Спектральный преобразователь электрических сигналов Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 

(54) СПЕКТРАЛЬШЛЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

f. .--

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в телевидении, в системах обнаружения и распознавания образов, в устройствах анализа, обработки и передачи изображений, в вычислительной технике.

Известен спектральный преобразователь электрических сигналов в интегральной схеме, представляющий собой матрицу, каждая ячейка которой содержит элемент памяти, полусумматор и переключатель l. Недостатком этого преобразователя .является его сложность.

Наиболее блкэкям по технической сущности к предложенному изобретению является спектральный преобразователь электрических сигна 1ов, содержащий регистр сдвига на приборах с зарядовой связью, матричный накопитель на приборах с зарядовой связью, ячейка которого выполнена на передающих электродах, один из которых подк.пючен к управлящей шине строки, а второй - к управляющей шине столбца, выходной электрод, связанный зарядовой связью со всеми ячейками матричного накопителя, два формирователя системы

ортогональных базисных функций, выходы одного из которых к управляющим шинам строк, а выходы другого - к управляющим шинам столбцов матричного накопителя 2.

Недостатком известного преобразователя, электрических сигналов является низкая точность преобразования, обусловленная следующими при0чинами. Во-первик, отсчеты с положительньвл знакСм и отсчеты с отрицательным знакс м поступают на отдельные выходы и только затем производится их алгебраическое сложение.

5 Вследствие того, что преобразование заряд-сигнал на этих цьпсодах практически не может быть выполнено с одинаковым коэффициентом, например, из-за различия в размерах вы0

ходных плавающих электродов, то в результаты будет вноситься систематическая ошибка. Во-вторых, преобразование сигнал-заряд при вводе значений трансформант в каж5дую ячейку также будет осуществляться со своим для кгикдой ячейки коэффициентом из.-эа различия в размерах самих ячеек. Этот разброс коэффициентов проявится как корре.лированный

0 шум. Цель изобретения - повышение то ности преобразования электрических сигналов.. Поставленная цель достигается т что спектральный преобразователь электрических сигналов содержит выходной МДП - транзистор, МДП транзистор сброса и электрод уп равления зарядовой связью между зарядами регистра сдвига и соответствующими ячейками матрично го накопителя, подключенный к затвору выходного и стоку МДП-транзис тора сброса, сток и исток выходног МДП трансформатора являются выхода . ми устройства. Схема спектрального преобразова теля электрических сигналов представлена на чертеже. Он содержит тактовые электроды регистра сдвига 1 , тактовые шины 2, 3, 4, входной затвор 5 и входной исток регистра сдвига б, электрод управления зарядовой связью 7 между разря дами регистра сдвига и соответству щими ячейками матричного накопителя, выходной электрод 8, передающи электроды 9, 10 ячеек матричного накопителя, стопорные шины 11 для электрической изоляции ячеек накопителя, формирователи системы орто гональных базисных функций 12, 13 по столбцам и строкам соответствен но, МДП - транзистор сброса 14, выходной МДП транзистор 15. Спект зальный преобразователь электрических сигналов работает в соответствии с выражениями; t-i Jill - T(1,y)2Г 2-a(k,m)Wae()Viioe(y,m) m-0 e(|t.m) E:: Z::(x,y)Wae(li,x),y) )t.O ФОЕмула для а (к, m ) выражает прямое преобразование, т.е. получение трансформант. В этой формуле N - число строк или равное ему чи ло столбцов в матрице, кит- порядковые Hcwepa ортогональных функ ций, X и у - нормированные коорнаты фоточувствительных элементов матрицы, { (}г, у) - распределение освещеннойти на матрице, помещенной в плоскость действительного изображения объекта, Wat(K, х) и Wat (m , у) - ортогональные функции (в данном обозначении - это функции Уолша) , а (к, т) - трансфо манты. Формула для F (х,.у) выражает обратное преобразование, т.е. восстановление функции (х, у) по, известным а (к, т). Видно, что обратное преобразование осуществл ется также, как и прямое, но с об нием аргументов: при прямом преобразовании X и у - координаты преобразуемой матрицы, а к и m - порядковые номера ортогональных функций, при обратном же преобразовании к И гп выступают в качестве координат некоторой формальной матрицы,содержащей трансформант|Л,а х и у-в качестве порядковых номеров тех же ортоJoнaльныx функций. Входной сигнал подается либо на входной, затвор 5 при. фиксированном напряжений на истоке б, либо на исток 6 при фиксированном напряжении на входном затворе 5. Входной сигнал представляет собой импульсы напряжений, величина каждого из которых соответствует значению определенной трансформанты а (к , гп ) . Эти импульсы-трансформанты поступают на вход регистра последовательно от к О до к« N - 1 при гп О , затем от Kt О до к N -1 при m 1 и так далее до к W -1 при m W -1. на входе регистра рроисходит преобразование каждого импульса входного напряжения в. соответствующей по величине заряд. Под действием тактовых напряжений, подаваемых на шины 2, 3, 4, вводимые заряды переносятся вдоль регистра. При этом каждый заряд занимает в нем отдельную ячейку. Регистр имеет число ячеек, равное М - числу относящихся к одному . кадру трансформант а (к,т ). Заряды, несущие информацию о трансформантах, располагаются, вдоль регистра в порядке их введения. Электродсвязй 7 постоянно находится под потенциалом, препятствутадим переходу зарядов между регистром и другими элементами устройства. После того, ка;к заполнение всех ячеек регистра завершится, на электрод перенора 7 подается потенциал, разрешающий- переход зарядов из ячеек регистра, и они все разом перетекают, в ячейки матрицы хранения ортогональных сигналов, образованные электродами 7, 8, 9 и 10. Как только переход зарядов закончится, на электроде 7 устанавливается прежнее значение потенциала. Для того, чтобы передаваемые из ячеек регистра заряды попадали, только в прртиволежащие ячейки матрицы хранения, образованные четвертками электродов 7, 8, 9, 10, а также для того, чтобы исключить переход зарядов между ячейками самой матрицы эти ячейки, а также соответствующие им участки электрода связи 7 и выходного электрода 8 разделены стопорами, т.е. областями повышенной концентрации 11. Генераторы ортогональных функций 12 и 13 имеют по N выводов, идsщиx

