JPS5945250B2 - 電荷結合素子フイルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷結合素子フィルタに関する。

電荷結合素子（以下ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅ
ｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）と略す）は、半導体基板の一端よ
り電荷注入を行ない、その注入電荷を該半導体基板に多
数個並べられた転送電極の下方を順次転送し、該半導体
の他端よりその注入電荷を取り出すようにしたものであ
る。

そしてその応用は、大容量メモリ、光イメージセンサ等
多数の対象が挙げられるが、本発明はＣＣＤを応用した
フィルタすなわちＣＣＤフィルタについて述べるももと
する。

ＣＣＤにおいて前記転送電極は、例えば２相駆動の場合
１つおきに共通接続されて第１転送電極群を構成し、他
の転送電極も共通接続されて第２転送電極群を構成する
。

駆動に際しては前記第１転送電極群に第１の駆動パルス
が印加され、一方前記第２転送電極群には前記第１の駆
動パルスと位相の異なる第２の駆動パルスが印加される
。

これにより、第１転送電極群の下方と第２転送電極群の
下方に形成されるポテンシャル井戸は交互に深くまたは
浅くなり、注入電荷が逐次一方向に転送される。

ＣＣＤフィルタは、注入電荷として入力されるアナログ
信号を、前記の転送電極によって瞬時瞬時にサンプリン
グし、且つ転送電極毎に所定の重みづけをした各瞬時の
サンプリング値を加算して所望のフィルタ特性を得るも
のである。

従来のＣＣＤフィルタは、前記のアナログ信号を重みづ
けする場合、例えば第１転送電極群のみからそのアナロ
グ信号を取り出す構成ばとられており、この場合第２転
送電極群は単に注入電荷の転送にのみ寄与していた。

このため、１つのＣＣＤフィルタからは単一のフィルタ
特性しか得ることが出来ないというのが原則であった。

もし、１つのＣＣＤフィルタから異なる２種以上のフィ
ルタ特性が得られれば、ＣＣＤフィルタの機能当りのコ
ストが大幅に低下し得ることは明白である。

従って本発明の目的は、１つのＣＣＤから異なる２種以
上のフィルタ特性が得られるＣＣＤフィルタを提案する
ことである。

上記目的に従い本発明は、Ｎ相（Ｎ＝１？２・・・）駆
動されるＣＣＤにおいて第１転送電極群から得たサンプ
リング信号に第１のフィルタ特性を付与し、同様に第に
転送電極群（Ｋ＝２，３・・・Ｎ）から得たサンプリン
グ信号に第にのフィルタ特性を付与し、最大Ｎ種類のフ
ィルタ特性を１つのＣＣＤから得るようにしたことを特
徴とするものである。

以下図面に従って本発明を説明する。

第１図は従来のＣＣＤフィルタを示す構成図である。

また第２図はそのＣＣＤフィルタを１駆動するための駆
動パルス列を示す波形図である。

ただし、第１図および第２図は、抵抗による重みづけを
行なう抵抗加重形のフィルタを示し、また説明を簡単に
するため２相駆動のＣＣＤとし且つ駆動パルスのデユー
ティ−は５０係とする。

第１図において１１は２相駆動のＣＣＤであり、１２は
所望のフィルタ特性を得るための加重係数付与回路であ
り、１３は加算回路であって、該加算回路１３の出力よ
り所望のフィルタ特性を有するフィルタ出力Ｙを得る。

なお、フィルタ特性を付与すべきアナログ人力Ｘは、Ｃ
ＣＤ１１内のソース電極１４に印加される。

このソース電極１４以降には第１転送電極群１５−１
、１５−３ 、１５−５・・・１５ （ｎ ２））
１５ ｎ（いずれもハツチングを施して示す）および
第２転送電極群１５−２ 、１５−４ 、１５−６・・
・１５−（ｎ−１）。

