DE3015806C2 - Schaltungsanordnung zur Abnahme von Signalen von Halbleiter-Bild- oder -Zeilensensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 25 43 083 ist ein Halbleiter-Bildsensor mit einer dafür geeigneten Signalverstärkerstufe bekannt, welche gemäß diesem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Prinzip arbeitet, jedoch relatiy aufwendig aufgebaut ist.

. Es ist ferner ein Verfahren zur Aufnahme von Signalen von Fernsehaufnahmeröhren bekannt, bei welchem die Signale einem Vorverstärker mit relativ geringem Eingangswiderstand zugeführt v/erden. Dieses hat zur Folge, daß die Ausgangskapazität der Fernsehaufnahmeröhre sich nicht schon bei sehr geringen Frequenzen störend bemerkbar macht Bei Fernsehaufnahmeröhren wurden somit recht gute Signal-/Rauschverhältnisse erzielt Bei Halbleiter- Bild- oder -Zeilensensoren brachte das bekannte Verfahren jedoch keine befriedigenden Ergebnisse.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Abnahme von Signalen von Halbieiter- Bild- oder -Zeilensensoren vorzuschlagen, welche mit einfachen Mitteln ein mögliehst großes SignalVRauschverhältnis gewährleistet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß innerhalb eines ersten Teils jeder Taktperiode des Sensors die Signale dann vom Ausgang des Sensors abgenommen werden, wenn sie einerseits eine möglichst große Amplitude aufweisen und andererseits frei von Störungen sind und innerhalb eines zweiten Teils jeder Taktperiode praktisch störungsfrei abgeleitet werden, so daß die in der folgenden Taktperiode abnehmbare Ladung exakt der Ladung des folgenden Bildpunktes entspricht.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

F i g. 1 stellt eine Schaltungsanordnung dar, wie sie im wesentlichen für Fernsehaufnahmeröhren verwendet wird.

F i g. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel gemaß der Erfindung.

F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiet.
F i g. 4 zeigt ein drittes Ausführung^beispiel.
Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Verstärkern und

F i g. 6 zeigt ein etwas detaillierteres Ausführungsbeispiel mit einem Verstärker.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 besteht im wesentlichen aus einem invertierenden Verstärker 1, an dessen Eingang 2 die Ausgangselektrode einer Fernsehaufnahmeröhre oder eines Halbleiter-Bild- oder -Zeilensensors angeschlossen werden kann. Der Eingang 2 ist ferner über einen Widerstand 3 mit dem Ausgang 4 des Verstärkers 1 verbunden. Durch diese Gegenkopplung wird erreicht, daß auch ohne die Verwendung eines rauscherzeugenden niederohmigen Widerstandes ,der Verstärkereingang einen relativ geringen Eingangswiderstand von beispielsweise 1 kOhm aufweist. Zur Veranschaulichung ist dieser virtuelle Eingangswiderstand 5 in F i g. 1 gestrichelt dargestellt.

In Fig. i ist ferner schematisch die Ausgangsschal- -tung eines Halbleiter-Bild- oder -Zeilensensors dargestellt, welcher an den-Eingang 2 des Verstärkers 1 angeschlossen ist Dabei stellt 6 die Aüsgangskapazität des Sensors sowie die übrigen Schaltkapazitäten der Zuleitung vom Sensor zum Verstärker sowie die Eingangskapazität des Verstärkers dar. Bildpunktweise wird nun durch kurzzeitiges Schließen des Schalters 7 dem Kondensator 6 eine Ladung zugeführt, welche der Helligkeit des jeweiligen Bildpunktes entspricht. Der Schalter 7

verbindet kurzzeitig den vorgeschalteten Kondensator 8 mit dem Kondensator 6, so daß eine Umladung möglich ist. Der Kondensator 8 wird mit einem die Helligkeit des jeweiligen Bildpunktes darstellenden Strom aus einer Stromquelle 9 aufgeladen.

In F i g. ia sind in Zeile A die Taktimpulse zur Steuerung des Schalters 7 dargestellt Die Frequenz dieser Impulse beträgt einige MHz. In Zeile B ist der Spannungsverlauf am Kondensator 6 dargestellt wobei die mit iO bezeichneten Störspitzen ein Vielfaches der Amplitude des eigentlichen Sigals 11 ausmachen. Um eine Weiterleitung dieser Störspitzen zu verhindern kann ein weiterer Schalter 17 vorgesehen werden, der beispielsweise mit den in Zeile C dargestellten Impulsen angesteuert wird. Dadurch wird aber gerade dann das Signal

