DE2327925A1

DE2327925A1 - Halbleiterschaltungselement zur bestimmung der korrelation

Info

Publication number: DE2327925A1
Application number: DE2327925A
Authority: DE
Inventors: Jerome Johnson Tiemann
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-02
Filing date: 1973-06-01
Publication date: 1974-01-10
Also published as: US3801883A; DE2327925C2; JPS5612022B2; NL184137C; NL184137B; JPS4951880A; NL7307771A

Description

Jte-iig. Wilhelm ReIoIeI 232792

Dipl.-Ing. Wolfgang MM

6 Fiankiuri a. M. I
Parksiraß@13

75QO

GENERAL ELECTRIC COMPANY,. New York₉ N_eY_ep Y.St.A.

Halbleiterschaltungselement zur Bestimmung der Korrelation

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterschaltungselement zur Bestimmung der Korrelation zwischen einem Analogsignal und einem digitalen Bezugswort. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Halbleiterschalungselementen, die sich, als Signalkorrelationsvorrichtsangen verwenden lassen, wobei dazu insbesondere Oberflächenladungstransistor-Schaltungselemente geeignet
sind.

Signalkorrelationsvorrichtungen eignen sich für viele Anwendungen, bei denen man feststellen möchte, ob ein Signal mit bekannten
Eigenschaften in einer Einheit aufgenommener Energie gehalten
ist. Diese Anwendungen befassen sich insbesondere mit dem
¥iedererkennen von Signalen geringen Pegels innerhalb von
Rauschsignalen. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist die Identifikation von Radar- oder Sonar- Ortungsobjekten' durch die Analyse von wieder zurückkehrenden Signalen« Radar- und Sonar-

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OBiGiMAL INSPBCTSD

einrichtungen arbeiten ganz allgemein so, daß sie ein Energiepaket bekannter Eigenschaften in die Umgebung aussenden« Die Energie bewegt sich von dem Sender mit einer Geschwindigkeit fort, die durch die Energieart und die Eigenschaften des Mediums, durch die sie sich fortbewegt, bestimmt ist„ Wenn die abgestrahlte Energie irgend eine Diskontinuität in dem Fortpflanzungsmedium erreicht, beispielsweise ein Ortungsobjekt, dann wird ein Teil, der auf dem Ortungsobjekt auftreffenden Energie reflektiert. Ein Teil der reflektierten Energie bewegt sich von dem Ortungsobjekt durch das Medium mit der gleichen Geschwindigkeit wie das übertragene Signal fort und wird von dem Empfänger der Radaroder Sonarvorrichtung aufgenommen» Die Entfernung zwischen der Radar- oder Sonarvorrichtung und dem Ortungsobjekt läßt sich aus der Zeit zwischen dem Absenden der abgestrahlten Energie und der Aufnahme der Echoenergie, die von dem Ortungsobjekt zurückkehrt, und der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Energie in dem Medium bestimmen» Außerdem werden gewöhnlich richtungsempfindliche Sende- oder Empfangsvorrichtungen verwendet, wodurch die Richtung der Einrichtung zu dem Ortungsobjekt bestimmbar ist. Die Richtung eines Ortungsobjekts ' und der Bereich eines Ortungsobjekts läßt sich mit Ausnahme geringer Ungenauigkeiten,dadurch gegeben sind, daß die Yorderflanke eines Echosignals nicht genau feststellbar ist, aus dem aufgenommenem Echosignal bestimmen* ohne daß auf die inneren Eigenschaften des Echosignals eingegangen werden muß. Die ältesten gepulsten Radar- und Sonarvorrichtungen wurden so verwendet, daß sie nur eine Bereichs- und eine Teilwinkelinformation eines festgestellten Ortungsobjekts abgaben. Bei einer solchen Anwendung bringt das Rauschen gewöhnlich keine ernsthaften Schwierigkeiten mit sich«, Man hat jedoch bald erkannt, daß zusätzliche Informationen aus den inneren Eigenschaften eines Echosignals abgeleitet werden können* Ein Beispiel für solch eine zusätzliche Information, die hier besonders von Interesse ist,

