JPS6312588Y2 - - Google Patents

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JPS6312588Y2
JPS6312588Y2 JP15416584U JP15416584U JPS6312588Y2 JP S6312588 Y2 JPS6312588 Y2 JP S6312588Y2 JP 15416584 U JP15416584 U JP 15416584U JP 15416584 U JP15416584 U JP 15416584U JP S6312588 Y2 JPS6312588 Y2 JP S6312588Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は遅延素子として電荷転送素子を用いた
巡回型フイルタ装置に関するものである。
〔従来の技術〕
巡回型フイルタ装置は、入力信号に所定の遅延
を与え、かつ所定の重み係数を付与して入力側に
帰還合成する回路により構成される。遅延素子と
して電荷転送素子(Charge Transfer Device、
以下CTDと略記する)を用いた巡回型フイルタ
装置もすでに提案されている。
第1図に従来の巡回型フイルタの一例を回路系
統図として示した。本図において入力端子1に印
加された入力信号は第1加算回路2を通つたのち
2路に分かれ、その片方は第1遅延回路3および
第2遅延回路4を通過することにより遅延せしめ
られるが、上記両遅延回路3,4の間でさらに分
岐されて図示のごとく重み付け回路5および8へ
それぞれ入る。すなわち第1遅延回路3を出た信
号は該遅延回路3と第2遅延回路4との間で3路
に分岐されることになる。ゆえにこの部分にはバ
ツフア回路を要する。
また前述の第1加算回路2を出た信号の一部は
重み付け回路7を経て第2加算回路10に入る。
さて第2遅延回路4を出た信号はふたたび2路
に分かれてその片方は重み付け回路6に、他方は
重み付け回路9に入る。以下便宜上5系統の重み
付け回路5〜9を符号順にそれぞれ第1〜第5重
み付け回路と呼ぶことにする。第1加算回路2に
おいては第1重み付け回路5および第2重み付け
回路6の出力が入力信号に加算され、第2加算回
路10においては第3加算回路7、第4加算回路
8、第5加算回路9それぞれの出力が加算されて
加算の結果が出力信号、すなわち波ずみの信号
として出力端子11から取出される。
第1図に示した回路において第1〜第5重み付
け回路により付与される重み係数をそれぞれA1
A2,B0,B1,B2とすれば、第1図の回路のZ変
換表示による伝達関数は G(Z)=B0Z2+B1Z+B2/Z2+A1Z+A2 …(1) となる。ただし、Z=ε−jωτ1は一段あたりの遅
延時間)である。
第1図から明らかなように、この回路はイ,
ロ,ハのごとく信号の分岐点が多く、かつ加算回
路を2系統必要とするため回路構成が複雑である
という欠点を有している。
そこで、上記欠点を解決するため、以下のよう
な構成が考えられる。なお以下各図において同等
部分には同一符号を用いる。
第2図は第1図に示した従来の巡回型フイルタ
装置と同一の波特性を有するように構成された
ものを回路系統図として示したものである。本図
において21はCTDであつて、D1〜D5はその各
ビツトを示し、矢印ニは電荷の転送方向を示す。
入力信号は入力端子22に印加され、3系統の重
み付け回路25,26,27を同時に通過してそ
れぞれCTD21の第1、第2、第3ビツトD1
D2,D3に注入される。上記3系統の重み付け回
路によつて付与される重み係数はそれぞれB0
B1,B2である。最終ビツトD5から出る出力は重
み付け回路23および24を通つてCTD21の
第4および第5ビツトD4およびD5にそれぞれ注
入される。上記両重み付け回路23,24の与え
る重み係数はそれぞれA1およびA2であつて、出
力信号は出力端子28から取り出される。
第2図は実施例装置の伝達関数を、Z変換形式
によつてH(Z)と表示すれば下式のようになる。
H(Z)=Z-3B0Z2+B1Z+B2/Z2+A1Z+A2 …(2) 上記(2)式の成立する理由を以下に簡単に説明す
る。いま第2図において入力電圧をV1、出力電
