JPS6043598B2

JPS6043598B2 - 電荷転送素子の出力回路

Info

Publication number: JPS6043598B2
Application number: JP54056084A
Authority: JP
Inventors: 尭央土屋; 光生曾根田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1985-09-28
Also published as: JPS55150197A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電荷転送素子（ＣＴＤ）、例えばＢＢＤの出力
回路に関する。

ＢＢＤは一般に第１図に示すように構成される。

図において、入力端子１がｐｎｐ形のトランジースタ２
のベースに接続され、このトランジスタ２のコレクタが
接地され、エミッタが抵抗器３を通じて電源端子４に接
続される。このトランジスタ２のエミッタが逆方向のダ
イオード５を通じてコンデンサＣｏの一端に接続され、
このコンデンサーＣｏを通じてクロック端子６に接続さ
れる。またコンデンサＣｏの一端がｎｐｎ形のトランジ
スタＱ１のエミッタに接続され、このトランジスタＱ、
のコレクタが次段のｎｐｎ形のトランジスタＱ２のエミ
ッタに接続され、以下同様にｎｐｎ形のトランジスタＱ
２、Ｑ、・・・・・・のコレクタとエミッタとが順次接
続される。これらのトランジスタＱ１、Ｑ２・・・・・
・のコレクタをベースとの間にそれぞれコンデンサＣｌ
、Ｃｏ・・・・・・が接続される。なおコンデンサＣｌ
、Ｃ２・・・・・・の容量値は全てコンデンサＣｏに等
しく、Ｃとする。さらに奇数番目のトランジスタＱ１、
σ・・・・・・のベースがクロック端子７を通じて駆動
回路８に接続され、偶数番目のトランジスタＱ。、Ｑ、
・・・・・・のベースがクロック端子６を通じて駆動回
路８に接続される。そしてクロック端子６、７には、そ
れぞれ第２図Ａ、Ｂに示すように、ＶＤＣ＜！１、ＶＤ
ＣｆＶＰの電位を取り、デューティー比が５０％で、互
いに、逆極性になるクロック信号φ１、φ２が供給され
る。

なお電圧Ｖｐは、電源端子４に供給される電源電圧Ｖｃ
ｃに対して、Ｖｃｃ＞ＶＤｃ＋２Ｖｐとされる。

さらに入力端子１に供給される入力信号の電圧Ｖ、が、
ＶＤＣ＋ＶＰ≦Ｖｓ≦ＶＤｃ＋２Ｖ、の範囲とされる。

この装置において、初期状態では、コンデンサＣＯ，Ｃ
，・・・・・・はすべて端子電圧がＶｐに充電されてい
る。また入力信号の電圧Ｖｓを直流成分ＶＳＤＣと交流
成分Ｖ，ＡＣとに分けると、初期状態では交流成分ＶＳ
ＡＣのみ０になつている。従つて初期状態において、偶
数番目のコンデンサＣ。

，Ｃ２・・・・・・のホットエンド側は第２図Ｃに示す
ように、信号φ１がＶＤＣ＋ＶＰの期間に、一旦ＶＤｃ
＋２Ｖｐまで上がつた後にＶ，ＤＣになり、信号φ２が
ＶＤＣ＋ＶＰの期間に、一旦Ｖ，ＤＯ−ＶＰまで下がつ
た後にＶＤｃｆＶｐになる。また奇数番目のコンデンサ
Ｃｌ，Ｃ３・・・・・・のホットエンド側は、第２図Ｄ
に示すように、信号φ，がＶＤＣ＋ＶＰの期間に、一旦
ＶＳＤＣ−ＶＰまで下がつた後にＶＤＣ＋ＶＰになり、
信号φ２がＶＤＣ＋Ｖ．の期間に、一旦ＶＤｃ＋２Ｖｐ
まで上がつた後にＶＳＤＣになる。そして入力信号が供
給された直後の最初の信号φｏがＶＤＣ＋ＶＰの期間に
おいて、このときの入力信号の電圧をＶＳ＝Ｖ：３，と
するとコンデンサＣ。のホットエンド側の電位は一旦Ｖ
Ｄｃ＋２Ｖｐまで上がつた後にＶ。，になる。すなわち
コンデンサＣ。は放電して、（Ｖｓ，−（ＶＤｃ＋Ｖｐ
）Ｃの電荷を蓄える。このときトランジスタＱ，はオフ
なので、コンデンサＣｌ，Ｃ２・・・・・・には変化は
ない。次に、続く信号φ２がＶＤＣ＋ＶＰの期間におい
て、まず信号φ１の電位がＶＤＣになるので、コンデン
サＣ。のホットエンド側の電位はＶＳＩ−（ＶＤＣ＋Ｖ
ｐ）＋ＶＤｃ＝Ｖｓ，−Ｖｐになる。そしてトランジス
タＱ１がオンするので、コンデンサＣ。のホットエンド
側の電位は最終的にトランジスタＱ１のベース電位（Ｖ
Ｄｃ＋Ｖｐ）まで上昇する。このときトランジスタＱ，
は能動領域で動作しているので、コンデンサＣ。の充電
は、端子７→コンデンサＣ１→トランジスタＱ１のコレ
クタ・エミッタ→コンデンサＣ。の経路で行われる。そ
してコンデンサＣ。のホットエンド側の電位がＶｓ，か
らＶｐに〕’変化するので、コンデンサＣ１のホットエ
ンド側からコンデンサＣ。のホットエンド側への電荷の
移動は、（（ＶＤｃ＋Ｖｐ）−（Ｖｓｌ−Ｖｐ））Ｃ＝
（ＶＤｃ十２Ｖｐ−Ｖｓ，）Ｃで与えられる。