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ergibt sich daraus_s daß die Gestalt eines Echosignals sowohl im Frequenzbereich als auch im Zeitbereich eine Funktion der Gestalt des abgesendeten Signals ist ₅ das bereits bekannt ist, aber auch eine Funktion der geometrischen Eigenschaften und der Impedanzeigenschaften des Ortuxigsobjekteso Folglich enthält jedes Echosignal ein ^8äkennzeichendes "Merkmal des Ortungsobjektesj, das zu seiner Identifizierung verwendet werden kann« Die Informations, die das kennzeichnende Merkmal ausmacht ₉ weist jedoch eine relativ geringe Amplitude auf_o Das heißt ₉ daß das Echosignal von einem Qrtungsobjekt dem Echosignal von einem anderen Ortungsobjekt sehr ähnlich ist und daß die änderungen _v die die kennzeichnenden Merkmale der Ortungsobjekte ausmachen, so gering sind, daß sie gewöhnlich in der Vorrichtung und bei dem allgemeinen Umgebungsrauschen verloren gehen und folglich durch die bekannten Radar- oder Sonareinrichtungen₉ die oben beschrieben worden sind, nicht feststellbar sind.

Ein Verfahren, das verwendet worden ist_s um kennzeichnende -Informationen aus Echosignalen herauszuziehen, besteht darin, Kreuzkorrelationsprodukte zwischen den aufgenommenen Echosignalen und einem örtlich erzeugten Bezugssignal zu bilden, das das Echosignal darstellt^ das von einem besonderen erwarteten Ortungsobjekt empfangen worden wäre. Der Wert der errechneten Kreuzkorrelationsfunktion zeigt an₉ ob das Bezugskennzeichen in dem empfangenen Signal vorhanden ist oder nicht.'Es kann eine Speichereinrichtung für diese Bezugssignale vorgesehen sein und. jedes empfangene Signal kann mit jedem Bezugssignal der Speichereinrichtung in Korrelation gesetzt werden. Die Identität des Bezugssignales, das den größten. Wert beim Korrelationsprodukt mit dem empfangenen Signal ergibt, stellt ©ine Identifikation des Ortungsobjektes dar.

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Signalkorrelationsvorrichtungen, die zur Zeit verwendet werden, verwenden schnelle Fourier-Transformations (FFT)-Analysatoren und transversale Filterkorrelationsvorrichtungen. Die schnellen Fourier-Transformations-Analysatoren sind dem entsprechenden Zweck angepaßte digitale Rechner und sie sind dadurch gekennzeichnet, daß sie sehr vielseitig sind, teuer sind und relativ viel Raum beanspruchen. Transversale Filterkorrelationsvorrichtungen weisen üblicherweise eine mit mehreren Anzapfungen versehene lineare Verzögerungsleitung auf, die mehrere verschieden zu bewertende Anzapfungen enthält und ferner eine Sammelleitung um die bewerteten Ausgangssignale an den Anzapfungen zu sammeln,, Das zu analysierende Signal wird an"dem einen Ende der Verzögerungsleitung eingespeist und' das Bezugswort %tfird durch eine entsprechende Bewertung der Anzapfungen dargestellt und längs der Verzögerungsleitung verteilt«, Das Ausgangssignal der Addierleitung zeigt entsprechend die Korrelation zwischen dem Signal und dem Bezugswort an» Die Verzögerungsleitung kann "beispielsweise akustisch, magnetostriktiv«, piezoelektrisch oder optischakustisch ausgebildet sein» Das Signal xfird dadurch in die Verzögerungsleitung eingeführt und das Ausgangssignal wird dadurch an den Anzapfungen von der Verzögerungsleitung abgenommen, daß geeignete Wandler verwendet werden« Eine Bewertung der Anzapfungen kann beispielsweise durch elektrische Widerstände mit veränderbaren Werten vorgenommen werden» Eine genauere Diskussion von transversalen Filterkorrelationsvorrichtungen ist in dem Aufsatz "Linear Signal Processing and Ultrasonic Transversal Filters" von W.D. Squire* H.J. Whithouse und JoMoAlsop gegeben^ der in den IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,, Band MTT17, Hr. 11 auf den Seiten 1020-1040 abgedruckt ist.

