Brevet FR2373125A1 — publié le 19780630

La présente invention se rapporte aux procédés de mise en oeuvre d'un dispositif a transfert de charges.Ces dispositifs sont des composants à semi-conducteur dont l'usage se développe de plus en plus dans de nombreux domaines de l'industrie électronique. Il est connu de fabriquer de tels dispositifs que nous nommerons suivant la notation française DTC (CCD dans les documents en langue anglo-saxonne). On en trouvera une- description détaillée dans l'article Charge-Coupled Devices" publié par Gilbert F. AMELIO dans la revue Scientific American, volume 230, NO 2 de Février 1974. Ces dispositifs présentent tous un défaut appelé ineffica- cité de transfert qui se manifeste-par une diminution progressive de la charge déplacée au fur et à mesure quelle progresse dans le DTC. On est parvenu à obtenir une inefficacité aussi faible que 1/10 000 ème, mais l'extension des applications des DTC entraine l'utilisation de dispositifs de plus en plus grands, ce qui tend. à annuler les progrés-obtenus. L'objet de l'invention est un nouveau procédé de mise en oeuvre d'un DTC, permettant de surmonter les inconvénients dûs ce défaut en utilisant une fréquence horloge multiple de la fréquence de base. D'autres particularités et avantages de invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif Ct faite en regard des ligures annexées qui représentent ; - la figure 1, un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ; - la figure 2, deux graphiques représentant la progression des charges dans un DTC utilisé selon l'invention. Le dispositif représenté sur la figure 1 joue le rle d'une ligne à retard à échantillonnage. Il comprend un DTC 100, un générateur de signaux 101, un diviseur 102, et deux échantillonneurs-103 et 104. Le DTC 100 comprend 8 cellules C1 a C8, une diode d'entrée DE et une diode de sortie DS. Les cellules C, représentées par un simple rectangle sur la figure, comprennent d'une manière tout d fait classique deux ou trois électrodes suivant la technologie utilisée (deux phases ou trois phases). Ces cellules reçoivent des signaux de commande, par l'intermédiaire des connexions + depuis le générateur de signaux 101. La aussi les connexions ont été représentées simples alors qu'elles comprennent plusieurs liaisons par cellule, en fonction du nombre de phases du DTC. Ces signaux de commande ont une forme bien définie et sont élaborés par le générateur 101 à partir d'un signal d'horloge 2H, et ceci d'une manière class.ique. Les charges électriques sont injectées dans le dispositif par sa diode d'entrée DE, elles se déplacent sous les cellules C au rythme des signaux d'horloge 2H, et elles induisent des signaux de sortie dans la diode de sortie DS lorsqu'elles l'atteignent. Le signal d'entrée à retarder E est appliqué d l1échantil- lonneur 104. Cet échantillonneur est par exemple un amplificateur commandé dont le gain varie entre zéro et une valeur fixée, au rythme des signaux d'horloge H qui lui sont également appliqués De cette manière on obtient en sortie de l'échantillonneur 104 une série d'échantillons du signal E suivant un rythme et une phase nécessaires pour que les signaux de commande appliqués aux cellules C pe-rmettent de déplacer les charges crées par ces échantillons dans la diode DE auquel l'échantillonneur 104 est relié. Selon une caractéristique de l'invention, les signaux d'horloge H sont R fréquence moitié des signaux d'horloge 2H Ainsi dans le DTC 100 ces charges circuleront sous les cellules C d un rythme double de celui auquel elles sont injectées et seront toujours séparéespar une cellule vide. En d'autres termes on aura le même résultat que Si l'on avait injecté- à l'entrée du DTC 100 d'une manière répétitive un échantillon du signal E suivi d'un échantillon nul. Les signaux d'horloge H nécessaires au fonctionnement de l'échantillonneur 104 sont obtenus par division par deux des signaux d'horloge 2H dans le diviseur 102 qui est par exemple une bascule. Eventuellement on ajustera la phase des signaux H à l'aide d'un circuit non représenté, une monostable par exemple. Les signaux de sortie sur la diode DS représentent donc les signaux d'entrée sur la diode DE avec un retard de quatre périodes de l'horloge H. La diode DE est réunie à ltéchántillonneur 103 qui reçoit également les signaux d'horloge H, éventuellement par l'intermédiaire d'un circuit déphaseur non représenté. Cet échantillonneur 103 permet de ne délivrer sur la sortie S, sous la commande du signal H, que des signaux correspondant à la décharge dans la diode DS des charges transférées correspondant aux écran tillons eux-memes, et de ne pas laisser passer des signaux parasites qui se produisent, comme on va le voir ,entre deux échantil- - lons.On obtient ainsi sur la sortie S une série d'échantillons qui représentent, si le théorème de Shannon est respecte, le signal d'entrée E