JPS60145598A - 電荷パケツト測定方法 - Google Patents
電荷パケツト測定方法Info
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- JPS60145598A JPS60145598A JP59242579A JP24257984A JPS60145598A JP S60145598 A JPS60145598 A JP S60145598A JP 59242579 A JP59242579 A JP 59242579A JP 24257984 A JP24257984 A JP 24257984A JP S60145598 A JPS60145598 A JP S60145598A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
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- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
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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。
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〕
本発明は電荷結合素子（ＣＣＤ）Ｋおける２つの電荷パ
ケットの間の差電位を測る回路であり、ＣＣＤによるア
ナログ・イメージ処理やＣＣＤアナログ・ディジタル・
コンバータに有用である。・〔従来技術〕 ＣＯＤによるアナログ・イメージ処理において、２つの
電荷パケットの間で、そのどちらが犬であるかは別とし
て、電荷の差の絶対値を測れるようにすることは重要で
ある。
ケットの間の差電位を測る回路であり、ＣＣＤによるア
ナログ・イメージ処理やＣＣＤアナログ・ディジタル・
コンバータに有用である。・〔従来技術〕 ＣＯＤによるアナログ・イメージ処理において、２つの
電荷パケットの間で、そのどちらが犬であるかは別とし
て、電荷の差の絶対値を測れるようにすることは重要で
ある。
本発明は特願昭５９−２６２２６号に示すイメージ処理
システムや、Ａ／Ｄコンバータに有用である。
システムや、Ａ／Ｄコンバータに有用である。
電荷パケットの個々における大きさの測定については、
種々の試みがなされて来た。米国特許第４３０６３００
号では、被測定電荷パケットを有する電位井戸の深さを
、あぶれが起る迄段階的に減少させて行き、あふれた時
の段階値から電荷パケットの当初の寸法を知る方法が示
されて℃・る。
種々の試みがなされて来た。米国特許第４３０６３００
号では、被測定電荷パケットを有する電位井戸の深さを
、あぶれが起る迄段階的に減少させて行き、あふれた時
の段階値から電荷パケットの当初の寸法を知る方法が示
されて℃・る。
米国特許第１５００２１０号は大きさ不明の電荷パケッ
トを中間電位井戸に出し入れて、この井戸の上の電極で
発生する信号を集め、次に既知の値のパケットをこの井
戸に入れ大小を見ることによってパケットの寸法を測る
ことを示している。
トを中間電位井戸に出し入れて、この井戸の上の電極で
発生する信号を集め、次に既知の値のパケットをこの井
戸に入れ大小を見ることによってパケットの寸法を測る
ことを示している。
これらの方法では２回測定し、それら結果を比較するこ
とが必要で、電荷パケットの差の絶対値のみ知りたい時
には手間がかかりすぎる。
とが必要で、電荷パケットの差の絶対値のみ知りたい時
には手間がかかりすぎる。
２つの電荷パケットの間の差の絶対直を直接測定する技
法が要求されて来た。この際、２つのパケットを別々に
測って、比較する必要はない・〔問題点を解決するため
の手段〕 本発明はパケットの電荷の差の絶対値を、それらの別々
の測定をしないで、測定する方法を与える。ＣＣＤで、
少なくとも１つの中間電値を間において２つの電極を使
う。中間電極を第２の電位に保ってバリヤを作ったまま
、両電極に第１の電位を与よ、それらの下に電位井戸を
作る。第２の電位を第１の電位に近づけ、バリヤを解除
し、パケット電荷を混合させ３つの電極すべての下の電
位を等しくする。第２の電位を元に戻し、井戸の間のバ
リヤを復活する・両電極のうち当初、少ないパケットを
有してぃノこ方において、上記のパケットの混合によっ
て起った電流を測り、２つのパケットの当初の差の絶対
値の測度とする。
法が要求されて来た。この際、２つのパケットを別々に
測って、比較する必要はない・〔問題点を解決するため
の手段〕 本発明はパケットの電荷の差の絶対値を、それらの別々
の測定をしないで、測定する方法を与える。ＣＣＤで、
少なくとも１つの中間電値を間において２つの電極を使
う。中間電極を第２の電位に保ってバリヤを作ったまま
、両電極に第１の電位を与よ、それらの下に電位井戸を
