专利名称：模拟存储器及图像处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是模拟存储器，特别涉及降低在模拟存储器的输出信号里所发生的固定型噪声的技术以及内有该模拟存储器的图像处理系统。
我们都知道，CMOS-LSI技术取得了很大的发展，模拟CMOS-LSI设计领域里所用的元件之一，即为模拟存储器。和数字存储器一样，模拟存储器，是一将所输入的模拟信号存入被指定地址的存储元件中，并且再将存储于被指定地址的存储元件中的模拟信号输出来的电路。
图7示出了以往的模拟存储器的基本结构。如图7所示，模拟存储器，备有地址生成部10、由多个存储元件21而组成的存储部20、输入电路30以及输出电路40。由从地址生成部10输出的地址选择信号SL来指定存储部20中的一个存储元件21。读出信号之时，将已被存入所指定的存储元件21中的模拟信号以电压信号Vout输出；写入信号之时，则将所输入的电压信号Vin存入所指定的存储元件21中。
通常，模拟存储器是以电容元件来作存储元件的。然而，因电容元件易受噪声的影响，所以模拟存储器的输入电压Vin里混有由于电容元件内积累了噪声后而引起的偏置电压Vnoise。我们已知该偏置电压Vnoise会因为存储元件所处的物理位置的不同而有差异。也就是说，若设存储元件的地址为n，则输出电压Vout可以用下式(1)来表示。
Vout＝Vin+Vnoise(n) … (1)即偏置电压Vnoise是存储元件的地址n的函数。该偏置电压Vnoise(n)一般被叫做固定型噪声。
当把模拟存储器用于图像信号处理时，该固定型噪声是一大障碍。因为人眼对亮度非常敏感，所以在图像信号的处理统中，S/N(信噪)比的规格必须在-60dB以下，极其严格。为满足该规格，则必须降低模拟存储器的固定型噪声，若不降低它，则噪声就会显示在画面上。然而，-60dB以下这样的规格对于模拟电路来说，是一个非常严格的、难以达到的值。
到目前为止，对模拟存储器也做过一些开发(参看例如，文献1“Matsui，K.，T.Matsuura，et al.，‘CMOS video Filetrs Using SwitchedCapacitor 14MHz Circuits’，IEEE J.Solid-State Circuits，pp.1096-1101，1985”，文献2“Ken A.Nishimura，Paul R.Gray，‘A MonolithicAnalog Video Comb Filter in 1.2-μm CMOS’，IEEE Journal of Solid-State Circuits，VOL.28，NO.12，pp.1331-1339，1993.12月”)。但因为都会发生上述的固定型噪声，所以未能投入使用。虽然从最初的报告至今10年已经过去了，固定型噪声这个问题仍未得到解决。
本发明是从上述各问题点出发而研究出来的，旨在降低在模拟存储器内部所产生的固定型噪声，以消除将模拟存储器用于图像处理时，对图像质量所造成的不良影响，从而达到能将模拟存储器应用到图像处理系统中的目的。
具体而言，本发明为一种拥有存储模拟信号的多个存储元件的模拟存储器，备有输出用来使上述多个存储元件中的某一存储元件进行写入或者读出的地址选择信号的地址生成部；上述地址生成部和各个存储元件间的上述地址选择信号的传输路线的构成，可以做到上述地址选择信号驱动各个存储元件时的电气特性，不会使该模拟存储器的输出信号里产生固定型噪声，且基本上一致。
