DE2144232C3 - Verzögerungsanordnung - Google Patents

Description

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In der bekannten Verzögerungsvorrichtung nach gleich {-(2£-V_d) + (5} Volt sein (siehe Fig.2d). F i g. 1 sind die Hauptstromwege der Fjldeffekttran- Am E&de des erwähnten Zeitintervalls wird die Spansisioren T₈, T₁, T₁ ... T_n miteinander in Reihe ge- nung an der Abflußelektrode des Transistors T₀ gleich schaltet Die Kapazität C₀ ist zwischen der Abfluß- {-(2E- V_d)+d+4.,} Volt sein. Im erwähnien Zeitelektrode und der Torelektrode des Transistors T₀ 5 intervall ist die Spannungsabnahme über der Kapa-

angebracht. Die Kapazität C_s ist zwischen der Ab- zität C₀ also gleich Δ V₂ Volt.

flußelektrode und der Torelektrode des Transistors T₁ Im Zeitintervall t_s wird die Kapazität C₁ über den angebracht. Die Kapazität C₂ ist zwischen der Ab- Transistor T₁ aufgeladen, bis die Spannung über flußelektrode und der Torelektrode des Transistors T₂ dieser Kapazität um einen Betrag von J V₁ Volt zuangebracht. Die KapazitätC_n ist zwischen der Ab- io genommen hat (siehe Fig. 2e). Im Zeitintervall T₄ flußelektrode und der Torelektrode des Transistors T_n wird die Kapazität C₁ über den Transistor T₂ entlaangebracht. Die Torelektrode des Transistors T₁ ist den, bis die Spannung über dieser Kapazität gleich mit dem Ausgang S₂ der Schaltspannungsquelle S₀ -{E— V_d) Volt ist, wobei V_d die dem Signalwert J V₁ verbunden. Die Torelektroden der Transistoren T₀ entsprechende Schwellwertspannung des TransiunJ T_n sind mit dem Ausgang S₁ der Schaltspan- »5 stors T₂ darstellt Im Zeitintervall τ₅ wird die Kapanungsquelle S₀ verbunden. Die Diode D_n ist einerseits zität C₁ über den Transistor T₁ aufgeladen. Dabei mit der Abflußelektrode des Transistors T_n und ande- wird die Spannungszunahme über der Kapazität C, rerseits mit dem Ausgang S₂ der Schaltspannung!,- gleich der Spannungsabnahme über der Kapazität C₀ quelle S₀ verbunden. Die Quellenelektrode des Tran- im betreffenden Zeitintervall sein. Die erwähnte SpansistorsT₀ ist über die Reihenschaltung des Wider- 20 nungszunahme wird somit gleich (J V₂-A) Volt sein. Standes R₀, der Eingangsspannungsquelle V₁ und der Im Zeitintervall r„ wird die Kapazität C₁ über den Gleichspannungsquelle E₁ mit einem Punkt konstan- Transistor T, entladen, bis die Spannung über dieser ten Potentials verbunden. Kapazität gleich - (E — V _d) Volt geworden ist, wo-

