Формирователь телевизионного сигнала Советский патент 1985 года по МПК H04N5/30 

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано при построении портативных телеви зионных камер, в которых; преобразование световой информации в электрический сигнал осуществляется с помощью приборов с переносом заряда. Известен формирователь телевизион ного сигнала, содержащий фоточувствительную матрицу приборов с поверх1НОСТНЫМ переносом заряда, два геиера тора ортогональных функций, МДП-тран зисторы, блок ввода сигнала, два переключателя полярности выходного кода и усилитель, причем выходы первого генератора сигналов ортогональных функций подключены через первый переключатель полярности выходного кода к строчным шинам фоточувствительной матрицы приборов с поверхностньи переносом заряда, столбцовые шины которой подключены одновременно к блоку ввода сигнала и к истокам МЦП-транзисторов, затворы и строки которых соединены параллельно, первые электроды дополнительной строчной тины фоточувствительной матрицы приборов с поверхностным переносом заряда и второй переключатель полярности вьгходного кода подключены к выходам второго генератора ортогональных функций, а вторые электроды дополнительной строчной шины соединены вместе и подключены к истоку отдельного МДП-транзистора и к входу усилителя 11 . Недостатком такого формирователя телевизионного сигнала является сравнительно большая мощность потребления электрической энергии, которая обусловлена потерями, возникаю щими при переключении уровней напряжения на строчных и столбцовых шинах фоточувствительной матрицы приборов с переносом заряда. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является формирователь телевизионного сигнала содержащий генератор сигналов управления, тактирукщие выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя уровней напряжения, и матрицу приборов с переносом заряда, тактовые шины которой соединены с соответствующими выходами преобразователя уровней напряжения, состоящую из п вертикальных регистров и горизонтального выходного регистра, который через детектор зарядов, выход которого является выходом матрицы приборов с переносом заряда, соединен с входом усилителя Г 2 . Недостатком этого формирователя телевизионного сигнала является также значительное потребление им электрической энергии, что обусловлено ее потерями, которые возникают в процессе периодических переключений уровней напряжений на тактовых шинах горизонтального регистра матрицы приборов с переносом заряда, обладающих значительной электроемкостью С 5, периодически перерезаряжающейся в зависимости от уровня напряжения. Цель изобретения - снижение потребления электрической энерпш. Поставленная цель достигается тем, что в формирователь телевизионного сигнала, содержащий генератор сигналов управления, тактирующие выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя уровней напряжения, и матрицу приборов с переносом заряда, тактовые шины кото-, рой соединены с соответствующими выходами преобразователя уровней напряжения, состоящую из п вертикальных регистров и горизонтального выходного регистра, который через детектор зарядов, выход которого является выходом матрицы приборов с переносом заряда, соединен с входом усилителя, введен автотрансформатор, начало обмотки которого соединено с одной тактовой шиной горизонтального выходного регистра, конец обмотки - с другой тактовой шиной горизонтального выходного регистра, а отвод обмотки - с хронизирующим выходом генератора сигналов управления, в матрицу приборов с переносом заряда введены п вертикальных буферных регистров, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих вертикальных регистров, а выходы - с соответствующими входами горизонтального вьгходного регистра, а тактовые шины вертикальных буферных регистров подключены к дополнительным выходам преобразователя уров ней напряжения. Кроме того, каждый вертикальный буферный регистр состоит из двух элементарных приборов с переносом заряда. Индуктивность автотрансформатора и электроемкость С, тактовых шин го ризонтального вькодного регистра об разуют колебательный контур большой добротности, в котором возбуждаются непрерьганые резонансные колебания, обеспечивающие перенос неосновных носителей в матрице приборов с пере носом заряда, и энергия электрического поля, запасенная при заряде ем кости тактовых шин горизонтального вькодного регистра, не переходит в тепловую энергию при разряде, а запасается в магнитном поле индуктивности обмотки автотрансформатора, и затем вновь используется в следующем периоде для заряда емкости так товых шин горизонтального ВЬЕСОДНОГО регистра, т.