圧をV2とそれぞれ表記すれば V2=(B0Z-3+B1Z-4+B2Z-5)V1 −(A2Z-2+A1Z-1)V2 …(3) が成立する。(3)式から V2/V1=Z-5(B0Z2+B1Z+B2)/Z-2(Z2+A1Z+A2
…(4) となり、(4)式からただちに前掲の(2)式を導くこと
ができる。よつて証明された。
上記(2)式を(1)式と比較すれば明らかに H(Z)=G(Z)・Z-3 である。したがつて第2図の装置の波特性は一
定の時間遅れを除き第1図に示した従来の巡回型
フイルタ装置と完全に同一であることが明らかで
ある。反面において、重み付け回路23〜27を
符号順にそれぞれ第1〜第5重み付け回路と呼ぶ
ことにすると、第1、第2両重み付け回路および
第3〜第5重み付け回路は図から明らかなように
それぞれ入力側を並列接続してその接続点に所要
の信号を印加するのみでよく、バツフア回路は不
要である。
ただし第2図は原理的構成を示したものにすぎ
ず、実際に逆極性の加算すなわち減算を行うには
正極性の加算を行うCTDと別系統のCTDを付設
して該別系統のCTDに所定の絶対値を有する重
み係数を付与した信号を注入し、さらに上記両
CTDの出力の差を取ればよい。このような場合
の回路系統図を第3図として示した。
第3図においてCTD21には第2図の場合と
同様に第3〜第5重み付け回路25,26,27
から信号が注入されるが、CTD21とは別に
CTD29が設けられており、この両者をそれぞ
れ第1CTDおよび第2CTDと呼ぶことにする。第
2CTD29は転送段数が2段だけであり、その各
ビツトDaおよびDbにはそれぞれ第1および第2
重み付け回路23,24の出力が注入される。上
記両CTDを共通の転送電圧で駆動し、その出力
信号を差動増幅器30の2個の入力端子30aお
よび30bにそれぞれ印加して上記2系統の信号
の差に比例する出力を出力端子28から取り出す
ようにすれば、この回路の伝達関数は(2)式で示し
たものと同一になる。
つぎに第4図は入力信号に付与する重み係数中
に負のものがあり、出力信号に付与する重み係数
中に正のものがある場合の回路系統図を示したも
ので、この場合にも負係数を付与すべき重み付け
回路の出力を第2CTDに注入すればよい。ただし
本実施例において第2CTD29Aは転送段数4段
となつている。なお便宜上該第2CTD29Aの各
ビツトをδ1からδ4までとし、かつ各重み付け回路
の符号を31〜35とした。本図の装置の伝達関
数をF(Z)とすれば F(Z)=Z-3K0Z2−K1Z+K2/Z2−C1Z+C2 …(5) となる。
第4図に系統図として示した巡回型フイルタ装
置を、半導体たとえばシリコンから成る基板上に
形成した場合の要部上面図を第5図として示し
た。本図においては、特開昭52−55478号により
公開されてすでに周知となつている。蛇行状の電
荷転送路を有する電荷結合装置(以下蛇行型
CTDと言う)を転送用CTDとして用い、また重
み係数の付与は信号入力チヤネルの面積調整によ
り行つている。以下各部につき一層詳細に説明す
る。
第5図において電荷堰(Channel Stop)36
は蛇行型CCD21および29Aの外周を画定し
ており、図の垂直方向に延長している短い電荷堰
36aと、図に示されていない帯状の転送電極と
によつて電荷はチヤネル内を矢印ホで示すごとく
蛇行状の経路に沿つて転送されて行く。中央部の
水平方向に延長する長い電荷堰36bは第1CTD
21と第2CTD29Aとの境界となつている。
信号電圧の電荷への変換と、CTD内への注入
は周知の2重ゲート方式により行い、重み係数の
付与手段としては重み係数の絶対値に比例する長
さを有するチヤネル内に一旦電荷を蓄え、しかる
後この電荷をCTD内に注入する方式によつてい
る。すなわち図中のゲート電極37および38に
は入力端子22を介して同時に入力信号が印加さ
れ、ゲート電極39および40には出力端子28
に現れる出力信号が同時に印加される。そして他
の2個のゲート電極41および42の下には付与
すべき重み係数の絶対値に比例する長さの細長い
チヤネル31〜35が形成されており、上記ゲー
ト電極41および42に端子43を通して空乏層
形成用電圧を印加すれば、上記5本のチヤネル3
1〜35内にはその長さ、したがつて重み係数の
絶対値に比例する量の電荷がそれぞれソース領域
S1〜S5から流入して空乏層内に蓄えられる。よつ
