DE2159901A1

DE2159901A1 - Einrichtung zur Umsetzung von Anzeigesignalen

Info

Publication number: DE2159901A1
Application number: DE19712159901
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Kodaira; Nomiya Kosei Musashino; Kawagoe Hiroto Kodaira- Tokio. M Hatsukano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-12-02
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-07-27
Also published as: DE2159901B2; IT941936B; JPS5013132B1; DE2159901C3; US3803589A

Description

PAl KNIANWÄLTB I)R. O. I)ITTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNBIl DIPL. INO. P. STRBIIL H MÜNCHEN HO MAIIIAHII.KE'LATZ 2 & 3

DAt4567

Beschreibung

zu der

Patentanmeldung
der Firma

HITACHI LTD., 1-5-1, Marunouchi, Chlyoda-ku, Tokyo, Japan

betreffend
Einrichtung zur Umsetzung von Anzeigesignalen

(Priorität: 2. Dezember 197o, Japan, Nr. 105831)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umsetzung von eine bestimmte Information enthaltenden BinärSignalen in Signale zur Aussteuerung eines Anzeigegerätes.

Derartige Einrichtungen zur Anzeige von Bit-Signalen in Form sichtbaror Buchstaben oder Ziffern sind heutzutage in informationsverarbeitenden Einrichtungen, etwa elektronischen Tischrechnern und elektronischen Meßgeräten, wie digitalen Voltmetern, weit verbreitet. Es ist vorteilhaft, derartige Einrichtungen zur Signalumsetzung durch integrierte Schaltkreistechnik auf einem einzelnen Substrat herzustellen, um die Einrichtung zu miniaturisieren, das Gewicht zu verkleinern, die Zuverlässigkeit und Betriebseigenschaften zu verbessern und die Herstellungskosten zu senken.

Um jedoch eine derartige Einrichtung zur Signalumsetzung als integrierte Schaltung herzustellen, müssen dasjenige Signal-

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verarbeitungssystem der informationsverarbeitenden Einrichtung, das an die ßingangoklemme des Signalumsetzers angeschlossen werden soll, sowie Aufbau und Arbeitsweise des Anzeigegerätes, das mit dem Ausgangskreis des Signalumsetzers verbunden werden boII, berücksichtigt werden. Zur Herstellung eines Signalumsetzers in integrierter Schaltung ist es beispielsweise erforderlich, einen geeigneten Typ auszuwählen, der an die von dem informationsverarbeitenden Gerät verarbeiteten (positiven und negativen) logischen Pegel als auch an den Aufbau und die Arbeitsweise des Anzeigegerätes bzw. Anzeigef3ystems angepaßt ist. Die Art der Verarbeitung der logischen Pegel sowie der Aufbau des Anzeigegeräten oder -systems sind bei den verschiedenen Herstellern der informationsverarbeibenden Geräte unterschiedlich; bisher sind auf diesem Gebiet keine !formen aufgestellt worden. Aus diesem Grund müssen die Hersteller von Komponenten integrierter Schaltungen zur Verwendung Ln Signalkonvortern je nach der Arbeitsweise des informationsverarbeitenden Gerätes integrierte Schaltungen verschiedener Typen liefern, so daß es unmöglich wird, die Herstellungskosten für integrierte Schaltungen durch Massenproduktion zu reduzieren. Fabrikinstallationen zur Herstellung integrierter Schaltungen verlangen relativ hohe Investitionen, wobei die Verfahrens stufen bei der Herstellung genaue Techniken erfordern. Zusätzliche hohe Kosten fallen bei der α Entwicklung neuer Gebiete an. Betrachtet man die Entwertung derartiger Anschaffungen, so lassen sich die Kosten nur niedrig halten, wenn die integrierten Schaltungen in Massenproduktion gefertigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige und verbesserte Einrichtung zum Umsetzen von Anzeigesignalen zu schaffen, die sich bei Anwendung integrierter Schaltkreistechnik in Massenproduktion fertigen läßt. Dabei soll es möglich sein, einen einmal entworfenen Aufbau anzuwenden, ohne daß die wesentlichen Verfahrensschritte zur Herstellung des Signalumsetzers als integrierte Schaltung geändert werden müssen. Die Ein-

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richtung soll dabei Mittel aufweisen, um in einem Teil des Anzeigegerätes eine sichtbare Anzeige zu unterdrücken. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, einen verbesserten Signalumsetzer zur Verwendung in digitalen Anzeigegeräten zu schaffen, bei dem die wesentlichen Komponenten aus Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate und Widerständen bestehen, die sich als integrierte Schaltung leicht fabrizieren lassen. Die Einrichtung soll dabei ohne weiteres für unterschiedliche Typen von Anzeigegeräten verwendbar nein, die mit verschiedenen Kombinationen von Leuchtelementon zur Darstellung der verschiedenen Buchstaben oder Ziffern arbeiten, in-dem lediglich das Muster der Maske, geändert wird, die zur Pormung der isolierten Gates der genannten Feldeffekttransistoren verwendet wird. Ferner soll die Einrichtung in Verbindung mit informationsverarbeitenden Einrichtungen verwendbar sein, die mit positivem oder negativem logischen Pegel arbeiten, in dem nur die Positionen der in dem Signal umsetzer enthaltenen Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate verändert werden. Auch dies kann durch einfaches Ändern des Musters für die Maske zur Herstellung der Feldeffekttransistoren geschehen. Weiterhin soll die Einrichtung in Verbindung mit Anzeigegeräten verwendbar sein, die mit durch EIN- oder AUS-Pegel betriebenen Leuchtelementen arbeiten, in dem einfach die Positionen der •Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate geändert werden. Wiederum kann dies durch Ändern des Musters für die Maske zur Formung derartiger Feldeffekttransistoren erreicht werden.

