DE2004333A1 - Kapazitiver Speicher - Google Patents

Description

20043S3/ It/

N. V. Philips¹ Grloeilampenfabrieken, Eindhoven / Holland

Kapazitiver Speicher

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Speieher mit einer Reihe von Kapazitäten und Transistoren. Kapazitive Speicher werden häufig als Verzögerungsleitungen für z.B. Audio- oder Videofrequenzsignale verwendet. Dabei ist es erforderlich, daß die Datenübertragung zwischen zwei der Speicherkapazitäten möglichst verzerrungsfrei erfolgt. Ein derartiger kapazitiver Speicher ist aus der niederländischen Patentanmeldung 6 414 949 bekannt. Bei diesem bekannten Speicher sind die Kapazitäten mit den Basis-Kollektor-Strecken der Transistoren in Reihe geschaltet. Die Emitter-Elektrode und die Basis-Elektrode jedes der Transistoren sind über einen Emitterwiderstand bzw. einen Basiswiderstand mit Erde verbunden, während die Basis-Elektrode jedes der Transistoren außerdem über eine Halbleiterdiode an Erde gelegt ist. Die Kollektor-Elektrode jedes der Transistoren 1st über einen elektronischen Schalter mit einer SchaItepannungsquelle verbunden.

Eine befriedigende Wirkung des bekannten Speichere erfordert, daß die Stromverstärkung jeder Translatorstufe nahezu

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gleich 1 ist, was bedeutet, daß der Quotient des Basiswiderstandswertes und des Emitterwiderstandswertes nahezu gleich 1 sein muß. Wenn dieser Quotient nämlich < 1 ist, tritt bei Verwendung einer großen Anzahl von Transistoren in der Reihe eine erhebliche Schwächung des Signals auf. Ist dieser Quotient > 1, so wird bei Verwendung einer großen Anzahl von Transistoren in der Reihe das Signal gesperrt, wodurch eine erhebliche Verzerrung des Signals herbeigeführt wird.

Beim bekannten Speicher wird das Signal außerdem stets verzerrt werden, weil der Strom durch den Emitterwiderstand jedes der Transistoren eine Funktion der Basis-Emitter-Schwellwert spannung des betreffenden Transistors ist. Überdies ist die Basis-Emitter-Schwellwertspannung von der Temperatur abhängig, so daß die Verzerrung auch temperaturabhängig sein wird. Die erwähnte Verzerrung kann nur gering gehalten werden, wenn das Signal über dem Basiswiderstand eine große Amplitude aufweist.

Außerdem soll im bekannten Speicher der Kapazitätswert je der der Speicherkapazitäten viele Male größer als die Baeis-Kollektor-Kapazität der verwendeten Iransietoren sein, weil sonst Übersprechen auftreten wird, wodurch eine erhebliche Verzerrung des Signals herbeigeführt wird. Da die Baaie-Kollektor-KapaBität meistens groß, i.B. 2 pF let, muß die Speicherkapazität sehr groß, s.B. 1000 pP, etin, woduroh der bekannte Speioher für die Verarbeitung von Hooh-

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frequenzsignalen und auch für Integration nicht geeignet ist.

Die Erfindung "bezweckt einen kapazitiven Speicher zu schaffen, der die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist und außerdem für Integration geeignet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten mit den Hauptstrombahnen der Transistoren in Reihe geschaltet sind, wobei die Transistoren abwechselnd vom entgegengesetzten leitfahigkeitstyp sind.

Der kapazitive Speicher nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Stromverstärkung jeder Transistorstufe nicht durch den Quotienten zweier Widerstandswerte bestimmt wird, während außerdem die beiden Widerstände fortgelassen werden können. Dadurch wird erreicht, daß der Speicher sich viel leichter integrieren läßt und daß eine viel größere Anzahl von Stufen hintereinander angeordnet werden können, bevor eine merkliche Verzerrung des Signals auftritt.

Außerdem hat ein kapazitiver Speicher nach der Erfindung den Vorteil, daß die Speicherkapazitäten viel größer als die Emitter-Kollektor-Kapazität der verwendeten Transistoren Bein sollen, damit Übersprechen vermieden wird, wobei unter "Übersprechen" zu verstehen ist, daß zwei aufeinander folgende Signalmuster sich gegenseitig beeinflussen, indem die erwähnte parasitäre Kollektor-Baeis-Kapazität eine direkte Kopplung zwischen zwei aufeinander folgenden Speicherkapazitäten bildet. Da die Kollektor-Emitter-Kapazität der bekannten integrierten Tranaistoren ohne zusätzliche Maßnahme

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etwa 0,01 pF beträgt, kann die Speicherkapazität nun 5 pF betragen, bevor eine merkliche Verzerrung des Signals auftritt. Dadurch eignet sich der Speicher nach der Erfindung zur Verarbeitung von z.B. Videofrequenzsignalen.

