DE2145295C3 - Schaltungsanordnung für ein Schieberegister - Google Patents

Description

Das Analog-Schieberegister nach der Erfindung arbeitet nach dem Prinzip der elektrischen Ladungsübertragung. Jede Stufe des Schieberegisters besteht aus zwei Transistoren und zwei Kondensatoren. Die Kondensatoren werden zur Speicherung elektrischer Ladungen verwendet. Die Transistoren dienen der Steueruiig der Ladungsübertragung von einem Kondensator zum nächsten. Die Eingangsschaltung des Schieberegisters wandelt das abgetastete Analogsignal in quantisierte elektrische Ladungen q um, entsprechend der Glei'hvng q = CV. Die Ladung q wird dann, gesteuert von Taktimpulssignalen, durch das Analog-Schieberegister geschoben.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schieberegisters für mehrere Spannungswerte,

F i g. 2 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 1,

F i g. 3 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 1,

F i g. 4 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungsweise des Analog-Schieberegisters bei verschiedenen Kombinationen von Eingangssignal,

Fi g. 5 ein Blockschaltbild der Eingangs-Ausgangs-Umschaltung zur Ermöglichung des Schiebevorganges in beide» Richtungen,

Fi c. 6 ein Analoü-Schiebeiegister in der Verwendung nls Kollektor.

F i g. 7 ein Analog-Schieberegister in der Verwendung als Parallel-Serien-Wandler,

Fi g. 8 ein Links-rechls/Aufwärts-abwärts-Analog-Schiebercgister und

F i g. 9 ein Analog-Schieberegister, das zur Signalmittelwertbildung dient.

Die Erfindung basiert auf dem Prinzip der von einem Transistor gesteuerten Ladungsübertragung von einem Kondensator auf einen anderen Kondensator. Die Basisbeziehung bestimmt, daß die Ladung q gleich ist der Kapazität C mal der Spannung am Kondensator V. Demzufolge ist die Ladung des Kondensators proportional zu seiner Spannung.

Die Erfindung wird an Hand von Schaltungsanordnungen mit Feldeffekttransistoren — insbesondere mit Sperrschicht-Feldeffekttransistoren — erläutert werden. Ein Feldeffekttransistor weist eine Emitterelektrode S, eine Kollektorelektrode D und eine Gattelektrode G auf. Es wird darauf hingewiesen, daß die Emitter- und Kollektorelektroden eines Feldeffekttransistors untereinander vertauschbar sind und hier als die Signalanschlüsse des Transistors bezeichnet werden können. Die Gattelektrode ist der Steueranschluß, der die Leitfähigkeit zwischen Emitter- und Kollektorclektrode steuert. Der Feldeffekttransistor hat eine Abschnürspannung, die gleich ist der Spannung zwischen Gatt- und Emitterelektrode, die zur Einleitung oder Abschnürung der Stromleitung durch den Transistor benötigt wird. Eine typische Abschnürspannung für die Feldeffekttransistoren beträgt z. B. 2 Volt. Das bedeutet, daß der Transistor immer dann aufhören wird Strom zu leiten, wenn die Emitterelektrode des Transistors um 2 Volt positiver ist als seine Gattelektrode.

Wie bereits erwähnt, zeigt F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des Analog-Schieberegisters. Das vollständige Schieberegister, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine Eingangsschaltung zur Umwandlung eines zeitlich variierenden analogen Eingangssignals in eine Folge von elektrischen Ladungswerten, zwei identische Stufen des Analog-Schieberegisters und eine Ausgangsschaltung zur Rückwandlung der elektrischen Ladungen in ein analoges Ausgangssignal. Jede Stufe des Schieberegisters umfaßt zwei Kondensatoren und zwei Transistoren. Beispielsweise umfaßt die Stufe 1, wie in F i g. 1 gezeigt, einen Kondensalor Cl, einen Transistor Q1, einen Kondensator C 2 und einen Transistor Ql. Der Kondensator Cl ist mil einer seiner Anschlußklemmen mit einem Zeittaktimpulseingang Kl verbunden. Sein anderer Anschluß ist mit dem Signaleingang / verbunden. Der Transistor Q1 ist mit seiner Gattelektrode über eine Batterie B1 an einen Zeittaktimpuiseingang G1 angeschlossen. Die Batterie Bl liefert eine Vorspannung zur Kompensation der Abschnürspannung des Transistors. Die Emitterelektrode des Transistors ist

a° mit dem Signaleingang / verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors Q1 ist mit der Emitterelektrode des Transistors Q 2 verbunden. Die Kollektorelcktrode des Transistors Q1 ist außerdem mit einem Anschluß des Kondensators C 2 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C 2 ist an einen Zeittaktimpuiseingang K 2 angeschlossen. Die Gattelektrode des Transistors Ql ist über eine Batterie Bl mit einem Zeittaktimpuiseingang G 2 verbunden. Die Batterie B 2 liefert eine Vorspannung zur Kompensation der Abschnürspannung des Transistors. Die Kollcktorelektrode des Transistors Ql ist mit ikr nächsten Stufe des Schieberegisters verbunden. Die nächste Stufe des Schieberegisters ist identisch zur Stufe 1. Die Stufe 2 umfaßt einen Kondensator C 3, einen Transistor Q 3, einen Kondensator C 4 und einen Transistor (24, die in einer zur Stufe 1 identischen Weise miteinander verbunden sind. Weitere identische Stufen können zwischen Stufe 2 und die Ausgangsschaltung eingefügt werden. Die wirkliche Anzahl der Stufen eines bestimmten Schieberegisters wird von den Anforderungen bezüglich dessen Verwendung abhängen.

Die detaillierte Wirkungsweise der Schieberregisterstufen wird nun unter Bezugnahme auf F i g. 1 und auf die Tabelle der F i g. 2 erklärt werden. Die Eingangsschaltung entzieht eine Ladung qi — wobei i eine ganze Zahl ist —, die, immer wenn der Schalter 51 geschlossen ist, dem analogen Eingangssignal proportional ist. Die detaillierte Wirkungsweise der Eingangsschaltung wird später erklärt werden. Die Ausgangsschaltung liefert die benötigten Anschlußspan nungen für die Funktion des Schieberegisters und be inhaltet Mittel zur Rückwandlung der Ladung in Schieberegister in ein analoges Ausgangsspannungs

signal. Die detaillierte Wirkungsweise der Ausgangs schaltung wird später erklärt werden. An die Ein gangsklemmen Kl, K 2, Gl und G 2 werden ver schiedene Spannungswerte angelegt. Diese Wert werden in allgemeiner Form als hoher Wert H ode niedriger Wert L bezeichnet. Die wirklichen Spar nungen werden von den Gegebenheiten der Scha tungsanordnung abhängen. So kann z. B. der holi Wert 4-5 V und der niedrige Wert OV betragen. E sei angenommen, daß anfänglich alle Eingänge G:

&1, Kl und K 2 mit dem niedrigen Wert L beau schlagt sind. Es sei weiter angenommen, daß jedi der Kondensatoren Cl bis C 6 anfänglich eine Spai nung aufweist, die dem hohen Wert Ή entspricht ur