根据该发明，上述地址选择信号驱动各个存储元件时，其电气特性不会使该模拟存储器的输出信号里产生固定型噪声，且基本上一致。所以各个存储元件内的电荷馈通噪声(charge feed-through noise)基本上一样。于是，在模拟存储器的输出信号里产生固定型噪声就得到了抑制。
其次，在该模拟存储器的上述地址生成部和各存储元件间，设置有将上述地址选择信号暂时地存放一下而后将它输出的暂时存储手段，且上述暂时存储手段的构成，使它对每一个存储元件的输出特性基本上一致。这样最好。
还有，上述暂时存储手段是由特性基本上一致的多个触发器构成的，且每一个触发器与每一个存储元件一一对应。这样是最好的。于是，由极简单的电路结构便可实现对每一个存储元件的输出特性都基本上一致的暂时存储手段。
还有，上述暂时存储手段和每一个存储元件间的布线的构成，最好使布线的电气特性基本上一致。
在本发明的模拟存储器中，上述多个存储元件被布置成二维矩阵状，以构成存储部；上述地址生成部，能将指定该存储元件的行的行地址选择信号和指定列的列地址选择信号，作为上述地址选择信号而输出；在上述地址生成部和上述存储部的各行之间，设置暂时存储上述行地址选择信号而后将它输出的第1暂时存储手段，同时在上述地址生成部和上述存储部的各列之间，设置暂时存储上述列地址选择信号而后将它输出的第2暂时存储手段；并且上述第1暂时存储手段的构成，使它对上述存储部的各行的输出特性基本上一致，上述第2暂时存储手段的构成，使它对上述存储部的各列的输出特性基本上一致。这样最好。
根据该发明，在存储部的各列和各行上，分别设置了用来抑制发生在模拟存储器的输出信号里的固定型噪声的第1及第2暂时存储手段，所以与对每一个存储元件设置暂时存储手段的情形相比，电路规模会变小，所消耗的功率会变少。
还有，上述第1暂时存储手段与每一个存储元件间的布线的构成，使每条布线的电气特性基本上一致，且上述第2暂时存储手段与每一个存储元件间的布线的构成，使每条布线的电气特性也基本上一致。这样最好。
再就是，构成上述存储部的存储元件，备有电容元件，以上述行地址选择信号及列地址选择信号为输入的逻辑电路，被设在上述电容元件与传送输出入信号的信号线之间，并能根据上述逻辑电路的输出信号来进行接通/截止切换的模拟开关；且上述逻辑电路和上述模拟开关间的布线的构成，使它的电气特性对每一个存储元件都基本上一致。这样最好。
还有，本发明中，还有存储模拟信号的多个存储元件的另一种模拟存储器，备有输出用来使上述多个存储元件中的某一存储元件进行写入或者读出的地址选择信号的地址生成部，和被设置在上述地址生成部和上述各个存储元件之间，暂时存储上述地址选择信号而后将它输出的暂时存储手段；且上述暂时存储手段的构成，使它对每一个存储元件的输出特性基本上都一致。
还有，能实现包括拥有本发明的模拟存储器的梳齿(多通带)滤波器，通过该梳齿滤波器来对复合信号进行YC分离的图像处理系统。该图像处理系统对NTSC制式、PAL制式等各种电视制式都能适用。
附图之简单介绍
图1示出了本发明的第1实施例所涉及的模拟存储器的结构。
图2示出了图1中的主要部分的具体结构。
图3示出了本发明的第2实施例所涉及的模拟存储器的结构。
图4示出了图3中的存储元件的结构。
图5(a)示出了以往的电视信号处理LSI的概略结构，图5(b)示出了在利用了本发明所涉及的模拟存储器的情况下，电视信号处理LSI的概略结构。
图6是表示电荷馈通噪声对模拟存储器的存储元件的影响的示意图。
图7示出了以往的一个模拟存储器的电路结构。
图8是用来说明在以往的模拟存储器中，发生固定型噪声的原因的。(a)示出了图7所示的地址生成部的结构，(b)示出了地址选择信号的信号波形的不同。
图9示出了由模拟信号的固定型噪声所引起的电视画面上的须噪声。
