DE2145295B2

DE2145295B2 - Schaltungsanordnung fur ein Schieberegister

Info

Publication number: DE2145295B2
Application number: DE2145295A
Authority: DE
Inventors: Ted W. Berwin; John A. Rado
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1970-09-14
Filing date: 1971-09-10
Publication date: 1973-10-31
Also published as: IL37556A; DE2145295C3; SE379880B; FR2106502A1; FR2106502B1; DE2145295A1; US3643106A

Description

Das Analog-Schieberegister nach der Erfindung ist, umfaßt eine Eingangsschaltung zur Umwandlung

arbeitet nach dem Prinzip der elektrischen Ladungs- eines zeitlich variierenden analogen Eingangssignals

übertragung. Jede Stufe des Schieberegisters besteht in eine Folge von elektrischen Ladungswerten, zwei

aus zwei Transistoren und zwei Kondensatoren. Die identische Stufen des Analog-Schieberegisters und

Kondensatoren werden zur Speicherung elektrischer 5 eine Ausgangsschaltung zur Rückwandlung der elek-

Ladungen verwendet. Die Transistoren dienen der trischen Ladungen in ein analoges Ausgangssignal.

Steuerung der Ladungsübertragung von einem Kon- Jede Stufe des Schieberegisters umfaßt zwei Konden-

densator zum nächsten. Die Eingangsschaltung des satoren und zwei Transistoren. Beispielsweise umfaßt

Schieberegisters wandelt das abgetastete Analogsignal die Stufe 1, wie in F i g. 1 gezeigt, einen Kondensa-

in quantisierte elektrische Ladungen q um, entspre- io tor Cl, einen Transistor Ql, einen Kondensator C2

chend der Gleichung q= CV. Die Ladung q wird und einen Transistor Ql. Der Kondensator Cl ist

dann, gesteuert von Taktimpulssignalen, durch das mit einer seiner Anschlußklemmen mit einem Zeit-

Analog-Schieberegister geschoben. taktimpulseingang K1 verbunden. Sein anderer An-

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der in Schluß ist mit dem Signaleingang / verbunden. Dei

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele 15 Transistor Q1 ist mit seiner Gattelektrode über eine

näher erläutert. Es zeigt Batterie Bl an einen Zeittaktimpulseingang G1 an-

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des er- geschlossen. Die Batterie Bl liefert eine Vorspan-

findungsgemäßen Schieberegisters für mehrere Span- nung zur Kompensation der Abschnürspannung des

nungswerte, Transistors. Die Emitterelektrode des Transistors ist

F i g. 2 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungs- 20 mit dem Signaleingang / verbunden. Die Kollektorweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, elektrode des Transistors Ql ist mit der Emitterelek-

F i g. 3 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungs- trode des Transistors Q 2 verbunden. Die Kollektorweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, elektrode des Transistors Q1 ist außerdem mit einem

Fig. 4 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungs- Anschluß des Kondensators C2 verbunden. Der anweise des Analog-Schieberegisters bei verschiedenen 25 dere Anschluß des Kondensators C 2 ist an einen Zeit-Kombinationen von Eingangssignalen, taktimpulseingang K 2 angeschlossen. Die Gattelek-

F i g. 5 ein Blockschaltbild der Eingangs-Ausgangs- trode des Transistors Q 2 ist über eine Batterie B 2

Umschaltung zur Ermöglichung des Schiebevorganges mit einem Zeittaktimpulseingang G 2 verbunden. Die

in beiden Richtungen, Batterie B 2 liefert eine Vorspannung zur Kompen-

F i g. 6 ein Analog-Schieberegister in der Verwen- 30 sation der Abschnürspannung des Transistors. Die

dung als Kollektor, Kollektorelektrode des Transistors Q 2 ist mit dei

F i g. 7 ein Analog-Schieberegister in der Verwen- nächsten Stufe des Schieberegisters verbunden. Die

dung als Parallel-Serien-Wandler, nächste Stufe des Schieberegisters ist identisch zui

F i g. 8 ein Links-rechts/Aufwärts-abwärts-Analog- Stufe 1. Die Stufe 2 umfaßt einen Kondensator C 3.

Schieberegister und 35 einen Transistor Q 3, einen Kondensator C 4 unc

F i g. 9 ein Analog-Schieberegister, das zur Signal- einen Transistor Q 4, die in einer zur Stufe 1 iden-

mittchvertbildung dient. tischen Weise miteinander verbunden sind. Weiten

Die Erfindung basiert auf dem Prinzip der von identische Stufen können zwischen Stufe 2 und die einem Transistor gesteuerten Ladungsübertragung Ausgangsschaltung eingefügt werden. Die wirkliche von einem Kondensator auf einen anderen Konden- 40 Anzahl der Stufen eines bestimmten Schieberegister« sator. Die Basisbeziehung bestimmt, daß die Ladung q wird von den Anforderungen bezüglich dessen Vergleich ist der Kapazität C mal der Spannung am Kon- wendung abhängen.

densator V. Demzufolge ist die Ladung des Konden- Die detaillierte Wirkungsweise der Schieberregister-

sators proportional zu seiner Spannung. stufen wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 unc

Die Erfindung wird an Hand von Schaltungsanord- 45 auf die Tabelle der F i g. 2 erklärt werden. Die Einnungen mit Feldeffekttransistoren — insbesondere gangsschaltung entzieht eine Ladung qi — wobei mit Sperrschicht-Feldeffekttransistoren — erläutert eine ganze Zahl ist —, die, immer wenn der Schaltei werden. Ein Feldeffekttransistor weist eine Emitter- Sl geschlossen ist, dem analogen Eingangssignal proelektrode S, eine Kollektorelektrode D und eine portional ist. Die detaillierte Wirkungsweise der Ein-Gattelektrode G auf. Es wird darauf hingewiesen, 5° gangsschaltung wird später erklärt werden. Die Aus daß die Emitter- und Kollektorelektroden eines Feld- gangsschaltung liefert die benötigten Anschlußspan· effekttransistors untereinander vertauschbar sind und nungen für die Funktion des Schieberegisters und be· hier als die Signalanschlüsse des Transistors bezsich- inhaltet Mittel zur Rückwandlung der Ladung in net werden können. Die Gattelektrode ist der Steuer- Schieberegister in ein analoges Ausgangsspannungsanschluß, der die Leitfähigkeit zwischen Emitter- 55 signal. Die detaillierte Wirkungsweise der Ausgangs und Kollektorelektrode steuert. Der Feldeffekttransi- schaltung wird später erklärt werden. An die Ein stör hat eine Abschnürspannung, die gleich ist der gangsklemmen Kl, K2, Gl und G2 werden ver Spannung zwischen Gatt- und Emitterelektrode, die schiedene Spannungswerte angelegt. Diese Wert« zur Einleitung oder Abschnürung der Stromleitung werden in allgemeiner Form als hoher Wert H odei durch den Transistor benötigt wird. Eine typische 60 niedriger Wert L bezeichnet. Die wirklichen Span Abschnürspannung für die Feldeffekttransistoren be- nungen werden von den Gegebenheiten der Schal trägt z. B. 2 Volt. Das bedeutet, daß der Transistor tungsanordnung abhängen. So kann z. B. der hoh< immer dann aufhören wird Strom zu leiten, wenn die Wert -f 5 V und der niedrige Wert 0 V betragen. E: Emitterelektrode des Transistors um 2 Volt positiver sei angenommen, daß anfänglich alle Eingänge G1 ist als seine Gattelektrode. 65 G 2, Kl und K 2 mit dem niedrigen Wert/, beauf

Wie bereits erwähnt, zeigt Fig. 1 eine bevorzugte schlagt sind. Es sei weiter angenommen, daß jede

Ausführungsform des Analog-Schieberegisters. Das der Kondensatoren Cl bis C 6 anfänglich eine Span

vollständige Schieberegister, wie es in Fi g. 1 gezeigt nung aufweist, die dem hohen Wert H entspricht um

die eine entsprechende elektrische Ladung auf dem Kondensator zur Folge hat. Wie diese anfängliche Spannung zustande kommt, wird später im Detail erläutert werden. Dieser Zustand ist in F i g. 2 als Anfangszustand bezeichnet. Da der Schalter Sl offen ist, wird der Schaltungsanordnung kein Eingangssignal zugeführt.

Wie bereits erwähnt, liefern die Batterien B1 und B 2 Vorspannungen zur Kompensation der Abschnürspannung des Transistors. Im weiteren Verlauf der Beschreibung der Erfindung wird — wenn nichts anderes gesagt ist — der Einfluß der Abschnürspannung nicht berücksichtigt. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird daher ein Transistor leitend sein, wenn seine Gattelektrode positiver ist als seine Emitterelektrode, wobei bekannt ist, daß eine Abschnürspannung wohl vorhanden, aber durch die Batterien B1 und B2 kompensiert ist.

