Brevet FR2631504A1 — publié le 19891117

Circuit de traitement du signal de sortie d'une rétine à transfert de dharges La présente invention concerne un circuit de traitement du signal de sortie d'une rétine à transfert de charges. Le signal délivré en sortie d'un tel composant a l'aspect général illustré figure 1, sur laquelle on a représenté une portion du signal correspondant à deux pixels consécutifs de la rétine (la séquence des signaux correspondant à l'ensemble des pixels permet de reconstituer une trame de l'image formée sur la rétine) ; pour une rétine de 550 pixels par ligne, par exemple, la période de récurrence des signaux est de l'ordre de 95 ns pour chaque pixel. Typiquement, un tel signal présente tout d'abord, pour chacune des périodes de récurrence, un parasite de forte amplitude, dû essentiellement à des phénomènes de commutation des transistors, et pouvant s'étendre sur une durée de l'ordre de 20 ns. L'amplitude de ce parasite est très importante et peut varier, selon les types de composants, entre 200 mV et 1 V de tension de crête. Le signal présente ensuite une partie en plateau, où la tension reste stable pendant une durée d'environ 20 ns. Cette tension, généralement désignée "tension de précharge", sera ensuite utilisée comme tension de référence par rapport à laquelle sera mesurée l'amplitude du signal proprement dit. Au bruit près, cette tension de référence Vref correspond à la tension que délivrerait la rétine en l'absence de toute ilIumination, c'est pourquoi on la désigne également sous Ie nom de "tension de noir" ou "tension VN". Après la partie de précharge, le signal présente ensuite une partie dite "de charge", où l'on voit la tension du signal s'écarter progressivement du niveau de référence VN jusqu'à se stabiliser à une valeur Vs que l'on désignera par la suite sous le nom de "tension de signal". Cette tension de signal variera en fonction de l'intensité lumineuse ayant frappé le pixel correspondant de la rétine. C'est l'écart de tension V=Vs-VN qui représentera le niveau de l'intensité lumineuse que l'on souhaite connaître, et c'est la détermination de cette valeur différentielle AV que concerne précisément le circuit de traitement de la présente invention. Typiquement , l'écart de tension AV peut atteindre jusqu'à 500 mV, mais les valeurs moyennes de AV habituellement rencontrées sont plutôt de l'ordre de quelques mV à quelques dizaines de mV, d'où l'importance de maintenir le rapport signal /bruit à des niveaux acceptables. Jusqu'à présent, le signal était traité par un circuit du type illustré schématiquement figure 2, grâce à une opération de double échantillonnage (à l'instant tN pour connaitre le niveau de noir, et à l'instant ts pour connaitre le niveau du signal), suivie d'une amplification différentielle des deux signaux ainsi échantillonnés, afin de déterminer la valeur AV représentative de l'intensité lumineuse ayant frappé le pixel correspondant de la rétine. Plus précisément, les techniques de l'art antérieur prévoyaient, comme illustré figure 2, deux branches parallèles d'échantillonnage, dont la première, destinée à échantillonner le niveau de noir, comporte un premier interrupteur IN (interrupteur statique, bien entendu, par exemple à porte MOS) pour charger un condensateur CN i de mémorisation de la tension de noir VN ; la charge de ce condensateur CN1 est ensuite transférée à un second condensateur CN2 via un second interrupteur Is fermé à l'instant ts de sorte que l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel A reçoive à cet instant ts la tension de précharge VN préalablement échantillonnée (à l'instant tN) et mémorisée. Sur son entrée inverseuse, l'amplificateur A reçoit la tension de signal Vs, échantillonnée à l'instant ts par un troisième interrupteur Ils permettant de charger un condensateur Cs à cette valeur de la tension de signal. On recueille ainsi , en sortie de l'amplificateur A, le signal voulu AV = VN-Vs. Ce traitement du signal par double échantillonnage parallèle présente cependant un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, il nécessite un nombre important de composants (interrupteurs, condensateurs de mémorisation des tensions, amplificateur différentiel, etc.), ce qui peut le rendre difficile à loger à proximité de la rétine et en outre augmente son coût de réalisation. Par ailleurs, ce circuit se révèle relativement sensible au bruit, qu'il s'agisse du bruit propre du signal, qu'il est