Устройство обработки информации на приборе с зарядовой связью Советский патент 1993 года по МПК H01L27/148 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в передающих телевизионных устройствах для текущей обработки видеосигналов.

Известно устройство обработки информации на приборе с зарядовой связью (ПЗС), состоящее из секции накопления, секции хранения выходного сдвигового регистра с устройствами ввода информации и выходного сдвигового регистра с устройством вывода информации.

Недостатком такой конструкции матрицы является невозможность выделения на выходных устройствах матрицы видеосигналов для дальнейшей текущей обработки.

Наиболее близким техкическим решением является устройство обработки информации на ПЗС, состоящее из трех входных регистров с пропускной способностьк) в двух взаимно перпендикулярных направлениях с общим входным устройством И трех матричных секций с аналогичными выходными сдвиговыми регистрамИу 8 трех элементах которых содержатся устройства неразрушающего считывания информации на основе плавающих затворов. Такая конструкция позволяет выделить на выходных устройствах матрицу сигналов размерностью 3 X 3, но нет возможности осуществлять обработку сигналов на кристалле С помощью преобразования Зобеля для выделения контуров на изображении, что сужает функциональные возможности устройства.

Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей устройства за счет реализации преобразования Зобеля на кристалле.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве обработки информации на ПЗС. состоящем их трех входных сдвиговых регистров с пропускной способностью в двух взаимно перпендикулярных направлениях с общим входным устройством и трех матричных секций с аналогичными по конструкции выходными сдвиговыми регистрами, а трех элементах которых содержатся основные устройства неразрушающего считывания информации на основе плавающих затворов, дополнительно содержится в первом и третьем выходных сдвиговых регистрах, в первых и третьих элементах с устройствами неразрушающего считывания информации, по одному дополнительному идентичмому устройству неразрушаЮщего считывания информации; атакже две схемы определения модуля разности и суммир ующий затвор, причем затворы основных устройств неразрушающего считывания информации соединены между собой в первом и третьем выходном сдвиговом регистре и подключены к входам первой схемы определения модуля разности, а затворы в первом и третьем элементах первого выходного сдвигового регистра дополнительных устройств неразрушающего считывания,информации соединены соответственно с затворами в первом и третьем элементах второго выходного сдвигового регистра основных устройств неразрушающего считывания информации и соответственно с затворами в первом и третьем элементах третьего выходного сдвигового регистра дополнительных устройств неразрушающего считывания информации и подключены к входам втррой схемы определения модуля разности. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства: на фиг,2 и 3 схема определения модуля разности: на фиг.4 - временная диаграмма управляющих напряжений.