Wenn die Eingänge Gl und Gl beide den niedrigen Spannungswert L aufweisen, sind die Transistoren 01 bis Q 6 nichtleitend, da die Gattelektroden dieser Transistoren negativer sind als ihre Emitterelektroden. Wenn nun einer der oder beide Eingänge Kl und Kl auf den hohen Spannungswert H gebracht werden, werden die Transistoren Ql bis 06 zwar nichtleitend, aber es werden die Spannungen an den Kondensatoren C1 bis C 6 zunehmen. Wenn z. B. der Eingang K1 auf den hohen Spannungswert H gebracht wird, werden alle ungeradzahlige Kondensatoren eine Klemmenspannung entwickeln, die dem Wert 2 H entspricht. Dies ist die Summe aus der anfänglich gespeicherten Spannung vom Wert H und der vom Eingang K1 neu zugeführten Spannung vom Wert H. Dieser Zustand ist in der Spalte »Zustand« der F i g. 2 mit Halten 1 bezeichnet. In gleicher Weise werden, wenn der Eingang Kl auf den hohen Spannungswert H gebracht wird und der Eingang Kl auf dem niedrigen Spannungswert L verbleibt, alle geradzahligen Kondensatoren eine Klemmenspannung 2 H aufweisen. Dieser Zustand ist in F ig. 2 in der Spalte »Zustand« mit Halten2 angegeben. In gleicherweise werden auch, wenn an beide Eingänge Kl und Kl der hohe Spannungswert angelegt wird, alle Kondensatoren die Klemmenspannung IH aufweisen. Dieser Zustand ist in der Spalte »Zustand« der Fig. 2 mit Halten 3 bezeichnet.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 2 wird nun erläutert, wie elektrische Ladungen durch das Schieberegister verschoben werden. Es sei wieder angenommen, daß an den Kondensatoren Cl bis C 6 anfänglich die Spannung vom Wert H liegt In Schritt 1 weisen die Eingänge Gl und Kl den niedngen Spannungswert L und die Eingänge G2 und K\ den hohen Spannungswert H auf. In diesem Zustand haben die Spannungen Vl und V 3 den Wert 2 H und die Spannungen Vl und V 4 den Wert H. Da der Eingang Gl den niedngen Wert aufweist, sind die Transistoren Ql und 03 gesperrt. Da der Eingang G2 den hohen Wert aufweist, werden die Transistoren 0 2 und 04 leitend, wenn die Gattelektrode positiver ist als die Emitterelektrode des jeweiligen Transistors. In jedem Fall liegt an den Emitterelektroden der Transistoren 02 bzw. 04 die Spannung Vl bzw. V 4 an, die den hohen Wert H hat. Die Gattelektroden dieser Transistoren sind auch mit dem hohen Spannungswert H beaufschlagt. Abgesehen von der Abschnürspannung, die durch Batterie B 2 kompensiert ist, besteht keine Spannungsdifferenz zwischen Emitter- und Gattelektrode. Die Transistoren Ql und 04 werden nichtleitend. Nun wird der Schalter Sl geschlossen, und am Signaleingang / wird die Ladung ql abgeleitet. Da der Transistor Q1 nicht leiten kann, kann diese Ladung nur vom Kondensator Cl geliefert werden. Daher wird die Ladung des Kondensators Cl um die Ladungsmenge q 1 vermindert. Damit wird die Spannung Vl niedriger als ihr anfänglicher Wert 2H. Der neue Wert der Spannung V1 wird 2H — qHC1 betragen. Dieser Zustand ist in Fig. 2 in der mit Vl bezeichneten Spalte angegeben. Damit ist Schritt 1 abgeschlossen.

Wir kommen nun zu Schritt 2. Im Schritt 2 ist der Schalter Sl offen. Die Eingänge Gl und Kl nehmen den hohen Wert H und die Eingänge G2 und Kl den niedrigen Wert L an. Anfänglich sind in diesem Zustand die Spannungen Vl und V 3 um den hohen Spannungswert vermindert, weil der mit dem einen Anschluß der Kondensatoren C1 und C 3 verbundene Eingang K1 auf den niedngen Spannungswert L zurückgebracht worden ist. Demzufolge nimmt die Spannung V 3 den hohen Wert H an. In ähnlicher Weise nehmen die Spannungen Vl und V 4 um den hohen Wert H zu, weil der Eingang Kl den hohen Wert H angenommen hat. Folglich erhöht sich die Spannung V4 auf 2 H. Da sich der Eingang G 2 auf dem niedrigen Wert L befindet, werden die geradzahligen Transistoren 02 und 04 nichtleitend. Der Eingang G1 weist den hohen Wert H auf, und an den Steuerelektroden der ungeradzahligen Transistoren

01 und 03 liegt nun eine positive Spannung. Allerdings hat die Spannung V 3 den hohen Wert H, und folglich ist die Gattelektrode des Transistors 03 nicht positiver als seine Emitterelektrode; dieser Transistor wird daher nichtleitend.

Nun sollen die Spannungen Vl und Vl analysiert werden. Bei Beendigung des Schrittes 1 hatte die Spannung V1 den Wert 2 H — q HC1 und die Spannung V 2 den Wert H. Wenn wir zum Schritt 2 kommen, wird die Steuerelektrode des Transistors 01 an den hohen Wert H gelegt. Die Spannung V1 wird aui H — ql/Cl vermindert, und die Spannung Vl nimmt den Wert 2 H an. In diesem Fall wird Transistor 01 leitend, da seine Gattelektrode mit dem Spannungswert H beaufschlagt ist und seine Emitterelektrode mit der Spannung Vl, deren Wert geringer ist als H Wenn dieser Transistor leitend ist, arbeitet er al; Emitterfolger, und es erfolgt so lange eine Ladungsübertragung vom Kondensator C 2 zum Kondensatoi C1. bis die Spannung V1 den Wert H erreicht, wo bei dann zu diesem Zeitpunkt der Transistor sperrt Die Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Span nung V1 wieder auf den Wert H zu bringen, ist di< Ladungsmenge q 1. Folglich wird die Ladung q 1 von Kondensator C 2 zum Kondensator Cl übertragen Die Spannung Vl beträgt nun 2 H minus den Spannungswert, der der Ladung ql entspricht, d. h

2 H — qMCl. Damit ist Schritt 2 beendet.

Wir wenden uns nun dem Schritt 3 zu. Im Schritt'.

nehmen die Eingänge Gl und Kl den niedrigei Wert L und die Eingänge G 2 und K1 den hohei Wert H an. In diesem Zustand, der dem Zustand fü Schritt 1 ähnlich ist, erhöhen sich die ungerad/ahli| numerierten Spannungen — d. h. Vl und V 3 — an den Wert H und die geradzahlig numerierten Span nungen — d. h V 2 und V 4 — nehmen um dei Wert H ab. Folglich nimmt V 4 den Wert H und V. den Wert 2 H an. Da der Eingang G1 nunmehr mi

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dem niedrigen Wert L beaufschlagt ist, werden die werden. Am Ende des Schrittes 3 hatte die Spannung

ungeradzahlig numerierten Transistoren — d.h. öl Fl den Wert 2H- ql/Cl und die Spannung F2

und Q 3 — nichtleitend. Da der Eingang G 2 an dem den Wert H. Bei Übergang zu Schritt 4 nimmt die

hohen Wert H liegt, können die geradzahlig nume- Spannung an der Gattelektrode des Transistors Ql

rierten Transistoren Ql und Q4 leiten, wenn die ge- 5 den hohen Wert H an. Die Spannung Fl sinkt auf

eigneten Zustände vorherrschen. So sehen wir z.B. H — ql/Cl ab, und die Spannung F2 nimmt den

bei einer Untersuchung des Transistors Q4, daß die Wert 2Ή an. In diesem Fall wird der TransistorQl

Spannung F 4, die an der Emitterelektrode liegt, auch leitend, da an seiner Gattelektrode der Spannungs-

den hohen Wert H aufweist. Folglich liegen Gatt- wert H und an seiner Emitterelektrode die Spannung

elektrode und Emitterelektrode an der gleichen Span- io Fl anliegt, deren Wert geringer als der Wert H ist.

nung — wenn man die durch Batterie Bl kompen- Wenn der Transistor leitet, wird Ladung vom Kon-

sierte Abschnürspannung außer acht läßt — und der densator C 2 zum Kondensator C1 übertragen, bis die

Transistor <3 4 wird nichtleitend. Spannung Fl den hohen Wert H erreicht, zu wel-

Wenn wir nun den Transistor Q1 untersuchen, chem Zeitpunkt der Transistor gesperrt wird. Die

sehen wir, daß seine Gattelektrode mit dem Span- 15 Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Spannung

nungswert/i beaufschlagt ist, wenn die Wirkung der Fl auf den Wert H zurückzubringen, ist die Ladungs-

durch Batterie ß 2 kompensierten Abschnürspannung menge q 2. Folglich wird die Ladung q 1 vom Kon-

wieder vernachlässigt wird. Bei Beendigung von densator C2 auf den Kondensator Cl über-

Schritt 2 hatte die Spannung F2 an der Emitterelek- tragen. Die Spannung F 2 hat nun den Wert 2 H

trode des Transistors Ql den Wert 2H — qllCl. ^ minus der Spannung, die der Ladung ql entspricht.

Allerdings nahm die Spannung F 2 beim Übergang zu d. h. 2 H - q HC 2.