nécessaire de filtrer par des composants LF,CF interposés entre la sortie de la rétine et l'entrée des étages d'échantillonnage, ou bien du bruit d'échantillonnage qu'il induit lui-même. Enfin, l'utilisation d'un amplificateur différentiel est source de dégradation des performances du circuit (tension de décalage, dérive, etc.), ce qui oblige à compenser les défauts propres de l'amplificateur opérationnel par des composants supplémentaires, accroissant ainsi la complexité du circuit. L'un des buts de la présente invention est de remédier à ces inconvénients, en proposant un circuit de traitement du signal délivré par la rétine à transfert de charges qui soit basé sur un principe différent de celui du double échantillonnage parallèle et qui permette, avec un nombre réduit de composants, d'obtenir des performances au moins aussi bonnes que celles obtenues avec les circuits classiques, tout en étant d'une structure simple à mettre en oeuvre. A cet effet, selon l'invention, le circuit comprend des moyens pour forcer, à un instant donné où la tension du signal correspond à la tension de précharge, la tension aux bornes d'un condensateur à cette valeur de tension, ainsi que des moyens pour appliquer, en dehors dudit instant donné, la tension de signal à un étage amplificateur avec interposition du condensateur, de manière que la tension appliquée en entrée de cet étage amplificateur soit la valeur différentielle entre la tension de signal instantanée et la tension de précharge apparue audit instant donné. De préférence, le circuit comprend en outre, en sortie dudit étage amplificateur, des moyens échantillonneurs du signal amplifié à des instants correspondant à la tension de signal à mesurer. Très avantageusement, les moyens pour forcer la tension aux bornes du condensateur comportent une porte MOS rendue passante audit instant donné de manière à relier temporairement l'une des bornes du condensateur à un potentiel de masse, l'autre borne recevant à cet instant la tension de précharge délivrée par la rétine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1, précitée, représente, pour deux pixels consécutifs, une forme typique du signal délivré par une rétine à transfert de charges, - la figure 2, précitée, montre schématiquement un circuit de double échantillonnage parallèle, de type connu, - la figure 3 illustre schématiquement le principe de base de la présente invention, et - la figure 4 est un schéma détaillé d'un exemple de circuit mettant en oeuvre la présente invention. Sur la figure 3, on a illustré schématiquement le principe de base de la présente invention. Essentiellement, la sortie S de la rétine à transfert de charges DTC est directement reliée à l'une des armatures d'un condensateur C, dont l'autre armature est reliée d'une part à l'entrée d'un étage amplificateur (par exemple, la grille d'un transistor à effet de champ T, dont les éIectrodes de grille, de source et de drain sont référencées respectivement g, d et s) , et d'autre part à un interrupteur (ion) permettant de relier fugitivement cette borne au potentiel de la masse. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant: à l'instant tN, on ferme l'interrupteur IN (qui est normalement ouvert), ce qui met l'armature correspondante du condensateur au potentiel de la masse, l'autre armature recevant la tension délivrée par la rétine à cet instant, c'est-àdire la tension de précharge VN. L'interrupteur IN est maintenu fermé suffisamment longtemps pour que la tension aux bornes du condensateur C ait le temps de s'établir à cette valeur. L'interrupteur IN est alors ouvert, de sorte que, pendant le reste du temps, la grille g du transistor T verra, par rapport à la masse, une tension égale à la tension Vs en sortie de la rétine diminuée de la tension présente aux bornes du condensateur C, c'est-à-dire qu'elle verra en fait une tension égale à la grandeur différentielle AV que l'on souhaite déterminer. Le transistor T délivrera donc en sortie, en permanence, une tension proportionnelle à cette valeur AV, tension que l'on pourra ultérieurement échantillonner à un instant approprié. A cet égard, on notera que, dans le cas de l'invention, l'échantillonnage est effectué après amplification au liéu de l'être en amont de l'amplificateur différentiel comme dans le cas du circuit de l'art antérieur illustré figure 2, ce qui procure une amélioration notable du rapport signal'bruit. La figure 4 représente un exemple de réalisation