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die eine entsprechende elektrische Ladung auf dem trode. Die Transistoren Ql und QA werden nicht-Kondensator zur Folge hut. Wie diese anfängliche leitend. Nun wird der Schalter Sl geschlossen, und Spannung zustande kommt, wird später im Detail er- am Signaleingang / wird die Ladung ql abgeleitet, läutert werden. Dieser Zustand ist in Fig. 2 als An- Da der Transistor QI nicht leiten kann, kann diese fangszustand bezeichnet. Da der Schalter 51 offen ist, 5 Ladung nur vom Kondensator Cl geliefert werden, wird der Schaltungsanordnung kein Eingangssignal Daher wird die Ladung des Kondensators Cl um die zugeführt. Ladungsmenge ql vermindert. Damit wird die Span-

Wie bereits erwähnt, liefern die Batterien B 1 und nung V I niedriger als ihr anfänglicher Wert 2H. Der Bl Vorspannungen zur Kompensation der Abschnür- neue Wert der Spannung Vl wird 2H- qllCX bespannung des Transistors. Im weiteren Verlauf der io tragen. Dieser Zustand ist in F i g. 2 in der mit V 1 Beschreibung der Erfindung wird — wenn nichts an- bezeichneten Spalte angegeben. Damit ist Schritt 1 deres gesagt ist — der Einfluß der Abschnürspannung abgeschlossen.

nicht berücksichtigt. Im weiteren Verlauf der Be- Wir kommen nun zu Schritt 2. Im Schritt 2 ist der

Schreibung wird daher ein Transistor leitend sein, Schalter 51 offen. Die Eingänge G1 und K1 nehmen

wenn seine Gattelektrode positiver ist als seine Emitter- 15 den hohen Wert// und die Eingänge G 2 und Kl den

elektrode, wobei bekannt ist, daß eine Abschnürspan- niedrigen Wert L an. Anfänglich sind in diesem Zu-

nung wohl vorhanden, aber durch die Batterien Bl stand die Spannungen Fl und F3 um den hohen

und B1 kompensiert ist. Spannungswert vermindert, weil der mit dem einen

Wenn die Eingänge Gl und G2 beide den nied- Anschluß der KondensatorenC1 undC3 verbundene rigen Spannungswert L aut weisen, sind die Transisto- 20 Eingang K 1 auf den niedrigen Spannungswerl L zuren Ql bis Q6 nichtleitend, da die Gattelektroden rückgebracht worden ist. Demzufolge nimmt die dieser Transistoren negativer sind als ihre Emitter- Spannung V3 den hohen Wert H an. In ähnlicher elektroden. Wenn nun einer der oder beide Eingänge Weise nehmen die Spannungen Vl und V4 um den Kl und Kl auf den hohen Spannungswert H ge- hohen Wert H zu, weil der Eingang Kl den hohen bracht werden, werden die Transistoren Ql bis Q6 25 Wert H angenommen hat. Folglich erhöht sich die zwar nichtleitend, aber es werden die Spannungen an Spannung VA auf 2 H. Da sich der Eingang G 2 auf den Kondensatoren Cl bis C 6 zunehmen. Wenn z. B. dem niedrigen Wert L befindet, werden die geradder Eingang Kl auf derfhohen Spannungswert H ge- zahligen Transistoren Ql und QA nichtleitend. Der bracht wird, werden alle ungeradzahlige Kondensa- Eingang G1 weist den hohen Wert H auf, und an den toren eine Klemmenspannung entwickeln, die dem 30 Steuerelektroden der ungeradzahligen Transistoren Wert 2// entspricht. Dies ist die Summe aus der an- öl und Q3 liegt nun eine positive Spannung. Allerfanglich gespeicherten Spannung vom Wert H und dings hat die Spannung F3 den hohen Wert H, und der vom Eingang K 1 neu zugeführten Spannung vom folglich ist die Gattelektrodc des Transistors Q 3 Wert H. Dieser Zustand ist in der Spalte »Zustand« nicht positiver als seine Emitterelektrode; dieser der F i g. 2 mit Halten 1 bezeichnet. In gleicher Weise 35 Transistor wird daher nichtleitend.
werden, wenn der Eingang K1 auf den hohen Span- Nun sollen die Spannungen Vl und F2 analysiert nungswert H gehracht wird und der Eingang K 1 auf werden. Bei Beendigung des Schrittes 1 hatte die dem niedrigen SpannungswertL verbleibt, alle gerad- Spannung Fl den Wert 2 H — qllCl und die Spanzahligen Kondensatoren eine Klemmenspannung?.// nung F 2 den Wert//. Wenn wir zum Schritt 2 komaufw eisen. Dieser Zustand ist in F i g. 2 in der Spalte 40 men, wird die Steuerelektrode des Transistors Q1 an »Zustand« mit Halten 2 angegeben. In gleicherweise den hohen Wert H gelegt. Die Spannung Fl wird auf werden auch, wenn an beide Eingänge Kl und Kl H-- ql/Cl vermindert, und die Spannung F2 nimmt der hohe Spannungswert angelegt wird, alle Konden- den Wert 2 H an. In diesem Fall wird Transistor Q1 satoren die Klemmenspannung 2 ti aufweisen. Dieser leitend, da seine Gattelektrode mit dem Spannungs-Zustand ist in der Spalte »Zustand« der Fig. 2 mit 45 wert H beaufschlagt ist u i seine Emitterelektrode HaHen 3 bezeichnet. mit der Spannung Fl, deren Wert geringer ist als H.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 2 wird nun er- Wenn dieser Transistor leitend ist, arbeitet er als läutert, wie elektrische Ladungen durch das Schiebe- Emitterfolger, und es erfolgt so lange eine Ladungsregister verschoben werden. Es sei wieder angenom- übertragung vom Kondensator C 2 zum Kondensator men. daß an den Kondensatoren«' 1 bis C6 anfäng- 50 Cl, bis die Spannung Fl den Wert// erreicht, woüch die Spannung vom Wert H liegt. In Schritt 1 wei- bei dann zu diesem Zeitpunkt der Transistor sperrt. sen die Eingänge Gl und Kl den niedrigen Span- Die Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die SpannunaswerlL und die Eingänge G 2 und Kl den hohen nung Vl wieder auf den Wert// zu bringen, ist die Spannungswert H auf. In diesem Zustand haben die Ladungsmenge q 1. Folglich wird die Ladung £71 vom Spannungen Fl und V3 den Wer: 2// und die Span- 55 Kondensator Cl zum Kondensator Cl übertragen nunscn F2 und VA den Wert /7. Da der EingangGl Die Spannung F2 beträgt nun 2 H minus dem denniedrigen Wert aufweist, sind die Transistoren Spannungswert, der der Ladung ql entspricht, d. h. Ql und Q3 gesperrt. Da der Eingang G2 den hohen 2Ή — qllCl. Damit ist Schritt2 beendet.
Wert aufweist, werden die Transistoren Ql und 04 Wir wenden uns nun dem Schritt 3 zu. Im Schritt 3 leitend, wenn die Gattelektrode positiver ist als die 60 nehmen die Eingänge Gl und Kl den niedriger Emitterelektrode des jeweiligen Transistors. In jedem Wert L und die Eingänge G2 und/Cl den hoher Fail liegt an den Emitterelektroden der Transistoren Wert H an. In diesem Zustand, der dem Zustand füi Ql bzw. QA die Spannung F2 bzw. F4 an, die den Schritt 1 ähnlich ist, erhöhen sich die ungeradzahlif hohen Wert// hat. Die Gattelektroden dieser Transi- numerierten Spannungen — d. h. Fl und F3 — urr stören sind auch mit dem hohen Spannungswert H 65 den Wert H und die geradzahlig numerierten Span· beaufschlagt. Abgesehen von der Abschnürspannung, nungen — d.h. F2 und F4 — nehmen um der die durch Batterie B1 kompensiert ist, besteht keine Wert// ab. Folglich nimmt F4 den Wert// und V. Sr.i-.ndncsdiTcrcnz .tvviscV.:n Emitter- und Gaitelek- Jen Wert 211 an. Da der Eingang Gl nunmehr mi