Schritt 3 um H ab. Folglich nahm die Spannung F 2 Nun werden die Spannungen F 3 und F 4 analysiert, auf H — ql/Cl ab. In diesem Fall ist die Differenz Bei Beendigung des Schrittes 3 hatte die Spannung zwischen der Spannung an der Gattelektrode und der F 3 den Wert 2 H ql/C3 und die Spannung F 4 Spannung an der Emitterelektrode hinreichend groß, 25 den Wert H. Beim Übergang zu Schritt 4 nimmt die um den Transistor Q 2 leitend zu machen. Demnach Spannung an der Gattelektrode des Transistors Q 3 wird der Transistor Ql leitend, bis die Spannung F2 den hohen Wert H an. Die Spannung F3 nimmt auf den Wert H erreicht, bei der dann der Transistor H — ql!C3 ab, und die Spannung F4 nimmt den sperrt. Wenn der Transistor Q 2 leitet, muß jede über- Wert 2 H an. In diesem Fall wird der Transistor Q 3 tragene Ladung vom Kondensator C 3 herrühren, da 30 leitend, da seine Steuerelektrode mit dem Spannungs-Transistor Q 3 gesperrt ist. Die Ladungsmenge, die wert H beaufschlagt ist und seine Emitterelektrode an erforderlich ist, um die Spannung F 2 auf den Wert// der Spannung F 3 liegt, deren Wert geringer ist als H. zurückzubringen, ist die Ladung ql. Die Ladung ql Wenn dieser Transistor leitet, wird Ladung vom Konwird vom Kondensator C 3 über den Transistor Q 2 densator C 4 auf den Kondensator C 3 übertragen, bis zum Kondensator C 2 übertragen, um den Wert der 35 der Wert der Spannung F 3 den hohen Wert H er-Soannung F 2 wieder auf H zu bringen. Da die La- reicht, zu welchem Zeitpunkt der Transistor sperrt, dung ql vom Kondensator C3 übertragen wurde. Die Ladung, die erforderlich ist, um die Spannung nimmt die Spannung F 3, die anfänglich den Wert 2 H V 3 auf den hohen Wert H zurückzubringen, ist die hatte, auf 2H — qllC3 ab. Somit wurde eine La- Ladung ql. Folglich wird die Ladung ql vom Kondung ql vom Kondensator C3 zum Kondensator C2 40 densator C4 auf den Kondensator C3 übertragen, übertragen. Die Spannung F 4 hat nun den Wert 2 H minus dem Wenn wir den Kondensator C1 während des Schrit- Spannungswert, der der Ladung ql entspricht, d.h. tes 3 betrachten, sehen wir, daß der Schalter 5Ί wie- 2H — ql/C4. Damit ist Schritt 4 abgeschlossen,
der geschlossen ist, um den Entzug einer Ladung q2 Die Wirkungsweise des Schieberegisters mit meham Signaleingang/ zu ermöglichen. Die anfängliche 45 reren Spannungswerten kann im aligemeinen wie Spannung Fl, die bei Beginn von Schritt 3 den Wert folgt beschrieben werden: Bei jedem ungeradzahlig 2 H hatte, wird um den Spannungswert abnehmen, numerierten Schritt wird eine Ladung von jedem der der Ladung q 1 entspricht. Folglich wird die ungeradzahlig numerierten Kondensator über den zuSpannung Fl am Ende des Schrittes 3 den Wert geordneten geradzahlig numerierten Transistor auf 2H- ql/Cl haben. Damit ist Schritt3 beendet. 50 den nächstniedrigeren geradzahlig numerierten Kon-Wir wenden uns nun dem Schritt 4 zu. Im Schritt 4 densator übertragen, wobei die Spannung an dem unist der Schalter 51 offen. Die Eingänge Gl und Kl geradzahlig numerierten Kondensator um den Spannehmen den hohen Wert H und die Eingänge G 2 und nungswert abnimmt, der der übertragenen Ladung Kl den niedrigen Wert L an. Anfänglich sind in die- entspricht. Beispielsweise wird bei jedem ungeradsem Zustand die Spannungen Fl und F 3 um den 55 zahlig numerierten Schritt eine Ladung vom Konden-Wertff reduziert, weil der mit dem einen Anschluß sator C3 über Transistor Ql auf den Kondensatoi der Kondensatoren Cl und C 3 verbundene Eingang C 2 übertragen, und es nimmt gleichzeitig die Span-Kl auf den niedrigen Wert L zurückging. Tn ahn- nung am Kondensator C 3 um den Spannungswert ab lichen Weise nehmen die Spannungen F 2 und F 4 der der übertragenen Ladung entspricht. Zusätzlicl um den Wert H zu, weil der Eingang Kl auf den ^6o wird bei jedem ungeradzahlig numerierten Schrit hohen Wert H gebracht wurde. Außerdem sind die eine Ladung vom Kondensator C1 auf die Eingangs geradzahlig numerierten Transistoren Ql und Q4 schaltung übertragen, wobei die Spannung am Kon nichtleitend, da der Eingang G 2 auf den niedrigen densator Cl um den Spannungswert abnimmt, de Wert L gebracht ist Der Eingang G1 weist den hohen wiederum der übertragenen Ladung zugeordnet ist Wert H auf, und an den Gattelektroden der ungerad- ⁶5 Bei jedem geradzahlig numerierten Schritt wird ein zahlig numerierten Transistoren Q1 und Q 3 liegt eine Ladung von jedem geradzahlig numerierten Konden positive Spannung. sator über die ungeradzahlig numerierten Transisto Nun sollen die Spannungen Vl und V 2 analysiert ren zum nächstniedriigeren ungeradzahlig numeriet

ten Kondensator übertragen, und es wird gleichzeitig die Spannung an dem geradzahlig numerierten Kondensator um den Spannungswert vermindert, der der übertragenen Ladung entspricht. Beispielsweise wird bei jedem geradzahlig numerierten Schritt eine Ladung vom Kondensator C 4 über den Transistor Q 3

zum Kondensator C 3 übertragen, wobei die Spannung am Kondensator C 4 um den Spannungswert abnimmt, der der übertragenen Ladung zugeordnet ist. Die allgemeinen Beziehungen für die Spannungen in einem mehrstufigen Schieberegister sind durch folgende Gleichungen gegeben:

Cn

I n geradzahlig

■-— ■> wenn und oder

(ρ ungeradzahlig

ί η ungeradzahlig

Vn — H, wenn \ und oder

_v ρ geradzahlig η ungeradzahlig

und

ρ ungeradzahlig.

η geradzahlig

und

ρ ungeradzahlig,

In diesen Gleichungen ist

k = l + (p-n)/2,
/i = Index von V, ρ = Schrittnummer.

Die Ausgangsschaltung, die in F i g. 1 gezeigt ist, enthält im wesentlichen eine zusätzliche Schieberegisterstufe. Die Ausgangsschaltung umfaßt Kondensatoren C 5 und C 6 und Transistoren Q 5 und Q 6, die ebenso miteinander verbunden sind wie die Kondensatoren und Transistoren bei den vorstehend beschriebenen Schieberegisterstufen. Die Kollektorelektrode des Transistors Q 6 ist mit einer Speisespannungsquelle verbunden, die beispielsweise eine Spannung von +10 V aufweist und eine konstante Spannung zur Wiederaufladung des Kondensators C 6 liefert. Das Ausgangssignal wird an einem Anschluß des Kondensators C 6 über eine hochohmige Emitterfolgerschaltung abgenommen. Der Emitterfolger umfaßt einen Transistor QlO und einen Widerstand R10.

Wenn die Ladung durch die Schieberegisterstufen fortschreitet, gelangt sie schließlich zur Ausgangsschaltung. Wenn die in F i g. 2 angegebenen Schritte fortgesetzt werden, kommt es zum Schritt 5, der im wesentlich identisch zu den Schritten 1 und 3 ist. Im Schritt 5 sind die Eingänge Gl und K 2 auf die niedrigen Werte L und die Eingänge Gl und Kl auf die hohen Werte ff gebracht. Die Ladung q\ wird vom Kondensator CS über den Transistor Q 4 auf den Kondensator C 4 in einer Weise übertragen, die identisch zu ihrer Übertragung vom Kondensator C 3 auf den Kondensator C 2 im Schritt 3 ist. Auf ähnliche Weise wird die Ladung ql vom Kondensator C3 auf den Kondensator C 2 in einer zu der Übertragung der Ladungq\ im Schritt3 identischen Weise übertragen. Außerdem wird im Schritt S, da der Schalter 51 geschlossen ist, eine neue Ladung q 3 vom Kondensator Cl auf die Eingangsschaltung übertragen. Demnach wird bei Beendigung des Schrittes 5 die Spannung Vl den Wert 2H — q3/Cl annehmen, V 2 den Wert/i, V3 den Wert 2/7 - q2/C3, VA den Wertfl, FS den Wert 2 H - qVCS und V6 den Wert H. Bei diesem Schritt und bei allen ungeradzahlig numerierten Schritten wird — da der Eingang Gl den hohen Wert H aufweist — der Transistor Q 6 leiten und als Emitterfc'ger arbeiten, und der Kondensator C 6 wird von der 10-V-Speisespannungsquelle, die mit dem

so Transistor Q 6 verbunden ist, auf den Wert H aufgeladen. Wenn der Kondensator C 6 auf den Werti? geladen ist, haben Gattelektrode und Emitterelektrode des Transistors Q 6 die gleiche Spannung — bei Vernachlässigung der Abschnürspannung, die durch die Batterie Bl kompensiert ist —, und der Transistor O 6 wird sperren.

