Многовходовой ПЗС-сумматор Советский патент 1990 года по МПК G06F7/50 

: : : У5

ff1 tafffH

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки информации. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей сумматора. Многовходовой ПЗС-сумматор содержит сдвиговые ПЗС-регистры /1.1/-/1.К/, входной барьерный затвор смещения 2, затвор накопления 3, ПЗС - линейку 4, состоящую из барьерных затворов смещения /5.1/-/5.К/ и /6.1/-/6.К/, измерительных затворов /7.1/-/7.К/ и /8.1/-/8.К/ и МОП-транзисторов /9.1/-/9.К/ и /10.1/-/10.К/, барьерные затворы передачи /11.1/-/11.2К/, передающие затворы /12.1/-/12.К/, затворы результата /13.1/-/13.К/, линейку 14 транзисторов /14.1/-/14.К/, регистр результата 15 и диффузионные области /16.1/-/16.К/ и /17.1/-/17.К/. Сумматор выполняет сложение К N-разрядных чисел за /N+LOG 2K/ тактов. 5 ил.

Ua

J7.(K-t} i3.{K-1)

i-LM.

п.г iti

. г

./

j.

(1л

сд 4 ел го сд

аи/./

Фи1.}

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки информации,

Цель изобретения - расширение фзж- кциональных возможностей ПЗС-сумма тора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многовходового ЕЭС- сумматора; на фиг. 2 - временная диаграмма работы ПЗС-сумматора; на фиг. 3-5 - потенциальные рельефы ЦЗС-линейки сумматора в моменты фор- 1Иирования уплотненного кода, формиро- ания переносов в следующий разряд и Перетекания зарядов переноса под затвор накопления соответственно. ; Многовходовой ПЗС-сумматор содер- з|сит сдвиговые п-разрядные ПЗС-регист- ры 1.1-1.К, входной барьерный затвор 2 смещения, затвор 3 -накопления, ПЗС- 1шнейку 4, состоящую из барьерных . затворов 5.1-5.К и 6.1-6.К смещения, Измерительных затворов 7.1-7.К и 8.1- 8.К и МОП-транзисторов 9.1-9.К и JIO.I-IO.K, барьерные затворы 11.1- l1.2K передачи, передающие затворы 12.1-12.К, затворы 13.1-13.К результата, линейку 14 транзисторов 14.1-14.К, регистр 15 результата, диффузионные области 1б.1-16оК и 17,1-17,К и имеет входы смещения н и g/j, входы управляющих фаз Up, и V(6 , входа питающих фаз if - U и входы импульсного питания .

ПЗС-сумматор работает следующим образом., Сложение К п-разрядных сла1 аемь1х осуществляется последовательно за (n+logjK) тактов, в каждом из которых формируется один разряд резульга- тн. При этом каждый такт включает в себя четыре фазы.

В первой фазе 1-го такта (1 1„ 2,...,п) на вход U(, подается активный сигнал в течение времени Т, (фиг. 2). При этом зарядовые пшсеты .(наличие заряда в потенциальной яме под затвором соответствует логичес- кой единице, а отсутствие - логичес- кому нулю), соответствующие 1-м разрядам слагаемых, перетекают из регистров 1.1-1.К под затвором 2 в потенциальную яму под затвором 3. г Во второй фазе сигнал с входа У i/i снимается, на затворы .К и 6,1- 6.К с входов и и Uj подается напря- жение смещения U j а на затворы 7.17.К и 8„1-8.К.с входов, и 2 и U через открытые транзисторы 10.1-10.К - напряжение питания Ej, При этом суммарный заряд, накопленный в первой фазе под затвором 3,распространяется вдоль ПЗС-линейки 4 (фиг. 3). При атом в потенциальной яме под каждым из измерительных затворов 7.1-7.К и 8.1-8.К может накопиться только один зарядовый пакет. В результате заполненными окажутся потенциальные ямы под h измерительными затворами, ближайшими к .затвору 3, где h - число зарядовых пакетов, накопленных под затвором 3 в первой фазе.

В третьей фазе на затворы 13.1- 13.К с входа Vif подается напряжение 2Ejj, а на затворы 11 .1-11.2К с входа Up2 - напряжение Е. На затвор 12.1 поступает сигнал с зарядочувствитель ного затвора 8.1 (1 1,2,...,К). Если заряд под затвором 8.1 отсутствует, то под затвором 12.1 снимается потенциальный барьер, и заряд из-под затвора 7,1 протекает под затворами 11.(21-1), 12.1 и 11.21 в потенциальную яму под затвором 13.1.. При наличии заряда под затвором 8.1 потенци- :альный барьер под затвором 12.1 не позволяет перетечь заряду из-под затвора 7,1. При этом транзисторы 10.1- 10.К обеспечивают плавающий режим работы зарядочувствительного прибора 8 12. Трким образом, при нечетном значении h в конце третьей фазы под одним из затворов 13.1-13.К (а именно под затвором 13.(---) окажется

зарядовый пакет. При четном значении h зарядовых пакетов под затворами 13.1-13.К не будет. Независимо от значения h в конце третьей фазы под затворами 7.1-7.К и 8.1-8.К остается четное число зарядовых, пакетов.