dem niedrigen Wert L beaufschlagt ist, werden die ungeradzahlig numerierten Transistoren — d. h. Ql und Q 3 — nichtleitend. Da der Eingang G 2 an dem hohen Wert H liegt, können die geradzahlig numerierten Transistoren Ql und Q4 leiten, wenn die geeigneten Zustände vorherrschen. So sehen wir z. B. hei einer Untersuchung des Transistors Q4, daß die Spannung V 4, die an der Emitterelektrode liegt, auch den hohen Wert H aufweist. Folglich liegen GaU-elektrode und Emitterelektrode an der gleichen Spannung — wenn man die durch Batterie Bl kompensierte Abschnürspannung außer acht läßt — und der Transistor QA wird nichtleitend.

Wenn wir nun den Transistor Ql untersuchen, sehen wir, daß seine Gattelektrode mit dem Spannungswerl H beaufschlagt ist, wenn die Wirkung der durch Batterie B 2 kompensierten Abschnürspannung wieder vernachlässigt wird. Bei Beendigung von Schritt 2 hatte die Spannung Vl an der Emitterelektrode des Transistors Ql den Wert 2H — ql/Cl. Allerdings nahm die Spannung Vl beim Übergang zu Schritt 3 um H ab. Folglich nahm die Spannung Vl auf H ql/Cl ab. In diesem Fall ist die Differenz zwischen der Spannung an der Gattelektrode und der Spannung an der Emitterelektrode hinreichend groß, um den Transistor Ql leitend zu machen. Demnach wird der Transistor Ql leitend, bis die Spannung Vl den Wert H erreicht, bei der dann der Transistor sperrt. Wenn der Transistor Ql leitet, muß jede übertragene Ladung vom Kondensator C 3 herrühren, da Transistor Q 3 gesperrt ist. Die Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Spannung Vl auf den Wert H zurückzubringen, ist die Ladung ς 1. Die Ladung ql wird vom Kondensator C3 über den Transistor Ql zum Kondensatoren übertragen, um den Wert der Spannung Vl wieder auf H zu bringen. Da die Ladung t/1 vom Kondensator C 3 übertragen wurde, nimmt die Spannung V 3, die anfänglich den Wert 2 H hatte, auf 2 H qllC3 ab. Somit wurde eine Ladung ql vom Kondensator Γ3 zum Kondensator C2 übertragen.

Wenn wir den Kondensator Cl während des Schrittes 3 betrachten, sehen wir, daß der Schalter Sl wieder geschlossen ist, um den Entzug einer Ladung q 1 am Signaleingang / zu ermöglichen. Die anfängliche Spannung Vl, die bei Beginn von Schritt 3 den Wert 2 H hatte, wird um den Spannungswert abnehmen, der der Ladung ql entspricht. Folglich wird die Spannung VX am Ende des Schrittes 3 den Wert 2H-- qllC 1 haben. Damit ist Schritt 3 beendet.

Wir wenden uns nun dem Schritt 4 zu. Im Schritt 4 ist der Schalter Sl offen. Die Eingänge Gl und Kl nehmen den hohen Werti/ und die Eingänge G 2 und Kl den niedrigen Wert L an. Anfänglich sind in diesem Zustand die Spannungen Vl und V 3 um den Wert H reduziert, weil der mit dem einen Anschluß der Kondensatoren Cl und C 3 verbundene Eingang Kl auf den niedrigen Wert L zurückging. Tn ähnlicher Weise nehmen die Spannungen Vl und V 4 um den Wert H zu, weil der Eingang Kl auf den hohen Wert H gebracht wurde. Außerdem sind die geradzahlig numerierten Transistoren Ql und QA nichtleitend, da der Eingang G 2 auf den niedriecn Wert L gebracht ist. Der Eingang G1 weist den hohen Wert H auf, und an den Gattelektrodcn der ungeradzahlig numerierten Transistoren Ql und Q 3 liegt eine positive Spannung.

Nun sollen die Spannungen Vl und V2 analysiert werden. Am Ende des Schrittes 3 hatte die Spannung Vl den Wert IH - qliCl und die Spannung Vl den Wert H. Bei Übergang zu Schritt 4 nimmt die Spannung an der Gattelektrode des Transistors Q1 den hohen Wert H an. Die Spannung Vl sinkt auf H — qliCl ab, und die Spannung Vl nimmt den Wert 2 H an. In diesem Fall wird der Transistor Q 1 leitend, da an seiner Gauelektrode der Spannungswert H und an seiner Emitterelektrode die Spannung

ίο Vl anliegt, deren Wert geringer als der Wert H ist. Wenn der Transistor leitet, wird Ladung vom Kondensator C 2 zum Kondensator Cl übertragen, bis die Spannung V1 den hohen Wert H erreicht, zu welchem Zeitpunkt der Transistor gesperrt wird. Die Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Spannung V1 auf den Wert H zurückzubringen, ist die Ladungsmenge q 1. Folglich wird die Ladung q 1 vom Kondensator C 2 auf den Kondensator Cl übertragen. Die Spannung Vl hat nun den Wert 2 H minus der Spannung, die der Ladung ql entspricht, d.h. 2H ql/Cl.

Nun werden die Spannungen V2> und 14 analysiert. Bei Beendigung des Schrittes 3 hatte die Spannung V3 den Wert 2/i — qllC3 und die Spannung VA den Wert H. Beim Übergang zu Schritt 4 nimmt die Spannung an der Gattelektrode des Transistors Q 3 den hohen Wert/7 an. Die Spannung V3 nimmt auf H- qllC3 ab, und die Spannung VA nimmt den Wert 2 H an. In diesem Fall wird der Transistor Q 3 leitend, da seine Steuerelektrode mit dem Spannungsv.'crt H beaufschlagt ist und seine Emitterelektrode an der Spannung V 3 liegt, deren Wert geringer ist als H. Wenn dieser Transistor leitet, wird Ladung vom Kondensator C 4 auf den Kondensator C 3 übertragen, bis der Wert der Spannung V 3 den hohen Wert H erreicht, /u welchem Zeitpunkt der Transistor sperrt. Die Ladung, die erforderlich ist, um die Spannung V 3 auf den hohen Wert H zurückzubringen, ist die Ladung q 1. Folglich wird die Ladung ql vom Kondensator C4 auf den Kondensator C 3 übertragen.