Ein zusätzlicher Vorteil des kapazitiven Speichers nach der Erfindung besteht darin, daß die hochstzulässige Amplitude des Schaltsignals nun durch die Kollektor-Basls-Durchschlagepannung der verwendeten Transistoren («*60 V) bestimmt wird, welche viele Male größer als die Emitter-Basis-Durchschlagspannung (**6 V) ist. Der kapazitive Speicher nach der Erfindung eignet sich daher vorzüglich zur Verarbeitung von Audiofrequenzsignalen, wobei oft das Signal-Rauschverhältnis besonders strenge Anforderungen erfüllen muß (z.B. 70 dB). Das Signal-Rauschverhältnis ist nämlich etwa proportional zu , wobei C den Wert der Speicherkapazität, E die höchst-

zulässige Amplitude des Schaltsignals und η die Anzahl verwendeter Speicherkapazitäten darstellt.

Sine Vergrößerung der hochstzulässigen Amplitude E des SchaItsignals um einen Faktor 10 gibt also ein W 10 « 10 dB besseres Signal-Rauschverhältnis.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Ee zeigen:

Pig. 1 ein Ausführungebeispiel des kapazitiven Speichere nach der Erfindung;

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Fig. 2 die in diesem Speicher an verschiedenen Punkten auftretenden Spannungen als Funktion der Zeit.

In Fig. 1 bezeichnen C - C die Speicherkapazitäten, die mit den Hauptstrombahnen der Transistoren T₁ - T_n in Reihe geschaltet sind. Die Transistoren T₁ - T weisen abwechselnd einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf. Dabei sei noch bemerkt, daß bei bipolaren Transistoren unter "Hauptstrombahn" die Emitter-Kollektor-Strecke des betreffenden Transistors zu verstehen ist, während bei Feldeffekttransistoren unter "Hauptstrombahn" die Strecke zwischen Zufluß- und Abflußelektrode des betreffenden Transistors zu verstehen ist. Die Basis-Elektroden der Transistoren T₁ - T_n sind gemeinsam an einen Punkt konstanten Potentials angeschlossen. Zwischen den Basis-Elektroden sämtlicher Transistoren T (x = 1...n) sind Halbleiterdioden D (x = 1,...n) angebracht, deren Leitfähigkeitatyp dem der Transistoren T (x = 1,.,.n) entgegengesetzt ist. Die Kollektor-Elektrode jedes der Transistoren T ist über eine Halbleiterdiode B (x = 1,...n) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die vorerwähnten Dioden D mit der Schalt-βpannungsquelle S verbunden. Die erste Speicherkapazität C_Q iet mit ihrem vom Emitter dee Transistors T₁ abgekehrten Anachlußende einerseits über eine Halbleiterdiode B an die Schaltepannungequelle S und andererseits über einen Bemueterungskreie A an die Slgnalepannungequelle Y^ angeschlossen. Die

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Wirkungsweise des kapazitiven Speichers wird anhand der Pig. 2 näher erläutert. In Fig. 2a ist die von der Schaltspannungsquelle S abgegebene Sehaltspannung über der Zeit aufgetragen. Die Amplitude der SchaItspannung ist gleich (E + 2 V₁) Volt gewählt, wobei V. gleich dem Spannungsabfall über den Dioden D und B (x = 1,...n) im leitenden Zustand

Jt Jv

und gleich der Basis-Emitter-Schwellwertspannung der verwendeten Transistoren ist. In Fig. 2b ist das Eingangssignal V. über der Zeit aufgetragen, während in dieser Figur auch die Signalmuster ^jV₁, ^V₂» ^V, und ^V. dargestellt sind, die vom Bemusterungskreis A in den respektiven Zeitintervallen T₁, Τ·,, Tc und Τη abgegeben werden (siehe die schraffierten Blöcke). Im Zeitintervall T₁ liefert die Schaltspannungsquelle S eine Spannung, die gleich (E + 2 V.) Volt ist. Dadurch sind der Transistor T₁ und die Diode B_Q gesperrt. Zwischen dem mit der Diode B verbundenen Anschlußende der Kapazität C_Q und Erde wird die Spannung gleich -(E-V₁) + Δ V Volt sein. Es wird durch die Kapazität C und durch die Diode D₁ ein Strom fließen, bis die Spannung über der Kapazität G gleich -(E- Δ V) Volt geworden ist. In demselben Zeitintervall T₁ werden der Transistor Tp und die Diode B₁ leitend sein, wodurch ein Strom durch die Diode B₁, die Kapazität C₁ und den Transistor T₂ fließen wird, bis die Spannung über der Kapazität G₁ gleioh +E Volt ist. Im Zeitintervall T₁ ist also die Information ^ V₁ auf die Kapazität C₀ übertragen; die Spannung

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über dieser Kapazität hat gegenüber ihrer Bezugsspannung -E Volt um einen Betrag ^V₁ zugenommen.