е. происходит рекуперация энергии. Наличие вертикальных буферных регистров позволяет осуществить перенос заряда из каждого вертикаль ного регистра в соответствующий ему элементарньй прибор с переносом заряда (элемент) горизонтального выхо ного регистра за интервал времени 4t, в течение которого каждый элемент горизонтального вьосодного регистра, принимающий заряд, создае потенциальную яму максимальной глубины, а каждый соседний с ним элемент создает потенциальный барьер, не допускающий перенос заряда вдоль горизонтального, вьгходного регистра, т.е. не прибегая к остановке переноса сигнального заряда в горизонтальном регистре на время переноса строки сигнального заряда у вертикальных регистров в горизонтальный регистр, как это делается в прототипе. Интервал & t приблизительно равен полупериоду колебаний в цепи резонансного контура автотрансформатор - эффективная емкость тактовьк шин горизонтального вькодного |регистра и является существенно ;малым, что объясняется высокой скоростью переноса заряда по горизонтельному выходному регистру, которая и определяет частоту колебаний в резонансном контуре. Указанньй порядок переноса необходимо осуществлять для того, чтобы не допустить перемешивания зарядов, что МОжет произойти, если в процессе пере носа осуществляется смещение потенциальньк ям вдоль горизонтального выходного регистра. Без наличия буферных регистров для такого переноса потребовалось бы на время at переключить уровни напряжений на тактовых шинах матрицы приборов с переносом зарядов, эффективная емкость которых настолько велика, что для ее перезаряда в течение короткого интервала времени At потребовалась бы значительная дополнительная энергия, в результате чего потерялся бы выигрыщ мощностиj достигаемый введением автотрансформатора. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема формирователя телевизионного сигнала; на фиг. 2 - та же схема, матрица приборов с переносом заряда дана в разрезе, на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы формирователя. Формирователь телевизионного сигнала содержит генератор 1 сигналов управления, преобразователь 2 уровней напряжения, матрицу приборов с переносом заряда, состоящую из вертикальных регистров 3, вертикальных буферных регистров 4, горизонтального вькодного регистра 5 и детектора 6 зарядов, усилитель 7 и автотрансформатор 8. Формирователь телевизионного сигнала работает следующим образом. С выхода генератора 1 сигналов управления поступают тактирующие импульсы на вход преобразователя 2 уровней напряжения, которые обеспечивают необходимый режим работы матрицы приборов с переносом заряда. Генератор 1 сигналов управления одержит задающий генератор, служаий для генерирования непрерывной оследовательности хронизирующих мпульсов с частотой F Т/п, де Т - заданное время переноса заряда по всей длине горизонтального рыходногс регистра 51 п- количество вертикальных регистров матрицы приборов с переносом заряда и формирующий блок. Задающий генератор может быть выолнен по схеме генератора с пьезолектрическим резонатором. Выход заающего генератора является хронизиующим выходом генератора сигналов правления и соединен с входом форирующего блока, служащего для форирования тактирующих импульсов. 5 Формирующий блок содержит делите ли частоты, например на 1К-триггерах .соединенных последовательно между собой и имеющих обратные связи, определяющие необходимые коэффициенты деления, например IC-L-K Q где а и 6 - соответственно число строк и полей в используемой телеви зионной системе, и логические элементы И, ИЛИ, НЕ, входы которых под ключены в соответствии с логическим законом формирования к выходам 1Ктриггеров делителей частоты, а выходы являются тактируюпщми выходами генератора 1 сигналов управления и подключены к соответствующим входам преобразователя 2 уровней. Изображение проецируется на вертикальные регистры 3 (в случае использования матрицы с покадровым переносом заряда - на вертикальные регистры секции накопления). В пери од накопления на тактовые шины матрицы приборов с переносом заряда по дается уровень обеднения, а в цепь колебательного контура, образованного индуктивностью автотрансформатора 8 и электроемкостью Сд тактовых шин - импульсы с хронизирующего выхода генератора 1, частота которых равна частота F резонанса это го колебательного контура, при этом под электродами горизонтального выходного регистра 5 образуется релье потенциальных ям, движущихся по нап равлению к детектору 6 зарядов. Индуктивность обмотки автотрансформатора определяется формулой , - т; , ЧГРЧГ WVCj где L - индуктивность обмотки авто трансформатора; эффективная емкость тактовых шин горизонтального вы ходного регистра 5, F- резонансная частота колеба ний контура, образованного индуктивностью автотрансфо матора и емкостью Сэ, равная частоте хронизирующих импульсов генератора Г, п- количество вертикальных регистров матрицы приборов с переносом заряда 6 Т- заданное время переноса заряда по