１５−（ｎ＋１）が交互に配列されており、第１転送電
極群には駆動パルスφ１が、第２転送電極群には駆動パ
ルスφ２がそれぞれ共通に印加される。

駆動パルスφ１および駆動パルスφ２の波形は、第２図
のφ１およびφ２に示すとおりである。

ところで、ＣＣＤ１１において、駆動パルスφ１の電圧
が＋■φ１（第２図参照）と高いとき、あるいは、駆動
パルスφ２の電圧が＋■φ２（第２図参照）と高いとき
、それぞれ第１転送電極下方および第２転送電極下方の
ポテンシャル井戸が深くなり、その電極下方にソース電
極１４からの注入電荷（アナログ人力Ｘ）が逐次取り込
まれるものとする。

この場合、駆動パルスφ１の電圧がＯとなったとき、あ
るいは駆動パルスφ２の電圧が０となったとき、前記ポ
テンシャル井戸が浅くなり、その電極下方の注入電荷は
隣接する電極下方（ポテンシャル井戸が深くなっている
）に押し出される。

今、駆動パルスφ１およびφ２の周波数をｆ ｃ Ｈｚ
とすると、１／ｆｃで定まる周期Ｔの１／２すなわち時
間Ｔ／２毎に、注入電荷が逐次右隣りの転送電極下方に
送される。

この注入電荷はアナログ人力Ｘの電圧に比例した電荷
量を有するので、以後電圧のディメンションで説明する
。

ＣＣＤＩ ｌ内においてアナログ人力Ｘは、Ｘ。

ｘｚ−’、、ｘｚ−２−ｘｚ−ｎなルサンプル値列をも
って表わすことができる。

ここでｚ−１は１サンプリング周期Ｔの遅延を表わし、
従ってｘ−ｚ−ｎはアナログ人力Ｘのｎ周期前のサンプ
ル値を表わすことになる。

これらサンプル値列ｘ、ｘｚ−’。ＸＺ−２・・・ｘｚ
−ｎは、駆動パルスφ１およびφ２が第２図の区間■に
あるとき第１転送電極１５−１１５−３ 、１５−５・
・・の下方に存在し、また第２図の区間■にあるときは
第２転送電極１５−２゜１５−４，１５・・・６・・・
の下方に存在する。

第１図の例では加重係数付与回路１２が、第１転送電極
群に接続されているので、該第１転送電極群下方に現わ
れるサンプル値列ｘ、ｘｚ−’ 、ｘｚ−２・・・ｘｚ
−ｎを取り出してフィルタを実現することになる。

加重係数付与回路１２は、抵抗１６−１（抵抗値ｈ１）
、１６−２（抵抗値ｈ２）・・・ｌ６−ｎ（抵抗値ｈｎ
）を備えており、前記のサンプル値列Ｘ、ＸＺ−’、Ｘ
Ｚ−２・ＸＺ−（ｎ−１）にそれぞれｈｌ、ｈ２．ｈ３
・・・ｈｎなる重みづけを行なう。

これらｈｌ、ｈ２．ｈ３・；−ｈｎはアナログ人力Ｘに
対する所望のフィルタ出力Ｙが得られるように予め定め
られ、ここにフィルタ出力Ｙは Ｙ−（ｈ１＋ｈ２Ｚ−１＋ｈ３Ｚ−２・・・＋ｈ ｎＺ
−（ｎ−１） ）Ｘ で表わされることになる。

これらの加算操作は加算回路１３にて行なわれる。

ただし前記フィルタ出力Ｙは駆動パルスφ１に同期して
且つ駆動パルスφ１の電圧が＋■φ１と高い期間に得ら
れる。

ところで、前記サンプル値Ｘ、ＸＺ−１，ＸＺ−２・・
・ｘｚ−ｎは、第２図の区間■毎に第２転送電極群下方
にも現われている。

然し、第１図に示すとおり、従来のＣＣＤフィルタでは
、該第２転送電極群下方に現われるサンプル値列を使用
せず、単に転送に供するのみである。

そこで本発明は、前記第２転送電極群をもフィルタとし
て機能させるようにする。

これを示したのが第３図である。

第３図は本発明に基づくＣＣＤフィルタの構成図であり
、２相駆動の場合について示す。

なお本図において、第１図と同一の参照番号または記号
が付されたものは、第１図と同一の構成物である。

図示する如く加重係数付与回路２２に新たに抵抗１６’
−１（抵抗値ｈ１′）１６’−２（抵抗値Ｊ）・・・１
６’ｎ（抵抗値ｈ′が付加され、これらの抵抗は第２転
送電極群１５−２ 、１５−４・・・１５−（ｎ＋１）
に協働する。