在说明本发明的实施例之前，首先，来介绍一下本案发明人对模拟存储器中产生固定型噪声的原因所作的一些考查。
图6示出了模拟存储器的存储元件的基本结构。如图6所示，模拟存储器的存储元件，通常备有存储信号电荷的电容元件71；和被设置在传输模拟信号的信号线DL和电容元件71之间且由CMOS电路组成的模拟开关72。模拟开关72能根据施加在它的栅极上的脉冲信号来进行接通/截止切换。此时，在模拟开关72进行切换之时，电荷馈通噪声通过模拟开关72的寄生电容73以电荷的形式在电容元件71内存储起来。若由该电荷馈通噪声而存储起来的电荷存储量因存储元件的不同而有差异，则固定型噪声就是由该差异而引起的了。以上是本案发明人的见解。
接下来，对以往的模拟存储器中的电荷馈通噪声进行一下考查。
图7示出了以往的一个模拟存储器的电路结构。在图7中，输入信号Vin被输到输入电路30的带开关的电容取样保持电路(switchedcapacitor sample and hold circuit)31中，并在电容31a(电容值C1)中以电荷的形式存起来。电容31a中所存储的信号又被传输到运算放大器32的输出入间电容32a(电容值C2)中。于是由下式(2)所表示的电压信号便从运算放大器32中输出来了。
Vin×C1/C2 … (2)在电压信号从运算放大器32输出的同时，模拟开关33接通且运算放大器32的输出被接到存储部20中。
从运算放大器32输出的电压信号，被存到由地址生成部10所选择的存储元件21中的电容元件23(电容值C3)里。即所选出的存储元件21中的模拟开关22接通，由此加在电容元件23两端的电压和从运算放大器32输出的电压相等，而告以稳定。在从电容元件23读出信号之际，模拟开关41接通，保存在电容元件23内的电荷被传输到输出电路40的电容40a(电容值C4)中。这样，从输出电路40输出可用下式(3)来表示的电压信号Vout。
Vout＝Vin×(C1/C2)×(C3/C4) … (3)接下来，再考虑以图8(a)所示的循环型移位寄存器为地址生成部10的情形。该循环型移位寄存器的构成，可做到在初始化时，只有第1段锁存器11a的“H”(高电平信号)被输给存储元件21。之后，和时钟CLK同步，该“H”被移到第8段锁存器11h，之后返回第1段锁存器11a中。换句话说，地址生成部10起计数器的作用，各个存储元件21被按顺序重复选择。
在图8(a)所示的结构中，第1锁存器11a的输出为反相输出NQ，第2～第8锁存器11b～11h的输出为正相输出Q。因此，第1锁存器11a和除它以外的第2～第8锁存器11b～11h的输出特性便不同了。于是，如图8(b)所示，在驱动存储元件21的模拟开关22时，从第1锁存器11a所输出的地址选择信号SL1和例如，从第2锁存器11b所输出的地址选择信号SL2的信号波形就不同了。结果，因电荷馈通噪声而积累在靠第1锁存器11a的输出而被驱动的存储元件中的电容元件23上的电荷量，就和积累在靠其他的锁存器11b～11h的输出而被驱动的存储元件中的不一样了。
因此，靠第1锁存器11a的输出而被驱动的存储元件的偏置电压Vnoise，必然和其他的存储元件的偏置电压Vnoise不同。固定型噪声就是这样产生的。该现象，特别是在将模拟存储器应用到电视系统时，是一个致命的缺陷。例如，即使把相同的DC信号值存储到模拟存储器中，在要将它读出时，如图9所示，只有与第1锁存器11a有关的信号部分在电视画面上表现为须噪声。