Die Wirkungsweise der bekannten Vorrichtung bei V_d" die dem Signalwert (J V₂ <)) Volt entsprewird nachstehend an Hand der F i g. 2 beschrieben. 25 chende Schwellwertspannung des Transistors T₂ ist. In den Fig. 2 b bzw. 2 c sind die an den Ausgängen S₄ Da A sehr viel kleiner als JV₂ ist gilt annähernd und S₁ auftretenden Spannungen als Funktion der daß V_d" — V_d ist. Dies bedeutet, daß die Spannungs-Zeit dargestellt. Diese Spannungen sind symmetrische abnähme über der Kapazität C₁ im Zeitintervall T₈ Blockspannungen mit einem Maximum von OV und gleich (J₂ - 2 A) Volt statt gleich JV₂ (dem SoIleinem Minimum von E V. Während der Zeitspanne, 30 wert) sein wird. Eine einfache Berechnung zeigt, daß in der die Spannung am Punkt S₁ in bezug auf Erde die der Spannungsabnahme (J V₂- A) Volt über der negativ ist, wird die Information über die Größe des Kapazität C₀ im Zeitintervall t_s entsprechende Span-F.ingangssignals V₁ auf die Kapazität C₀ übertragen nungsabnahme über der Kapazität C_n des Kapazitiv-(pcmäß Fig. 2b also während der Zeitintervalle Speichers nach Fig. 1 gleich (1V2 „ · A) Volt sein T₄, T₁, i„ und r_H). Im Zeitintervall T₂ ist das Eingangs- 35 wird, wobei η die Ordnungsnummer der Kapazität C_n signal V₁ klein (s. F i g. 2 a), während im Zeitinter- ist. Dies trifft aber nur dann zu, wenn η ■ A gegenüber vail T₄ und in den folgenden Zeitintervallen das Ein- J V₂ klein ist. Wenn η ■ A mit J V₂ vergleichbar wird, gangssignal V₁ groß ist. Im Zeitintervall T₂ wird ein d. h., wenn η groß gewählt wird, wird die entspre-Strom durch den Transistor T₀ fließen, der etwa chende Spannungsabnahme gleich (1—Λ)" Volt sein, gleich V₁VR₀ Ampere ist. Dabei ist V_t die Größe des 40 Wenn aber η ■ A mit dem Signalwert Λ V₂ vergleich-Eingangssignals im betreffenden Zeitintervall T₂ und R₀ bar wird, werden auch Effekte zweiter und dritter der Widerstandswert des Widerstandes R_n der Fig. 1. Ordnung auftreten. Dies bedeutet, daß im Gegensatz Diesr Strom wird eine Zunahme der Spannung an zu den in Fig. 2d und 2e beschriebenen Beispielen, der Abflußelektrode des Transistors ϊ'_ο um einen Be- in denen nur ein Signalwert nicht richtig war (siehe trag J V₁ bewirken (siehe Fig. 2d). Im Zeitinter- 45 Fig. 2d, Intervall T₅, und Fig. 2e Intervall τ_β), wervall T;, wird die Kapazität C₀ über den Transistor T, den dann zwei oder mehr aufeinanderfolgende Signalentladen, bis die Spannung über dieser Kapazität werte nicht richtig sein, wie schematisch in Fig. 2f gleich (E- V_d) Volt geworden ist, wobei V_d die dargestellt ist. In dieser Figur sind die Signalwerte in Schwellwertspannung des Transistors T₁ ist, deren den Intervallen r_m und r_m>₂ nicht richtig. Im InterGröße durch den Signalwert J V₁ bestimmt wird. Im 5° vall r_m ist der Signalwert gleich (J V₂- 3_U) Volt, wäh-Zeitintervall T₄ wird über den Transistor T₀ der Ka- rend im Intervall r_{m 1 2} der Signalwert gleich pazität C₀ wieder Ladung zugeführt, wodurch die (J V₂- A._2i) Volt ist. Erst im Intervall x_m , ₄ ist der Spannung an der Abflußelektrode des Transistors T₀ Signalwert richtig und gleich J V₂ Volt
um einen Betrag J V₂ Volt zunehmen wird (siehe F i g. 3 zeigt die Verzögerungsvorrichtung nach der Fig. 2d). Im Zeitintervall T₅ wird die Kapazität C₀ 55 Erfindung. Sie enthält die Transistoren T₀, T₁, T_n und über den Transistor T₁ entladen, bis die Spannung T_n, _v deren Hauptstromwege miteinander in Reihe über diese Kapazität gleich -(E-V/) Volt gewor- geschaltet sind. Die Kapazitäten C₀, C₁, C_n und C_n,., den ist, wobei V₁/ die dem Signalwert J V₂ entspre- siiid zwischen der Abflußelektrode und der Torelekchende Schwellwertspannung des Transistors T₁ dar- trode der Transistoren T₀, T₁, T_n bzw. T_{n +}, angestellt. Es hat sich herausgestellt, daß die dem Signal- 60 bracht. Die Quellenelektrode des Transistors T₀ ist wert J V₂ entsprechende Schwellwertspannung V/ über die Reihenschaltung eines Widerstandes Rl₀ und um einen Betrag (5 Volt die dem Signalwert J V₁ ent- einer Signalspannungsquelle V, mit einem Punkt konsprechende Schwellwertspannung V_d übersteigt. Dies stanten Potentials verbunden. Die Torelektrode des bedeutet, daß die im Zeitintervall t_s auftretende Span- Transistors T₀ ist mit dem Ausgang S₁ der Schaltnungsabnahme über der Kapazität C₀ gleich (J V₂ — A) 65 Spannungsquelle S₀ verbunden, während die Torelek-VoIt statt gleich J V₂ Volt sein wird. Zu dem Zeit- troden der Transistoren T₁ und T_{n +}, mit dem Auspunkt, zu dem das Zeitintervall τ_β anfängt, wird die gang S₂ der Schaltspannungsquelle S₀ verbunden sind. Spannung an der Abflußelektrode des Transistors T₀ Die Torelektrode des Transistors T_n is;t über den Wi-

derstand R₂ mit dem Ausgang S₁ der Schaltspannungsquelle S₀ verbunden. Die Abflußelektrode des Transistors T_{n +}, ist über die Diode D mit dem Ausgang S₁ der Schaltspannungsquelle S₀ verbunden, während die erwähnte Abflußelektrode außerdem über die Folgerschaltung F und den Widerstand R₁ mit der Torelektrode des Transistors T_n verbunden ist. Die Wirkungsweise der Verzögerungsvorrichtung nach Fig. 3 wird nachstehend an Hand der Fig. 4 beschrieben.