て上記5本のチヤネルには第4図の各重み付け回
路と同一の符号を付した。
この各チヤネル内に蓄えられる電荷の量はチヤ
ネルの長さと、ソース領域−チヤネル端部間に介
在しているゲート電極の電位との双方に比例する
ことは周知である。よつて各チヤネル内に蓄えら
れる電荷の量が、重み係数を乗ぜられた信号電圧
(ただし第1チヤネル31および第2チヤネル3
2においては出力端子28の電圧)に比例するこ
とがわかる。
上述のようにして両CTD21,29A内に注
入された電荷を転送していつて右端の出力ゲート
電極44および2個のドレイン領域R1,R2をそ
れぞれ介して取出し、差動増幅器30の入力端子
30aおよび30bに印加すれば、目的とする出
力電圧が出力端子28から得られる。なおPは各
ソース領域S1〜S5へのストローブパルス印加用端
子、Qは出力ゲート電極44に対する制御電圧印
加用端子である。
〔考案が解決しようとする問題点〕
上述したように、第5図に示した従来の巡回型
フイルタにあつては、2系統の出力をソースホロ
ワ(図示せず)等で電圧に変換し、更に差動増幅
器で差を取る必要があつた。
また、取り扱い信号量は係数合金の大きい方の
電荷量で制限され、この値はCCDの最大転送電
荷量で一意的に決まつてしまうという欠点があつ
た。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案は上記問題点を解消した簡易構成の巡回
型フイルタを提供するもので、その手段は、同時
に転送動作する2系統の電荷転送素子と、入力信
号が印加される入力端子と、瀘波ずみの出力信号
を取り出す出力端子と、前記2系統の電荷転送素
子の一方の所定ビツトに電荷的に結合される正の
重み付け回路群と、他方の電荷転送素子に設けら
れた負の重み付け回路群とを備え、前記正負の重
み付け回路群の一部には入力信号が同時に印加さ
れ、残りの回路群には出力信号が同時に印加され
るよう構成された巡回型フイルタ装置において、
前記2系統の電荷転送素子は電荷堰により蛇行状
の電荷転送路を有するとともに平行に隣接配置さ
れ、かつ2系統の電荷転送素子の各ビツトは信号
電荷が混合されて転送されるよう互いに連通する
よう構成され、かつ前記重み付け回路は第1およ
び第2電極からなる2重ゲート構造を有し、前記
入力信号および出力信号が正の重み付け回路群の
それぞれ第1電極と、負の重み付け回路群のそれ
ぞれ第2電極とに同時に印加されるように構成し
たことを特徴とする巡回型フイルタ装置によつて
なされる。
〔作用〕
上記のような重み付け回路に対する入力信号お
よび出力信号の接続により、正負重み付け回路に
おける信号電圧に対する電荷量の関係は反比例と
なり、注入された電荷を混合状態で転送し、単一
の出力部から取り出せば、従来のように差動増幅
器を必要とせず、かつ取り扱い信号量も2倍とな
る。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本考案の実施例を詳細に
説明する。
第6図は本考案の一実施例を示す上面図であり
2重ゲートによる入力電荷注入方式の原理を応用
してCTDへの電荷注入を差動方式で行い、以つ
て差動増幅器を省いた実施例を示したものであ
る。本実施例においては第1および第2CTDには
境界がなく、図の上下の重み付け用チヤネル31
〜35からそれぞれ注入された電荷は転送の途次
において転送用チヤネルの中央部(転送電極φ2
下)で完全に混合する。なお36cは電荷堰であ
つて、以前第5図において示された短い電荷堰3
6aに相当するが、第5図の中央の長い電荷堰3
6bは第6図の実施例には存在していない。
また、転送電極φ1,φ2は上下のCTDに共通と
なつている。
本実施例においては入力端子22は第3および
第5両ソース領域に近いゲート電極45、および
第4チヤネル34上のゲート電極46にそれぞれ
つながつている。また出力端子28は第1ソース
領域S1に近いゲート電極47、および第2チヤネ
ル上のゲート電極48につながつている。また他
の2個のゲート電極49および50は互いに異な
る所定の直流電位にそれぞれ保たれる。U1およ
びU2は上記両ゲート電極49および50にそれ
ぞれ所要の直流電圧を印加するための端子であ
る。
第7図は第6図の正係数チヤネルと負係数チヤ
ネルにおける電位分布図である。
上述したように、ゲート電極49には高い直流