つまり、これら電極下方に現われるサンプル値列ｘ、ｘ
ｚ−１，ｘｚ−２・・・に対して重みっけを行なう。

従って新たな抵抗１６’−１、１６’−２・・・１６′
−ｎの後段にも加算回路２３が付加される。

この加算回路２３からのフィルタ出力Ｙ′は ｙ’＝ （ｈ’＋ｈ’ｚ−１＋ｈχｚ−２＋・・・＋ｈ
４ｚ−（ｎ” ） ）ｘ となり、加算回路１３のフィルタ出力Ｙと異なるフィル
タ出力Ｙ′が得られることになる。

フィルタ出力Ｙ′は駆動パルスφ２に同期して且つ駆動
パルスφ２の電圧が＋■φ２と高い期間に得られる。

かくして、抵抗値（ｈｌ、ｈ２・・・ｈｎ）および抵抗
値（ｈ、’、ｈ４．・・・ｈ′ｏ ）をそれぞれ独立し
て適当に設定すれば、１つのアナログ人力Ｘに対し異な
るフィルタ出力ＹおよびＹ′が得られることになる。

第３図のＣＣＤフィルタにおいて、抵抗値（ｈ、 、
ｈ２・・−ｈｎ）と抵抗値（ｈ； 、 ｈイ・・・ｈ／
）とをそれぞれ等しく設定し且つ加算回路１３およ
び２３の各出力を加算したとすると、新たなフィルタ出
力Ｙ。

はＹｏ＝ （ｈ１＋ｈ２Ｚ”−’ ＋ｈ３Ｚ−２＋・＋
ｈｎ” （ｎ−１））（１＋Ｚ−）Ｘ となる。

この場合、新たなフィルタ出力Ｙ。は先のフィルタ出力
Ｙに比して（１＋Ｚ”−ｉ ）だけの歪みを有する。

この歪は、フィルタ出力Ｙとフィルタ出力Ｙ′とがＴ／
２だけ位相ずれを生じていることにより現われるもので
あるが、この歪（１おけば、２つの加重係数付与回路で
等制約に１つのフィルタ特性の重みづけがなされる。

この結果、従来のＣＣＤフィルタでは１つの加重係数付
与回路で１つのフィルタ特性を得ていたものが、上述の
手法により２つの加重係数付与回路で１つのフィルタ特
性を得ることが出来る。

この手法による利点は、１つの加重係数付与回路内に存
在するランダムな誤差が、第１の加重係数付与回路に固
有のランク法な誤差と第２の加重係数付与回路に固有の
ランダムな誤差とを加算することにより平均化され、実
質的にＣＣＤフィルタの加重付与回路の精度が向上する
ことにある。

上述の説明は、加重付与を抵抗によって行なう形式のＣ
ＣＤフィルタを例にとって例べたが、分割電極によって
加重付与する形式のＣＣＤフィルタについても同様に本
発明を適用し得る。

この１例を示したのが第４図である。

第４図は分割電極形ＣＣＤフィルタに本発明を適用した
場合の構成図である。

ただし２相駆動のＣＣＤについて示す。本図において、
４２−１．４５−３．４５−５・・・は分割形の第１転
送電極群であり、４５−２゜４５−４，４５−６・・・
は分割形の第２転送電極群である。

図示するように各転送電極は２つに分割されており、そ
の分割は（１−Ｋ）対（１＋Ｋ）なる面積比をもって行
なわれる。

このＫは、各転送電極毎に付与すべき重みに対応して予
め定められる。

駆動パルスφ１により１駆動される第１転送電極群の下
側電極はまとめて引算回路４１の一端子に印加され、一
方その上側電極はまとめて引算回路４１の十端子に印加
される。