Die Erfindung vermittelt eine Einrichtung zur Umsetzung von eine bestimmte Information enthaltenden Bit-Signalen in Steuersignale zum Betrieb eines Anzeigegerätes mit mehreren Leuchtelementen, enthaltend

(1) einen Speicher zum Speichern de r Bit-Signal e,

(2) einen ersten Signal umsetzer mit mehreren in einer Matrixschaltung angeordneten Bit-Eingangsund Zeichen-Ausgangsleitungen, wobei zwischen den Bit-Eingangs-Ieitungen und den Zeichen-Ausgangsleitungen eine Kopplungseinrichtung angeordnet ist, die aus den auf die Bit-Eingangs-

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leitungen gegebenen Binärsignalen ein Zeichen-Aus gangs signal auf einer bestimmten Zeichen-Ausgangsleitung erzeugt,

(3) eine Einrichtung zur Zuführung der Bit-Signale an die Bit-Eingangsleitungen des ersten Signalumsetzers,

(4) einen zweiten Signalumsetzer mit mehreren jeweils mit den Zeichen-Ausgangsleitungen des ersten Signalumsetzers verbundenen Zeichen-Eingangsleitungen, mehreren den Leuchtelementen zugeordneten Anzeige-Steuerausgangsleitungen und einer zwischen den Zeichen-Eingangsleitungen und den Steuerausgangsleitungen angeordneten zweiten Kopplungseinrichtung, die aus dem der jeweiligen bestimmten Zeichen-Leitung zugeführten Zeichen-Ausgangssignal auf bestimmten Steuerausgangsleitungen Steuerausgangssignale erzeugt, und

(5) eine Einrichtung zur Zuführung der Steuerausgangssignale auf den bestimmten Steuerausgangsleitungen des zweiten Signalumsetzers an die Leuchtelemente des Anzeigegerätes.

Die Erfindung vermittelt ferner eine Einrichtung zum Umsetzen von eine bestimmte Information enthaltenden Bit-Signalen in Steuersignale zum Betrieb eines Anzeigegerätes, das durch selektive Kombinationen mehrerer Leuchtelemente eine Vielzahl verschiedener Zeichen selektiv anzeigt, enthaltend

(1) mehrere erste Drain-Halbleiterbereiche, die an

der Hauptoberfläche eines ersten Halbleitersubstrats parallel zueinander verlaufen und deren Anzahl der Zahl der Leuchtelemente des Anzeigegerätes entspricht,

(2) erste Source-Halbleiterbereiche an der Hauptoberfläche des ersten Halbleitersubstrats, die nahe den ersten Drain-Bereichen und parallel zu diesen angeordnet sind,

(3) mehrere jeweils mit den ersten Drain-Bereichen ver-

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bundene erste Lastwiderstände,

(4) mehrere erste metallische Gate-Bereiche, die in ihrer Anzahl der Zahl von durch die Leuchtelemente des Anzeigegerätes darstellbaren Zeichen entsprechen, die rechtwinklig zu den ersten Drain-Bereichen sowie den ersten Source-Bereichen angeordnet und von diesen durch eine Isolierschicht getrennt sind, wodurch an den bestimmten Halbleiterbereichen zwischen den ersten Drain-Bereichen und den ersten Source-Bereichen mehrere Feldeffekt-Transistorelemente mit isoliertem Gate gebildet werden,

(5) mehrere zueinander parallele zweite Drain-Halbleiterbereiche, die den ersten metallischen Bereichen entsprechen und an der Hauptobβrflache eines zweiten Halbleitersubstrats gebildet sind, wobei die einen Enden dieser zweiten Drain-Bereiche mit den ersten metallischen Gate-Bereichen verbunden sind,

(6) mehrere zweite Source-Halbleiterbereiche, die an der Hauptoberfläche des zweiten HalbleiterSubstrats nahe den zweiten Drain-Bereichen und parallel zu diesen geformt sind,

(7) mehrere jeweils mit den zweiten Drain-Bereichen verbundene zweite Lastwiderstände, sowie

(8) mehrere zweite metallische Gate-Bereiche, an denen die Bit-Signale zugeführt werden, die die zweiten Drain-Bereiche und die zweiten Source-Bereiche rechtwinklig schneiden und von diesen durch eine Isolierschicht getrennt sind, wodurch an mehreren der bestimmten Halbleiterbereiche zwischen den zweiten Drain-Bereichen und den zweiten Source-Bereichen mehrere Feldeffekt-Transistorelemente mit isoliertem Gate gebildet werden.

Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen im einzelnen be-

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schrieben; in den Zeichnungen zeigen

Pig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Umsetzung eines Anzeige signals in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 2 eine einem Teil der Schaltung nach Pig. 1 entsprechende detaillierte Schaltung;

Pig. 3a und Pig. 4 Draufsichten auf einen Teil der in integrierter Schaltkreistechnik hergestellten Einrichtung zur Umsetzung von Anzeigesignalen;

Pig. 3b und 3c Schnitte durch gewisse Teile der Einrichtung nach Pig. 3a, und zwar längs der Linien A-A bzw. B-B;

Pig. 5 und 6 Schnittansichten zur Darstellung verschiedener Verfahrensstufen bei der Herstellung der integrierten Schaltung;

Pig. 7 einen teilweise in Blockform dargestellten Verdrahtungsplan der in Pig. 1 gezeigten Signalspeicher- und Invertersinrichtungen;

Pig. 8 einen Verdrahtungsplan zur Erläuterung einer modifizierten Au3führungsform der Erfindung;

Pig. 9 und 1o Blockdiagramme verschiedener Anzeigeschaltungen;

Pig. 11 ein Impuls diagramm von bestimmten elektrischen Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Austastschaltung;

Pig. 12 praktische Ausführungen der in Pig. 1 gezeigten Lastwiderstände; und

Pig. 13 eine zur Anzeige von Ziffern geeignete Anordnung der Leuehtsegmentβ des Anzeigegerätes.