Die Spannung VA hat nun den Wert 2 H minus dem Spannungswert, der der Ladungq 1 entspricht, d.h.

2// qllCA. Damit ist Schritt 4 abgeschlossen.

Die Wirkungsweise des Schieberegisters mit mehreren Spannungswerten kann im allgemeinen wie folgt beschrieben werden: Bei jedem ungeradzahlig numerierten Schritt wird eine Ladung von jedem ungeradzahlig numerierten Kondensator über den zugeordneten geradzahlig numerierten Transistor auf den nächstniedrigeren geradzahlig numerierten Kondensator übertragen, wobei die Spannung an dem ungeradzahlig numerierten Kondensator um den Spannungswert abnimmt, der der übertragenen Ladung entspricht. Beispielsweise wird bei jedem ungeradzahlig numerierten Schritt eine Ladung vom Kondensator C3 über Transistor Ql auf den Kondensatoi C 2 übertragen, und es nimmt gleichzeitig die Spannung am Kondensator C3 um den Spannungswert ab der der übertragenen Ladung entspricht. Zusätzlid wird bei jedem ungeradzahlig numerierten Schrit eine Ladung vom Kondensator Cl auf die Eingangs schaltung übertragen, wobei die Spannung am Kon densator Cl um den Spannungswert abnimmt, de wiederum der übertragenen Ladung zugeordnet isi Bei jedem geradzahlig numerierten Schritt wird ein Ladung von jedem geradzahlig numerierten Konden sator über die ungeradzahlig numerierten Transisto ren zum nächstniedrigeren ungeradzahlig numeriei

cn Kondensator übertragen, und es wird gleichzeitig Jic Spannung an dem geradzahlig numerierten Kondensator um den Spannungswert vermindert, der der jbertragenen Ladung entspricht. Beispielsweise wird ■»ei jedem geradzahlig numerierten Schritt eine Ladung vom Kondensatoren über den Transistor (23

zum Kondensator C3 übertragen, wobei die Spannung am Kondensator C4 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:

Vn = IH

qk Cn

Vn = H, wenn

[ ;/ geradzahlig	I η ungeradzahlig	(1)
in und	oder und
I ρ ungeradzahlig	I ρ ungeradzahlig.
η ungeradzahlig	I η geradzahlig	(2)
und oder	und
ρ geradzahlig	I ρ ungeradzahlig,

In diesen Gleichungen ist

k = 1 -f (p-;i)/2,
η = Index von V, ρ = Schrittnummer.

Die Ausgangsschaltung, die in F i g. 1 gezeigt ist, enthalt im wesentlichen eine zusätzliche Schieberegisterstufc. Die Ausgangsschaltung umfaßt Kondensatoren C5 und C 6 und Transistoren QS und Q6, die ebenso miteinander verbunden sind wie die Kondensatoren und Transistoren bei den vorstehend beschriebenen Schieberegisterstufen. Die Kollektorelektrode des Transistors 06 ist mit einer Speisespannungsquelle verbunden, die beispielsweise eine Spannung von f 10 V aufweist und eine konstante Spannung zur Wiederaufladung des Kondensators C 6 liefert. Das Ausgangssignal wird an einem Anschluß des Kondensators C6 über eine hochohmige Emitterfolgerschaltung abgenommen. Der Emitterfolger umfaßt einen Transistor QlO und einen Widerstand RW.

Wenn die Ladung durch die Schieberegisterstufen fortschreitet, gelangt sie schließlich zur Ausgangsschaltung. Wenn die in Fig. 2 angegebenen Schritte fortgesetzt werden, kommt es zum Schritt S, der im wesentlich identisch zu den Schritten 1 und 3 ist. Im Schritt 5 sind die Eingänge Cl und Kl auf die niedrigen Werte L und die Eingänge G 2 und K 1 auf die hohen Werte H gebracht. Die Ladung q 1 wird vom Kondensator CS über den Transistor Q 4 auf den Kondensator C4 in einer Weise übertragen, die identisch zu ihrer Übertragung vom Kondensator C3 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 Ladung ^l im Schritt 3 identischen Weise übertragen. Außerdem wird im Schritt S, da der Schalter 51 geschlossen ist, eine neue Ladung q3 vom Kondensator Cl auf die Eingangsschaltung übertragen. Demnach wird bei Beendigung des Schrittes S die Spannung Vi den Wert 2Hq3/Cl annehmen, Vl den Wert H, VS den Wert IH - ql/C3, V 4 den Wert//, V 5 den Wert 2 H - q 1 /Γ S und V 6 den Wert H. Bei diesem Schritt und bei allen ungeradzahlig numerierten Schritten wird — da der Eingang G 2 den hohen Wen H aufweist — der Transistor Q6 leiten und als Emitterfolger arbeiten, und der Kondensator C6 wird von der 10-V-Speisespannungsquelle, die mit dem Transistor Q 6 verbunden ist, auf den Wert H aufgeladen. Wenn der KondensatorC6 auf den Wert// 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 Q 6 wird sperren.

Wir betrachten nun den Schritt 6, der den Schritten 2 und 4 sehr ähnlich ist. Im Schritt 6 wird die Ladung q\ vom Kondensator C6 auf den Kondensator CS übertragen. In ähnlicher Weise wird die Ladung q 2 vom Kondensator C4 auf den Kondensator Γ 3 übertragen. Ebenso wird die Ladung q3 vom Kondensator C 2 auf den Kondensator Cl übertragen. Bei Beendigung des Schritteso wird Vi den Wert H annehmen, Vl den Wert 2H — q3/Cl, V3 den Wert H, V4 den Wert 2H — q2/C4, V5 den Wert //und V 6 den Wert 2 H — qVC6. Bei jedem geradzahlig numerierten Schritt wird die Spannung V 6 für das Eingangssignal repräsentativ sein, verzögert um die Anzahl der Stufen des Schieberegisters. Die Spannung V 6 ist an die Gattelektrode des Transistors 010 gelegt und erlaubt diesem Transistor zu leiten, bis die Ausgangsklemme die Spannung V 6 erreicht. Der Transistor QW 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 Abtastwert eines zeitlich variierenden Analogsignals in eine äquivalente elektrische Ladungsmenge umzuwandeln. Die Eingangsschaltung besteht aus einem Transistor CO, dessen Kollektor mit der Eingangsklemme / der Schieberegisterstufen verbunden ist.