In Fig. 4a und 4b sind die an den Ausgängen S₁ und S₂ der Schaltspannungsquelle auftretenden Spannungen als Funktion der Zeit dargestellt. In Fi g. 4 c ist die am Punkt B_n der Verzögerungsvorrichtung auftretende Spannung dargestellt, während in den Fi g. 4d und 4e die in den Kapazitäten C_n und C₁, , vorhandene Ladung als Funktion der Zeit dargestellt ist. Im Zeitintervall T₀ wird Information von einer der Kapazität C_n , vorangehenden Kapazität auf die Kapazität C_n j übertragen. Es sei angenommen, daß in diesem Intervall keine Ladung auf die Kapazität C_n , übertragen wird. Dies bedeutet, daß die Entladung in dieser Kapazität gleich — C(E — V_d) Coulomb ist, wobei C den Kapazitätswert der Kapazitäten C_n ,. C_n und C_n, j darstellt. Ferner sei angenommen, daß in demselben Zeitintervall keine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n und C_n ., stattfindet. Dies bedeutet, daß im erwähnten Intervall die Spannung am Punkt B_n gleich — 2p(E—V_d) Volt sein wird, wobei ρ gleich dem Quotienten R,:R^ -<- R₂ ist. Dies bedeutet, daß die Ladung in der Kapazität C_n im erwähnten Intervall gleich:

Q_n (0) = - C (1 + 2 p) (E - V_d) Coulomb (1) sein wird. Im Zeitintervall τ, erfolgt keine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n , und C_n, weil der Transistor T_n in diesem Intervall nicht leitend sein wird. Dies bedeutet, daß die Ladung Q_n (1) gleich der LadungQ_n (0) sein wird (siehe Fig.4d). Es sei angenommen, daß im Zeitintervall τ₂ eine Ladung *o gleich (1—a). AV ■ C auf die KapazitätC_n , übertragen wird, wobei α einen Schwächungsfaktor und .1 K den Wert des Signalabbildes darstellt, wie es ursprünglich dem Eingang der Verzögerungsvorrichtung zugeführt wurde. In demselben Zeitintervall erfolgt keine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n und C_n, j, so daß der Ladungszustand in den erwähnten Kapazitäten unverändert bleibt, (siehe Fig. 4d und 4e). Im Zeitintervall τ, erfolgt eine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n , und C_n. Eine Ladung gleich (1 -a) ■ A V - C Coulomb wird der Kapazität C_n zugeführt. Die Entladung in dieser Kapazität wird daher gleich:

55 dung in der Kapazität C_n durch die Beziehung (2) gegeben ist. Es wird verlangt, daß am Ende des betreffenden Intervalls die Spannung über der Kapazität C_n,, gleich -(E-V₁₁) +AV Volt ist, weil dann die aufgetretene Schwächung ausgeglichen sein wird. Dies wird erreicht, wenn eine Ladung gleich C-AV Coulom von der Kapazität C_{n +}, übertragen wird. Die Endladung in der Kapazität C_n ist also gleich:

ö„(4) =C{ (1 -2 p) (E-K_-)

+ (1 ~a)A V - A V) Coulomb (3)

(siehe Fig. 4d). Andererseits wird, wenn die Endspannung über der Kapazität C_n,, gleich -E-V₁₁) + A KVoIt ist, die Spannung am Punkt B_n gleich -2p(EV_d) + p ■ AVVoIt sein (siehe Fig. 4c). Die Spannung an der Quellenelektrode des Transistors T_n, j wird während der Ladungsübertragung gleich -■ (E — V₁₁) Volt sein. Die Spannung über die KapazitätC„ wird also gleich (\ Ip)(E V_ü) — p A V Volt sein, so daß die Ladung in der Kapazität C_n gleich:

Q_n' - C {-(1-2p)(E-K_-) p.iK} Coulomb (4)

Q„(3)=, ,. __r.,_ „. + (1 - a) A V) Coulomb (2)

sein (siehe Fig.4d). Im Zeitintervalli₄ erfolgt eine Ladungsübertragung zwischen den Kapazitäten C_n und C_n,,. Am Anfang dieses Zeitintervalles ist die

Ladung'm"der Kapazität C_n4l gleich -C(E- V_d) Coulomb (siehe Fig.4e), während die Anfangslasein wird. Eine nähere Betrachtung der Beziehungen (3) und (4) zeigt, daß, wenn ρ = α gewählt wird, der angestrebte Ausgleich der Schwächung erzielt werden kann.