これに対してコンデンサＣ，には最初Ｖｐ−Ｃの電荷が
蓄えられていたので、コンデンサＣ１の最終電荷量は、
Ｖｐ−Ｃ−（ＶＤＣ＋２ＶＰ−Ｖ．ｌ）Ｃ＝〔Ｖ．，一
（ＶＤｃｆＶｐ））Ｃとなる。

すなわち、信号φ，がＶＤＣ＋ＶＰの期間にコンデンサ
Ｃ。がＶＳＩ−（ＶＤＣ＋Ｖｐ）であつたものが、信号
φ２がＶＤｃｆＶｐの期間にコンデンサＣ，に移動し、
コンデンサＣ。はＶＤＣ＋ＶＰに戻る。なおトランジス
タＱ２がオフであるので、コンデンサＣ２，Ｃ３・・・
・・・には変化はない。さらに次の信号φ１がＶＤｃ
ｆＶｐの期間において、入力信号の電圧がＶ，＝Ｖ，２
とすると、コンデンサＣ。はＶｓ２− （ＶＤｃ＋Ｖｐ
）に充電され、コンデンサＣ１はＶＤＣ＋ＶＰに戻され
、コンデンサＣ２はＶｓ，一（ＶＤｃ＋Ｖｐに充電され
る。なおトランジスタＱ３がオフなのでコンデンサＣ３
以降は変化しない。以上の動作がくり返えされて、信号
は図面の左から右へと、信号φ，，φ。

に同期して移動される。このような回路において、例え
ばコンデンサＣ３が信号状態Ｖｓのときに、コンデンサ
Ｃ２のホットエンド側の電圧はＶＰ−ＶＢＥ＋ＶＤＣに
なつている。

従つてトランジスタＱがサチユレーシヨンしないために
は、Ｖｓの最小値は、Ｖｓｍｉｎ：（ＶＰ−ＶＢＥ＋
ＶＤＣ）＋ＶＣＥｍｉｎ以上でなければならない。

一方Ｖｓの最大値は、ＶＳｍａｘ＝２ｖＰ−ＶＢＥ＋Ｖ
ＤＣであるから、上述のＢＢＤのダイナミックレンジは
、（２ＶＰ−ＶＢＥ＋ＶＤＣ）−（ＶＰ−ＶＢＥｆＶＤ
Ｃ＋ＶＣＥｍｉｎ）：ＶＰ−ＶＣＥｍｉｎとなる。

また、コンデンサＣ。

が信号状態のときに、コンデンサＣ２のホットエンド側
の電位は最大２Ｖｐ一ＶＢＥｆＶＤＣまで上昇し、この
ときトランジスタＱのベース電位はＶＤＣなので、トラ
ンジスタＱ３には最大２ＶＰ−ＶＢＥの電圧がかかる。
従つて各トランジスタの耐圧は２ＶＰ−ＶＢＥが要求さ
れる。そしてこのようなりＢＤに対して出力回路を構成
する場合には、ダイナミックレンジをＶｐ−ＶｃＥｍｉ
ｎ以上、耐圧の要求を２ＶＰ−ＶＢＥ以下にする必要が
ある。

ところでＢＢＤの出力回路として、以下のようなものが
提案されている。第３図において、コンデンサＣ２ｎの
コールドエンド側がコンプリメンタリーなトランジスタ
１１，１２の互いに接続されたエミッタの接続点に接続
される。

さらにトランジスタ１１，１２のベースが互いに接続さ
れ、この接続点に発振器１３接続される。そしてこの発
振器１３から信号φ１と同位相で、■０ｃ−■ＢＥと、
■００＋■２＋ＶＢＥの電位を取る信号φ″１が供給さ
れる。そしてＰｎｐ形のトランジスタ１２のコレクタが
接地され、Ｎｐｎ形のトランジスタ１１のコレクタがＮ
ｐｎ形のトランジスタ１４のコレクタ・エミッタを通じ
て電源端子４に接続され、このトランジスタ１４のベー
スがクロック端子７に接続される。それと共にトランジ
スタ１１，１４の接続点に容量値Ｃのコンデンサ１５が
接続され、このコンデンサ１５を通じてクロック端子６
が接続される。そしてトランジスタ１１，１４の接続点
から出力端子１６が導出される。従つてこの回路におい
て、入力信号が供給されて任意の時間が経過した後の信
号φ１がＶＤＣ＋ＶＰの期間に、コンデンサＣ２ｎ−２
に（■Ｓ１−（■ＤＣ＋Ｖｐ））Ｃの電荷が充電され、
続く信号φ２が■ＤＣ＋■Ｐの期間にコンデンサＣ２ｎ
−１に上述のコンデンサＣ。