Wir betrachten nun den Schritt 6, der den Schritten! und 4 sehr ähnlich ist. Im Schritte wird die Ladung q 1 vom Kondensator C 6 auf den Kondensator C 5 übertragen. In ähnlicher Weise wird die Ladung q 2 vom Kondensator C 4 auf den Kondensator C3 übertragen. Ebenso wird die Ladung <y3 vom Kondensator C 2 auf den Kondensator C1 übertragen. Bei Beendigung des Schrittes 6 wird Vl den Wert H annehmen, Vl den Wert 2Ή. — <?3/C2, V3 den Wert H, V4 den Wert 2H — qVC\, V5 den Wert H und V 6 den Wert 2 H — ql/C6. Bei jedem geradzahlig numerierten Schritt wird die Spannung V6 für das Eingangssignal repräsentativ sein, verzögert um die Anzahl der Stufen des Schieberegisters. Die Spannung V 6 ist an die Gattelektrode des Transistors Q10 gelegt und erlaubt diesem Transistor zu leiten, bis die Ausgangsklemme die Spannung V6 erreicht. Der Transistor QlO arbeitet als Spannungsfolger, bei dem die Spannung an der Emitterelektrode der Spannung an der Gattelektrode folgt.

Nun wird die Wirkungsweise der Eingangsschaltung erläutert. Die Eingangsschaltung hat zur Aufgabe, zu jedem Abtastzeitpunkt einen einzelnen Ab-

tastwert eines zeitlich variierenden Analogsignals in eine äquivalente elektrische Ladungsmenge umzu wandeln. Die Eingangsschaltung besteht aus einem Transistor Q 0, dessen Kollektor mit der Eingangsklemme/ der Schieberegisterstufen verbunden ist Der Emitter des Transistors Q 0 ist mit dem einer Anschluß eines Kondensators C 0 und mit der Anodf einer Standarddiode D verbunden, so daß ein ge meinsamer Knoten Nl entsteht. Die Kathode der Di ode D ist mit der Basis des Transistors Q 0 und mi einer Speisespannungsquelle von beispielsweisi — 10 V verbunden. Der andere Anschluß des Kon densators CO ist in einem gemeinsamen Knoten N', mit einem festen Widerstand R 0 und mit der eine Anschlußklemme des Schalters 51 verbunden. De Widerstand R 0 ist an ein Potentiometer R12 ange schlossen. Der Analogeingang V_in wird über de Schalter S1 an den Kondensator gelegt. Der Schalte 51 ist symbolisch als mechanischer Schalter dargt

"? C t Λ

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stellt. In Wirklichkeit kann es sich jedoch um irgend- sator C6 auf den Kondensator CS ^übertraf^V^f^⁶

einen geeigneten elektronischen Schalter handeln, der Spannung VS den Wert// erreicht, zu we^lcne™_"u-

durch ein geeignetes Taktsignal gesteuert ist. punkt der Transistor Q S sperrt, ts «aoen nun

Wenn der Schalter51 geöffnet ist, wird die Di- Spannungen V S und V6 jeweils den wen λ. ode D leitend und leitet elektrische Ladung vom Kon- 5 An die Eingänge Gl und Kl *°°™J ⁿ"J' "" d~nsator C0 ab. Der Transistor Q0 wird nichtleitend, WertL und an die Eingänge G2 und κ ι aer werirz da seine Basis an -10 V liegt und auch negativer als zu liegen. Da sich der Spannungswert an üin_oang λ ^ der Emitter ist Es wird Ladung vom Kondensator von H auf L änderte, wird die Spannung κ ο oen CO so lange abfließen, bis der KnotenNl die Span- WertL annehmen. Daher leitet der iransisroryo nung—10 V annimmt. Der Transistor QO wird auch io wieder, um den Kondensator C 6 zu laaen, dis uie dann noch nichtleitend. Der Knoten Nl liegt an einer Spannung V 6 den Wert H erreicht. Der umgang λ ι durch das Potentiometer/? 12 eingestellten Spannung. liegt nun am Wert//, so daß die Spannung κ a aen Wenn nun der Schalter 51 geschlossen wird, beginnt Wert 2H annimmt. Der Transistors Q 4 wird leitend die Spannung am KnotenN2 in ihrem Wert abzu- und überträgt Ladung auf den Kondensatoren, dis nehmen. Wenn sie OV erreicht, kompensiert sie die 15 die Spannung F 4 den Wert//erreicht. Basis-Emitter-Spannung V_RE des Transistors QO und Die Eingänge Gl, Kl und Gl, Kl schalten die Spannung der Diode D. Jede weitere Abnahme wieder um, und der Vorgang wird fortgesetzt, bis eine wird negativ sein und den Knoten N1 auf einen nega- Anfangsladung bei allen Kondensatoren vorhanden tiveicu Spannungswert bringen, so daß die Basis des ist. _t Transistors QO positiver als der Emitter und der 20 F i g. 3 enthalt ein Diagramm zur Erläuterung ocr Transistor QO leitend und elektrische Ladung vom Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach KondensatorCl über den Transistors Q0 zum Kon- Fig. 1. Das oberste Diagramm in Fig. 3 zeigt das densatorCO übertragen wird. Die Ladungsübertra- Eingangssignal. Die Diagramme der F^S·³ zeigen gung setzt sich so lange fort, bis die Spannung des Schritt für Schritt die Spannungswerte für die Span-Knotens .Vl auf den Wert -10V-F_ß£ zurückge- 25 nungen Fl bis F 6 sowie für die Ausgangsspannung, bracht ist. Die übertragene Ladungsmenge ist für den entsprechend dem geöffneten oder geschlossenen Zu-Wert der Spannung am Eingang des Schalters 51 re- stand des Schalters 51 und entsprechend den Spanpräsentativ. Zu diesem Zeitpunkt hört der Transistor nungswerten an den Eingängen Gl, Gl, Kl und K 2. Q 0 auf zu leiten, da seine Basis nicht mehr positiver So ist beispielsweise für Schritt 1 gezeigt, daß die Einist als sein Emitter. 30 gänge G1 und K 2 den niedrigen Wert L und die Em-

Es wurde somit Ladung vom Kondensator C1 zum gänge G 2 und K1 den hohen Wert H annehmen Für

Kondensator CO übertragen. Die übertragene Ladung diesen Zustand wurde bereits festgestellt, daß die

ist proportional dem abgetasteten Wert des analogen Spannung Vl den Wert 2H — qVCl annimmt. Das

Eingangssignals. Es ist somit ersichtlich, daß die Ein- ist in dem mit Fl bezeichneten Diagramm gezeigt,

gangsschaltung von der Eingangsklemme / der 35 Die Spannung q VCl ist als Differenz zwischen dem

Schieberegisterstufen eine elektrische Ladung abzieht, Spannungswert 2 H und dem zu diesem Zeitpunkt

die dem analogen Eingangssignal proportional ist. vorhandenen Spannungswert gezeigt. Die Spannungs-

Die anfängliche Ladung der Kondensatoren wird, verminderung, die der Ladung q entspricht, kann ausgehend von einem vollständigen entladenen Zu- Schritt für Schritt über alle Diagramme Fl bis V 6 stand, dadurch erreicht, daß das Schieberegister ohne 40 hinweg verfolgt werden. Es ist ersichtlich, daß der Eingangssignal, d. h. mit geöffnetem Schalter 51, be- Spannungswert, der der Ladung q entspricht, am Austrieben wird. Es sei angenommen, daß zunächst alle gang um zwei Schritte pro Schieberegisterstufe und Kondensatoren entladen sind und die Eingänge Gl zusätzlich um zwei Schritte für die Ausgangsschal- und K2 an dem niedrigen SpannungswertL und die tung verzögert ist. Nachdem gemäß Fig. 1 zwei Eingänge G 2 und Kl an dem hohen Spannungs- 45 Schieberegisterstuf en vorhanden sind, beträgt die Verwert H liegen. In diesem Zustand sind die ungerad- zögerung vier Schritte plus zwei Schritte für die Auszahligen numerierten Transistoren gesperrt. An der gangsschaltung. Dies entspricht einer Gesamtverzö-Gattelektrode des Transistors Q 6 liegi der hohe gerung von sechs Schritten. Dies ist ersichtlich aus Spannungswert//. Da KondensatorC6 entladen ist, dem mit »Ausgang« bezeichneten Diagramm der hat die SpannungF6 den niedrigen WertL. Die Gatt- 50 Fig. 3, in dem der Spannungswert, der der Ladung elektrode ist positiver als die Emitterelektrode, und q 1 entspricht, im Schritt 6 aufscheint, der Transistor Q 6 1st leitend. Daher wird von der Wie allgemein bekannt, soll die Abtastfrequenz + -10-V-Speisespannungsquelle, die mit der Emitter- mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste Freelektrode des Transistors Q 6 verbunden ist, auf den quenzkomponente des Eingangssignals, um ein hin-Kondensator C 6 Ladung übertragen, bis die Span- 55 reichendes Auflösungsvermögen zu gewährleisten und nung V6 den hohen Wert// erreicht und der Tran- ein Eingangssignal zu erhalten, dessen Spektrum für sistorQ6 sperrt. Der Kondensator C 6 ist nunmehr dasjenige des Eingangssignals repräsentativ ist. Die geladen. in Fig. 3 gezeigte Abtastfrequenz ist niedriger, als

Die Eingänge Gl und Kl nehmen nun den hohen es in der Praxis notwendig wäre; sie dient nur der

Wert H und die Eingänge G2 und Kl den niedrigen 60 Verdeutlichung der Ladungsverschiebungsfunktion.