電圧が、ゲート電極50には低い直流電圧が印加
され、入力信号がゲート電極45および46に同
時に印加される。従つて、正係数付与用チヤネル
33,35での電荷量が増えれば、負係数付与用
チヤネル32,34での電荷量が減少するという
関係となる。
本考案の実施例においては、注入された電荷を
転送電極φ2下において混合状態とし、単一のド
レイン領域52から出力ゲート電極51を介して
取り出せば、入力端子−出力端子間の伝達関数は
第5図の場合とまつたく同一となり、従つて同一
の瀘波特性を実現することができる。
また、本考案は取り扱い信号量が最大転送電荷
量の2倍と増大し、信号処理が容易となる効果も
併せて持つている。このことについて以下に詳細
に述べる。
第8図はローパスフイルタの直流特性を示す図
であり、横軸は入力端子22に印加する入力電圧
を、縦軸は転送電荷量を示す。直線aは正係数チ
ヤネルの、直線bは負係数チヤネルの、また直線
cはこれらの合計の総信号電荷量を表している。
この図から分かるように、正係数チヤネルと負
係数チヤネルの総信号電荷量は入力電圧に対して
その傾斜が逆となるので、取り扱える信号電荷量
は最大転送電荷量Qmaxの2倍となる。
ちなみに、第5図に示した従来の巡回型フイル
タの直流特性を第9図に示す。
この図から分かるように、取り扱い信号量は重
み係数合計の大きい方の電荷量(この場合は正係
数チヤネルの総信号電荷量)で制限され、かつ負
係数チヤネルは最大転送電荷量の1/3程度しか利
用されないことになる。
〔考案の効果〕
本考案に係る巡回型フイルタ装置は信号電圧を
重み付け回路に加える接続方法を好適に行うこと
により差動増幅器を省略することが可能となり、
結局フイルタ装置全体を1枚の半導体基板上に集
積化することができる。また、取り扱い電荷量も
従来に比べ2倍と大きくなり、信号処理が容易と
なる等の効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の巡回型フイルタ装置の回路構成
を示すブロツク図、第2図は従来の基本的等価回
路を示すブロツク図、第3図は第1図の従来例の
等価回路を示すブロツク図、第4図は第2の従来
例の等価回路を示すブロツク図、第5図は第4図
の回路を集積化した電荷堰および電極の形状を示
す要部上面図、第6図は本考案の一実施例を示す
要部上面図、第7図は第6図の正係数チヤネルと
負係数チヤネルにおける電位分布図、第8図は本
考案のローパスフイルタの直流特性図、第9図は
第5図に示した従来のローパスフイルタの直流特
性図である。 1:入力端子、2:第1加算回路、3および
4:遅延回路、5〜9:重み付け回路、10:第
2加算回路、21:CTD、22:入力端子、2
3〜27:重み付け回路、28:出力端子、2
9:第2CTD、31〜35:重み係数付与用チヤ
ネル、36:電荷堰、S1〜S5:ソース領域、R1
およびR2:ドレイン領域、φ1,φ2:転送電極。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 2系統の電荷転送素子と、入力信号が印加され
    る入力端子と、瀘波ずみの出力信号を取り出す出
    力端子と、前記2系統の電荷転送素子の一方の所
    定ビツトに電荷的に結合される正の重み付け回路
    群と、他方の電荷転送素子に設けられた負の重み
    付け回路群とを備え、前記正負の重み付け回路群
    の一部には入力信号が同時に印加され、残りの回
    路群には出力信号が同時に印加されるよう構成さ
    れた巡回型フイルタ装置において、 前記2系統の電荷転送素子は電荷堰により定め
    られた蛇行状の電荷転送路を有するとともに平行
    に隣接配置され、かつ2系統の電荷転送素子の各
    ビツトは信号電荷が混合されて転送されるよう互
    いに連通して構成され、かつ前記重み付け回路は
    第1および第2電極からなる2重ゲート構造を有
    し、前記入力信号および出力信号が正の重み付け
    回路群のそれぞれ第1電極と、負の重み付け回路
    群のそれぞれ第2電極とに同時に印加されるよう
    に構成したことを特徴とする巡回型フイルタ装
    置。
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