Transversale Filterkorrelationsvorrichtungen sind kleiner und preiswerter als Fourier-Transformations-Korrelationsvorrichtungen,, weisen jedoch nicht die Vielseitigkeit einer schnellen Fourier -Transformations-Korrelationsvorrichtung auf«, "Schwierigkeiten,, die ζκ einer verminderten Vielseitig-

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keit der? transversalen FilterkorrelationsvorrIchtungen führen, ergeben sich einmal döraus, daß die Signalenergie ₉ die einmal in die Verzögerungsleitung eingegeben ist, längs dieser Verzögerungsleitung mit einer für die Vorrichtung kennzeichnenden Geschwindigkeit fortschreitet, die durch die Vorrichtung nicht zu steuern ist. Dadurch ergibt sich eia Betrieb,- bei dem deren verhältnismäßig langer Zeitabschnitte keine Information am Ausgang abgegeben wird, wenn das Signal mit Bezugssignalen verglichen wirdj, mit denen keine Korrelation besteht und bei dem während eines kurzen Zeitabschnitts das Ausgangssignal der Korrelationsvorrichtung Daten in schneller Folge aufweist, xireaa das Signal und das Bezugssignal eine feststellbare Korrelation zueinander aufweisen. Dies führt zu einem unsure Ichenden Betriebsverhaltens, da die Schaltungselemente, die sich an die Korrelationsvorrichtung anschließen, Daten mit der höchsten Geschwindigkeit verarbeiten müssen, mit der sie aufgenommen werden, und die folglich während großer Zeitabschnitte nicht.ausgenutzt sind_o Eine Lösung kann darin bestehen_p daß.ein Datenpufferspeicher zwischen den Ausgang der Korrelationsvorrichtung und die nachfolgenden Schaltungselemente geschaltet wird| eine bessere Lösung besteht jedoch darin, eine Korrelationsvorrlchtung zu schaffen^ mit der- die Fortpflanzungsgeschwindigkeit oder Laufgeschwindigkeit des Signals durch die Vorrichtung steuerbar ist_s so daß eine Fortpflanzung der Signale salt großer Geschwindigkeit möglich Ist_g wenn gering© Ausgangsdatenmengen von der Korrelationsvorriehtmsg abgegeben v/erden und daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Signale durch die Korrelatlonsvorrichtung verlangsamt werden kann,^ wenn viele Korrelationen festgestellt werden und wenn folglich eine große Datendichte am Ausgang der Korrelationsvorrichtung auftritt. Die Verwendung von. transversalen Filterkorrelationsvorrichtungen bereitet zum anderen auch deshalb Schwierigkeiten, weil das Bezugswort mit Ausnahme bei einigen transversalen, opt©=»akustischen Filterkorrelationsvorrichtungen durch Schaltungselemente und entsprechende ümzapfungsStellungen deffIniert Ist und deshalb nicht nach einem Programm direkt veränderbar ist_o

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Folglich muß "bei dem Entivurf der beschriebenen Vorrichtungen zwischen der Vielseitigkeit eines schnellen Fourier-Transformations- Analysator s und den geringen Kosten einer transversalen Filter-korrelationsvorriehtung gewählt werden»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Signalkorrelationsvorrichtung zu ermöglichen, indem Halbleiterschaltungselemente verwendet werden„ die als Oberflächenladungs-Transistor-Bauelemente ausgebildet sind»

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterschaltungselement der eingangs erwähnten Art gelöst^ das gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ausgebildet ist_o

Bei einem derartig, ausgebildeten Halbleiterschaltungselement •werden elektrische Ladungen proportional zu einem abgetasteten Wert eines- JUialogs.i r-ials zwischen oberflächenbenachbarten Teilen eines Informationskanals in einem Halbleitersubstratkörper übertragen. Die Richtung der Ladungsübertragung hängt von den Stellerspannungen ab_P die ä.en Elektroden zugeführt werden, die isoliert über dem Substratkör-per angeordnet sind_a Es sind mehrere solche Informationskanäle elektrisch parallel zu einem Generator zur Erzeugung von Analogsignalenergie geschaltet und die Aus·= gangsvorrielrcungen, die auf die Richtung der Ladungsübertragung ansprechen _f bilden eine ICor-relationsschaltungj, wenn ferner einige der- Steuer spannungen den Bits eines digitalen Bezugsworts entsprechen, mit denen die Korrelation zu einem Analogsignal festgestellt werden soll. Ein Teil der elektrischen Ladung«, der proportional einem Abtastwer-t des Amalogsignals ist₉ wird in einen entsprechenden Infor-mationskanal synchron mit dem zugehörigen Taktimpuls eingeet©u@rt_p wem di@ Jeweils auf@inander£Olger=^: Bits jedes digitalen Besugsvrorts den Steuerelektrode!! zugeführt werden. Folglich ist die Große einer einem Signal entsprechender Ladung» die ia einem er-rt-c-s, Teil übt laformationskanäle vorhaade. proportional züt KerT-©latIoa dss laalogsignals mit dem

