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3ίδδ99 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五'、發明説明（1 ) … 本發明係有關於關聯雙重取樣（CDS)裝置，特別 是有關於可消除多餘噪訊、使噪訊對視頻信號的影饗減至 最低而可使用較少硬體的CDS裝置。 通常，在採用黑/白電荷耦合裝置（CCD)影像感 測器的照像機的信號處理流程中，首先應在處理所拍攝之 CC S輪出信號時執行CDS取樣，Μ便透過除去CCD 翰出信號中的噪訊的方式來獲得純粹的視頻資訊。C D S 是第一値在CCD影像感測器之信號輪出上所執行的第一 画步驟，它在與具有預定週期之p定信號同步的取樣脈衝 輸入時加Κ執行。用Κ處理C C D影像感測器之輪出信號 的傳統CDS裝置示於第1圖中，而與第1圖相關之操作 波形圖顯示於第2圖中。 參考第1、2圖，傳统CDS裝置具有電容4、用Μ 箝制來自電容器4之信號的箝位器6，用以對該DC箝位 器所產生之信號進行取樣之第一與第二取樣及保持電路8 與14, Μ及用Μ對第一取樣與保持電路8所產生之資料輸 出信號進行再取樣的第二取樣與保持電路12。此傳統CD S裝置還包括用Μ將第二與第三取樣與保持電路12之資料 輪出加以放大的差分放大器18、用Μ消除差分放大器18之 高頻成分之低通放大器（LPF) 20、用Μ缓衝第2Β圖 之第一取樣脲衝並提供緩衝脈衝至第一取樣與保持電路8 之第一缓衝器10, Μ及缓衝第2C圖之第二取樣脈衝並提 供缓衝脈衝至第二與第三取樣與保持電路12與13之第二缓 衝器16。因此，第2D圖中之箝位脈衝為DC箝位器6之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -----------裝------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 3i8S99 A7 B7 五、 發明説明（ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 輪入，而第二與第三取樣與保持電路12與14之A與B輸出 分別回授至D C箝位器6。 前述之傳統CDSCDS的操作將參考第1、 2圖加 Μ說明。 在利用CCD照相機条統（未顯示）拍攝物體時，C CD影像感测器2輸出第2Α圖所示之視頻信號。此視頻 倍號耦接於電容器4，並隨後被送入DC箝位器6。DC 箝位器6根據第2D圖所示之箝位脲衝複製經DC箝位之 視頻信號，並將此複裂信號輪出至第一與第三取樣與保持 電路8與14。此複製係有第2D圖之箝位電路位於高階狀 態的時間内（亦即CCD影像感測器2_出之暗階期間） 加Μ進行。 在DC箝位器6之信號輪入時，第一取樣與保持電路 8根據第2B圖中之第一取樣脈衝（亦即，當第一取樣脈 衝分別為高與低）反覆取樣，並輪出具有第2E圖之波形 的信號。 同樣地，在DC箝位器6之信號輸入時，第三取樣與 保持電路8根據第2C圖中之第二取樣脈衝（亦卽，當第 二取樣脈衝分別爲高舆低時）反覆取樣，並翰出具有第2 G圖之波形的信號。 此外，第二取樣與保持霣路12在第二取樣脈衝餘入時 對第一取樣與保持霣路8所取樣之信號進行再取樣。因此 ，如第2F圖所示，第二脈衝與取樣電路12之信號_出的 波形與第二取樣與保持電路14之蠄出波形，如第2G圖所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 先 閱 讀-背 之 注 意 事 項 再 填 JI裝 頁 訂 6 328S99 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五:、發明説明（3 ) … 示。 如前所述，在含有取樣噪訊的輪出倍號從第二與第三 取樣與保持電路12與14輪出至差分放大器18時，差分放大 器產生一個如第2H圖中所示的差分信號。LPT 20抑制 殘留在信號之高頻部分的所有取樣噪訊，並在由差分放大 器18輪入第2 Η圖之信號時輪出具第2 I圖中之波形的信 號。因此，視頻資訊之邊緣成分隨箸高頻噪訊的抑制而同 時衰減，此如第21圖所示。 