11 abgetastet wenn es nicht mehr seine größte Amplitude aufweist Da das Signal ohnehin nur eine Amplitude von einigen mV aufweist bedeutet dies eine Verschlechterung des Störabstandes.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ^:st wie in F i g. 1 die Ausgangsschaltung eines Sensors schematisch mit Hilfe der Elemente 6, 7, 8, 9 dargestellt Der Ausgang des Sensors ist jedoch nicht wie bei F i g. 1 mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers sondern mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers

12 verbunden. Der Ausgang 13 des Verstärkers 12 ist zu Gegenkopplungszwecken über einen Spannungsteiler 14, 15 mit dem invertierenden Eingang 16 des Verstärkers 12 verbunden. Bei diesem Verstärker wird also nicht wie beim Verstärker 1 (Fig. 1) mit Hilfe der Gegenkopplung der Eingangswiderstand verringert sondern der dem Verstärker eigene relativ große Eingangswiderstand beibehalten. An den Ausgang 13 des Verstärkers 12 ist wiederum ein Schalter 17 angeschlossen, weicher verhindert daß die mit der Umladung der Ladung vom Kondensator 8 zum Kondensator 6 entstehenden Störspitzen weitergeleitet werden. Nach erfolgter Abtastung des Signals mit Hilfe des Schalters 17 wird die Ladung des Kondensators 6 mit Hilfe des Schalters 18 gelöscht, so daß die dem Kondensator 6 in der folgenden Taktperiode zugeführte Ladung lediglich der Ladung des folgenden Bildpunktes entspricht Ein Spannungszeitdiagramm der Spannung am Kondensator 6 ist in 7eile A der F i g. 2a dargestellt Die Zeilen B und C zeigen Impulse, wie sie zur Steuerung des Schalters 17 und 18 verwendet werden können. Aus Zeile A der F i g. 2a ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal des Sensors bei der Anordnung nach F i g. 2 abgetastet wird, während es noch die volle Amplitude aufweist

Nun ist jedoch das Schalten von derart kleinen Spannungen mit den zur Zeit bekannten elektronischen Bauelementen, beispielsweise mit Feldeffekttransistoren, deshalb kritisch, v«il die Flanken der Schaltimpulse durch interne Kapazität des Bauelementes direkt auf die zu schaltenden Spannungen übertragen werden. Dadurch entstehen wiederum Störimpulse, deren Größe um ein Vielfaches über dem Nutzsignal liegt

Eine Verbesserung in dieser Hinsicht wird durch das in Fig.3 gezeigte Ausführungsbeispiel erreicht, welches bei einer Anordnung gemäß Fig.2 anstelle des Schalters 18 tritt; und zwar wurde bei der Anordnung nach F i g. 3 ein sogenannter operational transductance amplifier OTA 20 verwendet Dieser Verstärer 20 hat einen Stromausgang, dessen Ausgangsstrom proportional zur Differenz der Spannung an den beiden Eingängen ist und ferner nur fließt, wenn an den Eingang 19 eine entsprechende Spannung angelegt wird. Im folgenden wird für diesen VersSJrker 20 die allgemein übliche Abkürzung OTA verwendet Sowohl der invertierende Eingang als auch der Ausgang des OTA 20 sind mit dem Ausgang des Sensors bzw. dem Eingang des Verstärkers 12 (Fig.2) verbunden. Während des Auftretens des in Zeile C(Fig.2a) dargestellten Impulses am Steuereingang 19 des OTA 20 wird der Kondensator 6 entladen. Die Entladung erfolgt so lange, wie die Eingansspannung des OTA von Null verschieden ist Hierbei treten keine zusätzlichen Störspitzen auf.

ο Eine weitere Verbesserung der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist in F i g. 4 dargestellt Und zwar wurde hier der OTA 20 an den Ausgang des Verstärkers 12 angeschlossen. Dadurch wird erreicht daß der Verstärker 12 in den vom OTA 20 gebildeten Regelkreis einbezogen wird und somit eine eventuell vorhandene Drift des Verstärkers 12 ausgeregelt werden kann.

Die zur Zeit verfügbaren OTAs sind jedoch relativ langsam und können für Videoanwendungen nur begrenzt eingesetzt werdea Eine Schulung, die wesent-Hch schneller arbeitet ist in F i g. 5 dargestellt Gegenüber der Schaltung nach F i g. 3 ist anstelle des OTA 20 ein weiterer Verstärker 21 vorgesehen, dessen Ausgang über einen Schalter 22 einerseits über einen Widerstand 23 mit d;m Eingang des Verstärkers 12 und andererseits über einen weiteren Widerstand 24 mit festem Potential verbunden ist Dem Steuereingang 25 des Schalters 22 werden die in Fig.2a in Zeile Cgeznigten Impulse zugeführt Die Arbeitsweise ist ähnlich wie diejenige der Schaltung nach F i g. 3. Der Widerstand 23 ist wesentlich

jo größer als der Widerstand 24. In einer praktisch ausgeführtung Schaltung hat sich für den Widersand 23 ein Wert von lOOkOhm und für den Widerstand 24 ein Wert von 100 Ohm bewährt Dadurch wird erreicht, daß eine durch die innere Kapazität des Schalters 22 von dessen Steuerelektrode 25 übertragene Störspitze stark gedämpft wird.