Wert L an. Alle geradzahlig numerierten Transistoren Für eine arbeitsfähige Schaltungsanordnung kön-

sperren, der Kondensator C 5 wird entladen. Da Ein- nen Sperrschicht-Feldeffekttransistoren beliebiger

gangX2 mit dem Spannungswert// beaufschlagt ist, Typen verwendet werden. So wurde beispielsweise

hat die Spannung V6 den Wert 2Ή. An der Gatt- gefunden, daß der Transistor 2N3819 in einer Schal-

eiektrode des Transistors Q5 liegt der Spannungs- 65 tungsanordnung nach Fig. 1 sehr zufriedenstellend

wert//, und die Spannung F5 an der Emitterelek- arbeitet. Alle Kondensatoren der Schaltung können

trodeQS hat den WertL. Demzufolge leitet der den gleichen Wert haben. Der verwendete Wert wird

Transistor Q 5, und es wird Ladung vom Konden- von der gewünschten Arbeitsfrequenz abhängig sein.

IX)

15 16

Ein höherer Wert der Kapazität senkt die Arbeits- diesem Zustand werden die ungeradzahlig nume-

geschwindigkeit des Schieberegisters. Allerdings rierten Transistoren leitend. Die ungeradzahlig nume-

müssen die Kapazitäten ge: lügend groß sein, um die rierten Kondensatoren haben eine höhere Ladung als

Wirkung der Streukapazitäten der Schaltungsanord- die geradzahlig numerierten Kondensatoren, da der

nung so klein wie möglich zu halten. Die Anmel- 5 EingangKl mit dem hohen und der EingangK2 mit

derin fand, daß eine Kapazität von 33 pF eine zu- dem niedrigen Wert beaufschlagt ist Es wird Ladung

friedenstellende Arbeitsweise und eine Mindestire- von den ungeradzahlig numerierten Kondensatoren

quenz von etwa 1 Hz ergibt. Die Mindestfrequenz ist über die ungeradzahlig numerierten Transistoren zu

durch den Leckstrom der Kondensatoren gegeben. den geradzahlig numerierten Kondensatoren über-

Bei der Schaltungsanordnung und der Wirkungs- io tragen. Demnach kann durch Vertauschung der Einweise, wie sie an Hand der Fig. 1, 2 und 3 beschrie- und Ausgangsschaltungen und durch Anlegra verben wurden, wird elektrische Ladung von rechts nach schiedener Eingangssignale an die Eingänge Gl, G 2, links geschoben, wogegen die Information, nämlich Kl und Kl eine Verschiebung nach links und nach die Ladungsverminderung, von links nach rechts ver- rechts durch das Analog-Schieberegister bewirkt schoben wird. Dies ist in der mit »Zustand« bezeich- 15 werden.

neten Spalte der Fig. 2 mit »Information nach rechts Die verbleibenden Kombinationen, die in Fig. 4

geschoben« angedeutet. Es wird darauf hiagewiesen, gezeigt sind, ergeben verschiedene Funktionen. Die

daß durch Vertauschen von Ein- und Ausgang und Kombinationen 5 und 9 würden eine Vermischung

Änderung der Beziehungen von Gl, G2, K ί und Kl der Kondensatorladungen ergeben, und daher sollen

die Ladungen auch nach rechts verschoben werden 20 diese Kombinationen nicht verwendet werden. Bei

können, wie es nachfolgend erläutert wird. den Kombinationen 8 und 12 wurden Informationen

F i g. 4 enthält eine Tabelle mit allen möglichen in den Schieberegisterstufen festgehalten. Die Kom-Kombinationen der Eingangssignale an den Eingän- binationen 13 und 16 würden die Schieberegistergen G1, G 2, K1 und K1. Die Kombinationen 1, 2, 3 stufen auf eine feste Spannung für alle Kondensatoren und 4 der F i g. 4 entsprechen dem Anfangszustand 25 einstellen. Die Kombinationen 14 und 15 würden die sowie den Zuständen Halten 1, Halten 2 und Halten 3 Schieberegisterstufen auf eine feste Spannung für der F i g. 2. Die Kombinationen 7 und 10 der F i g. 4 jeden zweiten Kondensator einstellen,
entsprechen den Schritten 1 bis 6 der Fig. 2. Mehr Die Tabelle der Fig. 4 enthält im Interesse der im einzelnen entspricht die Kombination 7 den un- Vollständigkeit alle möglichen Kombinationen der geradzahlig numerierten Schritten der Fig. 2 und 30 an die EingängeGl, G2, Kl und Kl angelegten Kombination 10 den geradzahlig numerierten Taktsignale. Implicite, aber nicht offensichtlich, erSchritten der F i g. 2. Bei Kombination 7 sind die gibt sich die Tatsache, daß Paare dieser Signale zeit-Eingänge Gl und Kl mit dem niedrigen und die und amplitvdengleich sind und daher von einer geEingänge G 2 und Ä'l mit dem hohen Wert beauf- meinsamen Quelle geliefert werden können. Es ist schlagt. Die geradzahlig numerierten Transistoren 35 außerdem festzustellen, daß keine Speisespannungswerden dabei leitend, und es wird Ladung von den quellen im üblichen Sinne vorhanden sind; die Speiungeradzahlig numerierten Kondensatoren über die sung der Schaltung erfolgt über die Eingänge Gl, geradzahlig numerierten Transistoren auf die gerad- Gl, Kl und K1.

zahlig numerierten Kondensatoren übertragen. Bei Obwohl die Tabelle der F i g. 4 die Notwendigkeit Kombination 10 sind die Eingänge Gl und K1 mit 40 von Paaren von Taktsignalen aufweist, wurde die dem hohen und die Eingänge G 2 und Kl mit dem Schaltungsanordnung in Wirklichkeit von einer einniedrigen Wert beaufschlagt. Die ungcradzahlig zigen Taktimpulsquelle aus betrieben, indem ein Paar numerierten Transistoren werden dabei leitend, und es der Taktsignaleingänge auf einem festen Spannungswird Ladung von den geradzahlig numerierten Kon- wert gehalten wurde, während an das andere Paar densatoren über die ungeradzahlig numerierten Tran- 45 von Taktsignaleingängen ein Taktsignal doppelter sistorep auf die ungeradzahlig numerierten Konden- Amplitude angelegt wurde. Auf Wunsch kann die satoren übertragen. Schaltungsanordnung daher von einer Einphasentakt-

Um Ladungen nach rechts zu verschieben, müssen impulsquelle aus betrieben werden. Es kann beispiels-

die Kombinationen6 und 11 der Fig. 4 verwendet weise das eine Paar von Taktimpulseingängen auf

werden. Dies soll kurz unter Bezugnahme auf F i g. 1 50 + 5 V fixiert werden, während an das andere Paar von

erläutert werden. Es wird angenommen, daß die Ein- Taktimpulseingängen 0 V und 4-10 V angelegt

gangs- und Ausgangsschaltung vertauscht wurden, werden.

um den richtigen Abschluß für die Schieberegister- F i g. 5 zeigt in Form eines Blockschaltbildes, wie stufen zu gewährleisten. Bei Kombination 6 sind die die Umschaltung von Ein- und Ausgangsschaltung Eingänge Gl und Kl mit dem niedrigen und die 55 durchgeführt werden kann. Ein Schalter S 2 mit drei Eingänge G 2 und Kl mit dem hohen Wert beauf- Stellungen ist zwischen die Eingangsschaltung und schlagt. In diesem Zustand werden die geradzahlig die Schieberegisterstufen eingefügt. Ein weiterer numerierten Transistoren leitend. Die geradzahlig Schalter 53 mit drei Stellungen ist zwischen die Ausnumerierten Kondensatoren weisen eine höhere La- gangsschaltung und die Schieberegisterstufen eingedung auf als die ungeradzahlig numerierten Konden- So fügt. Die Schalter Sl und S3 werden gleichzeitig besatoren, da der Eingang K2 mit dem hohen und der tätigt. Mit den Schaltern Sl und S3 in der Stellung 2 EingangKl mit dem niedrigen Wert beaufschlagt ist. entspricht die Schaltung der in Fig. 1 gezeigten. Mit Es wird Ladung von den geradzahlig numerierten Kon- den geeigneten Signalen auf den Eingängen Gl, G 2, densatoren über die geradzahlig numerierten Tran- K1 und Kl — wie in F i g. 4 gezeigt — werden sistoren zu den ungeradzahlig numerierten Konden- 6g die Ladungen nach rechts verschoben,
satoren übertragen. Bei Kombination 11 sind die Ein- In F i g. 5 ist ein weiterer Schalter S 4 gezeigt, der gängeGl und Kl mit dem hohen und die Eingänge die beiden Enden der Schieberegisterstufen unter- G1 und K1 mit dem niedrigen Wert beaufschlagt. In einander verbindet. Der Schalter 54 wird nur ge-