為了要處理信號取樣期間所產生的噪訊（亦即，由於 電晶髏與二極體或取樣及保持電容器之類的主動元件之暫 態現象所引起之噪訊），前述傳統CD S裝置透過處理由 C D S所獲得的極與負極信號的方式來輪出信號成分，並 利用共模拒斥比（CMRR)來抑制同相的噪訊成分。 然而，在前述方法中，噪訊抑制取決於差動放大器之 特性。亦邸，一般差動放大器之CMRR特性在信號的低 頻部分有良好的表現，但在高頻部分並不理想。因此，10 ΜΗ z或Μ上的頻帶中的矂訊無法被抑制。 此外，傳統CDS裝置採用LPFM降低無法被差動 放大器消除K及高頻帶的取樣噪訊。然而，此方法影镳前 述的預定視頻信號成分，因而使高頻帶中的邊緣成分的增 益變差。因此，解析度-視頻信號中最重要的一個特性之 --降低。 此外，傳統CDS裝置可利用高通濾波器（HPF) 取出高頻帶中的噪訊成分，將取出之噪訊成分的相位移轉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *言 Α7 Β7 五、發明説明（4 ) 〜 180° ，再將此經過柑位移的成分加到原來的信號，這 也會使視頻信號成分受到不良的影饗，並降低解析度。 為克服前述問題，本發明的一傾目的在於提供一種可 降低多餘的噪訊並提高噪訊消除效率的關聯雙重取樣裝置 〇 本發明的另一値目的在於提供一種對視頻信號的成分 所造成的衝擊最小，使用的硬膿較少，而可提高解析度的 關聯雙重取樣裝置。 為達成前述目的，本發明提供一種關聯雙重取樣裝置 ，其具有至少兩値取樣及保持電路部•用Μ對影像感測裝 置之視頻信號輪出進行取樣並輪出預定DC位準位信號， 以及差動放大裝置，該關聯雙重取樣裝置包括： 定位電路部，用以對影像感測裝置之視頻翰出進行D C定位並提供經DC定位之信號至該取樣及保持電路部； 至少兩個再取樣及保持電路部，用Μ對取樣及保持電 路部所輸出之信號進行再取樣； 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 --------J裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 位準校正部，用以校正取樣及保持電路部之一與再取 樣及保持電路部之一之輪出位準，並輸出相位與再取樣及 保持電路部之輪出同步之信號；與 消除取樣噪訊之裝置，於輸出信號輪入時根據預定倍 號交替通過再取樣及保持電路部與位準校正部之輪出信號 〇 本發明前述目的與利益可透過較佳實施例與其附圖的 詳細說明而更清楚地呈現，在附圖中： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2Ι0Χ 297公釐） 018899 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（5 ) ‘ 第1圖爲傳統CDS装置之示意圖； 第2A至2I圖為第1圖之傳統CDS裝置之操作波 形之示意圖； 第3圖為本發明之CDS裝置之示意圖； 第4A至4K圖爲本發明之CD S装置之操作波形； 第5圖爲第3圖所示之箝位器之實施例的電路圖； 第6圖爲第3圖之取樣及保持電路之實施例之電路圖 > 第7圖為第3圖之位準校正器之實施例的電路画； 第8圖為第3圖之噪訊消除器之實施例之電路圖； 第9A至9 E圖用Μ說明本發明之噪訊消除器之操作 〇 參考第3圖，本發明之CD S裝置採用位準連接器與 噪訊消除器而非傳統的LPF與HPF。本發明之CDS 装置之元件與傳統CDS裝置之元件相同，亦卽，用Μ與 第4Α圖之CCD影像感測器2之輸出視頻信號進行DC 耦合之電容器4，用Μ對電容器4之轜出信號加Μ定位之 DC***，用以對DC***60所產生之電路進行取樣 並加以保持之第一與第三取樣及保持電路8與持電路14, 用以對第一取樣及保持電路8所輸出之倍號施Μ再取樣之 第二取樣及保持電路12,用以緩衝第4Α圖之第一取樣脈 衝並提供經缓衝之取樣脈衝至第一取樣及保持電路8之第 一缓衝器10, Μ及用Μ缓衝第4C圖之第二取樣脈衝並提 供經緩衝之取樣脈衝至第二與第三取樣及保持電路12與14 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2!0Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ 五'、發明説明（6 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 之第二缓衝器16。 