In der Verzögerungsvorrichtung nach F i g. 3 ist die Ausgleichsschaltung in der letzten Stufe (n + 1) angebracht. Aus praktischen Gründen kann es erwünscht sein, die Ausgleichsschaltung nicht in der letzten, sondern in einer der vorangehenden Stufen anzubringen. Es ist dann aber erforderlich, daß ρ) α gewählt wird, so daß eine gewisse Überkompensation erhalten wird, wodurch am Ausgang der Verzögerungsvorrichtung die richtige Frequenzkennlinie erzielt werden kann. Wenn die Verzögerungsvorrichtung eine Vielzahl von Stufen enthält, können mehrere dieser Stufen überkompensiert werden, wodurch außerdem eiai besseres Signal-Rausch-Verhältnis der Verzögerungsvorrichtung erzielt wird. De Widerstand R₂ kann, statt in Reihe mit der Kapazität C_n, auch zwischen der Torelektrode des Transistors T_n^₁ und dem Ausgang S₂ der Schaltspannungsquelle S₀ unter Zwischenschaltung eines Inverters angebracht werden. Überdies kann statt der Widerstände R, und R₈ eine Kapazität C₁ zwischen der Quellenelektrode des Transistors T_{n 4}, und der Quellenelektrode des Transistors T angebracht werden, wobei die Quellenelektrode dieses Transistors T außerdem über einen Widerstand mit einem Punki konstanten Potentials verbunden ist. Der Rückkopplungsfaktor ρ ist in diesem Falle gleich C_xIC, wobei C den Kapazitätswert der Kapazität C_n und C_x den Kapazitätswert der vorerwähnten Kapazität darstellt Ferner kann statt der in Fig. 3 dargestellten Folgerschaltung jede andere Folgerschaltung Anwendung finden. Überdies ist die Vorrichtung nach F i g. 3 da zu geeignet, wenigstens zum Teil in einem Halbleiter körper integriert zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Pat tans "ehe· effekttransistor. Die Feldeffekttransistoren sind grup- P " penweise miteinander verbunden und bilden dabei

1. Anordnung zum Verzögern elektrischer Im- Verbindungspunkte, denen Schaltsignale zugeführt pulse, welche ein Reihe von Stufen enthält, die je werden, die gemäß den Ordnungsnummern der Vereine erste und eine zweite Kapazität aufweisen, 5 bindungspunkte ansteigend in der Phase verschoben die wenigstens mittels des Hauptstromweges eines sind.

Transistors miteinander verbunden sind, wobei Wie gefunden wurde, ergibt sich das Problem, daß die zweite Kapazität jeder Stufe zugleich die erste bei der Anwendung einer Vielzahl von Stufen in der Kapazität der der betreffenden Stufe folgenden oben beschriebenen Vorrichtung eine befriedigende Stufe bildet und wobei der Eingangselektroden- 10 Wirkung dadurch gestört wird, daß in jeder Stufe kreis des Transistors die erste Kapazität und der der Vorrichtung eine geringe Amplitudenminderung Ausgangselektrodenkreis die zweite Kapazität ent- von Signfjsprüngen auftritt. Dies bedeutet, daß, wenn hält, während eine Schaltspannungsquelle zwi- das Eingangssignal z. B. von 0 Volt zu V Volt rückt, sehen der Steuerelektrode eines Transistors und am Ausgang der Vorrichtung das Au^angssignal von dem von der Eingangselektrode des Transistors 15 OVoIt zu (V—δ) Volt rückt, wob d die Fehlerabgewandten Anschluß der ersten Kapazität ein- spannung darstellt. Wenn das Eingangssignal dann geschaltet werden kann, dadurch gekenn- nach wie vor den Wert von VVolt beibehält, wird zeichnet, daß zwischen der Ausgangselektrode das Ausgangssignal auch diesen Wert annehmen. Der des Transistors mindestens einer der Stufen und erwähnte Effekt beeinträchtigt in gewissem Maße die dem Eingangselektrodenkreis der betreffenden 20 Frequenzkennlinie der Vorrichtung.
Stufe eine Rückkopplung vorgesehen ist, mit Die Erfindung bezweckt, eine Lösung für das obenderen Hilfe während der Informationsübertragung genannte Problem zu schaffen und ist dadurch gezwischen der ersten und der zweiten Kapazität kennzeichnet, daß zwischen der Ausgangselektrode der betreffenden Stufe in Reihe mit dem Eingangs- des Transistors mindestens einer der Stufen und dem elektrodenkrcis eine Spannung erzeugt wird, die 25 Eingangselektrodenkreis der betreffenden Stufe eine ein Bruchteil der an der Ausgangselektrode des Rückkopplung vorgesehen ist. mit deren Hilfe wäh-Transistors auftretenden Spannung ist, welche rend der Übertragung von Information zwischen der Spannung die gleiche Polarität wie die Schwell- ersten und der zweiten Kapazität der betreffenden wertspannung des Transistors aufweist, wenn Stufe in Reihe mit dem Eingangselektrodenkreis eine dieser sich im leitenden Zustand befindet. 30 Spannung erzeugt wird, die ein Bruchteil der an der

