Формирователь кодированных сигналов

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности, к фотоэлектрическим схемам с зарядовой связью, и может быть использовано в системах обнаружения , передачи и анализа изображений , в вычислительной технике.

Цель изобретения - упрощение конструкции формирователя кодированных сигналов .

На фиг. 1 представлена электрическая схема формирователя; на фиг. 2, 3, 4 приведена структурная схема и эпюры потенциальных ям, индуцируемых в полупроводниковой подложке поданными на электроды напряжениями; на фиг. 5 и 6 представлены временные диаграммы напряжений .

Линейка фоточувствительных элементов 1 содержит фотодиоды 2, барьерные электроды 3. накопительные электроды 4,

затворные электроды 5. Блок коммутации управляющих напряжений содержит транзисторы сброса Тс, стоки которых объединены шиной 6, а затворы шиной 7. Блок кодирования содержит парные горизонтальные шины, объединяющие электроды 8, 11, 14, в соответствии с функцией, по которой производят кодирование, горизонтальные шины переноса 9, 10, 11, 12,13, 15, ряд стоков 16, стопорные диффузионные шины 17, шины для подачи фазных напряжений 18 и 19.

Те электроды 8, 11,14, которым соответствует значение функции кодирования wal (k, х)1, присоединены к шине, соединенной с источником транзистора Тс, а те электроды 8, 11, 14, которым соответствует значение wal (k, x)0, присоединены к шине, непосредственно связанной с шиной 6.

1 VI

00 00

ю

Сл)

Блок коммутации сигнальных напряжений содержит стоки 20, затворы стоков 21, опорные электроды 22, входные электроды 23,24,25, барьерные электроды 26, накопительные электроды 27, затворные электроды 28, электроды выходного регистра 29,30, 31, барьерный электрод регистра 32, плавающий электрод 33, затвор регистра 34, сток регистра 35, слой диэлектрика 36, полупроводниковую подложку 37, транзистор сброса регистра ТСр, выходной регистр Тв.

На фиг. 2-6 обозначают ti, t2 и т.д. последовательные моменты времени, U-на- пряжения на электродах, индексы U соответствуют номерам позиций. Штриховка показывает уровень заполнения потенциальных ям зарядами, а стрелки - направление переноса этих зарядов.

Представленное на фиг. 1 устройство может быть выполнено интегрально по известной технологии полупроводниковых схем на МДП-транзисторах.

Пусть х обозначает порядковый номер фоточувствительного элемента, отсчитанный по оси х, a k обозначает порядковый номер элементарной функции из семейства функций Уолша. Числа х и k принимают значения от 0 до N-1. Разложение по Модифицированным функциям Уолша имеет вид

N -1

UM- 2 F(x)wal (k,x),

X 0

где wal(k,x) (k,x)+1J- модифицированная функция Уолша, wal(k, x) - классическая функция Уолша, F(x) - величина, пропорциональная освещенности фоточувствительного элемента с координатой х, U(k) - величина импульса выходного напряжения (кодированного сигнала), соответствующего элементарной функции с порядковым номером k.

Задача пространственного ортогонального преобразования, т.е. формирования кодированных сигналов, состоит в том, чтобы на выходе прибора получить сигналы, величина которых представляет значения трансформант, т.е. U(k) для k от 0 до N-1. Функция Уолша wal(k, х) принимает только два значения: +1 или -1. Поэтому модифицированная функция Уолша wal(k, х) принимает только два значения: 0 или +1. Это означает, что для каждого отсчета UM но выполнить единственное действие- получить сумму сигналов с тех фоточувствительных элементов, для которых wal (k, х)1.

Представленное устройство функционирует следующим образом.

Световое изображение, проецируемое на линейку фоточувствительных элементов

1, генерирует в ее фотодиодах 2 электронно- дырочные пары, которые разделяются на p-n-переходе. Неосновные заряды через потенциальную яму под барьерным электродом 3 перетекают в более глубокие потенциальные ямы под электродами накопления 4. Дальнейшему их перетеканию препятствует потенциальный барьер, индуцированный поданным на затворный электрод 5 напряжением. Пусть для примера формирование сигнала U(k) происходит на ряду электродов 8, т.е. в первом каскаде блока кодирования. К моменту времени накопление зарядов завершается. Транзисторы сброса Тс, стоки которых присоединены к

шине б, находящейся под постоянным напряжением , а затворы присоединены к шине 7, в момент ti отпираются. На всех парных шинах,-присоединенных к электродам 8, 11, 14, устанавливается одинаковое

напряжение. В момент времени t2 подают отпирающее напряжение на затворы 21.