avec le retard vu plus haut. Au besoin on peut intégrer ces échantillons S l'aide par exemple d'un simple filtre RC pour lisser le signal de sortie. Il est nécessaire de tenir compte de l'inefficacité de transfert et on a représenté à cette fin sur la figure 2 de manière qualitative et exagérée pour la clarté du dessin les charges se A la fin de Tî la diode DE a injecté sous la cellule C1 une charge Q. Cette charge Q est transférée sous la cellule C2 durant le temps T2, mais l'inefficacité de transfert fait qu'à la fin de ce temps T2 il reste sous la cellule C1 une charge AQ et que par conséquent il n'y a sous la cellule que la charge Q - #Q. La figure 2 a été faite dans le cas où, selon l'invention, on injecte une charge Q durant le temps T1, et une charge nulle durant le temps T2 ; de plus pour la clarté du dessin on a supposé que la charge Q injectée durant les temps impairs était constante. Dans ces conditions on a sous C3 à la fin du temps T1 une charge Q - 2 EQ. En effet comme l'inefficacité de transfert est faible, ainsi qu'on l'a vu plus haut, son influence cumulative sur la charge transférée est de la forme (1-#)n qui est sensiblement égale à 1-n#. Comme de plus la charge non transférée à cause de cette inefficacité de transfert est transférée au temps d'horloge suivant avec la même inefficacité, elle ne laisse qu'un résidu au second ordre en c2 qui s ajoute à la charge en 1 arrivant et n'en change pas l'ordre de grandeur. En définitive à chaque temps d'horloge les charges efficaces transférées diminuent de AQ. Corrélativement les charges non efficaces provenant de cette diminution, et qui subissent elles aussi le transfert, mais avec un retard d'un temps d'horloge augmentent de EQ à chaque temps. Ainsi à la fin de T1 on a une charge 2 EQ sous C2 et à la fin de T2 une charge AQ sous C1. Par contre si à la fin du temps T1 une charge Q - 8 EQ s'écoule dans la diode DS, c'est une charge 8 Aq qui s'y écoule à la fin du temps T2, puisqu'il n'y a pas accumulation dans-cette diode d'une charge non transférée Ceci est d'ailleurs normal puisque la charge sortant du DTC au bout des deux temps d'horloge doit être la même que celle qui y esi entre, soit Q. Ainsi donc comme l'échantillonneur 103 permet de ne laisser passer que les signaux provenant de l'arrivée dans la diode US des charges utiles Q - 8 EQ, et bloque les signaux provenant des charges inutiles 8 AQ, on recueille en S le signal E, à l'échan- tillonnage et à un coefficient prés. L'échantillonnage peut être supprimé par un lissage et le coefficient par une amplification ultérieure en cas de besoin. De cette manière les charges non transférées ne peuvent pas perturber les charges utiles car elles sont toujours insérées entre deux de ces charges utiles. Ceci est particulièrement#impor- tant dans le cas'une grande dynamique qui amène à avoir une charge importante suivie d'une charge faible, le résidu non transféré de la charge importante pouvant être de l'ordre de grandeur de la charge faible. L'invention s'applique aussi au cas où lton utilise une horloge n fois plus rapide et n fois plus de cellules dans le DTC. Ceci est utile si une technologie particulière amène à avoir une inefficacité de transfert relativement faible. Enfin l'invention s'étend aux dispositifs mettant en oeuvre le procédé décrit et revendiqué. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositif à transfert de charges destiné à transférer une succession de charges électriques depuis une diode d'entrée jusqu a une diode de sortie en passant sous une succession de n x k cellules au rythme d'une horloge marquant une succession de pas, caractérisé en ce que l'on injecte par la diode d'entrée une charge utile tous les n pas de l'horloge et aucune charge pendant les n-l autres pas ; les signaux sur la diode de sortie étant sélectionnés tous les n pas de manière à correspondre à l'arrivée des charges utiles dans cette diode de sortie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que n = 2. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend - un dispositif à transfert de charge muni d'une diode d'entrée, de n x k cellules, et d'une diode de sortie ; - un générateur de signaux de commande permettant d'élaborer à partir d'une horloge extérieure de fréquence n H des signaux de progression appliqués aux cellules et une horloge interne de fréquence H ; - un échantillonneur d'entrée permettant d'appliquer à la diode d'entrée au rythme de l'horloge interne des échantillons d'un signal à traiter ; - - un échantillonneur de sortie permettant de sélectionner au rythme de l'horloge interne les signaux arrivant sur la diode de sortie et délivrant un signal traité. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce quZil ne soumet les échantillons à traiter qu'a un simple retard; le signal traité représentant le signal à traiter retardé de n x k pas de l'horloge externe.