在此，相同的檫號用於與傳統CDS裝置相同的元件 上，而這些元件的操作與說明則予以省略。 本發明之CDS裝置還包括：第四與第五取樣及保持 電路30與32,用以對第二與第三取樣及保持電路12與14所 輸出之信號加Μ取樣；第一與第二位準校正器26與28，用 以分別對第二與第三取樣及保持電路12與14所_出之信號 之DC位準加Μ修正；第一第二噪訊清除器36與38，用Μ 接收分別由第一位準校正器26與第四取樣及保持電路30， Μ及由第二位準校正器28與第五取樣及保持電路32所輪出 的信號對，並將各對信號對之一交替地鑰出，因而使得包 含於第四與第五取樣及保持電路30與32中的矂訊成分被消 除；Μ及差動放大器18,用Μ對第一與第二噪訊消除器36 與38之輸出進行差異放大。在此，第四與第五取樣及保持 電路30與32，Μ及第二與第二噪訊消除器36與28接收第4 Β圖之第二取樣信號，該信號在第三緩衝器34中被缓衝。 第一與第二矂訊消除器36與38所分別輪出之信號C S與D C回授至DC***60。 如第5圖所示DC***60採用負回授法並具有多數 個電晶齷、電阻器與電容器，它們構成一組電流鏡Μ及其 他電路。如第6、 7、 8圖所示，取樣及保持電路、位準 校正器與噪訊消除器具有多數個電晶體、電阻器與電容器 本發明之C D S裝置之操作將透過第3至8圖詳細加 本纸浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 10 I---------裝------訂------、；威 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 Α7 Β7 五、發明説明（7 ) … Μ說明。 在本發明之CDS裝置中，在利用CCD照相機糸統 拍攝物體時，CCD影像感测器2輸出第4A圖所示之傳 統C D S裝置中的視頻信號。此視頻信號由電容器4加Μ 耦合並輪出至DC***60。DC***60根據第4D圖 之定位脈衝重製此DC耦合之視頻信號，並將此重製信號 輸出至第一與第三取樣及保持電路8與14。此重製過程係 在第4D圖中之定位信號位於高階狀態時進行，亦即，當 時CCD影像感測器2之翰出處於暗位準期間。此外，當 信號由DC***60輪出時，第一取樣及保持電路8根據 第4B圖之第一取樣脈衝之週期（亦即，當第一取樣脈衝 分別位於高階與低階時）對信號重複進行取樣並加以保持 ，並輸出具有第4E圖之波形的信號。同樣地，當信號由 D C***60輪出時，第三取樣及保持電路根據第4C圖 之第二取樣脈衝之週期（亦即，當第二取樣脈衝分別位於 高階與低階時）對信號重進行取樣並加Μ保持，並輸出具 有第4F圖之波形的信號。因此，如第4Ε圖所示，由第 二取樣及保持電路12所輸出之信號的波形與第4F圖之第 三取樣及保持電路14之輸出波形具有相同的週期。 如前述，當具有相同週期的信號波形由第二與第三取 樣及保持電路12與14_出時，第四與第五取樣及保持電路 30與32利用第4 Β圖之第一取樣脈衝對信號進行取樣，並 輪出第4G、 4Η圖中之信號波形。此外，當第二與第三 取樣及保持電路12與14之輪出信號分別輸出至第一與第二 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ----------1 裝-- (請先閱貧背面之注意事項再填寫本頁) 訂 11 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) … 位準校正器26與28時，爲了要校正各個取樣及保持電路之 输入與輪出之間的DC位準，第一位準校正器26使第二取 樣及保持電路12之輸出與第四取樣及保持電路30之D C輸 出相等，而第二位準校正器28使第三取樣及保持電路14之 翰出與第四取樣及保持電路32之DC輪出相等。第一與第 二位準校正器26與28之輸出信號分別被送至第一與第二噪 3訊消除器36與38。 如前述，當第二與第二位準校正器26與28、第四與第 五取樣及保持電路30與32之輪出信號被分別被送至第一與 第二矂訊消除器36與38時，第一噪訊消除器36根據第4 B 圖之第一取樣脈衝交替地輸出第一位準校正器26與第四取 樣及保持電路30之輪出，這使得無取樣噪訊的信號（示於 第4 1圔）可輸入至差動放大器18之正極端。