ここで前記の分割比Ｋが転送電極４５−１．４５−３．
４５−５゜・・・に対応して、ｈｌ、ｈ２．ｈ３・・・
であったとすると、引算回路４１より得られるフィルタ
出力ＹはＹＣｘ−〔（（１＋ｈ１）−（１−ｈｈｌ））
＋（（１＋ｈ２）−（１−ｈ２））ｚ−１・・・＋（（
１＋ｈｎ）−（１−ｈ、））Ｚ−（ｎ−１）、ＩＸとな
り、さらに変形すると Ｙｃｘ：２（ｈ１＋ｈ２Ｚ−’＋・＋ｈｎＺ−（”’）
）ｘとなり、ｈｌ、ｈ２・・・ｈｎを適当に設定すれば
所望のフィルタ出力Ｙが得られることになる。

この場合、本発明に基づき、駆動パルスφ２により駆動
される第２転送電極群４５−２，４５−４．４５−６・
・・も同様に分割電極となっており、これら第２転送電
極群の下側電極をまとめて引算回路４２の一端子に印加
し、その上側電極をまとめてその十端子に印加すれば、
前記のフィルタ出力Ｙと異なるフィルタ出力Ｙ′が該フ
ィルタ出力Ｙとは無関係に独立して引算回路４２より得
られる。

既に、第１転送電極群と第２転送電極群とで同一の重み
を付与しこれらを加算して１つのフィルタ出力を得るこ
とにより、加重付与の除虫ずるランダムな誤差が平均化
される利点について述べたが、この利点は第４図に示し
た分割形転送電極を用いるＣＣＤフィルタにおいて最も
顕著に発揮される。

通常、分割形転送電極は所定のマスクを用いて蒸着等に
より形成されるが、このとき、各分割比（前記の分割比
Ｋ）を厳密に所定値に一致させることは困難であり、ラ
ンダムな誤差が生ずる。

従ってこのランダムな誤差を前述の手法で征減せしめる
ことは有効な方法である。

以上説明したように本発明によれば１つのＣＣＤから複
数個のフィルタ特性が実現され分波器に応用して好適で
ある。

また、本発明の別の態様によれば加重付与回路のランダ
ムな誤差が平均化されて実質上その誤差が低減され、高
精度なＣＣＤフィルタが実現される。

なお上述の説明では２相駆動の場合について述べており
最大２種類のフィルタ特性が１つのＣＣＤフィルタから
得られる場合について述べたが、一般にＮ相駆動のＣＣ
Ｄを用いれば最大Ｎ種類のフィルタ特性が１つのＣＣＤ
フィルタから得られることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＣＣＤフィルタを示す構成図、第２図は
第１図に示すＣＣＤフィルタに印加すべき駆動パルスの
波形図、第３図は本発明に基づくＣＣＤフィルタの構成
図であり抵抗加重付与形のＣＣＤに本発明を適用した場
合について示す図、第４図は本発明に基づ＜ＣＣＤフィ
ルタの別の態様を示す構成図であり分割電極形のＣＣＤ
に本発明を適用した場合について示す図である。 図において、１１はＣＣＤ、１２は加重付与回路、１３
は加算回路、１５−１，１５−３，１５−５・・・１５
−ｎは第１転送電極群、１５−２ 。 １５−４ 、１５−６・・・１５−（ｎ）は第２転送電
極群、φ０．φ２はそれぞれ１駆動パルス、Ｘはアナロ
グ入力、Ｙ、Ｙ’はそれぞれフィルタ出力である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｎ個（Ｎ二２，３・・・）の駆動パルスφ１．φ２
   ・・・φＮによってそれぞれ駆動される第１転送電極群
   、第２転送電極群・・・第Ｎ転送電極群を有し且つ各転
   送電極群内の転送電極が群の順番に沿って周期的に半導
   体基板上に配列され該半導体基板の一端から注入された
   電荷をその他端に向って逐次転送する電荷結合素子にお
   いて、前記第１転送電極群、第２転送電極群・・・第Ｎ
   転送電極群毎に各該転送電極群内の個々の転送電極に付
   帯する前記電荷について所定の重みづけをしさらにこれ
   らを加算してフィルタ出力を得るように構成することに
   より、最大Ｎ種類の該フィルタ出力を得られるようにし
   たことを特徴とする電荷結合素子フィルタ。