作る。第２の電位を第１の電位に近づけ、バリヤを解除
し、パケット電荷を混合させ３つの電極すべての下の電
位を等しくする。第２の電位を元に戻し、井戸の間のバ
リヤを復活する・両電極のうち当初、少ないパケットを
有してぃノこ方において、上記のパケットの混合によっ
て起った電流を測り、２つのパケットの当初の差の絶対
値の測度とする。
図面はＮ−チャネルＣＣＤ １０を示し、これはＮ−ｆ
ヤネルＦ！ＥＴ（電界効果トランジスタ）を含んて゛い
ることが多い。Ｐ−チャネルＣＣＤとＰ−チャネルＦＥ
Ｔとでも本発明は実施できる。ＣＣＤ１０はシリコン・
チップ上にあり、断面図で示しであるように、２つのケ
ー）１２．１４による２レベル・オーバラップ・ゲート
構成と、マージ・ゲート１６、酸化物層２２がある。ケ
ート１６．１８は測定ずべき２つの電荷パケットを供給
するＣＣＤ電極の一部であるが、全体の図示は略しであ
る。
ヤネルＦ！ＥＴ（電界効果トランジスタ）を含んて゛い
ることが多い。Ｐ−チャネルＣＣＤとＰ−チャネルＦＥ
Ｔとでも本発明は実施できる。ＣＣＤ１０はシリコン・
チップ上にあり、断面図で示しであるように、２つのケ
ー）１２．１４による２レベル・オーバラップ・ゲート
構成と、マージ・ゲート１６、酸化物層２２がある。ケ
ート１６．１８は測定ずべき２つの電荷パケットを供給
するＣＣＤ電極の一部であるが、全体の図示は略しであ
る。
ケート１２．１４に与えられた電位は、それらの下に番
号２４．２６のような電荷パケットを得るための電位井
戸を設定する。パケットの位置は、ゲ−）１２，１４，
１６に規定されたシリコン中の空間位置にある電位とし
て図示しである。
号２４．２６のような電荷パケットを得るための電位井
戸を設定する。パケットの位置は、ゲ−）１２，１４，
１６に規定されたシリコン中の空間位置にある電位とし
て図示しである。
ゲート１２．１４にはＦＥＴ２８．３０がそれぞれ接続
している。ＦＥＴ２８，３０のドレンは線ろ２で共通接
続され、他のＦＥＴのソースに接続されている。ＦＥＴ
３４は、以下において、電圧源及び隔離トランジスタと
して扱うこともある。
している。ＦＥＴ２８，３０のドレンは線ろ２で共通接
続され、他のＦＥＴのソースに接続されている。ＦＥＴ
３４は、以下において、電圧源及び隔離トランジスタと
して扱うこともある。
ＦＥＴ ３４のドレンは、Ｎ−チャネルでは正の極性で
あるドレン電圧Ｖｄｄに接続されている。ライン３２は
ターミナル３６への出力導線になっている。容量３８が
ライン３２と接地の間に図示されており、これはＦＥＴ
２８．３０のドレンからと、ＦＥＴ３０のソースからと
、出力の保持時間を延ばすため付加してもよい付加キャ
パシタからの容量を示す。
あるドレン電圧Ｖｄｄに接続されている。ライン３２は
ターミナル３６への出力導線になっている。容量３８が
ライン３２と接地の間に図示されており、これはＦＥＴ
２８．３０のドレンからと、ＦＥＴ３０のソースからと
、出力の保持時間を延ばすため付加してもよい付加キャ
パシタからの容量を示す。
ＦＥＴ２８、ろＯのゲートはＶｄｔｉと同極性のゲート
電圧ＶＧに接続されており、このＶＧは、ＦＥＴ２８．
３０の閾値と、ライン３２の最低動作電圧との和に等し
いかこれ以下であるのがよい。
電圧ＶＧに接続されており、このＶＧは、ＦＥＴ２８．
３０の閾値と、ライン３２の最低動作電圧との和に等し
いかこれ以下であるのがよい。
コントローラ４０が、ＦＥＴ３４のゲート（電極）にタ
イミング信号ｖＲを、又マージ・ケート１６に信号ＶＭ
を送る。これら信号は、Ｎ−チャネルでは正の極性であ
る。
イミング信号ｖＲを、又マージ・ケート１６に信号ＶＭ
を送る。これら信号は、Ｎ−チャネルでは正の極性であ
る。
ＦＥＴ２８．３０．３４、容量３日、及びコントローラ
４００部分品（細部を示してないが）はＣＣＤ１０と同
じチップ上に作れる。
４００部分品（細部を示してないが）はＣＣＤ１０と同
じチップ上に作れる。
動作は次のように行なわれる・信号ＶＲが上る。
Ｆ’ＥＴ３４が普通。容量５８がＶｄｄ又はそれ以下の
電位に充電。
電位に充電。
ＦＥＴ２８．３０のゲートへの電圧ＶＧがこれらを導通
させ、ケート１２．１４を（ＶＧ−ＶＴ）の電位に充電
する。ＶＴはＦＥＴ２８，３０の閾値である。ケート１
２．１４の電位が、それらの下に電位井戸２４．２６を
設定する。電荷を隣に転送する電極１８．２０を操作す
る等して、周知の方法で、井戸２４．２６の中に信号入
力電荷パケットＱ１、Ｑ２に導入される。マージ・ゲー
ト１６への信号ＶＭは低位に保たれており、バリヤを形
成し、２つの井戸を分離し、Ｑｌ、Ｑ２は図示のように
井戸２４．２６の中に留まる。図中、点線で示す井戸の
深さは、電荷の量と、電荷の導人によるシリコン内での
電位変化の両方を示す・井戸２４．２６へのバケツ）Ｑ
ｌ、Ｑ２の導入はケート１２．１４に負の過渡変化を与
える。この変化はＦＥＴ２８．３０の導通を増加させ、