同樣地，第 二噪訊消除器根據第4B圖之第一取樣脲衝交替地輪出第 二位準校正器28與第五取樣及保持電路32之輪出，這使得 無噪訊信號（示於第4J圖中）被送至差動放大器18之負 極負。之後*在信號輸入至差動放大器18之正極與負極输 入端時，差動放大器18輪出兩信號之間的差值。其中，多 餘的噪訊會由差動放大器18的CM RR特性加以抑制。 第5圖為本發明之DC***60的一個特定實施例。 此D C***60採用負回授法Μ便使電路操作點上的DC 重製相似，此***使回授至DC***60之第一與第二 噪訊消除器36與38之D C電壓輸出柑當於定位電壓V c Ua P ，此乃透過在電晶體Q3與Q4中比較它們的繪出而達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱诊背面之注意事項再填寫本頁) .裝- 訂 12 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3 切 S39 - -. A7 〜__B7 _ 五、發明説明（9 ) … 成。前述之DC***60的操作是在第4A圖之定位脈衝 位於高階狀態的期間（亦即，在C C D影像感测器2之輪 出信號的暗位準週期）進行。例如，當第二噪訊消除器38 之DC電壓輸出大於定位脈衝Vcl amp時，包括電晶體Q 5、Q7、Q9與Q10的電流鏡使電容器C放電，因而降 低電晶體Q14之基極電位以及***輪出之DC電壓。因 此，包括取樣及保持電路的整個電路的DC電壓下降，且 D C***60重複前述動作直到第二噪訊消除器38之回授 D C電壓等於定位電壓V clamp為止。 當第二矂訊消除器38之DC電壓小於定位電壓Vcl am P時，與前述實施相反，DC***60透過使包括電晶體 Q6與Q8之電流鏡中的電容器C放電的方法而使第二矂 訊消除器38之DC定壓等於定位電壓Vcl amp。在此，假 設電容器C之電流量為e I，而回授電壓為Vfbk， el = {Vt / (IB1/2) fbkc- V lamp} 此外，具有電晶體Qll、CU2與Q13的補僂霣路用M 補僂緩衝電晶體Q14之基極電流。電晶體Q 11與電晶體14 之型式相同，並可透過使IB3=IB2 (亦即，使IB 3//SQ14等於IB2//3Q11)的方式來防止電容 器C在定位脈衝之低週期中經由電晶體Q14之基極電流 充電。 第一噪訊消除器之輪出對DC***60之回授操作與 第二噪訊消除器38之翰出對D C***60之回授操作相同 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 13 11 I 裝 I I ~~ 訂 、^, (請先閲请背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（10) … 第6圖顯示用於本發明之取樣及保持電路之特定實施 例。參考第6圖，如第4 E與4H圖中之操作波形所示， 取樣及保持電路對電阻器R1與電容器C中的輸入信號作 取樣，此乃透過在取樣作業期間根據取樣脈衝之高階值與 低階值的平均值Vth以及電晶體Q4與Q5的比較操作來 激勵電晶體Ql、 Q2、 Q5、 Q6的方式來達成。另一 方面，在保持操作期間，電容器C透過使電晶體Q5與Q 6停止作用的方式來保持電荷到下一個取樣週期。 第7圖為位準校正器26與28之特定實施例。參考第7 圖，位準校正器26與28在取樣及保持電路操作時對輪入與 輪出之間的DC位準偏移進行補償：，因而可作為噪訊消除 器36與38之附帶電路。亦即，位準校正器26與28使基極電 流源IB1 · · · IB4分別等於第6圖中之取樣篤保持 電路之基極電流源IB1··♦IB4,它們採用相同型 式的電晶謾Ql、Q2、6、Q7、Q8、Q9,以及等 值電阻器Rl、 R2、 R3,使得由各電晶體之基極與射 極之間的電壓值V be所決定之DC位準與其他的DC位準 一-致0 第8圖為用於本發明之矂訊消除器36與38之特定實施 例。第8圖所示之噪訊消除器36與38之操作與構造皆相同 。前述第二噪訊消除器之輪出可透過第9 A與9 E圖加Μ 說明。 在收到分別顯示於第9 Β與9C圖所示之第二位準校 正器28與第五取樣及保持電路32之输出時，第二噪訊消除 ,Γ 裝 訂 ^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 14 - 14