schlossen, wenn die Schalter 52 und 53 in der Stcl- Fi g. 1. Es weist jedoch noch eine zusäteüche Reihe lung 3 sind, in der sie die Eingangs- und Ausgangs- von als Torschaltungen wirkende MU^JHs 41, 42 schaltung abtrennen. Die Schieberegisterstufen kön- und 43 auf, von denen jeder mit seiner Gattelektrode nen eine Information gespeichert haben, die nach an eine der Schieberegisterstufen angeschlossen ist. Je rechts oder nach links verschoben wird, wenn die 5 einer der Signalanschlüsse von jedem der als Tor-Eingangs-und Ausgangsschaltung angeschlossen sind. Schaltungen wirkenden MOSFETs 41, 42 und 43 Die Eingangs- und Ausgangsschaltung können nun ist miteinander zur Bildung eines Sammelausganges abgetrennt werden, indem die Schalter S 2 und 53 in verbunden. Die jeweils anderen Signaleingange der als Stellung 3 gebracht werden. Danach kann Schalter Torschaltungen wirkenden MOSFETs 41, 42 und 43 54 geschlossen werden. Die in den Schieberegister- io sind mit Signaleingängen verbunden. Wenn nun eine stufen gespeicherte Information kann nun durch Ver- einzelne Ladung durch das Analog-Schieberegister Schiebung nach rechts oder nach links durch die geschoben wird, erreicht sie Kondensator 32. Die zu-Schieberegisterstufen zirkulieren, wenn die geeigneten folge der Ladung am Kondensator 32 vorhandene Signale an die Eingänge Gl, G 2, Kl und K 2 ange- Spannung wird an die Gattelektrode des MOSFETs legt werden. Die Information kann aus den Schiebe- 15 41 gelegt Die Ladung ist so gewählt, daß eine Spanregisterstufen ausgespeichert werden, indem der nung entsteht, die ausreichend ist, um den MOSFET Schalter 54 geöffnet, die Eingangs- und Ausgangs- 41 leitend zu steuern. Das an den MOSFET 41 angeschaltung über die Schalter Sl und 53 wieder ange- legte Eingangssignal wird dann zum Sammelanschluß schlossen und dann eine Verschiebung nach links durchgeschaltet. Im Zuge ihrer Verschiebung durch oder nach rechts — je nach Wunsch — durch das 20 die Stufen des Schieberegisters gelangt die Ladung Anlegen geeigneter Signale an die Eingange Gl, G 2, zum Kondensator 34. Auf analoge Weise kommt die KX und K2 bewirkt wird. Spannung an die Gattelektrode des MOSFETs 42 zu

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schalter 52, liegen und schaltet den Eingang des MOSFETs 42 53 und 54 in Fig. 5 symbolisch als mechanische auf den Sammelanschluß durch. Auf analoge Weise Schalter dargestellt sind, daß jedoch ihre Schaltvor- 25 wird auch das an den MOSFET 43 angelegte Eingänge mittels beliebiger geeigneter Schaltmittel reali- gangssignal auf den Sammelanschluß durchgeschalsiert werden können. So können beispielsweise die tet. Es wird darauf hingewiesen, daß der in Fig. 6 Schaltvorgänge mittels konventioneller logischer gezeigte Stufenschalter nicht auf drei Analogeingänge Schaltungen und UND- und ODER-Gliedern durch- beschränkt ist, sondern durch Hinzufügen von je geführt werden. 30 einem als Torschaltung wirkenden MOSFET und je

Gemäß der vorstehenden Beschreibung der Erfin- einer Schieberegisterstufe pro Eingang auf jede bcdung wurden Sperrschicht-Feldeffekttransistoren ver- liebige Anzahl von Analogeingängen erweitert werden wendet. Es ist darauf hinzuweisen, daß auch MOS- kann. Es ist weiter darauf hinzuweisen, daß die an die Feldeffekttransistoren (MOSFETs) beim Aufbau der als Torschaltungen wirkenden MOSFETs 41, 42 und Schieberegisterstufen verwendet werden können. Die 35 43 angelegten Eingangssignale sowohl Digitalsignale einzige Anpassung, die dabei notwendig werden als auch Analogsignale sein können, die von geeignekann, ist eine Umkehrung der Spannungswerte in ten Schaltungsanordnungen geliefert werden.
Abhängigkeit davon, ob MOSFETs vom Typ P oder Ein weiterer Verwendungszweck des Analog-

vom Typ N verwendet werden. Diese Spannungs- Schieberegisters ist der in Fig. 7 gezeigte Parallelumkehrung ist in der Transistortechnik allgemein be- 40 Serie-Umsetzer. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 kannt. enthält wieder eine Reihe von Analog-Schieberegister-

Das oben beschriebene grundlegende Schiebe- stufen. Die Schaltungsanordnung enthält weiter eine register kann zur Durchführung verschiedener Reihe von als Torschaltungen wirkenden MOSFETs anderer Funktionen erweitert werden. Solche Erwei- 51 bis 55, die zur Durchschaltung von Eingangsterungen werden nachfolgend unter Verwendung von 45 Signalen an die verschiedenen Schieberegisterstufen MOSFETs an Stelle von Sperrschicht-FETs für die dienen. So ist beispielsweise der MOSFET 51 mit dem Schieberegisterstufen beschrieben. Um das Verstand- Kondensator 32 verbunden. Auf ähnliche Weise ist nis der weiteren Erläuterungen zu erleichtern, werden der MOSFET 53 mit dem Kondensator 34 verbun-Eingangsschaltung und Ausgangsschaltung sowie die den. Der MOSFET 52 ist an den Kondensator 33 an-Umschaltungen gemäß F i g. 5 in den nachfolgend be- 50 geschlossen. Der MOSFET 54 ist an den Kondensaschriebenen Zeichnungen nicht gezeigt. Die Eingangs- tor 35 angeschlossen. Nachdem jede Stufe des Schiebe- und Ausgangsschaltungen wären den in Fig. 1 ge- registers aus zwei Kondensatoren und zwei Transistozeigten ähnlich. _ren besteht, ist es zweckmäßig, das Anlegen von zwei

Fig. 6 zeigt ein als Stufenschalter verwendetes verschiedenen Eingangssignalen an die Schiebe-Analog-Schieberegister. Das Schieberegister umfaßt 55 registerstufen zu ermöglichen. Wenn beispielsweise eine Reihe von MOSFETs 21 bis 26. Die Gattelek- die ungeradzahlig numerierten Transistoren 51, 53 troden der ungeradzahlig numerierten MOSFETs und 55 durch das Anlegen eines geeigneten Signals sind mit der Eingangsklemme G1 verbunden. Die an den Eingang 1 leitend gesteuert werden, werden Gattelektroden der geradzahligen numerierten die an den Eingängen dieser als Torschaltungen wir-MOSFETs sind mit der Eingangsklemme G 2 verbun- 60 kenden MOSFETs anliegenden Signale auf die geradden. Das Schieberegister umfaßt weiter eine Reihe zahlig numerierten Kondensatoren in den Schiebevon Kondensatoren 31 bis 36. Die Transistoren und registerstufen übertragen. Auf ähnliche Weise werden Kondensatoren in F i g. 6 sind ebenso geschaltet wie die entsprechenden Eingangssignale auf die ungeraddie Transistoren und Kondensatoren der Schiebe- zahlig numerierten Kondensatoren in den Schieberegisterstufen nach Fig. 1. Der einzige Unterschied 65 registerstufen übertragen, wenn die geradzahlig ist, daß die Sperrschicht-FETs durch MOSFETs er- numerierten MOSFETs 52 und 54 durch das Anlegen setzt sind. Das Schieberegister gemäß F i g. 6 arbeitet eines geeigneten Signals an den Eingang 2 leitend gern der gleichen Weise wie das Schieberegister gemäß steuert werden.