В четвертой фазе сигнал с входа снимается, а сигнал с входа U кз открывает транзисторы в линейке 14. При наличии зарядового пакета под одним из затворов 13,1 он через соответствующую диффузионную область 17.1 и открытый транзистор 14,1 переместится в младашй разряд регистрй 15. Одновременно сигнал с входа U, открывает транзисторы 9.1-9.К и зарядовые пакеты из-под затворов 7, через /щсМ)узионные области 16,,1-1б.К и транзисторы 9.1-9.К сбрасьшаются в

10

источник сигналов, подключенный к

входу Uj . Таким образом, число заря- довых пакетов, находившихся под изме-- рительными затворами линейки 4, уменьшается в два раза (фиг. 4), Остав- шиеся под завторами 8.1-3.К зарядовые пакеты представляют собой переносы в следующий разряд.

В первой фазе следующего такта зарядовые пакеты, оставшиеся под затворами 8.1-8.К, переносятся под затвор 3 путем организации стандартного чётырехфазного (U, - U)режима работы ПЗС-линейки 4 (фиг. 5). Это происходит одновременно с передачей в потенциальную яму под затвором 3 зарядовых пакетов из очередного разряда входных регистров 1.1-1.К. В ре- зультате в конце первой фазы под зат- 20 вором 3 накапливаются все зарядовые пакеты, соответствующие двоичным переменным с одинаковым весовым коэффициентом. Следует отметить, что в последних тактах зарядовые 25 пакеты поступают в потенциальную яму под затвором 3 только из-под затворов 8.1-8.К.

5

Форм jr л.а из

р е т е н и я

Миоговходовой ПЗС-сумматор, содержащий два измерительных затвора, затвор результата, два барьерных затвора смещения, передающий затвор, причем первый буферный затвор смещения заря дно связан с первым измерительным затвором, который, через второй буферный затвор смещения заряд- но связан с вторым измерительным затвором, который соединен с передающим затвором, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей ПЗС-сум- матора, в него введены К сдвиговых п-разрядных ПЗС-регистров, входной барьерный затвор смещения, затвор накопления, 2(К-1) барьерных затворов смещения, 2(К-1) измерительных затворов, К-1 передающих затворов, 2К барьерных затворов передачи, К-1 затворов результата, 2К диффузионных областей, ЗК МОП-транзисторов и (n+log.K)-разрядный сдвиговый регист

10

20 25

5

30

5

0

5

0

результата, причем младшие разряды К сдвиговых ПЗС-регистров через входной барьерный затвор смещения, который под1слючен к первому входу смещения ПЗС сумматора, зарядно связаны с затвором Ьсчкопления, который под- ключен к входу первой управляющей фазы ПЗС-сумматора и через первый барьерный затвор смещения зарядно связан с первьт измерительным затвором, 21-й измерительный затвор (i 1,2, ...,К) соединен с истоком i-ro транзистора, сток и затвор которого подключены соответственно к входу первой питающей фазы ПЗС-сумматора и к первому входу импульсного питания ПЗС- сумматора, 21-й барьерный затвор смещения подключен к входу второй питающей фазы ПЗС-сумматора, ()-й измерительный затвор подключен к входу третьей питающей фазы ПЗС-сумматора и перекрывает i-ю диффузионную область, которая соединена с истоком (К+1)-го ПЗС-транзистора, сток и затвор которо-, го подключены соответственно к входу третьей питающей фазы ПЗС-сз.гмматора - и к второму входу импульсного пита-, ния ПЗС-сумматора, (21-1)-й барьерный затвор смещения подключен к входу четвертой питающей фазы ПЗС-сумматора, j-й измерительный затвор (j 2,3,...,2К-1) через (л+1)-й барьерный затвор смещения зарядно с (j+1)-M измерительным затвором, 2т-й измерительный затвор (т 2, 3,...,К) соединен с т-м передающим затвором (21-1)-й измерительный затвор через (21-1)-й барьерный затвор передачи зарядно связан с i-м передающим затвором, который через 21-й барьерный затвор передачи зарядно связан с i-M затвором результата, который подключен к входу второй управляющей фазы ПЗС-сумматора и перекрывает (К+1)-ю диффузионную область, которая соединена с истоком (2K+i)-ro транзистора, сток и затвор которого подключены соответственно к входу регистра результата и третьему входу импульсного питания ПЗС-сумматора, барьерные затворы передачи объедине- ны и подключены к второму входу.смещения ПЗС-сумматора.

to

CM« 11 чнС

. ::: ::D гэ ::

U

S Ы1

S S :S

1

/a г

иТЛ Ш

ТЖг

H

i ii

159452;

-iOt. /

Si a

i-. . J НИ

2f«

ГЖ1П

/./

г