーボす
る。他の点では、図16の回路の動作は図15の回路と
同じである。
【0033】図15の回路の望ましい実施形態において
は、回路はサイズが3.3×3.4mm2のチップ・ダ
イを生じるように0.6ミクロンのDPDMプロセスで
実現される。更に、このチップは、3.0ないし3.3
ボルトの供給電圧で動作するように構成され、190ミ
リワットの総電力消費で動作する。更に、このチップ
は、18MSPSのサンプリング・レートで動作する。
しかし、この回路が多くの異なる媒体上で多くの異なる
プロセスにおいて実現可能であり、このような修正が意
図されることを理解すべきである。
【0034】以上、本発明の1つ(幾つかの)特定の実
施形態について記載したが、当業者には、種々の変更、
修正および改善が容易に着想されよう。このような変
更、修正および改善は、本文の開示の一部として意図さ
れ、本発明の趣旨および範囲内に含まれるべきものであ
る。従って、本文の記述は単に例示であって、頭書の特
許請求の範囲およびその相等技術に記載される如くにの
み限定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】関連技術において公知の如きCCDインターフ
ェースを示すブロック図である。
【図2】図1のカムコーダ・システムの相関2重サンプ
リング回路の一実施形態を示すブロック図である。
【図3】図1のCCDインターフェースの入力クランプ
回路を示すブロック図である。
【図4】図1のカムコーダ・システムの黒レベル補正回
路の一実施形態を示すブロック図である。
【図5】本発明の一実施形態による相関2重サンプリン
グ回路のサンプリング・セルの一実施形態のブロック図
である。
【図6】本発明による相関2重サンプリング回路の一実
施形態を示すブロック図である。
【図7】図6の相関2重サンプリング回路を示すタイミ
ング図である。
【図8】本発明による相関2重サンプリング回路の代替
的な実施形態を示す図である。
【図9】本発明による図6のサンプリング・セルを示す
概略図である。
【図10】本発明による黒レベル補正回路の一実施形態
を示すブロック図である。
【図11】本発明による黒レベル補正回路の代替的な実
施形態を示すブロック図である。
【図12】本発明による黒レベル補正回路の別の代替的
な実施形態を示すブロック図である。
【図13】本発明の一実施形態による入力クランプ回路
を示すブロック図である。
【図14】本発明の一実施形態による図13の入力クラ
ンプ回路の一実施形態を示す概略図である。
【図15】本発明の一実施形態による電荷結合デバイス
(CCD)・インターフェースを示すブロック図であ
る。
【図16】本発明によるCCDインターフェースの代替
的な実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
20 フロント・エンド 22 電荷結合デバイス(CCD) 24 入力線 26 相関2重サンプリング回路 28 線 30 プログラム可能利得増幅器 32 線 34 黒レベル補正回路 36 線 38 アナログ/ディジタル・コンバータ 40 線 42 ディジタル信号プロセッサ 44 第1のサンプル/ホールド回路 46 サンプル/ホールド回路 48 サンプル/ホールド回路 50 立下がりエッジ 52 立下がりエッジ 54 減算要素 56 線 58 加算ブロック 60 積分器 62 スイッチ 64 加算ブロック 68 線 70 サンプリング・セル 71 相関2重サンプリング回路 72 第1のサンプル/ホールド回路 73 線 74 第2のサンプル/ホールド回路 75 線 76 立下がりエッジ 77 黒レベル補正回路 78 立下がりエッジ 80 減算要素 84 サンプリング・セル 86 サンプリング・セル 88 単極双投スイッチ 90 出力線 92 極片 93 出力線 94 極片 96 第1のサンプル/ホールド回路 98 第2のサンプル/ホールド回路 100 第1のサンプル/ホールド回路 102 第2のサンプル/ホールド回路 104 立下がりエッジ 106 立下がりエッジ 108 立下がりエッジ 110 立下がりエッジ 111 第1の極片 112 線 113 出力 114 単極双投スイッチ 115 第2の極片 116 単極双投スイッチ 117 出力 118 極片 119 第1の極片 120 極片 121 出力 122 FETデバイス 123 第2の極片 124 FETデバイス 125 出力 126 コンデンサ 127 減算回路 128 コンデンサ 130 線 132 線 134 入力基準ピン 136 オフセット・ピン 138 オフセット・ピン 140 プログラム可能増幅器 142 加算回路 144 加算回路 150 積分器 152 積分器 154 プログラム可能な増幅器 156 プログラム可能な増幅器 166 単極双投スイッチ 180 回路 182 フィードバック回路 184 フィードバック回路 190 スイッチ 192 スイッチ 194 スイッチ 196 スイッチ 206 共通モード・フィードバック回路 208 入力クランプ回路 210 抵抗分割回路 212 バッファ 216 スイッチング素子 218 スイッチ 220 スイッチ 221 クランプ制御信号 222 差動増幅器
フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・ダブリュー・マンジェル スドーフ アメリカ合衆国マサチューセッツ州01867, リーディング,フェデラル・ストリート 31 (72)発明者 中村 勝史 アメリカ合衆国マサチューセッツ州02138, ケンブリッジ,エルマー・ストリート 16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力における信号の第1のサンプルをと
    り、第1の入力における信号の第2のサンプルをとり、