Pig. 1 zeigt ein Ausftihrungsbeiepiel des erf indungs gemäß en Signalumsetzers zur Erzeugung einer sichtbaren Anzeige von Bit-

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Signalen aus dem Schieberegister eines elektronischen (Tischrechners auf einem digitalen Anzeigegerät. Das Ergebnis der jeweiligen Rechenoperation, beispielsweise eines Addierers, wird dabei in ein dynamisches Schieberegister R1 eingeschrieben. Die Information in dem Schieberegister R1 läuft über eine zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Registers eingeschaltete Rückkopplungsschleife 1 zyklisch um und wird auf diese Weise im Register gespeichert. Die Bit-Zahl des Schieberegisters R1 hängt von der Größe der zu speichernden Information ab. Sollen beispielsweise 14-stellige Dezimalzahlen gespeichert werden, so sind mindestens 56 Bits erforderlich. Das Bit-Signal der anzuzeigenden Ziffer wird an ein Leseregister R2 abgegeben, das 4.Bits umfaßt und dazu dient, ein serielles Signal in ein Parallel-Signal umzusetzen. Die umgesetzten Bit-Signale werden in Signalspeichern M1 bis M4 gespeichert. Ein erster Signalumsetzer D1 umfaßt eine Gruppe von Bit-Eingangsleitungen 11 bis 18, eine Gruppe von Zeichen-Ausgangsleitungen m1 bis m1o sowie Eopplungseinrichtungen al, a2, a3 ... a 4o, die auf die jeweiligen der Gruppe von Eingangsleitungen 11 bis 18 zugeführten Bit-Signäle ansprechen und ein Zeichen-Ausgangssignal auf einer jeweils ausgewählten Zeichen-Ausgangsleitung m1 bis m1o erzeugen. Jede der Kopplungseinrichtungen al bis ä4o kann einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (MOSi¹ET) umfassen, wobei gemäß Fig. 2 die Gate-Elektrode g an eine Bit-Eingangsleitung und die Drain-Elektrode d an eine Zeichen-Ausgangsleitung angeschlossen sind. Beispielsweise umfaßt der MOSFET al eine an die Bit-Eingangsleitung 11 angeschlossene Gate-Elektrode g und eine an die Zeichen-Ausgangsleitung m1 angeschlossene Drain-Elektrode d. Die Zeichen-Ausgangsleitungen m1 bis m1o sind jeweils mit Lastwiderständen r1 bis r1o verbunden. Diese Lastwiderstände können gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 12 aus MOSFETs bestehen. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Bit-Eingangsleitungen 11 bis 18 des Signalumsetzers DI so angeschlossen, daß sie die Ausgangssignale der Speicher M1 bis M4 empfangen. Diese Ausgangssignale werden einem Teil der Bit-Eingangsleitungen über jewei-

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lige Inverter 11 bis 14 zugeführt.

Pig, 7 zeigt ein Beispiel für eine Kombination aus Speichern M1 "bis M4 und Invertern 11 bis 14. Demgemäß können jeweils Paare aus Speichern und Invertern von MOSFETs h1 "bis h5 gebildet sein, die als integrierte Schaltung hergestellt sein können. Ebenso kann das Leseregister R2 aus drei Verzögerungs-Flip-Flops DF1, DF2 und DF3 bestehen, die jeweils einen MOSFET enthalten. Jedes Flip-Flop wird von zwei-phasigen Taktimpulsen CP1 und 0P2 derart ausgesteuert, daß das binäre Informationssignal verschoben wird. Gemäß Fig. 7 wird ein Signal aus dem Register R2 über den Torschaltungs-MOSFET h1 in der Eingangskapazität 2 des MOSFEiDs h2 gespeichert, so daß an .der Drain-Elektrode des MOSFETs h.2 ein invertierter Ausgang des Eingangssignals entsteht. Ein gleichphasiges Signal wird an der Drain-Elektrode des Inverter-MOSFETs h5 abgeleitet.

Gemäß Fig. 2 umfaßt ein zweiter Signalumsetzer D2 eine Gruppe von Zeichen-Eingangsleitungen m*1 bis mMo, die jeweils mit den entsprechenden Zeichen-Ausgangsleitungen m1 bis m1o verbunden sind, ferner eine Gruppe von Steuerausgangsleitungen n1 bis n8, die rechtwinklig zu den leitungen m'1 bis mMo verlaufen, sowie Kopplungseinrichtungen b1, b2 ... b48, die auf die Signale auf den Eingangs leitungen mM bis mMo ansprechen und auf jeweils einer bestimmten Steuerausgangsleitung nibis n8 ein Steuerausgangssignal erzeugen. Jede der Kopplungseinrichtungen b1 bis b48 kann dabei wieder gemäß Fig. 2 aus einem MOSFET bestehen, das eine an die jeweilige Zeichen-Eingangsleitung angeschlossene Gate-Elektrode g und eine an die jeweilige Steuerausgangsleitung angeschlossene Drain-Elektrode d aufweist. Beispielsweise ist der MOSFET b1 mit seiner Gate-Elektrode g an die Zeichen-Eingangsleitung mM und mit seiner Drain-Elektrode d an die Steuerausgangsleitung n1 angeschlossen. Die an die Drain-Elektroden angeschlossenen Steuerausgangsleitungen sind jeweils mit Lastwiderständen r11

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"bis r18 verbunden. Shnlich wie die mit den Zeichen-Ausgangsleitungen verbundenen Lastwiderstände r1 "bis r1o können auch diese Lastwiderstände r11 "bis r18 gemäß Pig. 12 aus MOSI¹ETS bestehen. Die Ausgangssignale von den Steuerausgangsleitungen n1 "bis n8 des zweiten Signalumsetzers D2 werden jeweiligen Steuerkreisen B1 bis B8 zugeführt, die den Eingangsklemmen PM bis P*8 eines Anzeigegerätes T Betriebsspannungen zuführen.