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Bezugswort und die Größe einer einem Signal entsprechenden Ladung^ die in einem zweiten Teil der Informationskanäle vorhanden istj ist proportional der Korrelation des inalogsignals mit den Komplementteil des Bezugswortes.,

Ziel der Erfindung ist auch eine Signalkorrelationsvorrichtung, mit der das Korrelationsprodukt zwischen einem digitalen Bezugswort einer Länge von einigen 1000 Bit und einer stetigen Reihe von Abtastwerten eines .Analogsignals gebildet werden kam.

Dabei soll mit einer solchen Korrelationsvorrichtung das Jaaalogsignal nicht nennenswert verschlechtert werden_o

Es soll ferner eine Singalkorrelationsvorrichtung geschaffen v/erden, mit der sich di© Geschwindigkeit der Signalfortpflaaaung -steuern läßt.

Die Signalkorrelationsvorrichtung soll so ausgebildet seia₉· daß sieb, das Bezugswort ohne weiteres ändern läßt6

Ferner soll die Signalkorrelationsvorrichtung einfach und preiswert herzustellen sein und sich in integrierter Sciialtiangstechnik ausführen lassen können.»

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Korrelations-Oberflächenladungstransistor vorgesehen,, der einen Halbleitersubstratkörper aufweist, in desi sich drei oberflächennahe Ladungsspeicherzonen befinden» Die 'erste und die zweite Ladungsspeicherzone sind durch eine erste steuerbare Trennzone voneinander getrennt und die zweite und dritte Ladungsspeicherzone sind durch eine zweite steuerbare Trennzone voneinander getrennt» Jede Trennzone weist zwei zugehörige, voneinander unabhängig© Steuer einrichtungen auf ₀ Eine dieser Steuereinrichtungea₉ die mit jeder, dieser Treanzonen verbunden^; ist, ist mit einmä Tatet g©"ö©p iusamaeng©gehaltet tma disnt ub.zu₉ alle

Ladungen, die in dem Halbleitersubstratkörper gespeichert sind, in der zweiten oder mittleren Ladungsspeieherzone während eines bestimmten Zeitabschnitts des Taktpulses zu sammeln. Die andere Steuereinrichtung, die zu jeder der Trennzonen gehört, erhält jeweils ein Bit von dem digitalen Bezugswort und sie verursacht, daß während eines anderen Teils des Taktpulses die Ladung in der zweiten Ladungs spei eher ζ one an die ers±;e oder die dritte Ladungsspeicherzone abgegeben wird, was davon abhängt, ob das Bit des Bezugsworts eine 1 oder 0 ist. Der Substratkörper weist ferner einen Diffusionsbereich auf, der mit dem Generator für das Analogsignal verbunden ist und durch den in den Substratkörper die Ladungsmenge eingeführt wird, die der Amplitude des Analogsignals proportional ist, und er erhält eine dritte Trennzone und eine zugehörige Taktsteuereinrichtung, durch die dem Analogsignal proportionale Ladung abgetastet werden soll.

Bei dem erwähnten Ausführurigsbeispiel sind die beiden voneinander unabhängigen Steuereinrichtungen, die für jede Trennzone zwischen Speicherzonen vorgesehen sind, durch eine einzige Steuereinrichtung ersetzt. Da das Sammeln der Ladung durch den periodischen Takt gesteuert wird und das Übertragen der Steuerung der Bits des digitalen Bezugswortes zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeführt wird, kann eine einzige Steuereinrichtung nach dem "Zeitmultiplexverfahren" zwischen dem Ausgang des Taktgebers und dem Generator für das digitale Bezugswort umgeschaltet werden. Bei einer anderen Ausführungsform sind ein zweiter Diffusionsbereich und eine zugehörige Trennzone und eine zugehörige Steuereinrichtung vorgesehen, so daß die beiden äußeren Ladungsspeicherzonen Ladungsmengen erhalten, die der Amplitude des Analogsignals proportional sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Korrelations-Oberflächenladungstransistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung _f