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Ausgangselektrode des Transistors auftretenden Spankennzeichnet, daß in Reihe mit der ersten Kapa- nung ist und die gleiche Polarität wie die Schwellzität ein Widerstand angeordnet ist, wobei der wertspannung des Transistors aufweist, wenn sich Verbindungspunkt der ersten Kapazität und des dieser Transistor im leitenden Zustand befindet.
Widerstandes über einen Widerstand mit dem 35 Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, Ausgang einer Folgerschaltung verbunden ist, daß die oben beschriebene Signaldegradation darauf deren Eingang mit der Ausgangselektrode der be- zurückzuführen ist, daß die Schwellwertspannung treffenden Stufe verbunden ist. eines Transistors von dem übertragenen Signal-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gc- wert Λ V abhängig ist. Bei Anwendung einer verhältkennzeichnet, daß die Folgerschaltung durch 40 nismäßig geringen Anzahl von Stufen ist dieser Effekt einen Feldeffekttransistors gebildet wird, dessen nur wenig störend, aber bei Anwendung einer Viel-Abflußelektrode den Ausgang und dessen Tor- zahl von Stufen, z. B. von einigen Hundert, ist der elektrode den Eingang der Folgerschaltung bildet. erwähnte Effekt besonders beeinträchtigend. Der

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Effekt tritt im besonderen auf, wenn für die Tran-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie we- 45 sistoren Feldeffekttransistoren verwendet werden, nigstens zum Teil in einem Halbleiterkörper inte- Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß einerseits griert ist. eine elektrostatische Rückwirkung von der Abflußelektrode über das Substrat auf das Grenzgebiet zwischen der Quelle und der Torelektrode des verwen-

50 deten Feldeffekttransistors auftritt und daß andererseits die Länge der Erschöpfungsschicht in geringem Maße von der Spannung an der Abflußelektrode ab-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur hängig ist. Bei Feldeffekttransistoren, die ein hoch-

Verzögerung elektrischer Impulse mit einer Reihe ohmiges Substrat besitzen, ist die elektrostatische

von Stufen, die je eine erste und eine zweite Kapazi- 55 Rückwirkung vorherrschend, während bei Feldeffekt-

tät aufweisen, die mittels des Hauptstromweges min- transistoren mit einem niederohmigen Substrat der

destens eine;; Transistors miteinander verbunden zuletzt erwähnte Effekt vorherrschend ist.

sind, wobei die zweite Kapazität jeder Stufe die erste Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel an

Kapazität der darauf folgenden Stufe bildet und wo- Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

bei die Eingangselektroden eines Transistors die erste 60 F i g. 1 die bekannte Vorrichtung,

Kapazität und der Ausgangselektrodenkreis des Tran- F i g. 2 die an verschiedenen Punkten in der be-

sistors die zweite Kapazität enthält, während eine kannten Vorrichtung auftretenden Spannungen als

Schaltspannungsquelle zwischen der Steuerelektrode Funktion der Zeit,

des Transistors und dem von der Eingangselektrode F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung

des Transistors abgekehrten Anschluß der ersten Ka- 65 nach der Erfindung und

pazität eingeschaltet werden kann. Bei einer bekann- F i g. 4 die an verschiedenen Punkten in der Vor-

ten Vorrichtung dieser Art (s. die deutsche Offen- richtung n?xh F i g. 3 auftretenden Spannungen als

legungsschrift 1 920 077) ist der Transistor ein Feld- Funktion der Zeit.