Das Anzeigegerät T umfaßt acht Leuchtsegmente P1 bis P8 in der gezeigten Anordnung. Durch selektive Erregung dieser Leuchtsegmente läßt sich bekanntlich jede der Ziffern von O bis 9 anzeigen. Es sind mehrere derartiger Anzeigegeräte vorgesehen, deren Anzahl der Stellenzahl oder der Größenordnung der in dem Schieberegister R1 zu speichernden Größe entspricht. Soll beispielsweise eine 14-stellige numerische Größe angezeigt werden, so sind 14 Anzeigegeräte vorhanden. Die Umschaltung für diese An~ zeigegeräte erfolgt über eine Steuerschaltung C2.

Der Einfachheit halber ist in Fig. 1 nur ein Anzeigegerät I gezeigt, während in Wirklichkeit, wie in Fig. 9 schematisch angedeutet, mehrere Anzeigegeräte T1 bis Tn vorhanden sind, deren Anzahl der Zahl der anzuzeigenden Stellen entspricht und die durch die Steuerschaltung C2 auf der Basis der Zeitaufteilung gesteuert werden. In alternativer Form können die Anzeigegeräte T1 bis Tn gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1o auch selektiv betrieben werden , ohne daß von einer Steuerung mit Zeitaufteilung Gebrauch gemacht wird, indem mehrere Signalspeicher ΜΊ bis M'n, erste Signalumsetzer D11 bis D1n, zweite Signalumsetzer D21 bis D2n und Steuerkreise B¹I bis B'n vorgesehen werden, wobei die Anzahl η jeder dieser verschiedenen Einheiten der anzuzeigenden Stellenzahl entspricht. Das Anzeigesystem nach Fig. 9 ist jedoch insofern vorteilhafter, als es weniger Schaltungselemente erfordert.

Die soweit beschriebene Anzeigeeinrichtung arbeitet folgendermaßen. Bei Empfang eines anzuzeigenden Signals mit den jewei-

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ligen Binärstellen 1, 2, 4 und 8 des Leseregisters R2 werden die Signale der einzelnen Bits in den jeweiligen Signalspeichern vorübergehend gespeichert. Zum leichteren Verständnis wird im folgenden angenommen, daß in den Signalspeichern Mt, M2, M3 und M4 die Bit-Signale "1", "0", ^W1" bzw. "0" gespeichert sind, die die Dezimalziffer "5" darstellen. Werden der Wert "1" durch eine Spannung von -V und der Wert "O" durch eine Spannung von 0 dargestellt, so werden in den jeweiligen Signalspeichern die Spannungen -V, O, -V bzw. 0 gespeichert. Bei diesen Signalspannungen liegt an den Bit-Eingangsleitungen 11, 14, 15 und 18 eine Yersorgungsspannung von -T, während an den Leitungen 12, 13, 16 und 17 die Spannung 0 liegt. Diese Spannung auf den Leitungen 12, 13, 16 und 17 macht die jeweils mit diesen Leitungen verbundenen MOSPEIDs a21, a22, a23 und a24 nicht-leitend, wodurch die Spannung auf der Ausgangsleitung m6 auf einem negativen Wert gehalten wird. Mit anderen Worten bilden die Eingangsleitungen 12, 13, 16 und 17 eine ODER-NICHT-Eingangsschaltung für die Ausgangsleitung m6. Die auf den Bit-Eingangsleitungen 11, 14, 15 und 18 herrschende Spannung -V erzeugt auf allen Ausgangsleitungen.außer der Leitung m6 eine Ausgangsspannung O. Der erste Signalumsetzer D1 ist also derart gebaut, daß er entsprechend den auf seinen Bit-Eingangsleitungen 11 bis Ho herrschenden Eingangssignal-Spannungen auf nur einer der Zeichen-Ausgangsleitungen m1 bis m1o eine Ausgangsspannung erzeugt. Werden dem Register R2 die Bit-Signale "0", "0", "O" und "O" zugeführt, so wird eine Ausgangsspannung nur auf der Ausgangsleitung m1 erzeugt; sind die Bit-Signale "1", "0", "0^w und "1", so wird nur auf der Ausgangsleitung m.. eine Ausgangsspannung erzeugt. Bei Auftreten einer Signalspannung -Y auf der Leitung m"6 werden die in dem zweiten Signalumsetzer D2 in der Matrixschaltung vorgesehenen MOSi¹EOiS 1)21, b22, b23, b24 und b25 leitend, wodurch an den entsprechenden Ausgangsklemmen ΡΊ, P^f3, P¹4, P^f6 und P¹8 der entsprechenden Steuerkreise erzeugt werden. Diese Ausgangsspannungen bewirken, daß die Segmente P1, P6, P8, P3 und P4 des Anzeigegerätes T aufleuchten und somit die Ziffer "5" anzeigen.

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Da es möglich ist, sämtliche Schaltungselemente der oben beschriebenen Einrichtung zur Umsetzung von Anzeige Signalen aus MOSPETs aufzubauen, läßt sich die Einrichtung ohne weiteres als integrierte Schaltung auf einem Halbleitersubstrat fabrizieren.

Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen eine Ausführungsform einer solchen integrierten Schaltung. Gemäß Pig. 3a umfaßt der erste Signalumsetzer D1 zehn Paare von p-Drain-Halbleiterbereichen m1d, m2d m1od und p-Source-Halbleiterbereichen mis, m2s ... m1os, die an einer Hauptoberflache eines n-Silizium-Halbleitersubstrats 1o geformt sind und jeweils parallel zueinander verlaufen, ferner jeweils mit den Drain-Bereichen verbundene Lastwiderstände r1, r2 ... r1o, ferner einen p-Halbleiterbereich 11 zum Pestlegen des Potentials an den Source-Bereichen mis, m2s ... m1os auf ein Bezugspotontial Eo, eine Siliziumoxid-Schieht 12, die auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 1o liegt, sowie acht Aluminiumstreifen 11, 12 ... 1 8, die auf der Siliziumoxid-Schicht 12 liegen und rechtv/lnklig zu den Drain- und Source-Halbleiterbereichen verlaufen. Vie in Pig. 3b gezeigt, läßt sich jeder eine ODER-ITICHT-Schaltung bildender MOSPET leicht dadurch erzeugen, daß man die Siliziumoxid-Schicht 12 in einer Zone 13 zwischen dem Drain-Halbleiterbereich m1d und dem Source-Halbleiterbereich mis unter der Metallschicht 11 dünner macht. Beispielsweise wird die Dicke der Zone 13 auf ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der Dicke der Schicht 12, beispielsweise auf loooÄ reduziert. Infolgedessen wirkt die Zone 13 als isolierte Gate-Elektrode des MOSPETs und gestattet eine Kanalsteuerung zwischen den Source- und Drain-Elektroden.