Der Emitter des Transistors QO ist mit dem einen Anschluß eines Kondensators CO und mit der Anode einer Standarddiode D verbunden, so daß ein gemeinsamer Knoten /Vl entsteht. Die Kathode der Diode D ist mit der Basis des TransistorsQO und mit einer Speisespannungsquelle von beispielsweise — 10 V verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators CO ist in einem gemeinsamen Knoten Nl mit einem festen Widerstand R 0 und mit der einen Anschlußklemme des Schalters Si verbunden. Der Widerstand R 0 ist an ein Potentiometer R12 angeschlossen. Der Analogeingang F_1n wird über den Schalter 51 an den Kondensator gelegt. Der Schalter 51 ist symbolisch als mechanischer Schalter darge-

stellt. In Wirklichkeit kann es sich jedoch um irgendeinen geeigneten elektronischen Schalter handeln, der durch ein geeignetes Taktsignal gesteuert ist.

Wenn der Schalter 51 geöffnet ist, wird die Diode D leitend und leitet elektrische Ladung vom Kondensator CO ab. Der Transistor Q 0 wird nichtleitend, da seine Basis an — 10 V liegt und auch negativer als der Emitter ist. Es wird Ladung vom Kondensator C 0 so lange abfließen, bis der Knoten N1 die Spannung — 10 V annimmt. Der Transistor QO wird auch dann noch nichtleitend. Der Knoten N 2 liegt an einer durch das Potentiometer/? 12 eingestellten Spannung. Wenn nun der Schalter 51 geschlossen wird, beginnt die Spannung am Knoten N 2 in ihrem Wert abzunehmen. Wenn sie OV erreicht, kompensiert sie die Basis-Emitter-Spannung V_Itl. des Transistors QQ und die Spannung der Diode D. Jede weitere Abnahme wird negativ sein und den Knoten N1 auf einen negativeren Spannungswert bringen, so daß die Basis des Transistors QO positiver als der Emitter und der Transistor QO leitend und elektrische Ladung vom Kondensator C1 über den Transistors QO zum Kondensator CO übertragen wird. Die ladungsübertragung setzt sich so lange fort, bis die Spannung des KnotensNl auf den Wert — 10V-K_/(,.· zurückgebracht ist. Die übertragene Ladungsmenge ist für den Wert der Spannung am Eingang des Schalters S1 repräsentativ. Zu diesem Zeitpunkt hört der Transistor QO auf zu leiten, da seine Basis nicht mehr positiver ist als sein Emitter.

Es wurde somit Ladung vom Kondensator C1 zum Kondensator CO übertragen. Die übertragene Ladung ist proportional dem abgetasteten Wert des analogen Eingangssignals. Es ist somit ersichtlich, daß die Eingangsschaltung von der Eingangsklemme / der Schieberegisterstufen eine elektrische Ladung abzieht, die dem analogen Eingangssignal proportional ist.

Die anfängliche Ladung der Kondensatoren wird, ausgehend von einem vollständigen entladenen Zustand, dadurch erreicht, daß das Schieberegister ohne Eingangssignal, d.h. mit geöffnetem SchalterSl, betrieben wird. Es sei angenommen, daß zunächst alle Kondensatoren entladen sind und die Eingänge G1 und K 2 an dem niedrigen Spannungswert L und die Eingänge G 2 und Kl an dem hohen Spannungswert// liegen. In diesem Zustand sind die ungeradzahligen numerierten Transistoren gesperrt. An der Gattelektrode des Transistors Q 6 liegt der hohe Spannungswert H. Da Kondensator C 6 entladen ist, hat die Spannung V6 den niedrigen Wert L. Die Gattelektrode ist positiver als die Emitterelektrode, und der Transistor Q 6 iit leitend. Daher wird von der + -10-V-Speisespaimungsquelle, die mit der Emitterelektrode des Transistors Q 6 verbunden ist, auf den Kondensator C 6 Ladung übertragen, bis die Spannung V 6 den hohen Wert H erreicht und der Transistor Q 6 sperrt. Der Kondensator C 6 ist nunmehr geladen.

Die Eingänge Gl und KI nehmen nun den hohen Wert Ή und die Eingänge G2 und KX den niedrigen Wert L an. Alle geradzahlig numerierten Transistoren sperren, der Kondensator C5 wird entladen. Da Eingang K 2 mit dem Spannungswert H beaufschlagt ist, hat die Spannung V 6 den Wert 2 H. An der Gattelckirodc des Transistors QS liegt der Spannungsvvert H, und die Spannung KS an der. Emitterelektrode Q5 hat den Wert/,. Demzufolge leitet der Transistor QS, und es wird Ladung vom Kondensator C 6 auf den Kondensator C5 übertragen, bis die Spannung K 5 den Wert H erreicht, zu welchem Zeitpunkt der Transistor Q 5 sperrt. Es haben nun die Spannungen K 5 und K 6 jeweils den Wert H.

An die Eingänge Gl und K 2 kommt nun der Wert L und an die Eingänge G 2 und Kl der Werl/i zu liegen. Da sich der Spannungswert an Eingang K 2 von H auf L änderte, wird die Spannung V 6 den Wert L annehmen. Daher leitet der Transistor Q 6

ίο wieder, um den Kondensator C 6 zu laden, bis die Spannung V6 den Wert// erreicht. Der Eingang K 1 liegt nun am Wert/i, so daß die Spannung V5 den Wert 2H annimmt. Der Transistors Q4 wird leitend und überträgt Ladung auf den Kondensator C 4, bis die Spannung K 4 den Wert H erreicht.

Die Eingänge Gl, K 2 und G 2, Kl schalten wieder um, und der Vorgang wird fortgesetzt, bis eine Anfangsladung bei allen Kondensatoren vorhanden ist.

ao F i g. 3 enthält e^:n Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Das oberste Diagramm in Fig. 3 zeigt das Eingangssignal. Die Diagramme der Fig. 3 zeigen Schritt für Schritt die Spannungswerte für die Spanas nungen Vl bis V 6 sowie für die Ausgangcsj-^nunf entsprechend dem geöffneten oder geschlossenen Zustand des Schalters.S1 und entsprechend den Spannungswerten an den Eingängen Gl, G2, K1 und K 2. So ist beispielsweise für Schritt 1 gezeigt, daß die Eingange G1 und K 2 den niedrigen Wert L und ~.c Eingänge G 2 und Kl den hohen Wert// annehmen. Für diesen Zustand wurde bereits festgestellt, daß die Spannung Vl den Wert IH — ql/Cl annimmt. Das ist in dem mit Vl bezeichneten Diagramm gezeigt.

Die Spannungq 1 Cl ist als Differenz zwischen dem Spannungswert 2 H und dem zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Spannungswert gezeigt. Die Spannungsvenminderung, die der Ladung q entspricht, kann Schritt für Schritt über alle Diagramme Vl bis V 6 hinweg verfolgt werden. Es ist ersichtlich, daß der Spannungswert, der der Ladung q entspricht, am Ausgang um zwei Schritte pro Schieberegisterstufe und zusätzlich um zwei Schritte für die Ausgangsschaltung verzögert ist Nachdem gemäß Fig. 1 zwei Schieberegisterstufen vorhanden sind, betrau! die Verzögerung vier Schritte plus zwei Schritte für die Ausgangsschaltung. Dies entspricht einer Gcsamtxcr/o-L'crung von sechs Schritten. Dies ist ersichtlich au< dem mit »Ausgang« bezeichneten Diagramm dei Fig. 3, in dem der Spannungswert, der der Ladunj q\ entspricht, im Schrill 6 aufscHint.