    かつ前記第1のサンプルと前記第2のサンプルとの間の
    差をとって、該第1の出力に除波された信号を提供す
    る、第1の入力と第1の出力とを有する第1の相関2重
    サンプリング回路と、 前記第1の入力に接続された入力と第2の出力とを有
    し、該第1の入力における信号の第3のサンプルと該第
    1の入力における信号の第4のサンプルとをとって、前
    記第3のサンプルと第4のサンプルとの間の差をとり第
    2の除波された信号を第2の出力に提供する第2の相関
    2重サンプリング回路と、 前記第1の出力に接続された第1の入力と第1の基準値
    に接続された第2の入力とを有し、前記第1の除波され
    た信号と前記第1の基準値とを加算して第1の和信号を
    出力に提供する第1の加算回路と、 前記第2の出力に接続された第1の入力と第2の基準値
    に接続された第2の入力とを有し、前記第2の除波され
    た信号に第2の基準値を加算して第2の和信号を出力に
    提供する第2の加算回路と、 前記第1の加算回路の出力に接続された第1の入力と前
    記第2の加算回路の出力に接続された第2の入力とを有
    し、前記第1の和信号と第2の加算信号の1つとして選
    択された信号をスイッチング回路の出力に交互に提供す
    るスイッチング回路と、 前記選択された信号を増幅して前記第1のプログラム可
    能増幅器の出力に増幅された信号を提供する、スイッチ
    ング回路の出力に接続された入力を有する第1のプログ
    ラム可能増幅器と、 前記第1のプログラム可能増幅器の出力に接続された入
    力を有し、第1の出力と第2の出力の1つに第2の選択
    された信号を交互に提供する第2のスイッチング回路
    と、 前記第2のスイッチング回路の第1の出力に接続された
    第1の入力と基準信号に接続された第2の入力とを有
    し、前記第2の選択された信号に基準レベル信号を加算
    して前記第3の加算回路の出力に第3の加算された信号
    を提供する第3の加算回路と、 前記第2のスイッチング回路の第3の出力に接続された
    第1の入力と基準信号に接続された第2の入力とを有
    し、前記第2の選択された信号に基準信号を加算して第
    4の加算された信号を出力に提供する第4の加算回路
    と、 前記第3の加算回路の出力に接続された入力を有し、第
    3の加算された信号を積分して前記第1の加算回路の第
    2の入力に接続された出力に第1のオフセット・レベル
    として第1の積分された信号を提供する第1の積分回路
    と、 前記第4の加算回路の出力に接続された入力を有し、前
    記第4の加算された信号を積分して前記第2の加算回路
    の第2の入力に接続された出力に第2のオフセット・レ
    ベルとして第2の積分された信号を提供する第2の積分
    回路とを備える集積回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の積分回路の出力に接続された
    入力と前記第1の加算回路の第2の入力に接続された出
    力とを有し、前記第1の積分された信号を増幅して第1
    の基準レベルを提供する第2のプログラム可能増幅器を
    更に備える請求項1記載の集積回路。
  3. 【請求項3】 前記第2の積分回路の出力に接続された
    入力と前記第2の加算回路の第2の入力に接続された出
    力とを有し、前記第2の積分された信号を増幅して第2
    の基準レベルを提供する第3のプログラム可能増幅器を
    更に備える請求項2記載の集積回路。
  4. 【請求項4】 前記第1のスイッチング回路の出力と前
    記第1の相関2重サンプリング回路の第1の入力との間
    に配置され、前記第1の入力における信号の電圧を選択
    された電圧値にサーボする入力クランプ回路を更に備え
    る請求項1記載の集積回路。
  5. 【請求項5】 相関2重サンプリング回路の差出力と該
    相関2重サンプリング回路の入力との間に配置され、該
    相関2重サンプリング回路の入力における信号の電圧を
    所望の値にクランプする入力クランプ回路において、 差出力の第1の出力に接続された第1の入力端子と、差
    出力の第2の出力に接続された第2の入力端子と、相関
    2重サンプリング回路の差出力の差信号の平均をとって
    該平均を提供する出力端子とを有する分割回路網と、 前記分割回路網の出力端子に接続された第1の入力と、
    バイアス電圧に接続された第2の入力端子と、相関2重
    サンプリング回路の入力に接続された出力とを有する差
    動増幅器とを備える入力クランプ回路。
  6. 【請求項6】 前記分割回路網が、前記差出力の第1の
    出力に接続された第1の入力端子と該分割回路網の出力
    端子に接続された第2の端子とを有する第1の抵抗と、
    前記差出力の第2の出力に接続された第1の端子と前記
    分割回路網の出力端子に接続された第2の端子とを有す
    る第2の抵抗とを含む請求項5記載の入力クランプ回
    路。
  7. 【請求項7】 前記分割回路網が更に、前記第1の抵抗
    の第2の端子に接続された第1の端子を有し前記分割回
    路網の出力端子に接続された第2の端子を有するクロッ
    ク信号に応答する第1のスイッチと、前記第2の抵抗の
    第2の端子に接続された第1の端子と前記分割回路網の
    出力端子に接続された第2の端子とを有する前記クロッ
    ク信号に応答する第2のスイッチとを含む請求項6記載
    の入力クランプ回路。
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