pratique d'un tel circuit (comme dans le cas de la figure précédente, les électrodes de grille, de source et de drain des transistors à effet de champ sont référencées respectivement g, d et s). La sortie S de la rétine à transfert de charges DTC est reliée à l'une des armatures d'un condensateur C1, par exemple un condensateur de 100 pF, par l'intermédiaire d'un transistor T1 qui n'a qu'une simple fonction d'isolement, le niveau de tension sur son émetteur étant le même que celui apparaissant à la borne S de la rétine. L'armature opposée du condensateur C1 est reliée à la grille d'un transistor à effet de champ T3 faisant fonction d'amplificateur, dont le gain est déterminé par la résistance de source R2 et la résistance de drain R3, par exemple des résistances de 1,5 kfl et 220 fl, ce qui procure un gain en tension R2 /R3 = 6,8 environ. L'armature du condensateur C1 qui est reliée à la grille de T3 peut être mise fugitivement à la tension de la masse par un interrupteur statique à transistor MOS T2 commandé par application sur sa grille, à l'instant tN; d'une impulsion SN , par exemple une impulsion d'amplitude 5 volts et de durée 15 ns. Le transistor T2 peut par exemple être un BSD 22, composant qui est un DMOS ayant un temps de commutation de l'ordre de 4 ns, avec une résistance série en conduction inférieure à 30 n. Le transistor T4 constitue un étage d'amplification supplémentaire (montage classique en émetteur commun), et le signal de sortie présent sur l'émetteur de ce transistor est échantillonné au moyen d'un interrupteur statique à transistor MOS T5 qui, à l'instant ts où le signal de sortie de la rétine atteindra la valeur de charge Vs, chargera à la valeur k.åV le condensateur C2 (k étant le facteur d'amplification des étages précédents). La porte T5 peut par exemple être du même type que la porte T2, et on la commande par application sur sa grille, à l'instant ts, d'une impulsion Ss d'amplitude 10 volts et de durée 15 ns. Le condensateur C2 peut avoir par exemple une valeur de l'ordre de 100 pF, et la tension entre ses bornes est appliquée à la grille d'un transistor à effet de champ T6, de telle sorte que l'on verra (à une composante continue près) aux bornes de la résistance de charge R5 de ce transistor une tension proportionnelle à la valeur différentielle AV à analyser. Le montage de la figure 4 a permis d'obtenir pour la valeur AV, une sensibilité de l'ordre de 6 mV pour une tension nominale k.AV de 700 mV en sortie du circuit, avec un rapport signallbruit d'environ 40 dB, tandis que les circuits de l'art antérieur, du type illustré schématiquement figure 2, ne procuraient qu'une sensibilité de 20 mV environ, avec un rapport signaLbruit de 46 dB (le rapport signal/bruit intrinsèque du signal en sortie de la rétine étant de l'ordre de 52 dB). REVENDICATIONS 1. Un circuit de traitement du signal de sortie d'une rétine à transfert de charges (DTC), signal présentant différents niveaux de tension à partir desquels on doit déterminer, pour chaque pixel d'une image, la différence de tension entre une tension de précharge (VN) correspondant à un niveau de noir de référence et une tension de signal (Vs) correspondant à une intensité lumineuse ayant frappé le pixel correspondant de la rétine, circuit caractérisé en ce qu il comprend - des moyens (B; T2,SN) pour forcer, à un instant donné (tN) où la tension du signal correspond à la tension de précharge, la tension aux bornes d'un condensateur (C ; Ci) à cette valeur de tension, et - des moyens pour appliquer, en dehors dudit instant donné, la tension de signal à un étage amplificateur (T ; T3,R2,R3) avec interposition du condensateur, de manière que la tension appliquée en entrée de cet étage amplificateur soit la valeur différentielle entre la tension de signal instantanée et la tension de précharge apparue audit instant donné (tN). 2. Le circuit de la revendication 1, comprenant en outre, en sortie dudit étage amplificateur, des moyens échantillonneurs (Ts,Ss) du signal amplifié à des instants (ts) correspondant à la tension de signal à mesurer. 3. Le circuit de l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens pour forcer la tension aux bornes du condensateur comportent une porte MOS (T2) rendue passante audit instant donné (tN) de manière à relier temporairement l'une des bornes du condensateur à un potentiel de masse, l'autre borne recevant à cet instant la tension de précharge (VN) délivrée par la rétine.