Wie allgemein bekannt, soll die Abta-alrequen. mindestens doppelt so hoch sein wie die luchste Fre quenzkomponente des bingangssignals- um ein hin reichendes Auflösungsvermögen zu gewährleisten um ein Eingangssignal zu erhalten, dessen Spektrun; Iu dasjenige des Eingang-!signals repräsentativ ist. Di in Fig. 3 gezeigte Abtastfrequenz ist niedriger, ai es in der Praxis notwendig wäre: sie dient nur de Verdeutlichung der Ladungsverschicbungsfunkiioi Für eine arbeitsfähige Schaltungsanordnung \.w:

nen Sperrschicht-Feldeffekttransistoren ivjliel'igi Typen verwendet werden. So wurde buspielsvL-l· gefunden, daß der Transistor 2N 3814 in une: S*. ha fungsanordnuug nach F i g. 1 sehr zufr'L-Jeiv-teiie!: arbeitet. Alle Kondensatoren der Schaltung küi;;u den gleichen Wert haben. Der verwenuCw 'Λ .". ;. von der .erwünschten Arbeitsl'reiiucii/ ..'-^ ':'--. .^:

Eiii höherer Wert der Kapazität senkt die Arbeitsgeschwindigkeit des Schieberegisters. Allerdings müssen die Kapazitäten genügend groß sein, um die Wirkung der Streukapazitäten der Schaltungsanordnung so klein wie möglich zu halten. Die Anmelderin fand, daß eine Kapazität von 33 pF eine zufriedenstellende Arbeitsweise und eine Mindestfrequenz von etwa 1 Hz ergibt. Die Mindestfrequenz ist durch den Leckstrom der Kondensatoren gegeben.

Bei der Schaltungsanordnung und der Wirkungsweise, wie sie an Hand der Fig. 1, 2 und 3 beschrieben wurden, wird elektrische Ladung von rechts nach links geschoben, wogegen die Information, nämlich die Ladungsverminderung, von links nach rechts verschoben wird. Dies ist in der mit »Zustand« bezeichneten Spalte der Fig. 2 mit »Information nach rechts geschoben« angedeutet. Es wird darauf hingewiesen, daß durch Vertauschen von Ein- und Ausgang und Änderung der Beziehungen von Gl. G2, Kl und Kl die Ladungen auch nach rechts verschoben werden können, wie es nachfolgend erläutert wird.

F i g. 4 enthält eine Tabelle mit allen möglichen Kombinationen der Eingangssignale an den Eingängen Gl, G 2, /Cl und Kl. Die Kombinationen 1, 2, 3 und 4 der F i g. 4 entsprechen dem Anfangszustand sowie den Zuständen Halten 1, Halten 2 und Halten 3 der F i g. 2. Die Kombinationen 7 und 10 der F i g. 4 entsprechen den Schritten 1 bis 6 der Fig. 2. Mehr im einzelnen entspricht die Kombination 7 den ungeradzahlig numerierten Schritten der F i g. 2 und Kombination 10 den geradzahlig numerierten Schritten der F i g. 2. Bei Kombination 7 sind die Eingänge Gl und Kl mit dem niedrigen und die Eingänge G 2 und Kl mit dem hohen Wert beaufschlagt. Die geradzahlig numerierten Transistoren werden dabei leitend, und es wird Ladung von den ungeradzahlig numerierten Kondensatoren über die geradzahlig numerierten Transistoren auf die geradzahlig numerierten Kondensatoren übertragen. Bei Kombination 10 sind die Eingänge G1 und K 2 mit dem hohen und die Eingänge G 2 und K1 mit dem niedrigen Wert beaufschlagt. Die ungeradzahlig numerierten Transistoren werden dabei leitend, und es wird Ladung von den geradzahlig numerierten Kondensatoren über die ungeradzahlig numerierten Transistoren auf die ungeradzahlig numerierten Kondensatoren übertragen.

Um Ladungen nach rechts zu verschieben, müssen die Kombinationen6 und 11 der Fig. 4 verwendet werden. Dies soll kurz unter Bezugnahme auf F i g. 1 erläutert werden. Es wird angenommen, daß die Eingangs- und Ausgangsschaltung vertauscht wurden, um den richtigen Abschluß für die Schieberegisterstufen zu gewährleisten. Bei Kombination 6 sind die Eingänge G 3 und K1 mit dem niedrigen und die Eingänge G1 und K 2 mit dem hohen Wert beaufschlagt. In diesem Zustand werden die geradzahlig numerierten Transistoren leitend. Die geradzahlig numerierten Kondensatoren weisen eine höhere Ladung auf als die ungeradzahlig numerierten Kondensatoren, da der Eingang K 2 mit dem hohen und der EingangKl mit dem niedrigen Wert beaufschlagt ist. Es wird Ladung von den geradzahlig numerierten Kondensatoren über die geradzahlig numerierten Transistoren zu den ungeradzahlig numerierten Kondensatoren übertragen. Bei Kombination 11 sind die Eingänge G1 und K1 mit dem hohen und die Eingänge G2 und Kl mit dem niedrigen Wert beaufschlagt. In diesem Zustand werden die ungeradzahlig numerierten Transistoren leitend. Die ungeradzahlig numerierten Kondensatoren haben eine höhere Ladung als die geradzahlig numerierten Kondensatoren, da der EingangKl mit dem hohen und der Eingang K1 mit dem niedrigen Wert beaufschlagt ist. Es wird Ladung von den ungeradzahlig numerierten Kondensatoren über die ungeradzahlig numerierten Transistoren zu den geradzahlig numerierten Kondensatoren über-

tragen. Demnach kann durch Vertauschung der Ein- und Ausgangsschaltungen und durch Anlegen verschiedener Eingangssignale an die Eingänge Gl, G 2, Kl und Kl eine Verschiebung nach links und nach rechts durch das Analog-Schieberegister bewirkt werden.

Die verbleibenden Kombinationen, die in F i g. 4 gezeigt sind, ergeben verschiedene Funktionen. Die Komoinationen s und 9 würden eine Vermischung der Kondensatorladungen ergeben, und daher sollen

ao diese Kombinationen nicht verwendet werden. Bei den Kombinationen 8 und 12 würden Informationen in den Schieberegisterstufen festgehalten. Die Kombinationen 13 und 16 würden die Schieberegisterstufen auf eine feste Spannung für alle Kondensatoren

as einstellen. Die Kombinationen 14 und 15 würden die Schieberegisterstufen auf eine feste Spannung für jeden zweiten Kondensator einstellen.

Die Tabelle der Fig. 4 enthält im Interesse der Vollständigkeit alle möglichen Kombinationen der an die Eingänge Gl, G2, Kl und Kl angelegten Taktsignale. Implicite, aber nicht offensichtlich, ergibt sieb die Tatsache, daß Paare dieser Signale zeit- und amplitudengleich sind und daher von einer gemeinsamen Quelle geliefert werden können. Es ist außerdem festzustellen, daß keine Speisespannungsquellen im üblichen Sinne vorhanden sind; die Speisung der Schaltung erfolgt über die Eingänge Gl, Gl, Kl und Kl.