Eine Schaltung, bei der lediglich ein Verstärker verwendet wird, zeigt Fig. 6, Vom Sensor ist lediglich die Kapazität 6 dargestellt. Der Ausgang des Sensors ist in diesem Fall mit dem invertierenden Eingang 26 eines Verstärkers 27 verbunden. Um die im Zusammenhang mit F i g. 5 erläuterte Entladung der Kapazit&i 6 zu gewährleisten, ist der Ausgang 28 des Verstärkers 27 über einen Feldeffekttransistor 29 und einen Widerstand 30 mit der Kapazität 6 verbunden. Gleichzeitig ist die vom Ausgang 28 des Verstärkers 27 abgewandte Elektrode des Feldeffekttransistors 29 über einen zweiten Widerstand 31 mit festem Potential verbunden. Der Steuerelektrode 32 des Feldeffekttransistors 29 werden die in Zeile Cder F i g. 2a dargestellten Impulse zugeführt Eiü Widerstand 33 welcher zwischen dem Ausgang 28 und dem invertierenden Eingang 26 des Verstärkers 27 angeordnet ist wirkt als Gegenkopplung urd sorgt für eine ausreichend konstante Verstärkung des Verstär-

kers 27. Da jedoch damit der invertierende Verstärkereingang niederohmig gemacht würde, im Zusammenhang mit der voriirgenden Erfindung jedoch ein hochohmiger Verstärkereingang erforderlich ist, um nämlich .eine vorzeitige Entladung des Kondensators 6 zu ver-

W meiden, ist dem invertierenden Verstärkftfeihgang 26 fein Impedanzwandler, bestehend aus dem Feldeffekttransistor 34 und dem Widerstand 35, vorgeschaltet Der Feldeffekttransistor 54 ist selbstverständlich an eine entsprechende Betriebsspannung -1- Uo angeschlossen.

Zur Vermeidung von Driften ist der nichtinvertierende Eingang 36 des Verstärkers 27 mit den gleichen Elementen wie der Eingang 26 beschaltet, und zwar sind diese der Feldeffekttransistor 37, welcher mit dem Feldeffekt-

transistor 34 in einem Gehäuse untergebracht ist, und
die Widerstände 38 und 39.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

20

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30

35

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50

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Abnahme von Signalen von Halbleiter-Bild- oder -Zeilensensoren, bei welchen im Takt von Steuerimpulsen eine den Ausgang des Sensors darstellende Kapazität mit die jeweilige Größe des Signals darstellenden Ladungen versehen ist, wobei in einem ersten Teil der Taktperiode die Ladung weitgehend erhalten bleibt und in einem zweiten Teil der Taktperiode die Ladung durch Zuführen eines im wesentlichen zur Größe des Signals proportionalen Stromes abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Halbleitersensors einerseits mit einem hochohmigen Eingang eines Verstärkers (12) und andererseits mit dem Ausgang einer steuerbaren Stromquelle verbunden ist, die nur während des zweiten Teils der Taktperiode eingeschaltet ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Stromquelle von einem sogenannten operational transductance amplifier (OTA) (20) gebildet wird, an dessen Steuereingang (19) ein Impulssignal anliegt, wodurch der OTA (20) nur während des zweiten Teils der Taktperiode leitend ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der invertierende Eingang als auch der Ausgang OTA (20) mit dem Ausgang des halbleitersensors verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang des OTA (20) mit dem Au. .gang des Verstärkers (12) und der Ausgang des OTA (20) mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers (12) verbunden ist

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Stromquelle von einem weiteren Verstärker (21) gebildet wird, dessen Ausgang über einen Schalter (22), der während des zweiten Teils der Taktperiode leitend ist, und einerseits über einen ersten Widerstand (23) mit dem Ausgang des Halbleitersensors und andererseits über einen zweiten Widerstand (24) mit festem Potential verbunden ist, und daß der erste Widerstand groß gegenüber dem zweiten Widerstand ist

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (12) mit einem zweiten Schalter (17) verbunden ist