これらのゲートを（ＶＧ−ＶＴ）の電圧に恢復させる０ 次にＦ Ｂ Ｔ ３４への信号ＶＲが下り、その導通を
停止させ、出力ライン５２を分離する。
させ、ケート１２．１４を（ＶＧ−ＶＴ）の電位に充電
する。ＶＴはＦＥＴ２８，３０の閾値である。ケート１
２．１４の電位が、それらの下に電位井戸２４．２６を
設定する。電荷を隣に転送する電極１８．２０を操作す
る等して、周知の方法で、井戸２４．２６の中に信号入
力電荷パケットＱ１、Ｑ２に導入される。マージ・ゲー
ト１６への信号ＶＭは低位に保たれており、バリヤを形
成し、２つの井戸を分離し、Ｑｌ、Ｑ２は図示のように
井戸２４．２６の中に留まる。図中、点線で示す井戸の
深さは、電荷の量と、電荷の導人によるシリコン内での
電位変化の両方を示す・井戸２４．２６へのバケツ）Ｑ
ｌ、Ｑ２の導入はケート１２．１４に負の過渡変化を与
える。この変化はＦＥＴ２８．３０の導通を増加させ、
これらのゲートを（ＶＧ−ＶＴ）の電圧に恢復させる０ 次にＦ Ｂ Ｔ ３４への信号ＶＲが下り、その導通を
停止させ、出力ライン５２を分離する。
次にマージ・ゲート１６への信号ＶＭが上り、井戸２４
と２６の間と、バケツ）ＱｌとＱ２の間とにあるバリヤ
を外ず・ＶＭの上昇は、漂遊容量を通してゲート１２，
１１１Ｃ正の過渡変化を与え、これがＦＥＴ２Ｂ、３０
の動作点を導電位置から僅かにずらず。
と２６の間と、バケツ）ＱｌとＱ２の間とにあるバリヤ
を外ず・ＶＭの上昇は、漂遊容量を通してゲート１２，
１１１Ｃ正の過渡変化を与え、これがＦＥＴ２Ｂ、３０
の動作点を導電位置から僅かにずらず。
マージ書ゲート１６の下のバリヤの除去に応じて、電荷
バケツ）ＱｌとＱ２が混合し、ケート１２．１４．１６
の下の電位が均等化し、成る一つの値の電位になる傾向
があり、この電位はマージ・ゲート１６の下に付加され
た荷電容量のため、前にゲート１２と１４の下にあった
電位の平均よりも少し高く（負の電荷がより少ない量し
かない）なる。
バケツ）ＱｌとＱ２が混合し、ケート１２．１４．１６
の下の電位が均等化し、成る一つの値の電位になる傾向
があり、この電位はマージ・ゲート１６の下に付加され
た荷電容量のため、前にゲート１２と１４の下にあった
電位の平均よりも少し高く（負の電荷がより少ない量し
かない）なる。
次にマージ・ゲート１６の電圧ＶＭが下り、バリヤを復
活する。負の変化が今度は反対方向に働らき、バリヤ除
去時起った正の変化によるケート１２．１４の電位の変
動を訂正する。マージ・ゲート１６の下の付加電荷容量
は除去され、ケート１２．１４の電位は、両方共当初の
電荷パケットＱ１とＱ２の平均値になる。図示のように
負のパケットＱ１の当初の値がＱ２より犬であれば、ゲ
ート１２の下の電位は等化后に、純増加があった筈であ
り、又ケート１４の下の電位は純減少となり、これらの
変化は当初の電荷パケットの電位の差の半分の値である
。
活する。負の変化が今度は反対方向に働らき、バリヤ除
去時起った正の変化によるケート１２．１４の電位の変
動を訂正する。マージ・ゲート１６の下の付加電荷容量
は除去され、ケート１２．１４の電位は、両方共当初の
電荷パケットＱ１とＱ２の平均値になる。図示のように
負のパケットＱ１の当初の値がＱ２より犬であれば、ゲ
ート１２の下の電位は等化后に、純増加があった筈であ
り、又ケート１４の下の電位は純減少となり、これらの
変化は当初の電荷パケットの電位の差の半分の値である
。
その結果、ケート１２には正の変化が発生し、ＦＥＴ２
８を強くオフにし、ゲート１４には負の電位変化が発生
し、ＦＥＴ３０を導通させる。ＦＥＴろ０はケート１４
の電位が（ＶＧ−ＶＴ）に戻るまで導通しつづける。こ
の導通はドレン電流を発生し、これが容量３８の両端の
電圧を減らす〇容量３８の両端の電圧の変化はライン３
２によりターミナル３６に至り、その値は電荷パケット
Ｑ１とＱ２の当初の値の差の大きさに比例してＬ・る・
電荷バケツ）ＱｌとＱ２（既に混合されてるが）は、こ
こでとり除いてもよ（、そして新しい一対の信号電荷パ
ケットを入れて測定できる０パケツトの除去は、周知の
ＣＣＤ技術ででき、例えばドロップ・クロック法等で、
更に深い隣接（図示略）の電位井戸に送って出来る。別
の方法は、周知のブツシュφクロック法で、これは別に
付加する２つのＦＥＴと付加クロック・パルスを用いて
、ゲート１２．１４の電位を下げて行なう。
８を強くオフにし、ゲート１４には負の電位変化が発生
し、ＦＥＴ３０を導通させる。ＦＥＴろ０はケート１４
の電位が（ＶＧ−ＶＴ）に戻るまで導通しつづける。こ
の導通はドレン電流を発生し、これが容量３８の両端の
電圧を減らす〇容量３８の両端の電圧の変化はライン３
２によりターミナル３６に至り、その値は電荷パケット
Ｑ１とＱ２の当初の値の差の大きさに比例してＬ・る・
電荷バケツ）ＱｌとＱ２（既に混合されてるが）は、こ
こでとり除いてもよ（、そして新しい一対の信号電荷パ
ケットを入れて測定できる０パケツトの除去は、周知の
ＣＣＤ技術ででき、例えばドロップ・クロック法等で、