の電荷が移行される。そして次の信号φ１が■。ｃ＋■
２の期間に、コンデンサＣ２ｎを通じて矢印１。の方向
に（■ＤＣ＋２ＶＰ−Ｖ，ｌ）Ｃの電荷が流され、この
電流はトランジスタ１１のコレクタを通じてコンデンサ
１５を放電する。ここでコンデンサ１５には初め■ｐ−
Ｃの電荷が蓄えられていたので、コンデンサ１５は■，
１−（■ＤＣ＋■，）に充電され、信号φ１の電位が加
算されて、出力端子１６には、の出力電圧■０ＵＴが得
られる。

ところがこの回路において、コンデンサ１５が信号状態
■ｓ″のときに、トランジスタ１１がサチユレーシヨン
しないためには、Ｖ″，の最小値は、以上でなければな
らず、■″の最大値は■ｓと同じく、なので、ダイナミ
ックレンジは、となつて、ＢＢＤのダイナミックレンジより■ＢＥ小さ
くなつてしまう。

なおコンデンサ１５が信号状態のときのホットエンド側
の最高電位は２■Ｐ−ＶＢＥ＋ＶＤＯであり、このとき
のトランジスタ１４のベース電位はＶＤＯである。

従つて耐圧の要求は２ＶＰ−ＶｎＥとなり、これはＢＢ
Ｄの要求に等しい。本発明はこのような点にかんがみ、
簡単な構成で、耐圧の要求を変えずにダイナミックレン
ジの広い出力回路を提案するものである。

以下図面を参照しながら本発明の一実施例について説明
しよう。すなわち第４図において、コンデンサ１５の他
端が発振器１３に接続される。

またトランジスタ１４のベースが発振器２０に接続され
、この発振器２０から、信号φ２と同位相で信号φ″１
と同じ電位を取る信号φ″２が供給される。さらにトラ
ンジスタ１４のエミッタとコンデンサ１５の一端との間
にダイオード２１が接続される。この回路によれば、ト
ランジスタ１１において、信号の上限は、下限は、となり、ダイナミックレンジはとなる。

従つてこの回路において、ダイナミックレンジを、ＢＢ
Ｄよりも２ＶＢＥ広げることができるまたこのときの耐
圧の要求はトランジスタ１４及びダイオード２１の直列
回路において、であり、これはＢＢＤの要求より４ＶＢ
Ｅ高い。

しかし上述の回路においてダイオード２１が設けられ、
ここで所定の電圧降下を得ることにより、トランジスタ
１４の耐圧の要求を２Ｖ，−■ＢＯにすることができる
。なおこの回路で、出力点の直流電位が、ＢＢＤの出力
電位より、高くなるが、これは後段回路等で容易に補正
することができる。

こうして本発明によれば、ダイナミックレンジが広く、
耐圧の要求がＢＢＤに等しい出力回路を構成することが
できる。

さらに上述の回路において、トランジスタ１４のベース
には、クロック端子７からの信号φ２を直接供給しても
よい。

その場合には、ダイナミックレンジはになるが、耐圧の
要求がとなつて、ダイオード２１で必要な電圧降下の量が２Ｖ
ＢＥになる。

また出力点の直流電位の上昇も２ＶＢＥに押えられる。
なお上述の回路においてトランジスタ１４とダイオード
２１の直列回路は、トランジスタのダーリントン接続等
の他の耐圧を上げる手段でもよい。

さらに本発明は、上述のバイポーラトランジスタによる
ＢＢＤに限らず、ＣＣＤなどの他のＣＴＤにも適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はＢＢＤの説明のための図、第３図は従
来の出力回路の接続図、第４図は本発明の一例の接続図
である。１１，１２はコンプリメンタリーなトランジスタ、１３
，２０は発振器、１４は出力トランジスタ、１５はコン
デンサ、２１はダイオードである。

Claims

【特許請求の範囲】

１電荷転送素子の任意の容量のコールドエンド側を相
補的な一対の第一及び第２の能動素子の互いに接続され
た被制御端子の接続点に接続し、これらの能動素子の制
御端子に上記電荷転送素子に供給されるクロック信号と
同位相の信号を供給すると共に、上記能動素子の電流路
に第３の能動素子を接続し、この第３の能動素子と上記
一対の能動素子との接点に容量素子の一端を接続し、こ
の容量素子の他端に上記一対の能動素子の制御端子と同
じ信号を供給し、上記第３の能動素子の制御端子にそれ
と逆相の信号を供給すると共に、上記第３の能動素子の
電流路に電圧降下手段を設け、上記容量素子より出力電
圧を取り出すようにした電荷転送素子の出力回路。