因模拟存储器常常被用作先进先出(FIFOfirst-in first-out)型存储器，故一般都是采用上述的计数器作地址生成部。本案发明人认为实际的地址生成部10的结构会更加复杂，所以若由地址生成部直接驱动存储元件，则驱动存储元件时的信号波形的差异会更大。再就是，驱动元件的驱动时刻以及从地址生成部到各个存储元件的信号路线上的寄生电容等的电气特性也都有差异，这些差异会引起固定型噪声，这就是产生须噪声的原因。
本发明是基于以上的考查而研究出来的。
以下，参照附图来说明本发明的实施例。(第1实施例)图1示出了本发明的第1实施例所涉及的模拟存储器的结构。对于和图7所示的以往的模拟存储器相同的结构要素，给予了相同的符号，所以不再对它们进行详细的说明了。
如图1所示，本实施例所涉及的模拟存储器在地址生成部10和存储部20之间设置了缓冲部50。作为暂时存储手段的缓冲部50，将从地址生成部10输出的地址选择信号SL暂时存储一下，然后将它输出到各个存储元件21中去。这时的缓冲器对各个存储元件21的输出特性基本上是一致的。由从缓冲部50输出的地址选择信号SL来驱动各个存储元件21的模拟开关。由此，可以防止地址选择信号SL在驱动各个存储元件21时，它对每一个存储元件的电气特性不一样。
图2示出了图1所示的地址生成部10、存储部20以及缓冲部50的一个具体结构。在图2中，地址生成部10由循环型移位寄存器组成；缓冲器50由对应着组成地址生成部10的循环型移位寄存器的各个寄存器11a～11h而设置着的D触发器51a～51h组成。分别由缓冲部50的各个D触发器51a～51h的输出，来驱动各个存储元件21的模拟开关22。
在图2所示，从电路结构上，实现了由每一个D触发器51a～51h的输出驱动各个存储元件21的模拟开关22之际，其电气特性的基本一致。各个模拟开关22上的电荷馈通噪声量也基本相等。因此，在模拟存储器的输出信号中就不会产生固定型噪声了。
通过使各个D触发器51a～51h的结构相同，就可使缓冲器50对每一个存储元件21的输出特性基本上都一致。还有，通过使配线52a～52h的长度相等、形状相同，基本上就可使各个D触发器51a～51h的输出的传输路线的电气特性一致。在实际上用LSI实现了本实施例所涉及的模拟存储器的情况下，将传输每一个D触发器51a～51h的输出的布线52a～52h的掩模布置图案，设计得完全一样。这样最好。
也就是说，把在地址生成部10生成的地址选择信号SL，暂时存到由D触发器51a～51h组成的缓冲器50中，再通过该缓冲部50的输出分别驱动各个存储元件21，于是从电路结构和布置图案这两个方面，消除了驱动存储元件21时，其电气特性的差异。
因此，若利用本发明所涉及的模拟存储器，就会消除如图9所示的电视画面上的须噪声。(第2实施例)本发明的第2实施例，涉及的是将存储元件布置成二维矩阵形状的模拟存储器。
图3示出了本发明的第2实施例所涉及的模拟存储器的结构。对图3中同于图1的结构要素给予了相同的符号，所以不再详述。
在图3中，由被布置成二维矩阵形状的存储元件(图中标记为M)61，和分别被设置在各行的输入侧及输出侧的模拟开关62，构成存储部60。地址生成部10A输出行地址选择信号SLA及列地址选择信号SLB给存储部60。行地址选择信号SLA暂被存到构成作为第1暂时存储手段的行缓冲部50a的各个D触发器(图中标记为“DFF”)52以后，再通过信号线54而被传送到存储部60的每一行上的存储元件61内。另一方面，列地址选择信号SLB暂被存到构成作为第2暂时存储手段的列缓冲部50b的各个D触发器53以后，再通过信号线55而被传送到存储部60的每一列上的存储元件61内。
图4示出了存储元件61的结构。存储元件61拥有2个控制输入端63a和63b，它们分别被输入行地址选择信号SLA和列地址选择信号SLB。行地址选择信号SLA及列地址选择信号SLB分别为逻辑电路，即“与”电路64的输入，只有行地址选择信号SLA及列地址选择信号SLB均为“H”时，信号线SS的逻辑电平才为“H”，模拟开关65也才接通。