всей длине горизонтального выходного регистра 5, На тактовые шины вертикальных буферных регистров 4 подают постоянные уровни напряжений, причем каждый входной элементарный прибор с переносом заряда вертикальных буферных регистров создает пустую потенциальную яму, а выходной - потенциальный барьер, не допускающий перетекания заряда в горизонтальный выходной регистр 5. После окончания процесса накопления, в момент времени Т (фиг. За), начинается серия переключений уровней напряжения на тактовых шинах вертикальных регистров 3, в результате чего в матрицах с покадровым переносом заряда все накопленные заряды переносятся в секцию хранения (фиг. За), а секция накопления возвращается в исходное состояние. В заданный момент времени Та (фиг. 3(5) происходит пергое переключение уровней напряжения на тактовых шинах вертикальных регистров 3, при этом рельеф потенциальных ям и заряды, хранящиеся в них, смещаются на один элемент в сторону вертикальных буферных -регистров 4, образуются потенциальные ямЫ под выходными элементами вертикальных регистров 3, которые смыкаются с потенциальными ямами входных элементов вертикальных буферных регистров 4, и информационные заряды одной строки изображения заполняют эти сомкнувшиеся потенциальные ямы. В момент времени Tj происходит второе переключение уровней (фиг. 36) напряжения на тактовых шинах вертикальных регистров 3, в результате которого информационные заряды одной строки полностью коллектируются во входных элементах вертикальных буферных регистров 4, а под вьсходными элементами вертикальных регистров 3 вновь образуется потенциальный барьер. В последующий момент (фиг. 3t) времени 14 происходит первое переключение потенциалов на тактовых шинах вертикальных буферных регистров 4. В результате этого переключения информационные заряды, хранящиеся входными элементами вертикальных буфесных регистров 4, 7 переносятся в его выходные элементы и в пустые потенциальные ямы горизонтального выходного регистра 5, смыкающиеся в момент времени Т Ц с потенциальными ямами выходных элементов вертикальньк буферных регистров 4. Затем в момент времени Tj- происходит второе переключение уровней напряжения на тактовых шинах вертикальных буферных регистров 4, которое возвращает его в исходное состо ние (фиг. 38). Заряды, перешедшие в движудаеся потенциальные ямы горизонтального выходного регистра 5, перемещаются в детектор заряда, где преобразуются в инфдрмационный сигнал, который тюступает на вход усил . теля 7, где усиливается до необходи мых пределов. После выноса всех зарядов из горизонтального выходного регистра 5 повторяются переключения 668 уровней напряжения на всех тактовых шинах, т.е. повторяются процессы, осуществляемые в моменты времени Тг, Тз Т, TIT, и происходит вынос информационного заряда следующей строки изображения и т.д. до полного вывода зарядов из вертикальных регистров, после чего восстанавливается исходное состояние, а затем происходит вынос следующего кадра светогенерированных зарядов, т.е. процессы повторяются. Использование изобретения существенно снижает потребление электрической энергии формирователем телевизионного сигнала и, следовательно, уменьшает весовые и габаритные характеристики источника питания, используемого для него, что, в свою очередь, расширяет область применения предлагаемого формирователя телевизионного сигнала.

CSJ

Ч

Фиг.Ъ

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА, содержащий генератор сигналов управления, тактирующие выходы которого подключены к соответствующим входам преобразователя уровней напряжениями матрицу приборов с переносом заряда, тактовые шины которой соединены с соответствующими выходами преобразователя уровней напряжения, состоящую из и вертикальных регистров и горизонтального выходного регистра, который через детектор зарядов, выход которого является выходом матрицы приборов с переносом заряда. соединен с входом усилителя, о т л ичающийся тем, что, с целью снижения потребления электрической энергии, введен автотрансформатор начало обмотки которого соединено с одной тактовой шиной горизонтального выходного регистра, конец обмотки с другой тактовой шиной горизонтального выходного регистра, а отвод обмотки - с хронизирующим выходом генератора сигналов управления, в матрицу приборов с переносом заряда введены п вертикальных буферных регистров, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих вертикальных регистров, а выходы с соответствующими входами горизон(Я тального выходного регистра, а тактовые шины вертикальных буферных с регистров подключены к дополнительным выходам преобразователя уровней напряжения. 2. Формирователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый Сл вертш альньА буферный регистр состоО: ит, из, двух элементарных приборов с ю переносом заряда. оь Од