更に深い隣接（図示略）の電位井戸に送って出来る。別
の方法は、周知のブツシュφクロック法で、これは別に
付加する２つのＦＥＴと付加クロック・パルスを用いて
、ゲート１２．１４の電位を下げて行なう。
電荷パケットのどちらが大きいかに拘らず、この電流は
２つのパケットの差の測量値を示す・そこで、最后の測
定段階で、井戸２６のパケットが井戸２４のパケットよ
り太きければ、ＦＥＴろ０でな（ＦＥ’ｒ２８が導電性
となり、これが容量ろ８の電荷を変更する。
２つのパケットの差の測量値を示す・そこで、最后の測
定段階で、井戸２６のパケットが井戸２４のパケットよ
り太きければ、ＦＥＴろ０でな（ＦＥ’ｒ２８が導電性
となり、これが容量ろ８の電荷を変更する。
最后の段階での容量３８での電荷の変化は、信号の変化
の積分量である特性を有している０〔発明の効果〕 電荷パケットの電荷の差を簡単に測定する手段を提供し
た。
の積分量である特性を有している０〔発明の効果〕 電荷パケットの電荷の差を簡単に測定する手段を提供し
た。
図面は本発明の実施例を示す。
１２．１４・・・・ケート、１６・・・・マージ・ケー
ト、１０・・・・シリコン、２４．２６・・・・井ｒ、
２８．５０．５４・・・・ＦＥＴ、３８・・・・容量。
ト、１０・・・・シリコン、２４．２６・・・・井ｒ、
２８．５０．５４・・・・ＦＥＴ、３８・・・・容量。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 電荷結合素子において２つの電荷パケットの間の差を測
定する方法において、 測定すべき電荷パケットを電位バリヤによって分離され
た２つの電位井戸に別々に入れ、電位バリヤをとり除き
電荷パケットを混合し、この時に電位井戸の上にある電
極に発生する電気信号を測定することによる２つの電荷
パケットの大きさの差を測定する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/567,220 US4639678A (en) | 1983-12-30 | 1983-12-30 | Absolute charge difference detection method and structure for a charge coupled device |
| US567220 | 1990-08-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60145598A true JPS60145598A (ja) | 1985-08-01 |
| JPH023231B2 JPH023231B2 (ja) | 1990-01-22 |
Family
ID=24266241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59242579A Granted JPS60145598A (ja) | 1983-12-30 | 1984-11-19 | 電荷パケツト測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4639678A (ja) |
| EP (1) | EP0147600B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60145598A (ja) |
| DE (1) | DE3472861D1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2566538B1 (fr) * | 1984-06-26 | 1986-11-14 | Thomson Csf | Comparateur analogique a transfert de charge et dispositifs utilisant un tel comparateur |
| JPS63316280A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | 相関器 |
| GB2314673B (en) * | 1996-06-27 | 1998-12-30 | Toshiba Cambridge Res Center | Semiconductor device |
| US6972707B1 (en) | 2004-07-12 | 2005-12-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Sub-ranging pipelined charge-domain analog-to-digital converter with improved resolution and reduced power consumption |
| US7015854B2 (en) * | 2004-07-12 | 2006-03-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Charge-domain A/D converter employing multiple pipelines for improved precision |
