Электростатика

4.2.2. Цифровые процессоры на ПЗС-структурах 
 
Цифровые
ПЗС предназначены для обработки сигналов в 
виде дискретных функций,и их можно разделить на структуры 
для арифметико-логической обработки информации и структу-
ры для хранения информации - запоминающие устройства. 
В цифровые ПЗС можно включить регистры сдвига, логи-
ческие и арифметические устройства, запоминающие устройст-
ва. В них информация представляется двумя уровнями зарядов, 
локализованных в потенциальной яме под затвором. Состояние 
логической единицы определяется максимальным зарядовым 
пакетом в яме, состояние логического нуля - отсутствием заряда 
или величиной фонового заряда. Следует заметить, что цифро-
вые устройства ПЗС являются устройствами динамического ти-
па, т. к. необходима регенерация информации. 
К основным аналоговым операциям относятся сложение, 
вычитание, умножение, умножение на весовой коэффициент, 
дифференцирование, интегрирование. Операцию аналогового 
сложения в зарядовой форме можно произвести различными 
способами, зависящими от конструкции ПЗС. В схемах парал-
лельного сложения зарядовые пакеты величиной
Q
1
,Q
2
и
Q
3
,
пе-
редаются по 
п
-параллельным каналам ПЗС (рис. 4.15,
а
)
.
Сум-
мирующий элемент должен иметь зарядовую связь с элемента-
ми цепочек. Суммирование осуществляется в процессе слияния 
всех зарядов
q,
из параллельных цепочек в потенциальную яму 
суммирующего элемента, т. е. 
q
1
 + q
2
 + ... + q
n
 = Q <С
(
U
ф
 
-U
см
)
, 
(4.13) 

---

141 
где 
Q
- суммарный заряд, который должен уменьшаться в 
потенциальной яме суммирующего элемента емкостью
С
. 
В схеме последовательного сложения между суммирую-
щими последними тактовыми электродами расположен экрани-
рующий электрод, создающий потенциальный барьер и препят-
ствующий обратной передаче зарядов из суммирующего эле-
мента (рис. 4.15, 
б
). На суммирующий затвор подается им-
пульс
Ф
длительность которого больше периода следования 
тактовых импульсов. На срезе распределения фазы
Ф
з
,
очеред-
ной зарядовый пакет перетекает через экранирующий элемент в 
потенциальную яму суммирующего элемента и складывается с 
ранее переданными зарядами. Зарядовая емкость суммирующе-
го элемента определяется условием: 
 
 
 
(4.14) 
Рис. 4.15. Схемы суммирования зарядовых пакетов:
а
- параллельный;
б
- последовательный;
в
- на плавающих затворах 
Аналогичным способом зарядовые пакеты можно сумми-
ровать в плавающей диффузионной области. В каждый элемент 
поступает определенный зарядовый пакет. На общей шине на-
ходится емкостная нагрузка. Используя принцип суперпозиции, 
можно вычислить изменение потенциала при суммировании 
зарядового пакета на общей шине нагрузочной емкости. 

---

142 
Полное изменение потенциала при поступлении зарядо-
вых пакетов во все элементы определяется выражением: 
.
 
 
(4.15) 
Таким образом, выходной сигнал на плавающей шине бу-
дет пропорционален сумме зарядовых пакетов. Этот прием по-
зволяет производить суммирование без разрушения зарядового 
пакета. 
Операцию вычитания аналоговых сигналов можно произ-
водить различными способами (рис. 4.16). Одним из способов 
является формирование пакета заряда, пропорционального раз-
ности напряжений на электродах (рис. 4.16,