Obwohl die Tabelle der F i g. 4 die Notwendigkeit von Paaren von Taktsignalen aufweist, wurde die Schaltungsanordnung in Wirklichkeit von einer einzigen Taktimpulsquelle aus betrieben, indem ein Paar der Taktsignaleingänge auf einem festen Spannungswert gehalten wurde, während an das andere Paar von Taktsignaleingängen ein Taktsignal doppelter Amplitude angelegt wurde. Auf Wunsch kann die Schaltungsanordnung daher von einer Einphasentaktimpulsquelle aus betrieben werden. Es kann beispielsweise das eine Paar von Taktimpulseingängen auf + 5 V fixiert werden, während an das andere Paar von Taktimpulseingängen OV und +10V angelegt werden.

F i g. 5 zeigt in Form eines Blockschaltbildes, wie die Umschaltung von Ein- und Ausgangsschaltung durchgeführt werden kann. Ein Schalter Sl mit drei Stellungen ist zwischen die Eingangsschaltung und die Schieberegisterstufen eingefügt. Ein weiterer Schalter 53 mit drei Stellungen ist zwischen die Ausgangsschaltung und die Schieberegisterstufen eingefügt. Die Schalter52 und S3 werden gleichzeitig betätigt. Mit den Schaltern Sl und S3 in der Stellung 2 entspricht die Schaltung der in Fig. 1 gezeigten. Mit den geeigneten Signalen auf den EingängenGl, G2, Kl und Kl — wie in Fig. 4 gezeigt — werden die Ladungen nach rechts verschoben.

In Fig. 5 ist ein weiterer SchalterS4 gezeigt, der die beiden Enden der Schieberegisterstufen untereinander verbindet. Der Schalter S4 wird nur ge-

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17 ' ^{ 18

schlossen, wenn die Schalter52 und S3 in der Stel- Fig. 1. Es weist jedoch noch eine zusätzliche Reihe lung 3 sind, in der sie die Eingangs- und Ausgangs- von als Torschaltungen wirkende MOSFETs 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 52 und S3 in verbunden. Die jeweils anderen Signaleingänge der als Stellung 3 gebracht werden. Danach kann Schalter Torschaltungen wirkenden MOSFETs 41, 42 und 43 S4 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 geeigsieten folge der Ladung am Kondensator 32 vorhandene Signale an die Eingänge Gl, G 2, Kl und Kl 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 S2 und S3 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 Eingänge Gl, G2, zum Kondensator 34. Auf analoge Weise kommt die K1 und K 2 bewirkt wird. Spannung an die Gattelektrode des MOSFETs 42 zu

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schalter S2, liegen und schaltet den Eingang des MOSFETs 42 S3 und 54 in Fig. 5 symbolisch als mechanische auf den Sammelanschluß durch. Auf analoge Weise Schalter dargestellt sind, daß jedoch ihre Schaltvor- »5 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 ict. Es wird darauf hingewiesen, daß der in F i g. 6 Schaltvorgänge mittels konventioneller Ionischer 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 be-

dung 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 urd

Schieberegisterstufen verwendec werden können. Die 35 43 angelegten Eingangssignale sowohl Digitalsignale

einzige Anpassung, die dabei notwendig werden als auch Analogsignale sein können, die von geeigne-

kann, 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 Parallel-

umkehrung ist in der Transistortechnik allgemein be- *o 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 Eingangs-

terungen 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 Kondensa-

schriebenen Zeichnungen nicht gezeigt. Die Eingangs- tor 35 angeschlossen. Nachdem jede Stufe des Schiebe-

und Ausgangsschaltungen wären den in F i g. 1 ge- registers aus zwei Kondensatoren und zwei Transisto-

zeigten 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 Gl 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 Fi-. 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 gein der gleichen Weise wie das Schieberegister gemäß steuert werden.

y,7

Die Eingangssignale können digital oder analog sein. Wenn die Eingangssignale digital sind, können sie entweder direkt von geeigneten Spanaungsquellen oder über geeignete Schalteinrichrangen angelegt werden. Analoge Eingangssignale werden dagegen von einer Eingangsschaltung geeigneter Bauart gehefert, die eine Ladungsübertragung vom Kondensator der entsprechenden Schieberegisterstufe gestattet. Eine solche Eingangsschaltung kann ähnlich wie die Eingangsschaltungen aufgebaut sem, die fur die Schieberegisterstufen verwendet wurden. Wenn eine InformationindieSchieberegisterstufeneingespeichert

ist, kann sie nach links oder nach rechts geschoben we'rden, um ein serielles Ausgangssignal zu erhalten. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schaltungsanordnung nach F i g. 7 nicht auf die gezeigte Anzahl von Eingängen beschränkt ist. Es kann durch H.nzufügen von Schieberegisterstufen und als Torschaltungen wirkender MOSFET. jede beheb.ge Anzahl von Eingängen vorgesehen werden . . . .„ _hte

F i g. 8 zeigt die Kombination eines Links/Rechts-SchieberegistL mit einer Anzahl von Aufwärts/Abwärts-Schieberegistern. Die Aufwärts/Abwärts-Schieberegister sind identisch zu dem Links/Rechts-Schiebereiter. Der Eingangs/Ausgangs-Anschluß eines jeden Aufwärts/Abwärts-Schieberegisters ist mit einer Stufe des Links/Rechts-Schieberegisters verbunden. Diese Schaltungsanordnung kann verwendet werden, um Informationen im Links/Rechts-Schieberegisier seriell nach links oder nach rechts und dann seriell oder parallel mit den Aufwärts/Abwärts-Schieberegistern aufwärts oder abwärts zu verschieben.

Eine Information kann beispielsweise seriell vom linken Ende in das Links/Rechts-Schieberegister geschoben werden. Die Information kann dann seriell in irgendeines der Aufwärts/Abwärts-Schieberegister geschoben werden. Um dies durchzuführen, wird angenommen, daß die Information bis zum Kondensafor 32 im Links/Rechts-Schieberegister geschoben wurde. Hier wird die Information zu dem ersten Aufwärts/Abwärts-Schieberegister. das mit dem Kondensator 32 verbunden ist, übertrage... Eine weitere Information wird dann in das Links/Rechts-Schieberegister geschoben, bis sie den Kondenstor 32 erreicht. Sie kann dann wiederum in das erste Aufwärts/Abwärts-Schieberegister geschoben werden. Auf diese Weise werden Informationen im Links/Rechts-Schieberegister seriell verschoben und seriell in das Aufwärts/Abwärts-Schieberegister geschoben. Auf ähnliche Weise können Informationen seriell in das zweite oder dritte Aufwärts/Abwärts-Schieberegister geschoben werden.