Ähnlich dem ersten Signalumsetzer D1 ist auch der zweite Signalumsetzer D2 als integrierte Schaltung auf dem Silizium-Halbleitersubstrat hergestellt. Dieser zweite Signalumsetzer D2 umfaßt acht Paare von p-Drain-Halbleiterbereichen ntd, n2d... n8d und p-Source-Halbleiterbereichen n1s, n2s ... n8s, ferner

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einen p-Halble it erber eich 15, der die einen Ende der Source-Bereiche n1s, n2s ... n8s mit der Bezugsspannungsquelle E₀ verbindet, sowie zehn Aluminiumschichten m' 1, m^f2 ... m'1o, die über der Siliziumoxidschicht 12 liegen und jeweils mit ihrem einen Ende gemäß Fig. 3c an die Drain-Halbleiterbereiche m1d, m2d ... m1od des ersten Signalumsetzers D1 angeschlossen sind. Wiederum ist jeder MOSFET durch Dickenreduzierung einer Zone der Oxidschicht 12 gebildet.

Wie in Fig. 4 gezeigt, kann der Source-Halbleiterbereich für jeweils benachbarte Drain-Halbleiterbereiche gemeinsam herge-™ stellt sein. Bei dieser Anordnung läßt sich die Anzahl der Source-Bereiche auf die Hälfte der Anzahl von Drain-Bereichen reduzieren, wodurch die Dichte der Schaltungselemente in der integrierten Schaltung erhöht wird. Wie oben in Zusammenhang mit Fig. 12 beschrieben, lassen sich auch die Lastwiderstände r1 bis r8, da sie aus MOSFETs aufgebaut sein können, als Teil der integrierten Schaltung auf dem Silizium-Halbleitersubstrat 1o formen.

Zu den typischen Verfahrensschritten bei der Herstellung der Signalumsetzer-Einrichtung gehören

1. Diffundieren eines p-Störstoffs in die Hauptober-W fläche eines n-Silizium-Halbleitersubstrats zur

gleichzeitigen Bildung von Drain- und Source-Bereichen für die Zeichen-Ausgangsleitungen, von Drain- und Source-Bereichen für die Steuerausgangsleitungen sowie von Drain- und Source-Bereichen für die Last-MOSFETs;

2. Formen eines verhältnismäßig dicken Siliziumoxid-Films 17 auf der Hauptoberfläche des Silizium-Halbleitersubstrats gemäß Fig. 5 oder Formen eines verhältnismäßig dünnen Siliziumoxid-Films 18, deren Dicke ausreicht, um als isolierte Gate-Elektrode eines MOSFETs zu wirken, gemäß Fig. 6;

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3.Ätzen eines freiliegenden Teiles 2o des Siliziumoxidfilms 17 unter Verwendung einer Ätzmaske 19 gemäß Pig. 5 zur Erzeugung der dünnen Zone 13, die als isolierte Gate-Elektrode des MOSPETs wirkt, oder Auftragen eines Oxidfilms 21 auf die als isolierte Gate-Elektrode wirkende Zone 13 des Oxidfilms 18 unter Verwendung einer Auftragsmaske 22 auf dem PiIm 18 gemäß Pig. 6; und

4-. Vakuum-Aufdampfen von Aluminium auf den Oxidfilm 17 bzw. 18 zur Ausbildung von Metallschichten oder -streifen für die Bit-Eingangsleitungen und Zeichen-Ausgangsleitungen.

Bei der erfindungsgemäßen Signalumsetzor-Einrichtung ist es möglich, bei Änderung des Aufbaus oder der Arbeitsweise des zugeordneten informationsvorarböitenden Geräten oder des Anzeigegerätes einfach den Aufbau dor Matrixschaltung der Signalumsetzer durch einfache Änderung der Positionen der HOSPETa abzuändern, ohne die Anordnung der einclif fundierten Halbleiterbereiche vorändern zu müssen. Insbesondere braucht bloß das Muster der beim Ätzen bzw. beim Auftragen in dem obon beschriebenen Voffahrenanchritt 3 vorwende ton Maske geändert zu werden, so daß die als isolierte Gate-Elektroden wirkenden dünnen Oxidfilme an den gewünschben anderon Positionen geformt werden.

Bei einer Einrichbung zum Umsetzen von Anzeigesigiialen, die mit MOSPETs arbeitet, muß eine für die Dlckcmreduziorung des" Oxidfilms an den Stellen 16 des zweiten Signalumsetzers D2 nach Pig. 3a geeignete Ätzmaske verwendet werden.

Der Aufbau der Einrichtung zur Umwandlung von Anzeigesignalen sollte entsprechend dem Aufbau des Anzeigegerätes geändert werden. Obwohl in der obigen Beschreibung eine Umsotzereinrichtung mit lumineszierenden oder leuchtstoff-Elementen erläutert worden ist, die ein von einem Rechteck begrenztes Kreuz formen, produzieren andere Heroteller Anzeigegeräte, bei denen die lumineszierenden Elemente in Porm der Ziffer

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8 oder eines Buchstaben angeordnet sind.. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die Hersteller der integrierten Schaltung Einrichtungen zur Umsetzung von Anzeigesignalen mit Matrixschaltungen produzieren, die für derartige verschiedene Anzeigegeräte geeignet sind. Die Erfindung erfüllt dieses Erfordernis dadurch, daß einfach das Muster der bei der Bildung der isolierten Gate-Elektroden des zweiten Signalumsetzers D2 gemäß Pig. 3 geändert zu werden braucht. Dies ist für Hersteller von integrierten Schaltungen außerordentlich vorteilhaft, da sie sehr viele verschiedene Produkttypen entsprechend den Kundenauf trägen liefern können, ohne daß die Verfahrens sehr it te bei der Herstellung wesentlich geändert werden müssen.