| US7199409B2 (en) | 2004-08-26 | 2007-04-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Device for subtracting or adding charge in a charge-coupled device |
| US20060090028A1 (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-27 | Anthony Michael P | Passive differential voltage-to-charge sample-and-hold device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57204976A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
Family Cites Families (8)
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|---|---|---|---|---|
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| US4104543A (en) * | 1977-02-22 | 1978-08-01 | Hughes Aircraft Company | Multichannel CCD signal subtraction system |
| CA1099409A (en) * | 1977-04-07 | 1981-04-14 | Lawrence G. Heller | Charge transfer device differencing circuit |
| FR2444367A1 (fr) * | 1978-12-12 | 1980-07-11 | Thomson Csf | Procede de filtrage d'un signal electrique par transfert de charges dans un semi-conducteur et filtre a capacites commutees utilisant un tel procede |
| US4239983A (en) * | 1979-03-09 | 1980-12-16 | International Business Machines Corporation | Non-destructive charge transfer device differencing circuit |
| FR2455772B1 (fr) * | 1979-05-04 | 1986-01-17 | Thomson Csf | Dispositif a transfert de charges de soustraction et de generation de quantites de charges et systeme muni d'un tel dispositif |
| US4374334A (en) * | 1981-03-23 | 1983-02-15 | General Electric Company | Signal comparator apparatus |
-
1983
- 1983-12-30 US US06/567,220 patent/US4639678A/en not_active Expired - Fee Related
-
1984
- 1984-11-14 DE DE8484113736T patent/DE3472861D1/de not_active Expired
- 1984-11-14 EP EP84113736A patent/EP0147600B1/en not_active Expired
- 1984-11-19 JP JP59242579A patent/JPS60145598A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57204976A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3472861D1 (en) | 1988-08-25 |
| US4639678A (en) | 1987-01-27 |
| EP0147600A1 (en) | 1985-07-10 |
| EP0147600B1 (en) | 1988-07-20 |
| JPH023231B2 (ja) | 1990-01-22 |
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