Устройство обработки информации на ПЗС состоит из трех входных сдвиговых регистров 1,2,3 с общим входном устройством 4, Входное устройство представляет собой диффузионную область и два затвора. Входные сдвиговые регистры обладают пропускной способностью в Двух взаимно перпендикулярных направлениях и иден тичны по конструкции и размерам. Матричные секции 5i6,7 снабжены выходными сдвиговыми регистрами 8,9,10, идентичными по конструкции входным. В трех элементах каждого выходного сдвигового регистра находятся устройства неразрушающего считьгвания информации на основе плавающих затворов 11-22, В выходных сдвиговых регистрах 8ИО наход51тся дс полнитёльные устройства неразрушающего считывания информации с ;затвррами 14, 15 и 21, 22 срответственно. Основные затворы 11, 12, 13 соедйненьг между собой (точка К) и подключены к входу О пе}5вой схемм определения модуля разности. Основные затворы 18, 19, 20 соединены между собой (точка N) и подключены к входу Р Первой схемы определения модуля разности. Дополнительные затворы 21.14 соединены с основным затвором 16 (точка L) и подключены к входу S второй схемы определения модуля разности. Дополнительные затворы 15,22 соединены с основным 17 (точка М) и подключены к входу R второй схемы определения модуля разности. Конструктивно схема определения модуле разности представляет собой входную диффузионную область (входной 511406 диод) 23 и затворы переноса 24, 25, 26. причем затвор 24 соединен с затвором 27, а затвор 26 - с затво{Х)м 28. Вторая схема определения модуля разности имеет зналогичную конструкцию. Затворы 26,27,28,30 5 имеют зарядовую связь с суммирующим затвором 31. Устройство выполнено по трехСлойной поликремниевой технологии. Области, ограничивающие каналы переноса, образованы имплантацией мышьяка, |0 диффузионные области входных и выходных устройств- ионным легированием боpa; диэлектрическим покрытием служит двуокись кремния толщиной 0,12 мкм.. На временной диаграмме фиг.4 Ф1Р, ° Ф2Р и ФЗР - тактовые импульсы, которые подаются на электрод фаз регистров,ФШ, Ф2М. ЬЗМ - .на злектроды фаз матрицы;Д1Р- на входнбй диод входного уст- „о ройства 4 ):;Д2Р - на входной диод 23 схем определения модуля разности. Ф1Р на суммирующий затвор 31 (фиг.1). Участок А на вре«у|е«ной диаграмме тактовых импульсов обеспечивает ввод и считывание 35 информационного сигнала: участок Б - вертикальный перенос заряда. Амплитуды импульСовметрицыирешстров порядкаЮ В, нижнийуровёнь-13 В, верхний-ЗВ.Амплитуды импульсов Д IP и Д2Р - 3-4В. Обоз- зо начим матрицу информационных сигналов трех последовательных строк через 2а 2Ь 2с ri i 3f . 2 о 2h 2 Г . Введенйе дополнительных идентичных .. устройств нiepaзpyшaющeгo считывания информации (фиг. 1) 14, 15, 21, 22 в первом и Третьем выходнь1х сдвиговых регистрах позволяёт разделить информационный заряд ну две равные части. В результате на затво- лц pax 14 и It выделяется сигнал а, на затво-; pax 13 и 15 - Ь, на затворах 21 и 18 - д и назатворах22 . Посколькувпервом сдвиговом регистре основные затворы 11, 12 и ТЗ соединены между собой (точка К), то со суммарное изменение потенциала в точке К при поступлении инфдрмационньос зарядов под плавающие затворы равно Ai (а+ 2Ь + с): Аналогичное соединение между собой (точкаМ основных затворов 18, 19 и 20 в $5 третьем сдвиговом регистре позволяет получить сигнал &а (9 + 2h + 1), Точки К и N подключены к вхоДам О и Р первой схемы опредеяения модуля разности; врезультате 516 на выходе схемы получаем, сигнал Si 1 Ai - Zie I. Аналогичное соединение дополнительных затворов 14 и 21 с основным затвором 16 (точка L) позволяет выделить сигнал Дз - (а + 2d д). а соединение дополнительных затворов 15 и 22 с оснрвным 17(точкаМ)-сигнал Д)-(),Точки м и L соединены с входами R к S второй схемы определение модуля разности, в результате на выходке схемы получаем сигнал S2 I Дз - А«1 -Суммирующий затвор 31 служит для получения суммы S(e} St + 82 | д - ( . j Дз --Д I (а+2Ь+с ) -(g+2h+l) (a+2d-bgHc+2f+I) . представляющей собой реализацию преобразования Зобеля, применяемого для подчеркивания контуров на изображении. Организация прибора трехфазная. Работаёт устройство следующим образом, Рассмотрим ввод трех последовательных информационных строк А. В и С в устройство обработки информации. Сигнал, соответствующий строке А поступает на общее входное устройство. Поскольку все входные регистры идентичны, то информационная строка А заполняет в равной степени каждыд входной регистр. Обозначим содержи ое регистров 1.2,3 - At, А2, Аз соответственно. Далее происходит сдвиг информационного заряда At, А2, Аз через матричную секцию 5 до заполнения строкой А1 регистра В.-Ввод строки В происходит синхронно со считыванием строки At. Введем соответствующие обозначения В 1,В2,Вз. Тактируя фазовые напряжение на электродах Matpi)4Hbix секций и регистров, сдвигаем информацию до заполнения стро ой Аа (эегистра 9 и строкой В i регистра 8. Считывание строк А2 и Bi регистрами 9 и 8 происходиУ синхронно с вводом новой информационной строки С. Дальнейший сдвиг информации приводит к заполнению стро ° Аз регистра 10, строкой Bz - регистра 9 « строкой Ci-регистра 8. Считывание сигналов трех последовательныхстрокосуществляется на выходных устройствах неразрушающего считывания ФормацИи на основе плавающих затвоРов 11-22. Исходныйуровень на плавающих затворах устанавливается с помощью МДПтранзисторов. Обозначим сигнальные заряды трех последовательных бит регистров 8. 9 и 10 через 2а, 2Ь, 2с. 2с1, 2е, 2f и 2g, 2h, 21 соответственно. Тогда на затворах неразруШающегосчитывания 11,14будетвыделять сцгнал, соответствующий информационному заряду а, на затворах

13,15 - с, на затворах 18. 21 и 20. 22 соответственно д и I. а на затворах 12.16.17 и 19 - 2Ь. 26,21 и 2h соответственно, изменению потенциала в точке К будет соответствовать выражение (а + 2Ь + с). 8 точке М(д + 2h +1). в точке L - (а д). в точке М(с + 2f + О-Т.о. на вход О схемы Определения модуля разности подается сигнал fjH- 2b + с), на вход Р - сиг|4ал (д + 2h + % на выходе схемы будет выделяться сигнал 1{а + 2Ь с) - (д + 2h +1}. Сигнал Si формируется следующим образом. Рассмотрим случай Ai (фйг.1 и 2). На затбары 24,28 пода ются Си нфазно сиг нал ы &ц и соответственно. 8 это же время происходит инжекция заряда ИЗ диода 23. сн1«кенйй потбнциала на диоде 23 верхний уровень заполненной инжектированным здрядом потенциальной ямы под затворами 24. 26 будет определяться величиной Дг. а нижний уровень под затвором 26 аёличиной Д2. При снижении потенциала на суммирующем затворе 31 происходит слив заряда,

соответствующего (Ai-4е). в потенциальную яму под затвором 31. В случае Ai Дг заряд. соответствующий (Zte-AI), формируется на затворе 27 пер&ой схемы определения модуля разности при этом сформированный на первом выходе заряд равен 0.

Аналогично работает вторая схема определения модуля разности, т.о. в обедненной области под суммирующим электродом формируется заряд S{e) Sj + 82 }Ат-/5gl + 1Д} - Ajl .представляющий собой реализацию преобразования Зобеля на ПЗС, чтс даствозмо Кность выделять контуры на изображении в реальном масштабе времени;

20 (56) Приборы с зарядовой связью. / Под ред. М. Хоуаза.М.: Энергоиздат, 1981. с. 314-316.

Авторские св1едвтельство СССР № 93675&. кл. и 01 L 27/10.1982.

5-1

г

у a,{inZk e}f

S,

за

зГ

V

г

fue. 1