к электродам 9 и 10, соответствующих ячеек. Вьюоды генераторов пронумерованы от О до N-1.

К ячейке, хранящей трансформанту а (к,m ), подходит от генератора 1 2 вывод с номером к, а от генератора 13 - вывод с номером m . Значит, к ячейке с .трансформантой а (к, m) от генератора 12 на электрод 9 поступает напряжение, представляющее Wat (х, к), а от генератора 13 на электрод 13 -WaC (у, П1 ) . в исходном состоянии емкость выходной шины 8 через транзистор сброса 14 заряжаетря до напряжения, равного примерно половине выходного напряжения генераторов , а затем отключается от источника питания, после чего выходная шина 8 все время одного отсчета остается плавающей. ,

В зависимости от совокупности .напряжений на электродах 9 и 10 возможны три состояния ячейки. В двух из них потенциальная яма под электродом 10 отсутствует и хранимый в ячейке заряд сосредоточен по электродом 8 или 9 в зависимости от величины напряжения на последнем. При инверсии кода на электроде 10 расположение заряда изменится на противоположное, вызвав при этом на плавакхцем выходном электроде 8 изменение напряжения, пропорциональное по величине количеству накопленного заряда, а по знаку, соответствующее направлению его перемещения, т.е. из-под электрода 9 под электрод 8 или наоборот .

Третье же состояние наступает при образовании под электродом 10 такой же потенциальной Ямы, как и под электродс а 9. В этом случае изменение напряжения на электроде 9 не вызовет перемещение заряда под электрод 8 или из-под электрода 8, так как под электродом 10 имеется более глубокая, чем под электродом 8, потенциальная яма. В результате перемещение зарядов происходит между потенциальными ямами электродов 9 и 10 и напряжение на выходном электроде 8 не изменяется.

Как видно из описания работы ячейки, переданный от нее на выходной электрод 8 сигнал может быть умножен одновременно на два коэффициента, один из которых может принимать значение -1 и +1, а второй только О и +1. Обращение от генераторов 12 и 13 происходит ко всем К ячейкам накопителя одновременно. Результат этого обращения - появление на выходной шине 8 импульса, величина которого пропорциональна сумме сигналов от все ячеек, т.е. пропорциональна алгебраической сумме указанных произведений.

Заряд AQ , хранящийся в ячейке, при перемещении под выходной электрод вызывает на нем изменение напряжения дУ ДЙ/С, а при обратном перемещении , где С - емкость выходной шины 8 относительно подложки, одинаковая для всех ячеек. Отсюда видно, что преобразование .Q заряд-выходной сигнал в предлагаемом устройстве происходит с одним и тем же коэффициентом, независимо от вариаций конструктивных размеров или других параметров самих ячеек. Транзистор 15f на затвор кото рого подается напряжение с шины 8, служит для вывода сигнала.

В соответствии с функцией устройства следует обозначить

Т .

vy(x,(x,.)i уу(у,,

Wfx,K) J W(y,fn) выражают те функции, по которым преобразователь производит докодирование ; В отличие от ортогональной функции WaC (y,(Ti ) . функция W (у, m) принимает значение О, когда функция Wafi (у, пг) принимает значение - 1.

0 отсюда следует, что значение f(x, у), представленное импульсом напряжения по выходной шине 8 для каждой пары порядковых нсмеров X и у ортогональных функций, вырабатываемых генераторами 12 и 13, выразится еуммой:

И- V-J

I/ г У)5Г Er flCfc, fnjwrx, .fn)

Функция F (х, у) не включает тех членов а (к, m), которое соответствует значениям Wa (у, гп )« -1. Эти невключенные члены представляются функцией

p4{K,v) a.(K,m)v,k),rp;,

Ib-Q

где W (к, х) и W (у, гп ) W (х, к) и W (у, m ) соответственно инверсные коды. Следовательно, Е данном устройстве для получения каждого импульса, соответствующего V {х, у) надо вывести импульс, соответствую-щий Т (х, у), инвертировать капряжения на F2{x, у) и оба выведенных импульса просуммировать.

По окончании вьшода всех импульсов, относящихся к од немцу кадру на электродах 8, 9, 10 всех ячеек.

устанавливается напряжение, меньшее порогового.- При этом хранящиеся в этих ячейках заряды инжектируются в подложку и рекомбинируют с основными носителями тока. В результате ячейки оказываются вычищенными и

готовыми к приему зарядов, несущих