|
а
). В этом случае
используются перекрестные связи затворов, которые управля-
ются напряжениями аналоговых сигналов
U
1
и
U
2
. Если
U
1
>
U
2
,
то в верхнюю цепочку элементов заряд не поступает вследствие
более глубокой потенциальной ямы в первом элементе верхней
цепочки по сравнению со второй.
Рис. 4.16. Схемы вычитания зарядовых пакетов:
а
- с перекрестными связями;
б
- с зарядом смещения;
в
- на плавающих затворах
Таким образом, после этапа экстракции электроны будут
экстрагированы обратносмещенной
п
+
-областью истока. В ниж-
нюю цепочку будет введен зарядовый пакет величиной
143
q
2
= SC
(
U
1
- U
2
)
, q
1
= 0.
(4.16)
Для случая
U
1
2
заряд вводится только в верхнюю цепоч-
ку, т. е.
q
1
= SC
Д
(
U
2
– U
1
)
, q
2
= 0.
(4.17)
Итак, разность двух сигналов (
U
2
– U
1
) формируется в
нижней цепочке, если разность положительная, и в верхней -
при отрицательной разности. При считывании сигналов из обе-
их цепочек можно определить как разность потенциалов
U
1
-
U
2
, так и знак этой разности.
Другой способ предусматривает представление входных
сигналов в виде зарядовых пакетов. Разностный сигнал преоб-
разуется в нужную форму: в виде заряда или напряжения (рис.
4.16,
б
). Во входной элемент инжекции - экстракции вводится
фиксированный зарядовый пакет
q
0
.
Этот заряд делится между
двумя элементами, затворы которых находятся под напряжени-
ем
U
1
и
U
2
.
При достаточно медленном спаде напряжения на шине
Ф
2
соблюдаются квазистатические условия передачи. Это означает,
что поверхностный потенциал шины
Ф
2
и электродов
U
1
и
U
2
одинаковы и
1
=
2
. Если
S
1
=
S
2
= S,
(4.18)
q
1
= q
2
= q,
(4.19)
то
q
1
=
1/2[
q
0
+ SC
Д
(
U
1
– U
2
)],
(4.20)
q
2
=
1/2[
q
0
+ SC
Д
(
U
2
– U
1
)].
(4.21)
Таким образом, в верхней и нижней цепочке электродов
будут передаваться заряды, отличающиеся от половинного за-
ряда
q
0
/2 на величину, пропорциональную разности входных
144
сигналов (
U
1
-
U
2
). При считывании выходной сигнал будет
смещен относительно среднего уровня, соответствующего
q
0
/
2
(при
U
1
=
U
2
), на величину, пропорциональную (
U
2
– U
1
).
Операцию вычитания можно реализовать на плавающих
затворах (рис. 4.16,
в
). При этом используется эффект умноже-
ния потенциала затвора при передаче зарядового пакета в эле-
мент с плавающим затвором. Если объединить два плавающих
затвора и в один вводить заряд
q
1
, а из другого выводить заряд
q
2
,то заряд
q
1
вызовет понижение потенциала, а выводимый
заряд
q
2
- повышение потенциала плавающего затвора. Резуль-
тирующее изменение потенциала плавающей шины будет про-
порционально разности зарядовых пакетов, передающихся по
верхним и нижним цепочкам.
Операцию дифференцирования можно реализовать путем
соединения плавающих затворов двух соседних разрядов (рис.
4.17,
а
)
.
При этом зарядовый пакет
Q
n
(
nT
) из элементов1 экстра-
гируется и вызывает увеличение потенциала
U
A
,
одновременно в
элемент2вводится зарядовый пакет
Q
n
[(
n
+ 1)
T
], соответствую-
щий следующей выборке сигнала. На плавающей шине форми-
руется сигнал, пропорциональный разности двух зарядов или
производной передаваемого аналогового сигнала.
Операция интегрирования сигнала является обратной опе-
рации дифференцирования и осуществляется суммированием
(накоплением) зарядовых пакетов.
На ПЗС-структурах выполняют аналогово-цифровые и
цифроаналоговые процессоры, мультиплексоры и демультип-
лексоры.
Мультиплексор, например, служит для временной задерж-
ки и накопления информации (рис. 4.17,
б
). Тактовая частота
подбирается таким образом, чтобы задержка между отдельными
входами была равна времени перемещения изображения между
входными приемниками. При этом происходит когерентное
сложение зарядовых пакетов. Важно отметить, что шумы скла-
дываются некогерентно.
145
Логические ячейки и операции могут быть реализованы с
помощью комбинации уже рассмотренных устройств, предна-
значенных для арифметических операций.
Рис. 4.17. Схемы дифференцирования и умножения
сигналов (
а
) и мультиплексора (
б
)
Подадим на входные электроды в отдельности или на оба
сразу напряжение, соответствующее логической единице. Воз-
никающий зарядовый пакет также будет иметь величину, соот-
ветствующую логической единице (рис. 4.18). С любого из
входов
X
1
или
Х
2
зарядовый пакет
,
благодаря зарядовой связи пе-
ремещается под общий электрод и далее индицируется как ло-
гическая единица. Если же логическая единица подается сразу
на оба входа, то на общем электроде будет удвоенный заряд.
Для преобразования такого удвоенного зарядового пакета в за-
рядовый пакет, соответствующий логической единице, форми-
руется регулируемый сток заряда. Он отделяется от потенци-
альной ямы под общим электродом с помощью потенциального
барьера в виде ионно-легированной области.
Высота барьера выбирается такой, чтобы в потенциальной
яме оставался зарядовый пакет, строго соответствующий логи-
ческой единице. Стоком является обратносмещенный
р-п
-
переход.
На рис. 4.18,
а
представлена логическая ПЗС-ячейка, вы-
полняющая операцию логического сложения (ИЛИ).
146
Логическая ячейка для операции логического умножения
(И) строится аналогично ячейке типа ИЛИ. За время действия
напряжения фазы
Ф
1
потенциальные ямы образуются под элек-
тродами
D
и
С
. Под электрод
С
заряд попадает только в том
случае, если на оба входа
X
1
и
Х
2
подаются одновременно заря-
довые пакеты, соответствующие логической единице. По окон-
чании действия фазового напряжения
Ф
1
начинает действовать
напряжение
Ф
2
.
Этим напряжением зарядовый пакет перемеща-
ется на выход из-под электрода С, а из-под электрода
D
перево-
дится в обратносмещенную область и затем экстрагируется. По
такому принципу конструируются логические ячейки, выпол-
няющие комбинацию логических функций. Малые размеры ло-
гических ячеек позволяют формировать сложные арифметико-
логические устройства.
Рис. 4.18. Логические ПЗС-ячейки:
а
- схема реализации
функции ИЛИ;б - функции И
Do'stlaringiz bilan baham: |