Im Zeitintervall T₂ gibt die Schaltspannungsquelle S eine Spannung ab, die gleich -(E + 2V.) Volt ist. Dadurch werden

die Dioden D₂, B_Q und der Transistor T₁ leitend. Es wird durch die Diode D₂, die Kapazität C₁, den Transistor T₁, die Kapazität G und die Diode B_Q ein Strom fließen, bis die Spannung über der Kapazität C gleich -E Volt geworden ist. Wenn die Kapazitäten C und C₁ gleich groß sind, wird die Spannung über der Kapazität C₁ um einen Betrag ^JV₁ abnehmen (siehe Pig. 2d). Im Zeitintervall T₂ ist also die Information ^V₁ an die Kapazität C₁ weitergeleitet. In demselben Zeitintervall T2 werden der Transistor T₁ und die Dioden B₂, D. leitend sein, wodurch durch die Diode D., die Kapazität C,, den Transistor T,, die Kapazität C₂ und die Diode B₂ ein Strom fließen wird, bis die Spannung über der Kapazität C₂ gleich -E Volt geworden ist.

Im Zeitintervall T_{3 g±bt d±e Schaltspanimng(luelle s eine} spannung ab, die gleich +(E +2T.) Volt ist. Dadurch werden die Dioden B₁, D, und der Transistor T₂ leitend. Es wird durch die Diode B₁, die Kapazität C₁, den Transistor T₂, die Kapazität C₂ und die Diode D₅ ein Strom fließen, bis die Spannung über der Kapazität C₁ gleich +E Volt geworden ist. Wenn die Kapazitäten C₁ und C₂ gleich groß sind, wird die Spannung über der

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Kapazität C₂ um einen Betrag ^V₁ zunehmen. Im Zeitintervall T* wird die Information ^ V". an die Kapazität C₂ weitergeleitet. Die Signalmuster ^T₂, Ü^V3 ^und 4^V4 werden auf ähnliche Weise übertragen.

Die in Pig. 1 gezeigten geradzahligen Dioden. B₀., B^t B* .·.. können durch eine gleiche Anzahl von Basis-Beitterdioden eines pnp-Mehremittertransistors ersetzt werden. Die ungeradzahligen Dioden B-., B,... können durch eine gleiche Anzahl von Basis-Emitterdioden eines npn-Mehremittertransiatora ersetzt werden.

Es dürfte einleuchten, daß sich die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und daß für den Fachmann im Rahmen der Erfindung viele Abarten möglich sind. So können sowohl bipolare Transistoren wie auch Feldeffekttransistoren verwendet werden. Auch können sowohl Feldeffekttransistoren mit einer η-leitenden und einer p-leitenden Kanalzone wie auch Feldeffekttransistoren vom Anreieherunge- und vom Verarmungstyp verwendet werden. Ferner kann die in Fig. 1 beschriebene Schaltungsanordnung z.B. vorteilhaft bei einem üblichen Verfahren zur Herstellung eines Filters für elektrische Signale verwendet werden. Auch können in Vereinigung mit der beschriebenen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 übliche Ein- und Ausgangskreise Anwendung finden. Außerdem können zwei oder mehrere Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 parallel geschaltet werden, derart, daß sie einen gemeinsamen Eingang (gemeinsame Eingänge) und/oder einen gemeinsamen Ausgang (gemeinsame Ausgänge) haben.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

2Q04333 Patentansprüche:

1. Kapazitiver Speicher, der eine Reihe von Kapazitäten und Tranaistoren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten mit den Hauptstrombahnen der Transistoren in Reihe geschaltet sind, wobei die Transistoren abwechselnd einen entgegengesetzten Leitfähigkeitatyp aufweisen·

2· Kapazitiver Speicher nach Anspruch 1, bei dem die Tranaistoren je eine Steuerelektrode, eine Emitter- oder Zuflußelektrode und eine Kollektor- oder Abflußelektrode enthalten, daduroh gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden miteinander verbunden sind, wobei zwischen der Steuerelektrode und der Emitter- und Zuflußelektrode jedea der Tranaistoren eine Halbleiterdiode angebracht iat, deren Leitfähigkeitatyp dem dea Transistors entgegengesetzt ist, und wobei die Kollektor- oder Abflußelektrode jedes der Transistoren über eine Halbleiterdiode vom gleiohen Leitfähigkeitatyp wie die vorerwähnte Halbleiterdiode an eine Schaltapannungaquelle angeaohloaaen iat.

3· Kapazitiver Speioher nach Anapruoh 1, daduroh gekennieioh- net. daß die Emitter- oder Zuflußelektrode jede· der geradzahligen Translatoren der Reihe mit einer Emitter-Elektrode •ine· eraten Mehreraittertranaiatora verbunden iat, dea*en Leitfähigkeit·typ dem deabetreffenden Tran·i·tor· entgegen-

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- ίο -

gesetzt ist, dessen Kollektor- oder Abflußelektrode über eine Halbleiterdiode vom gleichen Leitfähigakeitstyp wie der vorerwähnte Mehremittertraneietor mit einer Schaltepannungequelle verbunden ist, wobei die Emitter- oder Zuflußelektrode jedes der ungeradzahligen Transistoren der Reihe mit einer Emitter-Elektrode eines zweiten Mehremittertransistors verbunden ist, dessen Leitfähigkeitstyp dem des betreffenden Transistors entgegengesetzt ist, dessen Kollektor- oder Abflußelektrode über eine Halbleiterdiode vom gleiohen Leitfähigkeitstyp wie der vorerwähnte zweite Mehremittertransistor mit einer Schaltspannungsquelle verbunden ist.

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