器根據第9D圖之第一取樣脈衝交替輸出第二位準校正器 28與第五取樣及保持電路32之輸出。亦即，當第—取樣脈 衝為高階時’第二嗓訊消除器38之電晶體Q14被激勵，因 而僅有第二位準校正器28之輸出通過。當第一取樣脈衝為 低階時，第二噪訊消除器38之電晶體Qu被激勵，因而僅 有第五取樣及保持電路32之輸出通過。因此，第9B圖中 之取樣噪訊可被消除β因此，無取樣噪訊之波形最後可由 第二噪訊消除器38輸出，如第9Ε圖所示。 如前述，本發明之CDS裝置具有位準校正裝置以及噪 訊消除裝置’因而可有效地消除取樣噪訊。 本發明並不受限於前述實施例，且吾人可清楚地瞭 解，在不悖離本發明之範疇與精神的前提下，熟習此技術 之人士可據此施以各種變化。 —.— — I— J 裝 m^ii. ^ ί請先閎讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 元件標號對照表 2 影像感測器 20 4 電容器 60 6 箝位器 26 ' 28 18 差動放大器 36、38 10 、16、34 緩衝器 8 ' 12、14、30、32 取樣及保持電路 低通放大器 *** 線 -15- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐〉

Claims (1)

1. ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 … 1. 一棰關聯雙重取樣裝置，其具有至少兩値取樣及保持 電路部，用以對影像感测装置之視頻信號輪出進行取 樣並輪出預定DC位準位信號，Μ及差動放大裝置， 該關聯雙重取樣裝置包括： 定位電路部，用Μ對影像感測裝置之視頻輸出進 行DC定位並提供經DC定位之信號至該取樣及保持 電路部； 至少兩個再取樣及保持電路部，用以對取樣及保 持電路部所輸出之信號進行再取樣； 位準校正部，用Μ校正取樣及保持電路部之一與 再取樣及保持電路部之一之檎出位準，並輸出相位與 再取樣及保持電路部之輸出同步之信號；與 消除取樣噪訊之裝置，於輸出信號輪人時根據預 定信號交替通過再取樣及保持電路部與位準校正部之 輸出信號。 2. 如申請專利範圍第1項之闢聯雙重取樣裝置，其中用 於該噪訊消除裝置之該預定信號為送至該取樣及保持 電路部之預定取樣脈衝。 3. 如申請專利範圍第1項之鼷聯雙重取樣裝置，其中該 噪訊消除裝置在該取樣脈衝為高階與低階時分別將該 位準校正部與該再取樣及保持電路部之輪出送至該差 動放大裝置。 4. 如申請專利範圍第2項之關聯雙重取樣装置，其中該 噪訊消除装置在該取樣脈衝為高階與低階時分別將該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ，， -16 - 裝 I 訂 旅 (請先&讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 9 S 8 1 3 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 位準校正部與該再取樣及保持電路部之輸出送至該差 動放大裝置。 5. 如申請專利範圍第丨項之關聯雙重取樣装置，其中送 至該取樣及保持電路部之該第一預定取樣脈衝亦被送 至該等取樣及保持電路部之一。 6. 如申請專利範圍第2項之關聯雙重取樣裝置，其中送 至該取樣及保持電路部之該第一預定取樣脈衝亦被送 至該等取樣及保持電路部之一。 7. 如申請專利範圍第1項之關聯雙重取樣裝置，其中該 噪訊消除裝置之輸出信號回授至該定位電路部。 8. 如申請專利範圍第1項之關聯雙重取樣裝置，其中該 定位電路部包括電流鏡装置與充電及放電裝置。 9. 如申請專利範圍第1項之關聯雙重取樣裝置，其中該 取樣及保持電路部與該再取樣及保持電路部包括： 用於充電及放電操作Μ便對預定_入電壓進行取 樣並加Κ保持的裝置；與 由該充電及放電裝置之充放電加Μ激勵或去激勵 之切換裝置；與 防止該充電及放電裝置在該輸入電壓之取樣期間 進行充電的裝置。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 裝 I 訂 旅 (請先Κ讀背面之注意事項再填寫本頁) 17