19 *~ 20

Die Eingangssignale können digital oder analog Informationen können auch so lange seriell in das

sein. Wenn die Eingangssignale digital sind, können Links/Rechts-Schieberegister geschoben werden, bis

sie entweder direkt von geeigneten Spannungsquellen dieses Register voll ist. Die gesamte Information kann

oder über geeignete Schaltsinrichtungen angelegt dann parallel in die Aufwärts/Abwärts-Schieberegister

werden. Analoge Eingangssignale werden dagegen 5 weitergegeben werden. Um dies durchzuführen, wird

von einer Eingangsschaltung geeigneter Bauart gelie- die Information in das Links/Rechts-Schieberegister

fert, die eine Ladungsübertragung vom Kondensator geschoben, bis es vollständig voll ist. Dann werden

der entsprechenden Schieberegisterstufe gestattet. alle Aufwärts/Abwärts-Schieberegister veranlaßt, die

Eine solche Eingangsschaltung kann ähnlich wie die Information in die erste Stufe eines jeden Aufwärts/

Eingangsschaltungen aufgebaut sein, die für die io Abwärts-Schieberegisters zu übernehmen. Dann wird

Schieberegistersrufen verwendet wurden. Wenn eine eine neue Information in das Links/Rechts-Schiebe-

Informatioa in die Schieberegisterstufen eingespeichert register geschoben, und die Aufwärts/Abwärts-Schie-

ist, kann sie nach links oder nach rechts geschoben beregister werden wieder veranlaßt, die Information

werden, um ein serielles Ausgangssignal zu erhalten. parallel zu übernehmen. Es wird darauf hingewiesen,

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schaltungs- 15 daß die Schaltungsanordnung nach Fig. 8 nicht auf

anordnung nach F i g. 7 nicht auf die gezeigte Anzahl die gezeigte Anzahl von Stufen beschränkt ist, son-

von Eingängen beschränkt ist. Es iiann durch Hinzu- dem eine Erweiterung auf jede gewünschte Anzahl

fügen von Schieberegisterstufen und als Torschaltun- von Stufen möglich ist.

gen wirkender MOSFETs jede beliebige Anzahl von F i g. 9 zeigt zwei Schieberegister, die zusammen

Eingängen vorgesehen werden. 20 zur Durchführung einer Signalmittelwertbildung ver-

F i g. 8 zeigt die Kombination eines Links/Rechts- wendet werden. Diese Schaltungsanordnung kann als Schieberegisters mit einer Anzahl von Aufwärts/Ab- Rausch- oder Störsignal-Sperrfilter verwendet werwärts-Schieberegistern. Die Aufwärts/Abwärts-Schie- den Die Schaltung dient zur Verbesserung des beregister sind identisch zu dem Links/Rechts-Scnie- Rauschabstandes eines Signals, das ein starkes Rauberegister. Der Eingangs/Ausgangs-Anschluß eines 25 sehen aufweist, aber bei dem sich das Signal wiederjeden Aufwärts/Abwärts-Schieberegisters ist mit einer holt. Die Arbeitsweise der Schaltung basiert auf dem Stufe des Links/Rechts-Schieberegisters verbunden. Prinzip, daß der Mittelwert des Rauschens gleich Diese Schaltungsanordnung kann verwendet werden, Null ist, während das Signal additiv ist. Das obere um Informationen im Links/Rechts-Schieberegister Schieberegister weist Kondensatoren auf, die im Verseriell nach links oder nach rechts und dann seriell 30 hältnis zu den Kondensatoren des unteren Schiebeoder parallel mit den Aufwärts/Abwärts-Schiebe- registers sehr groß sind. Das Verhältnis der Kapaziregistern aufwärts oder abwärts zu verschieben. täten kann beispielsweise 100 : 1 sein. Das Eingangs-

Eine Information kann beispielsweise seriell vom signal mit dem Rauschen wird in das untere Schiebelinken Ende in das Links/Rechts-Schieberegister ge- register mit den kleinen Kondensatoren geschoben, schoben werden. Die Information kann dann seriell 35 Die Ladungen im unteren Schieberegister werden in irgendeines der Aufwärts/Abwärts-Schieberegister dann auf das obere Schieberegister übertragen, indem geschoben werden. Um dies durchzuführen, wird an- die Übertragungs-MOSFETs 61,62 und 63 durch das genommen, daß die Information bis zum Kondensa- Anlegen eines geeigneten Signals an die Klemme T tor 32 im Links/Rechts-Schieberegister geschoben leitend gesteuert werden. Das Signal wird dann wiewurde. Hier wird die Information zu dem ersten Auf- 40 derum in das untere Schieberegister geschoben und wärts/Abwärts-Schieberegister, das mit dem Konden- zum oberen Schieberegister übertragen. Dieser Vorsator 32 verbunden ist, übertragen. Eine weitere In- gang wird viele Male wiederholt. Nach vielen Wieformation wird dann in das Links/Rechts-Schiebe- derholungen werden die Kondensatoren des oberen register geschoben, bis sie den Kondensator 32 er- Schieberegisters Ladungen aufweisen, die für das urreicht. Sie kann dann wiederum in das erste Auf- 45 sprüngliche Eingangssignal repräsentativ sind. Das wärts/Abwärts-Schieberegister geschoben werden. Auf Rauschen, dessen Mittelwert Null ist, wird herausdiese Weise werden Informationen im Links/Rechts- gefiltert sein, während das ursprüngliche Eingangs-Schieberegister seriell verschoben und seriell in das signal, das additiv ist, eine Ladung in den großen Aufwärts/Abwärts-Schieberegister geschoben. Auf Kondensatoren des oberen Schieberegisters aufbauen ähnliche Weise können Informationen seriell in das 50 wird. Die Information kann dann beliebig aus zweite oder dritte Aufwärts/Abwärts-Schieberegister dem oberen Schieberegister herausgeschoben wergeschoben werden. den.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für ein Schieberegister, das zur Speicherung von Informationen in Form des Fehlens einer elektrischen Ladungsmenge in einem Kondensator dient und das einen ersten und einen zweiten Abschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie erste Transistoren 021> ß3) mit je einem ersten Signalanschluß, einem zweiten Signalanschluß und einem Steueranschluß, deren Steueranschlüsse so geschaltet sind, daß an jeden Steueranschluß ein erstes Taktimpulssignal (Gl) anlegbar ist, das einen ersten und einen zweiten Spannungswert aufweist, daß sie weiter zweite Transistoren (ß2, β 4) mit je einem ersten Signalanschluß, einem zweiten Signalanschluß und einem Steueranschluß, von denen mit einer Ausnahme jeder erste Signalanschluß individuell mit dem ersten Signalanbchluß eines bestimmten Transistors der ersten Transistoren verbunden ist, von denen jeder zweite Signalanschluß individuell mit dem zweiten Signalanschluß eines anderen bestimmten Transistors der ersten Transistoren verbunden ist und von denen jeder Steueranschluß so geschaltet ist, daß an ihn ein zweites Taktimpulssignal (G 2) anlegbar ist, das einen ersten und einen zweiten Spannungswert aufweist, daß sie weiter erste Kondensatoren (Cl, C3), von denen jeder mit seinem ersten Anschluß an den ersten Signalanschluß eines individuellen Transistors der ersten Transistoren angeschlossen ist und deren zweite Anschlüsse so geschaltet sind, daß daran ein drittes Taktimpulssignal (K 1) anlegbar ist, das einen ersten und einen zweiten Spannungswert aufweist, und daß sie endlich zweite Kondensatoren (Cl, C 4), von denen jeder mit seinem ersten Anschluß an den zweiten Signalanschluß eines individuellen Transistors der ersten Transistoren angeschlossen ist und deren zweite Anschlüsse so geschaltet sind, daß daran ein viertes Taktimpulssignal (K 2) anlegbar ist, das einen ersten und einen zweiten Spannungswert aufweist, umfaßt und daß der erste Abschluß des Schieberegisters dem ersten Signalanschluß der ersten Transistoren entspricht, der nicht an einen Signalanschluß eines der zweiten Transistoren angeschlossen ist, daß der zweite Abschluß des Schieberegisters dem ersten Signalanschluß der zweiten Transistoren entspricht, der nicht an einen Signalanschluß eines der ersten Transistoren angeschlossen ist, daß eine Übertragung elektrischer Ladungen von den ersten Kondensatoren über die Signalanschlüsse der zweiten Transistoren auf die zweiten Kondensatoren und eine übertragung elektrischer Ladungen von den zweiten Kondensatoren über die Signalanschlüsse der ersten Transistoien auf die ersten Kondensatoren erfolgt, wenn einerseits das erste und das vierte Taktimpulssignal und andererseits das zweite und das dritte Taktimpulssignal gleich sind, und daß eine Übertragung elektrischer Ladungen von den ersten Kondensatoren über die Signalanschlüsse der ersten Transistoren auf die zweiten Kondensatoren und eine Übertragung elektrischer Ladungen von den zweiten Kondensatoren über die Signalanschlüsse der zweiten Transistoren auf die ersten Kondensatoren erfolgt, wenn einerseits das erste und das dritte Taktimpulssignal und andererseits das zweite und das vierte Taktimpulssignal gleich sind (Fig. 1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten und dem zweiten Abschluß des Schieberegisters Schaltmittel (52, 53, 54) verbunden sind, an die eine Eingangsschaltung zur Verfügungstellung einer elektrischen Ladungsmenge, die dem abgetasteten Wert eines Eingangssignals proportional ist, und eine Ausgangsschaltung zur Verfugungstellung einer Spannung, die einer elektrischen Ladungsmenge proportional ist, angeschlossen sind, daß in einem ersten Schaltzustand (2) der Schaltmittel (52, 53, 54) die Eingangsschaltung mit dem ersten Abschluß des Schieberegisters und die Ausgangsschaltung mit dem zweiten Abschluß des Schieberegisters verbunden sind, um eine Informationsverschiebung von der Eingangsschaltung über die Transistoren zu der Ausgangsschaltung zu bewerkstelligen, wenn einerseits das erste und das vierte Taktimpubsignal und andererseits das zweite und dritte Taktimpulssignal gleich sind, daß in einem zweiten Schaltzustand (1) der Schaltmittel (52, 53, 54) die Eingangsschaltung mit dem zweiten Abschluß des Schieberegisters und die Ausgangsschaltung mit dem ersten Abschluß des Schieberegisters verbunden sind, um eine Informationsverschiebung von der Eingangsschaltung über die Transistoren zu der Ausgangsschaltung zu bewerkstelligen, wenn einerseits das erste und das dritte Taktimpulssignal und andererseits das zweite und das vierte Taktimpulssignal gleich sind, und daß in einem dritten Schaltzustand (3) der Schaltmittel (51,52,54) der erste und zweite Abschluß des Schieberegisters miteinander verbunden sind, um einen Infonnationsumlauf über die Transistoren zu bewerkstelligen, der in der einen Richtung stattfindet, wenn einerseits das erste und das vierte Taktimpulssignal und andererseits das zweite und das dritte Taktimpulssignal gleich sind, und der in der entgegengesetzten Richtung stattfindet, wenn einerseits das erste und das dritte Taktimpulssignal und andererseits das zweite und das vierte Taktimpulssignal gleich sind (Fig. 5).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Torschaltungen wirkende Transistoren (41, 42, 43) vorhanden sind, von denen jeder mit seinem Steueranschluß an einem bestimmten der zweiten Steueranschlüsse der Transistoren (21 bis 26) und mit seinem ersten Signalanschluß an einen gemeinsamen Ausgang angeschlossen ist und von denen jeder mit seinem zweiten Signalanschluß so geschaltet ist, daß daran individuell ein Eingangssignal anlegbar ist, so daß eine aufeinanderfolgende Durchschaltung der individuellen Eingangssignale über die Signalanschlüsse der als Torschaltungen wirkenden Transistoren (41, 42, 43) zum gemeinsamen Ausgang erfolgt, wenn eine elektrische Ladung nacheinander über die ersten bzw. zweiten Transistoren (21 bis 26) verschoben wird und auf den Steueranschluß des jeweils zugeordneten, als Torschaltung wirkenden Transistors einwirkt (Fig. 6).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Torschaltungen