Es ist ferner erforderlich, den Aufbau der Einrichtung zur Umwandlung von Anzeigesignalen in Abhängigkeit davon zu ändern, ob der von der informationsverarbeitenden Einrichtung verarbeitete logische Pegel positiv oder negativ ist. Das obige AusfUhrungsbeispiel ist anhand eines negativen logischen Pegels beschrieben worden, bei dem ein Potential von O dem Wert "O" und ein Potential von -V dem Wert "1" zugeordnet ist. Arbeitet dagegen das informationsverarbeitonde Gerät mit positivem logischen Pegel, bei dem ein Potential von O dom Wert "1" und ein Potential von -V dom Wort "0" zugeordnet sind, so muß w eine andere für dieses System geeignete Einrichtung s;ur Signalumsetzung vorgesehen werden. Erfindungsgemäß läßt sich eine derartige) Änderung der Matrixschaltung leicht durchführen, indem einfach die Positionen (d.h. die kartesisohen Koordinaten) der in der Matrixschaltung des ersten Signalumsetzers D1 (vgl. Fig. 1) oder das Muster der Maske verändert werden.

Ein weiterer Paktor, der eine Änderung im Aufbau der Signalumsetzer-Einrichtung zur Verwendung in Anzeigegeräten erforderlich macht, hängt davon ab, ob das Eingangspotential der Steuerkreise für die Anzeigegeräte auf einem nicht-leitenden oder einem leitenden Pegel liegt. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht das zur Aussteuerung der Leucht-

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segmente des Anzeigegerätes erforderliche Eingangspotential der Steuerkreise dem leitenden Tegel (O Volt) am Ausgang des zweiten Signalumsetzers. Soll mit einem nicht-leitenden Pegel (-Y YoIt) für das Eingangspotential zum Betrieb der Leuchtsegmente gearbeitet werden, so läßt sich dies ohne weiteres durch Änderung der Positionen der in dem zweiten Signalumsetzer enthaltenen MOSI¹ETs erreichen. Wiederum kann auch dies durch Ändern des Musters für die Maske erreicht werden.

Die Erfindung vermittelt auch eine Einrichtung zum Umsetzen von Anzeigesignalen mit einer Zeichenunterdrückungs- oder Austastschaltung, die geeignet ist, die Zeit zur Zuführung der Steuersignale an das Anzeigegerät zu steuern "bzw. zu überbrücken. Handelt es sich 2jei dem Anzeigegerät um den Typ, hei dem Leuchtsegmente durch Ausgangssignale auf dem leitenden Pegel (0 Volt) aus dem zweiten Signalumsetzer D2 betrieben werden, so "besteht die Austastschaltung gemäß Fig. 1 aus MOSPETs el bis e1o, die an die jeweiligen Zeichen-Ausgangsleitungen des ersten Signalumsetzers D1 angeschlossen sind. Werden andererseits die Leuchtsegmente des Anzeigegerätes T mit Ausgangssignalen des nichtleitenden Pegels (-V Volt) aus dem zweiten Signalumsetzer D2 betrieben, so besteht die Austastschaltung aus den ebenfalls in Pig. 1 gezeigten MOSPETs f1 bis f8, die an die jeweiligen Steuerausgangsleitungen des zweiten Signalumsetzers D2 angeschlossen sind. Ein gewünschter Wechsel in den Positionen der MOSPETs für die Austastschaltung läßt sich ohne weiteres durch Abänderung des Musters der Maske auf die oben beschriebene Art und Weise erreichen.

Die beschriebene Austastschaltung vermittelt beim Einbau in die erfindungsgemäße Einrichtung zum Umsetzen von Anzeigesignalen neuartige Vorteile. Insbesondere besteht dann, wenn die Signalumsetzer-Einrichtung aus MOSPETs aufgebaut ist, eine größere oder kleinere Verzögerung zwischen der Anwendung der Bit-Signale und der Erzeugung der Steuersignale. Diese Zeitverzögerung führt zu einer ziemlich dunklen Anzeige, wenn mehrere Anzeige-

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geräte unter Verwendung der in Pig. 9 gezeigten Kombination aus einem Paar von Signalumsetzer-Stufen und der Steuerschaltung auf der Basis der Zeitaufteilung "betrieben werden. Der Dunkelheitsgrad ist zwar je nach den Leuchteigenschaften des Anzeigegerätes und den Eigenschaften der Steuerschaltung für das Zeitaufteilungssystem unterschiedlich; durch Verwendung der oben beschriebenen Austastschaltung kann diese Schwierigkeit jedoch beseitigt werden.

Die Arbeitsweise eines Ausführungsbeispiels für die Austastschaltung wird im folgenden anhand von Fig. 11 beschrieben. Die den verschiedenen Anzeigegeräten über die Steuerschaltung 02 zugeführten Leucht- oder Betriebsspannungen werden auf der Basis der Zeitaufteilung mit den in den Kurven (a) bis (d) der Pig. 11 gezeigten Phasen verteilt. Ferner werden die Signale zur Aussteuerung des ersten, zweiten, dritten ... η-ten Anzeigegerätes über don jeweiligen Steuerkreis B¹ während der Zeitperioden t4, t5', t6 ... tK den jeweiligen Anzeigegeräten nacheinander zugeführt. Während der Zeitperiode ti zeigt daher das erste Anzeigegerät hauptsächlich eine dem zugehörigen Steuersignal entsprechende Ziffer an. Infolge der Zeitverzögerung bei der Übertragung des Signals in den Signalumsetzern werden die Steuersignale für die Anzeigegeräte jedoch mit einer Verzögerungszeit t3 zugeführt; daher werden in der Zeitperiode t3 die Anzeigegeräte gezwungen, andere Ziffern anzuzeigen, als sie eigentlich anzeigen müßten, was zu der Verdunkelung des Sichtbildes führt. Beispeislweise zeigt das zweite Anzeigegerät die jeweils darzustellende Ziffer Über eine verhältnismäßig lange Periode sowie außerdem die Ziffer, die in dem ersten Anzeigegerät dargestellt werden soll, während der sehr kurzen Periode t3, wodurch die in dem zweiten Anzeigegerät dargestellten Ziffern flackern und die jeweils angezeigte Ziffer schwierig zu lesen ist. um dies ßu verhindern, wird die in Kurve (e) der Fig. 11 gezeigt Auetast-Steuersignalspannung Vtp einer Austast-Eingfi-ngslsxtpytg: cs1 (vgl. Fig. 1) zugeführt, die bewirkt, daß das Lieht im den Anzeigegeräten während der Periode t? dos Austast-Signals or-