В момент времени тз подают запирающее напряжение на транзисторы Тс и оставляют присоединенные к их истокам шины

под плавающим потенциалом. В этот же момент времени снимают напряжение с диодов 20, откуда заряды переходят под опорные электроды 22, находящиеся под постоянным напряжением, и под входные

электроды 23, 24, 25, заполняя индуцированные ими потенциальные ямы. Электрод 3 запирают, а электрод 5 отпирают. Заряды Q(x) смещаются в направлении блока кодирования .

В момент времени IA напряжения на стоках 20 возвращают к исходному состоянию . Заряды, ранее поступившие из стоков 26 в потенциальные ямы электродов 21, 23, 24, 25, возвращаются обратно в стоки 20.

При этом под электродами 23,24, 25 остается часть зарядов, заполняющая их ямы до уровня потенциала под электродами 22, т.е. происходит уравнивание потенциалов под входными электродами 23,24,25 с постоянным потенциалом под опорными электродами 22. В этот же момент времени запирают электрод 4 и смещают заряды по направлению к электродам блока кодирования. В момент времени ts запирают затворы 21, а в

момент времени te отпирают электрод 26 и тем самым подготавливают путь для переноса зарядов из-под входных электродов 23, 24, 25 в потенциальные ямы электродов накопления 27.

В момент времени t подают запирающее напряжение на электрод 5. Заряды Q(x) вытесняются под ряд электродов 8, изменяя потенциал той шины, которая присоединена к истоку транзистора Тс и оставлена под плавающим потенциалом. Изменение потенциала соответствует Q(k) суммарному заряду , перешедшему под электроды плавающей шины, и равно

U(k) Е Q (х) wal(k,x),

где С - емкость плавающей шины с присоединенными к ней электродами.

На такую же величину U(k) уменьшается глубина потенциальной ямы под электродом 23. Из этой ямы в потенциальную яму под электродом накопления 27 вытесняется заряд Qc(k)CBLf(k), где Св- емкость входного электрода 23.

В последующие моменты времени заряды Q(x) перемещаются вдоль столбцов блока кодирования к рядам электродов 11, а затем к рядам электродов 14. Синхронно с этими перемещениями происходят повторные процессы формирования сигнальных зарядов Qc(k) для очередных значений k. Под действием фазных напряжений, подаваемых на шины 29,30,31, заряды последовательно перемещаются вдоль регистра к его выходному устройству, которое формирует импульсы выходного сигнала, соответствующие по размаху величине Qc(k) в последовательности их вывода:

Uc(k)-W csu(k) ев у Q м wal(ltiX)

VX1Wl x о

где Сп - емкость плавающего электрода 33 с учетом присоединенных к нему элементов схемы.

Так как Q(x) 4 F(x), то импульсы напряжения выходного сигнала

N-1

Uc(k)- A Ј F(x)wal (k,x),

X О

где А - коэффициент преобразования.

Таким образом, представленное устройство производит разложение сигналов изображения по модифицированным функциям Уолша.

Формула изобретения

Формирователь кодированных сигналов , содержащий блок кодирования, вклю- чающий парные горизонтальные шины с присоединенными к ним электродами, блок коммутации, включающий транзисторы

сброса, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, одна шина в каждой из парных горизонтальных шин присоединена к истоку транзистора сброса, а другая - к его стоку, и дополнительно введены ПЗС-регистр и по числу парных горизонтальных шин преобразователи напряжения в заряд, при этом к входу каждого преобразователя присоединена та горизонтальная шина из пары, которая соединена с истоком

транзистора сброса, а его выход соединен зарядовой связью с ПЗС-регистром.

9 IB

I

26 27o28

30

J/

H

5 4 3

а нс

cp

r-TU

/

35

32Л 34

fe/

2 3 4 5 В 3 Ю 11 12 13 U 1536

1м irVlf I Гч Г /IHi Pi I ГП У

37

L

tg

12

I

lim.iiiiiiiiiilia iI

43

Фиг. 2

16

IГ

IГ

md

I LГ

J I

J

/

I

nd

т

ЈЈ

Ьн-J

Ту

$Ј I Ј

У

1

14

LJ йД

S2; Щ Щ

щ

я,

«J 7

3

й

°№

/Ј

Г г

жт

1

ддлпп ШД

ишп

.01} «J

ТТГПТГПГ

I

I

шип

шш

ШПБ

уттт

г/;

f; г

I- Ljy JuyJiYJ1-V:- --V- ЙГ 91 К tt

U К II 01 9Ј

C288UI

t3 tj

stfij

tg tut

ta

чп

7f

i/7

№

«7 t5

LP U

в|У lЈ«.

U26 I

u

uTN

Фиг. 5

20

4J

HJ

и

u

U U П

U%eLJ

7ЛП

-го

%

tl

21 tzfy

и

29

tj7 tzQ tz3 tz6

tl3 tzz tzs

tzit tZ5

и

TCP

U

tzo

UTS

Lr

i rWi ГЖ

Фиг.6

U

м

U

tZb