使各个D触发器52的结构相同，行缓冲部50a对存储部60的每一行的输出特性基本上就能一致。再就是，使各个D触发器53的结构相同，列缓冲部50b对存储部60的每一列的输出特性基本上就能一致。
还有，地址选择信号SLA在其中传送的信号线54的构成，使它对各个存储元件61的电气特性基本上保持一致，与此同时，传输列地址选择信号SLB的信号线55的构成，使它对各个存储元件61的电气特性基本上保持一致。
再就是，该各个存储元件61中，从逻辑电路64到模拟开关65之间的信号线SS的构成，使它的电气特性基本上保持对各个存储元件一致。
本实施例所涉及的模拟存储器的电路结构，在存储元件61多的情况下更有效。换句话说，在本实施例中，要想构成暂时存储手段，只要把D触发器分别布置到存储部60的每一行及每一列上就行了，因此和所布置的D触发器在数量上要和存储元件相等的第1实施例相比，该实施例中的D触发器的个数被大大的减少了。因此，从电路面积和功率消耗这两方面来看，都是极其有利的。再就是，存储元件的个数很多时，布置成二维的话，电路形状不会走样，而是非常接近正方形，故在混载模拟存储器和其他电路而进行LSI设计时，还有电路间的会变短的好处。
如上所述，本发明的第1实施例中，地址选择信号在驱动各个存储元件时的电气特性基本上一致，所以各个存储元件内所产生的电荷馈通噪声也就基本上一样。结果，可以抑制在模拟存储器的输出信号内产生固定型噪声。
再就是，在第2实施例中，就是在将存储元件布置成二维矩阵形状的情况下，也可使地址选择信号在驱动各个存储元件时的电气特性基本上一致，故和第1实施例一样，固定型噪声可以得到抑制。还有，用较少的D触发器即可构成暂时存储手段，所以电路面积和所消耗的功率都很小。
本发明所涉及的模拟存储器，例如可以被应用到处理电视信号、视频信号的图像处理系统中。
例如，在日本的电视系统中，模拟信号的存储手段，是用来将所输入的复合NTSC信号分离为亮度信号(黑白信号)和色差信号(彩色信号)的梳齿滤波器的一个必不可少的构成要素。在现在的电视系统中，如图5(a)所示，是用接在电视系统LSI外面的电荷耦合元件(CCDChargeCoupled Device)延迟线作模拟信号的存储手段的。设置外部CCD延迟线的理由如下以前没发现利用LSI的通常制造工序，即CMOS工序、BiCMOS工序可制造出能满足图像信号处理上的规格的模拟信号的存储手段。
如图5(b)所示，本发明所涉及的模拟存储器，可以代替该CCD延迟线来作模拟信号的存储手段。此时，包括本发明所涉及的模拟存储器在内的电视系统LSI，采用CMOS工序或者BiCMOS工序即可制成。因此，可实现电视系统LSI的完全一芯片化，这样就可以把制造成本大大地降下来了。当然，对NTSC制式以外的其他制式，例如，PAL制式也是适用的。
还有，用本发明所涉及的模拟存储器来代替CCD延迟线，还可以获得其他的效果。CCD延迟线的结构使它容易放射数字辐射噪声(EMIelectromagnetic interference噪声)。因此，在以往的电视系统中，为了不受该放射噪声的影响，就必须考虑再加上噪声滤除器等措施。与此相对，利用本发明所涉及的模拟存储器，将电视系统LSI完全一芯片化时，就再也不用采取这些消除噪声的措施了。
权利要求
1.一种拥有存储模拟信号的多个存储元件的模拟存储器，其特征在于备有输出用来使上述多个存储元件中的某一存储元件进行写入或者读出操作的地址选择信号的地址生成部；上述地址生成部和各个存储元件间的上述地址选择信号的传输路线的构成，可做到当上述地址选择信号驱动各个存储元件时，它的电气特性不会使该模拟存储器的输出信号里产生固定型噪声，且基本上一致。