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lischt; dadurch wird ein Plackern oder ein dunkles Leuchten der Anzeigegeräte vermieden.

Das "beschriebene Plackern oder dunkle Leuchten der Anzeigegeräte wird durch die Zeitverzögerung bzw. den Zeitunterschied zwischen der Zuführung der Spannung an das jeweilige Anzeigegerät über die Steuerschaltung C2 und die anschließende Zuführung der Signalspannung an die Anzeigegeräte aus den Steuerkreisen B¹ verursacht. Dieses Phänomen tritt daher auch dann auf, wenn die dem jeweiligen Anzeigegerät über die Steuerschaltung C2 zugeführte Spannung verzögert ist und die Zeitverzögerung der Signalspannungen in den Signalumsetzern durch Einbau der folgenden Kompensationsschaltung kompensiert worden sind. Auch in diesem Pail ist die oben beschriebene Auotast-Technik zur Vermeidung der besagten Mängel anwendbar.

Pig. 8 zeigt eino Kompensationsschaltung für die Verzögerungsaeit der Signalumsetzer, die aus in die Steuorkreiso des zweiten Signalumootzers D2 eingeschalteten Torschaltungg-MOSPETs h6 und Signalspeicher-MOSPETs h? aufgebaut ist. Werden die Torschaltungs-MOSPETs h.6 durch den an ihren Gate-Elektroden auftretenden Taktimpuls CP2 leitend gemacht und werden die Ausgangssignale auf den Ausgangsleitungen 11 bis 18 zur Erzeugung der beschriebenen Signale und zum Einspeichern dieser Signale in die Signalspoicher-HOSPETs h.7 invertiert, so ist es möglich, an die Steuerkreise b1 bis b8 unabhängig von der Zeitverzögerung reguläre Steuerausgangssignale anzulegen. Die Steuerschaltung 02 führt den Schaltvorgang durch einen ihr zugeführten Taktimpuls aus und gibt an das erste, zweite, dritte ... n-te Anzeigegerät Versorgungsspannungen Vtί, Vt2, Vt3 ... bzw. Vtn ab. Der der Steuerschaltung C2 zugeführte Taktimpuls ist mit dem der Gate-Elektrode der MOSPETs h6 zugeführten Taktimpuls CP2 synchronisiert. Bei Bedarf können in Serie mit den Speicher-MOSPETs h7 Austast-MOSPETs h8 geschaltet werden, die die Austastung besorgen. Eine mit einer derartigen Speicherung verseheno Signalumsetzer-Einrichtung eignet sich insbesondere

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zur Verwendung in Verbindung mit einem Anzeigegerät, das mit schnellen Digital-Anzeigen oder Halbleiter-Ieuchtdioden als Leuchtelementen arbeitet.

Die Austastschaltung kann auch als Zeichen-Unterdrückungsschaltung verwendet werden. Soll die Anzeige einer Ziffer einer "bestimmten Größenordnung verhindert werden oder sollen die unnötigen !Tüllen in den Stellen vor der höchsten Ziffer einer anzuzeigenden ganzen Zahl unterdrückt werden, so wird mindestens während derjenigen Periode, in der das Anzeigegerät über die Steuerschaltung C2 Spannung erhält, beispielsweise mindestens während der Periode ti, an die die Austast-Schaltung bildenden MOSPETs ein Austast-Signal gelegt, das die Steuereingangssignale für die Anzeigegeräte unterbricht.

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Claims

Patentansprüche

, 1 J Einrichtung zur Umsetzung von eine "bestimmte Information enthaltenden Bit-Signalen in ein Steuersignal zum Betrieb eines Anzeigegerätes mit mehreren Leuchtelementen, gekennzeichnet durch einen Signalspeicher (M¹) zum Speichern der Bit-Signale, einen ersten Signalumsetzer (D1) mit mehreren in einer Matrixschaltung angeordneten Bit-Eingangsleitungen (11 ... 18) und Zeichen-Ausgangsleitungen (m1 ..· m1o) und einer zwischen den Bit-Eingangsleitungen und den Zeichen-Ausgangsleitungen angeordneten Kopplungseinrichtung (al ... a4o), die auf die Binärsignale auf den Bit-Eingangs-

X leitungen anspricht und jeweils auf einer "bestimmten Zeichen» " Ausgangsleitung ein Zeichen-Ausgangs signal erzeugt, eine Einrichtung (R2) zur Zuführung der Bit-Signale an die Bit-Eingangsleitungen des ersten Signalumsetzers, ferner einen zweiten Signalumsetzer (D2) mit mehreren jeweils an die Zeichen-Ausgangsleitungen angeschlossenen Zeichen-Eingangsleitungen (m'1 ... m^!1o), mehreren den leuchtelementen (P1 ... P8) entsprechenden Anzeige-Steuerausgangsleitungen (n1 ... n8) und einer zwischen den Zeichen- Eingangsleitungen und den Steuerausgangsleitungen angeordneten zweiten Kopplungseinrichtung (b1 ... b48), die auf das Zeichen-Ausgangssignal auf der jeweils "bestimmten Zeichen-Eingangsleitung anspricht und auf "bestimmten Steuerausgangsleitungen Steuerausgangssignale erzeugt, sowie eine Einrichtung (B¹) zur Zuführung der Steuerausgangssignale auf den besagten bestimmten Steuerausgangsleitungen des zweiten Sigiialuinsetzers an die Leuchtelemente des Anzeigegerätes (T).