wirkende Transistoren (Sl bis 55) vorgesehen International Solid-State Circuits Conference, S. 74, sind, von denen jeder mit seinem Steueranschluß 75 und 185.

so geschaltet ist, daß daran ein Steuersignal an- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungslegbar ist, von denen jeder mit seinem ersten anordnung dieser Art anzugeben, die möglichst we-Signalanschluß an einem bestimmten Signal- 5 nig Komponenten pro Schieberegisterstufe aufweist anschluß der ersten bzw. zweiten Transistoren (21 und daher auch in Digitalschaltungen Anwendung bis 26) angeschlossen und mit seinem zweiten finden kann und die sich gut zum Aufbau in Mono-Signalanschluß so geschaltet ist, daß daran ein, lith-Halbleitertechnik und zur Herstellung in Form individuelles Eingangssignal anlegbar ist, und daß von hochintegrierten Schaltungen eignet,
als Folge des Steuersignals ein Durchschalten je- io Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer des individuellen Eingangssignals über die Signal- Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art anschlüsse des jeweils zugeordneten, als Torschal- dadurch gelöst, daß sie erste Transistoren mit je tung wirkenden Transistors erfolgt (Fig. 7). einem ersten Signalanschluß, einem zweiten Signal

anschluß und einem Steueranschluß, deren Steuer-15 anschlüsse so geschaltet sind, daß an jeden Steuer-

anschluß ein erstes Taktimpulssignal anlegbar ist, das

einen ersten und einen zweiten Spannungswert aufweist, daß sie weiter zweite Transistoren mit je einem

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- ersten Signalanschluß, einem zweiten Signalanschluß anordnung für ein Schieberegister, das zur Speiche- 20 _und einem Steueranschluß, von denen mit einer Ausrung von Informationen in Form des Fehlens einer nähme jeder erste Signalanschluß individuell mit dem elektrischen Ladungsmenge in einem Kondensator ersten Signalanschluß eines bestimmten Transistors dient und das einen ersten und einen zweiten Ab- der ersten Transistoren verbunden ist, von denen jeschluß aufweist. der zweite Signalanschluß individuell mit dem zwei-

Analog-Schieberegister haben viele Anwendungen, 25 ten Signalanschluß eines anderen bestimmten Tranbeispielsweise als Festkörper-Abtastungsumsetzer, zur sistors der ersten Transistoren verbunden ist und von Signalverarbeitung bei Dopplerradaranlagen und für denen jeder Steueranschluß so geschaltet ist, daß an Radaranlagen mit synthetischem Diagramm, zur ihn ein zweites Taktimpulssignal anlegbar ist, das Auto- und Kreuzkorrelation, als Zwischenspeicher einen ersten und einen zweiten Spannungswert auf- und Verzögerungseinrichtungen für Videosignale, als 30 weist, daß sie weiter erste Kondensatoren, von denen variable Audioverzögerungseinrichtungen zur Errei- jeder mit seinem ersten Anschluß an den ersten chung eines Nachhalleffektes und zur analogen Simu- Signalanschluß eines individuellen Transistors der lation von Feldproblemen bei Laplaceschen Glei- ersten Transistoren angeschlossen ist und deren zweite chungen. Anschlüsse so geschaltet sind, daß daran ein drittes

Es ist bekannt, Kondensatorschaltungen als Analog- 35 Taktimpulssignal anlegbar ist, das einen ersten und Verzögerungseinrichtungen zu verwenden. Eine Schal- einen zweiten Spannungswert aufweist, und daß sie tungsanordnung dieser Art wurde im Artikel von endlich zweite Kondensatoren, von denen jeder mit J. M. L. Janssen: »Discontinuous Low-Frequency seinem ersten Anschluß an den zweiten Signalanschluß Delay Line with Continuously Variable Delay«, ver- eines individuellen Transistors der ersten Transistoren öffentlicht in der Zeitschrift Nature vom 26. 1. 1962, 40 angeschlossen ist und deren zweite Anschlüsse so ge-S. 148 und 149, beschrieben. Eine weitere Veröffent- schaltet sind, daß daran ein viertes Taktimpulssignal lichung, die eine Schaltungsanordnung dieser Art be- anlegbar ist, das einen ersten u.id einen zweiten schreibt, ist der Artikel von W. J. Hannon: Spannungswert aufweist, umfaßt und daß der erste »Automatic Correction of Timing Errors in Magnetic Abschluß des Schieberegisters dem ersten Signal-Tape Recoders«, in IEEE Transactions on Military 45 anschluß der ersten Transistoren entspricht, der nicht Electronics, Juli-Oktober 1965, S. 246 bis 254. Beide _an einen Signalanschluß eines der zweiten Transisto-Artikel beschreiben Schaltungen, in denen das zu ver- _ren angeschlossen ist, daß der zweite Abschluß des zögernde Signal abgetastet und in einer Kondensator- Schieberegisters dem ersten Signalanschluß der zwei-Kaskade gespeichert wird, deren Kondensatoren über ten Transistoren entspricht, der nicht an einen Signal-Schalter verbunden sind, die mit der gleichen Fre- 50 anschluß eines der ersten Transistoren angeschlossen quenz betrieben werden wie der S'.gnalabtaster. In- j_st, daß eine Übertragung elektrischer Ladungen von folge der Kompliziertheit der benötigten Schalter den ersten Kondensatoren über die Signalanschlüsse wurden Verzögerungsschalrungen dieser Art niemals der zweiten Transistoren auf die zweiten Kondensaverbreitet in Gebrauch genommen. toren und eine Übertragung elektrischer Ladungen

Eine bekannte Schaltung anderer Art sieht eine 55 von den zweiten Kondensatoren über die Signal-Signalweitergabe durch Ladungsübertragung in einer anschlüsse der ersten Transistoren auf die ersten zur Richtung der Signalfortpflanzung entgegengesetz- Kondensatoren erfolgt, wenn einerseits das erste und ten Richtung vor. Eine solche Schaltung ist beschrie- das vierte Taktimpulssignal und andererseits das ben in dem Artikel von F. L. J. Sangster und an- zweite und das dritte Taktimpulssignal gleich sind, deren: »Bucket-Brigade Electronics — New Pos- 60 _und daß eine Übertragung elektrischer Ladungen von sibilities for Delay, Time-Axis Conversion, and Scan- den ersten Kondensatoren über die Signalanschlüsse ning«, erschienen in IEEE Journal of Solid-State der ersten Transistoren auf die zweiten Kondensato-Circuits, Vol. SC-4, Nr. 3, Juni 1969, S. 131 bis 136. ren und eine Übertragung elektrischer Ladungen von Eine weitere Veröffentlichung über diese Art von den zweiten Kondensatoren über die Signalanschlüsse Schaltung ist der Artikel von F. L. J. Sangster: 65 der zweiten Transistoren auf die ersten Kondensato- »Integrated MOS and Bipolar Analog Delay Lines ren erfolgt, wenn einerseits das erste und das dritte using Bucket-Brigade Capacitor Storage«, veröffent- Taktimpulssignal und andererseits das zweite und licht im Digest of Technical Papers der 1970 IFEE das vierte Taktimpulssignal gleich sind.