2.根据权利要求1所述的模拟存储器，其特征在于在上述地址生成部和各存储元件间，设置有将上述地址选择信号暂时地存储一下，再将它输出的暂时存储手段，上述暂时存储手段的构成，使它对各存储元件的输出特性基本上一致。
3.根据权利要求2所述的模拟存储器，其特征在于上述暂时存储手段，是由特性基本一致的多个触发器组成的，且每一个触发器与每一个存储元件一一对应。
4.根据权利要求2所述的模拟存储器，其特征在于上述暂时存储手段和每一个存储元件间的布线的构成，使每条布线的电气特性基本上一致。
5.根据权利要求1所述的模拟存储器，其特征在于上述多个存储元件被布置成二维矩阵状，构成了存储部；上述地址生成部，能将指定该存储元件的行的行地址选择信号和指定列的列地址选择信号，作为上述地址选择信号而输出；并且在上述地址生成部和上述存储部的各行间，设置有暂时存储上述行地址选择信号而后将它输出的第1暂时存储手段，在上述地址生成部和上述存储部的各列间，设置有暂时存储上述列地址选择信号而后将它输出的第2暂时存储手段；上述第1暂时存储手段的构成，使对上述存储部的各行的输出特性基本上一致，且上述第2暂时存储手段的构成，使它对上述存储部的各列的输出特性基本上一致。
6.根据权利要求5所述的模拟存储器，其特征在于上述第1暂时存储手段与各个存储元件间的布线的构成，使每条布线的电气特性基本上一致；且上述第2暂时存储手段与各个存储元件间的布线的构成，使每条布线的电气特性基本上一致。
7.根据权利要求5所述的模拟存储器，其特征在于上述存储元件，备有电容元件，以上述行地址选择信号及列地址选择信号为输入的逻辑电路，被设在上述电容元件与传送输出入信号的信号线之间，并能根据上述逻辑电路的输出信号来进行接通/截止切换的模拟开关；上述逻辑电路和上述模拟开关间的布线的构成，使它对每一个存储元件的电气特性都基本上一致。
8.一种拥有存储模拟信号的多个存储元件的模拟存储器，其特征在于备有输出用来使上述多个存储元件中的某一个存储元件进行写入操作或者读出操作的地址选择信号的地址生成部，和被设置在上述地址生成部和各存储元件间，将上述地址选择信号暂时地存储一下，再将它输出的暂时存储手段；上述暂时存储手段的构成，使它对各存储元件的输出特性基本上一致。
9.一种图像处理系统，其特征在于备有对混合信号进行YC分离的梳齿滤波器；上述梳齿滤波器中，包括权利要求1所述的模拟存储器。
10.根据权利要求9所述的图像处理系统，其特征在于可被应用到NTSC制式或者PAL制式中。
全文摘要
旨在降低模拟存储器的固定型噪声。地址生成部(10)和存储模拟信号的各个存储元件(21)间的地址选择信号(SL)的传送路线的构成,可做到:在地址选择信号(SL)驱动各个存储元件(21)时,其电气特性不会使模拟存储器的输出信号里产生固定型噪声,且基本上一致。在地址生成部(10)和各个存储元件(21)之间,设置有暂时存储地址选择信号并将它输出的缓冲部(50),并使该缓冲部(50)对每一个存储元件(21)的输出特性都一样。还有,该缓冲部(50)和各个存储元件(21)间的布线的构成,使其电气特性基本上一致。这样,各个存储元件(21)的电荷馈通噪声基本上就一致了,固定型噪声被抑制。
文档编号G11C27/02GK1269907SQ98808872
公开日2000年10月11日 申请日期1998年9月25日 优先权日1997年9月29日
发明者道正志郎, 柳沢直志, 小笹正之, 栗本秀彦, 冈本龙镇 申请人:松下电器产业株式会社