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eingegangen

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtungen (al ... a4o, b1...b48) Feldeffekttransistoren mit.isoliertem Gate umfassen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere an die Steuerausgangsleitungen (n1...n8) des zweiten 3ignalumsetzers (D2) angeschlossene Torschaltungen (h6) und Signalspeicher (h7).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mit den Zeichen-Ausgangsleitungen (m1 ... m1o) des ersten Signalumsetzers (D1) über eine dritte Kopplungseinrichtung (el ... do) gekoppelte weitere Signal-Zuführungsleitungen (q1).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche # bis 4, g e k e η η-· zeichnet durch mit den Steuerausgangsleitungen (n1 ... n8) des zweiten S^gnalumsetzers (D2) über eine vierte Kopplungseinrichtung (f1 ... f8) gekoppelte weitere Signal-Zuführungsleitungen (q2).

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6, Einrichtung zum Umsetzen von eine bestimmte Information enthaltenden Bit-Signalen in ein Steuersignal zum Betrieb eines Anzeigegerätes, das mehrere verschiedene Zeichen durch selektive Kombinationen mehrerer Leuchtelemente selektiv ansteuert, gekennze i ohne t durch mehrere erste Drain-Halbleiterbereicho (n1d ,,» n8d), die parallel zur Hauptoberfläche eines ersten Halbleitersubstrata (1o) verlaufen und deren Anzahl der Zahl der Iieuchtelemonte (PI ... P8) des Anzeigegerätes (T) entspricht, mehrere ersto Source-Halbleitorbereiche (n1s ... nSs), die ebenfalls an dor Hauptoberfläche des ersten Halbleitersubstrat^ parallel zu den ersten Drain-Bereichen und in deren ITäho angeordnet sind, mehrere jov/e.!ls an die ersten Drain-Bertiiche angeschlossene) exjto Laetwidorstände (r11 ... r18), mehrere erste metallische Gate-Bereiche (m*1 ... m'1o), deren Anzahl der Zahl der von don leuehtolementen des Anzeigegerätes darstellbaren Zeichen entspricht, die rechtwinklig zu den ersten Drain- und Souree-ISerüichen verlaufen und von diesen durch eine Isolierschicht (12) getrennt sind, so daß an bestimmten Halbleiterbereichen zwischen den ersten Drain-Bereichen und den ersten Source-Bureichen Feldeffekt-Transistorelemente (b1 .>. b48) mit isoliertem Gate entstehen, ferner mehrere zueinander parallele zwoitθ Drain-Halbleitorboreiche (m1d ... m1od), die den ersten metallischen Bereichen ent-, an der Hauptoberflilohü ©ines zweiten Halblei ber-

(1o) geformt sind und jeweils mit einem Ende an diö ©rfcben metallischen Gate-Bereiche angeschlossen siiid, iiGirwrü i'voltii iiource-IIalbleitovbertiiehe (mis ... m1os), die un dor Haupt o"be rf 1Iu^- ; de« zweiten Halbleitersubstrat a

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parallel zu den zweiten Drain-Bereichen und in deren Fähe angeordnet sind, mehrere mit den zweiten Drain-Bereichen verbundene zweite Lastwiderstände (r1 ... rio) sowie mehrere zweite metallische Gate-Bereiche (11 ... 18) zur Zuführung der Bit-Signale, die die «weiten Drain- und Source-Bereiche rechtwinklig schneiden und von diesen durch eine Isolationsschicht (12) getrennt sind, so daß an mehreren bestimmten Halbleitorberöichon zwischen den aweiten Drain-Bereichon und den zweiten Sourco-Berelchen "Feldeffekt-Transistorelemento (al ,,, a4o) mit isoliertem Gate entstehen.

7. Einrichtung"nach Anspruch 6, dadurch gokeniizeic h-

n e t, daß die ersten und zweiten Lastwiderstanda (rl ,*. r18) • Feldeffekttransistorοη mit isoliertem Gate umfassen,

ti. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, g β k e η η κ e L c hn e t durch mohrore dritte metallische Gato-Bereiohe (q.2), die die ersten in u Ln-Beroiche (nid ... n8d) und die ersten iiource-üereiche (nls ,.. n8s) rechtwinklig schneiden und von diesen ersten Drain- und i>ource-Bereichen durch eine I tionsschicht (12) getrennt sind, ho daß an den Halbleiterbereichen zwischen den ersten Drain-Bereichen und den ersten Source-Bel-« Lehen Peldüffdkt-Tranöißtorelemenbe mit isolier tem Gate entstehen,

9. Einrichtung nach einem dor Ansprüche 6 bis 8, g ο k ο η η-zeichne t durch mehrere viorte me ta.I. Uschi) Ga In -Bareiche (ql), die die zweiten Drain-Boreich« (mid ... miod)

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sowie die zweiten Source-Bereiche (mis ,.. m1os) rechtwinklig schneiden und von diesen zweiten Source- und Drain-Bereichen durch eine Isolationsschicht (12) getrennt sind, so daß an
den Harbleiterbereichen zwischen den zweiten Drain-Bereichen und den zweiten Source-Bereichen Feldeffekt-Transistorelemente (el ... e1o) mit isoliertem Gate entstehen.

1o. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 "bis 9, gekennzeichnet durch mehrere jeweils mit den ersten Drain-Bereichen (n1d ... n8d) verbundene Torschaltungen (h6) sowie mehrere in die Ausgangskreise dieser Torschaltungen.eingeschalte te Signalspeicher (h7).

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