Устройство для вывода заряда с фотоприемной матрицы Советский патент 1984 года по МПК H04N3/14 

Изобретение относится к фотоприем )ной технике и может быть использовано при выводе зарядов с матричных формирователей видеосигнала. Известно устройство для вьшода за ряда с фотоприемной матрицы, содержащее последовательно соединенные детектор заряда, вход которого является выходом фотоприемной матрицы,и интегратор, к входу которого подключей также блок компенсации зарядов, выполненньй в виде ключа сброса lj. Недостатком устройства является значительный уровень теплового шума, связанный с ограниченными возможноетями уменьшения выходной емкости фотоприемной матрицы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для вывода заряда с фотоприемной матрицы, содержащее последовательна соединенные детектор заря да, вход которого является входом устройства, выходной транзистор, ключ выборки, усилитель и конденсатор выборки, а также блок компенсации заряда, выход которого соединен с управляющим входом выходного транзистора, а вход - с общей шиной устройства .Недостатком этого устройства является низкая чувствительность, обус ловленная значительной величиной шумов устройства из-за необходимости вдвое расширять полосу пропускания усилителя, вызванной двукратной выборкой заряда за интервал опроса одного элемента фотоприемной матрицы, ,а также неполной компенсацией заряда в блоке компенсации заряда, пред ставляющем собой ключ сброса, замыкаемый на общую щину, и обладающий дополнительной емкостью, которая уве личивает уровень тепловых шумов и уменьшает число зарядов сигнала, управляющих током выходного транзистор Цель изобретения - повышение чувствительности устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для вьшода заряда с фотоприемной матрицы, содержащем последовательно соединенные детектор заряда, вход которого является входом устройства, выходной транзистор, ключ выборки, усилитель и конденсатор выборки, а также блок компенсации заряда, выход которого соединен с управляющим входом выходного транзистора, вход блока компенсации заряда соединен с выходом ключа выборки. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - конструктивная реализация элементов устройства, выполненного на одном кристалле с фотоприемной матрицей на фиг. 4а , S , Ь - диаграммы сигналов, действующих на фазовых электродах фотоприеной матрицы и детекторе заряда, на фиг. 4 -г . диаграмма сигналов на выходе ключа выборки и на входе блока компенсации зарядов соответственно, на фиг. 4е - диаграмма сигнала на затворе выходного транзистора, i Устройство для вывода зарядов содержит детектор 1 заряда, выполненный, например, на МОП-транзисторе, и состоящий из выходного затвора 2 и выходного диода 3, выходной транзистор 4, предварительньй усилитель 5, ключ 6 выборки, усилитель 7, конденсатор 8 выборки, выходной усилитель 9, блок 10 компенсации заряда, состоящий из транзистора 11 сброса и аттенюатора 12. Вход устройства является выходом фотоприемной матрицы 13, причем на фиг. 3 показаны фазовые электроды 14 и 15 сдвигового регистра фотоприемной матрицы. ( Устройство для вьгаода заряда работает следующим образом. Зарядовые пакеты, появившиеся под действием освещения в отдельных ячейках фотоприемной матрицы, выполненной, например, на приборах с зарядовой связью (ПЗС), поступают в ее сдвиговый регистр и последовательно продвигаются к выходному затвору 2, управляющему поступлением зарядов в выходной диод 3, который соединен с затвором выходного транзистора 4. Ток, протекающий в канале выходного транзистора 4, определяется величиной заряда на его затворе, который равен сумме сигнальных и шумовых зарядов. Выходной сигнал выходного транзистора 4 усиливается в предварительном усилителе 5 и поступает на ключ 6 выборки, который открывается импульсами, подаваемыми на его управляющий вход в момент полного сброса сигнальных зарядов на затворе выходного транзистора 4. Выходной сигнал

ключа 6 выборки,имеющий вид узкого импульса, амплитуда которого пропорциональна сумме сигнальньк и шумовых зарядов на затворе выходного транзистора 4, усиливается в усилителе 7. и поступает на конденсатор 8 выборки где происходит его усреднение и интегрирование во времени. Действующее на конденсаторе 8 напряжения усиливается выходным усилителем 9 и поступает на вшсод схемы.

Кроме того, импульсный выходной сигнал ключа 6 выборки, длительность которого значительно меньше постоянной времени, предшествующей ключу выборки части схемы, через регулируемый при настройке аттенюатор 12 подается на затвор транзистора 11 сброса и обеспечивает прохозвдение через транзистор 11 сброса отрицательных зарядов от источника питания транзистора 11 сброса, количество которых пропорционально величине действующего на затворе транзистора сброса положительного сигнального заряда. С помощью регулируемого аттенюатора 12 подбирается такая величина сигнала на затворе транзистора 11 сброса.

чтобы количество компенсирующих отрицательных зарядов было равно числу положительных зарядов, действующих на затворе выходного транзистора 4.

На затворе выходного транзистора 4 действуют сигнальные заряды совместно с шумовыми зарядами, появившимися на емкости затвора выходного транзистора 4 вследствие теплового шума.

После замыкания ключа выборки шумовые заряды на емкости и сигнальные, заряды, поступившие на затбор выходного транзистора, компенсируются отрицательными зарядами через транзистор сброса, который управляется выходным сигналом ключа выборки. По5тому для следующего такта работы схемы можно считать, что выполняется нулевое начальное условие на емкости, что повьщ1ает чувствительность устройства.

В предлагаемом устройстве не используется двойная выборка и это позволяет не расширять полосу усиления усилителей, т.е. дополнительно снижается уровень шумов по сравнению с |известньм, что еще повышает чувствительность устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫГОДА ЗАРЯДА С ФОТОПРИЕМНОЙ МАТРИЦЫ, содержащее последовательно соединенные детектор заряда, вход которого является входом устройства, выходной транзистор, ключ выборки, усилитель и конденсатор выборки, a также блок компенсации заряда, выход которого соединен с управляюп им входом выходного транзистора, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, вход блока компенсации заряда соединен с вькодом ключа выборки. Гг у hi

fr

а

.

Г

-I

0- . , . . . . . . ,р„ , . « -.

г

г.