^^^^hSSs^geicnotfen herden, Ws L'nks/Rechts-Sch^bereg ter ge^ _{Infonnaüon kann}

dieses Register^voli ^_f^_ä f_/Abwärts._Schieberegister ^dann P^ara"^el ^.^fumdks durchzuführen, wird weiter ge geben^erden. ^U™ ^^.Schieberegister

die *^™J?^££Sg_wri ist. Dann werden 8«^Λ°^Λ^?_Αξ_ΙΪ!schieberegister veranlaßt, die alle ^Α^^^Α*"^Χ° eines jeden Aufwärts/ * übernehmen. Dann wird ^^^^ _das Unks/Rechts-Schiebeeine neue ^™™,¹,· Aufwärts/Abwärts-Schieregister, Beschoß, imddi l™Zßt die Information

beregis er ^«^ ^^drd darauf hingewiesen, pjnuld zu üb rne^Es w.rd C^ B^ ^

daß die S^ungnor j _{beschränkt ist> S}on-Je gezeigt| Anzam _ewünschte Anzahl

^vo J f f™f ™_Schieberegister, die zusammen ^ ⁹ ^u ™ _ffl* _Signalimttelwertbildung ver* wendrt werden Diese Schaltungsanordnung kann als wendet werden, uiewc * _verwendet wer-

^.%^ΠVerbesserung des den. Die ^haltung_ *™J * _r^_

Rauschabstandes ιeines Signais, aa _t_

« sehen aufwe, j^J^^J^ ri äan holt. D.e Arbeitsw«« Rauschens gleich

Fr nz ρ daL der Mtttei _{Das Qbere}

Null ist wahl end ^dl^ »g^ _{auf die im V}er-

Schieberegister weis ,^™" _{des unteren} Schiebehai nis zu J^en Κ™^^⁰^^^ _der Kapaziregisters *hr groß sind Das Vernar^n^ ζ

taten kann beispielsweise 1OO . 1 sein. JJa SS s.gnal mit dem> Rauschen wird m da urne^

register mit ^den. "^e "⁶^ ^"SSstir werden Die Lad«mgen im unteren ™^_r ^g _indem

dann auf das ^ober^ST?6162 und 63 durch das

^αι^^ϋ^^ΓΐΓ38^υηε⁵-¥^Ο _ρ ^δ^"·,Γ₃Γαΐε Klemme Γ Anlegen e.nes ge eigneten Sign as an d Me

leitend .^^J^gSiE SoSn und derum in das ^u.ⁿ^™ ^Ä^I^Dieser Vorzum oberen .^hieberegBter ubertragen υι gang wird viele Male wiederholt Nacn v^e derholungen werden ^d« ^^atoren de obe Schieberegisters ^^d

d obe

^^^_tX sind Das

Rauschen, dessen Mitte!wert NuU ^1S ' / gefiltert sem wahrend das ursprungl,ehe Eigg signal, das additiv is£ «ne JLadung ⁿ «^en fj° Kondensatoren des ^ Sduebwegister auJI^u

w.rd. D,e !"⁰^Jf" ™ *_h5 _werdem oberen Schieberegister herausgeschoben wer

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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, zweite α Abschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie erste Transistoren (Ql. Q 3) mit je einem ersten Signalanschluß, einem zweiten Signalanschluß und einem Steueranschiuß, deren Steueranschlüsse so geschaltet sind, daß an jeden Steueranschluß ein erstes Taktimpulssignal (G I) anlegbar ist, das einen ersten und einen zweiten Spannungswert aufweist, daß «ie weiter zweite Transistoren (Q 2, Q 4) mit je einem ersten Signalanschluß, einem zweiten Signalanschluß und einem Steueranschluß, von denen mit einer Ausnahme jeder erste Signaltnschluß individuell mit dem ersten Signal- «tnschluß eines bestimmten Transistors der ersten Transistoren verbunden ist, von denen jeder »weite 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 Transistoren 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 Slgr-Ίanschlüsse 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 (F ig. 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 Verfügungstellung 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 Taktimpulssignal 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 Informationsumlauf 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 (51 bis 55) vorgesehen International Solid-State Circuits Conference, S. 74, sind, von denen jeder mit seusem Steueranschluß 75 und 185. „ _ . . , - . cr

so geschaltet ist/daß daran ein Steuersignal an- Aufgabe der Erfindung ist es «^ SÄ

legbar ist, von denen jeder mit seinem ersten anordnung dieser Art anzugeben, die ™£ Signalanschluß an einem bestimmten Signal- 5 nig Komponenten pro Schiebereg.sterstufe anschluß der ersten bzw. zweiten Transistoren (21 und daher auch in Digitalschaltungen ^A bis 26) angeschlossen und mit seinem zweiten finden kann und die sich gut zum Aufbau, _in^Mono • S-snalanschluß 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 beijeiner des individuellen Eingangssignals über die Signal- Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen απ anschlüsse des jeweils zugeordneten, als Torschal- dadurch gelöst, daß sie erste Transistoren mit je tung wirkenden Transistors erfolgt (F i g. 7). einem ersten Signalanschluß, einem zweiU-n SgnaJ-

⁵ 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 autweist, daß sie weiter zweite Transistoren mit je einem

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- ersten Signalanschluß, einem zweiten SignalanschluB anordnung für ein Schieberegister, das zur Speiche- *o _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 1™^π»«ο« 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 iranbeispielsweise als Festkörper-Abtastungsumsetzer, zur sistors der ersten Transistoren verbunden ist uno von Signalverarbeitung bei Dopplerradaranlagen und für denen jeder Steueranschluß so geschaltet ist, daii an Radaranlagen mit synthetischem Diagramm, zur ihn ein zweites Taktimpulssignal anlegbar ist aas Auto- und Kreuzkorrelation, als Zwischenspeicher einen ersten und einen zweiten Spannungswert aur- 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 ersxen chung eines Nachhalleffektes und zur analogen Simu- Signalanschluß eines individuellen Transistors oer 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 dau sie tungsanordnung dieser Art wurde im Artikel von endlich zweite Kondensatoren, von denen jeder mit JML Janssen: »Discontinuous Low-Frequency _seinem ersten Anschluß an den zweiten Signalanscliiuu Delay Line with Continuously Variable Delay«, ver- eines individuellen Transistors der ersten Transistoren öffentlich! in der Zeitschrift Nature vom 26. 1. 1962, 40 angeschlossen ist und deren zweite Anschlüsse so ge-S 148 und 149, beschriebe-. Eine weitere Veröffent- schaltet sind, daß daran ein viertes Takümpulssignai lichung, die eine Schaltungsanordnung dieser Art be- anlegbar ist, das einen ersten und einen zweiten schreibt, ist der Artikel -on 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 nicnt Electronics, Juli-Oktober 1965, S. 246 bis 254. Beide an einen Signalanschluß eines der zweiten 1™™^°- 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 Signalabtaster. In- ist, daß eine Übertragung elektrischer Ladungen von folge der Kompliziertheit der benötigten Schalter den ersten Kondensatoren über die Signaianschlusse wurden Verzögerungsschaltunger dieser Art niemals der zweiten Transistoren auf die zweiten Kondensaverbreitet in Gebrauch genommen. toren und eine Übertragung elektrischer Ladunger

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