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Korrelations-Ober=- flächenladungstransistors nach Fig» "I₉ ■

Fig. 3 eine Ansicht eines Korrelations-Qberflächenladungstransistors gemäß der Erfindung von

Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Signalkorrelationsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Schieberegisterschaltungρ die bei einer Signalkorrelätionsschaltung nach Fig_o 4 verwendet werden kann,

Fig. 6 ein Spannungs-Zeit-Diagramm;, anhand dessen die Signalverläufe der Signalkorrelationsvorrichtung gemäß der Erfindung erkennbar sind und

Fig. 7 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Abtast und Halte schaltung j, die bei der Signalkorrelationsschaltung nach Fig« 4 zweckmäßig anwendbar ist.

In Fig. 1 ist ein Korrelations-Oberflächenladungstransistör schematisch dargestellt.

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Der Korrelations-Qberflächenladungstransistör der Fig. 1 enthält eine metallische Grundplatte 11₉ auf' der ein Halbleitersubstratkörper 12 gehaltert ist» Es sei angenommen«, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Substratkörper 12 N-Dotierungsmittel enthalte und daß er beispielsweise als eine Platte aus N-dotiertem Silicium ausgebildet ist„ Der Halbleitersubstratkörper 12 weist einen Bereich 13 aus P-leitendem Werkstoff auf. Der Bereich 13 bildet einen Eingang für die Energie von Analogsignalen, die dem Korrelations-Oberflächenladungstransistör zugeführt werden und er wird vorzugsweise nach einem Diffusionsverfahren hergestellt und ist der Einfachheit halber im folgenden als "Diffusionsbereich™ bezeichnete Über dem Halbleitersubstratkörper 12 befindet sich eine erste Isolierungsschicht 14. Über der Isolierungsschicht 14 sind drei Leiterteile 15, 16 und 17 angeordnet_?und es ist eine zweite Isolierungsschicht 18 über der Isolierungsschicht 14 tsnd den Leiterteilen '15, 16 und 17 vorgesehen^ Die Leiterteile 15_S 16 und 17 weisen nicht gleichrichtende Anschlußkontakte 19» 20 und 21 auf _ρ die durch die Isolierungsschicht 18 hindurchragen und die es ermöglichen, daß eine Potentialdifferenz zwischen den zugehörigen Leiterteilen und der Grundplatte 11, die sich auf Massepotential befindet, festgehalten wird» Die Leiterteile 15s» 16 und 17 sind gewöhnlich parallel zueinander und parallel zum Substratkörper 12 angeordnet und sie sind durch einen kleinen Abstand zwischen ihren gegenüberliegenden parallelen Flächen voneinander getrennt, so daß bei Zuführung eines negativen Potentials zu den Leitern 15, 16 und 17 über die Anschlußkontakte 19, 20 und 21 Trägerverarmungszonen 22, 23 und 24 gebildet werden, zwischen denen sich Trennzonen 25 und 26 befinden, die in dem Substratkörper 12 in oberflächennahen Bereichen gebildet sind.

Über einem Teil der Isolierungsschicht 18 liegt ein Leiterteil das die Isolierungsschichten 14 und 18 durchdringt und das mit dem Diffusionsbereich 13 einm nicht gleichrichtenden Kontakt bildet. Über der Isolierungssehicht 18 liegt ein Leiterteil 29,

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das einen Teil des Leiterteils 15₉ einen Teil des Diffusions-» bereichs 13 und eine dazwischenliegende Trennzone 30 isoliert überdeckt. Über der Isolierungsschicht 18 sind Leiterteile 31 und 32 angeordnet, die isoliert über der Trennzone 25 liegen und die sich gegenüber Teilen der Leiterteile 15 und 16 befinden. Über der Isolierungsschicht 18 sind isoliert Leiterteile 33 und 34· vorgesehen, die über der Trennzone 26 isoliert liegen und gegenüber von Teilen der Leiterteile 16 und 17 angeordnet sind. Die Leiterteile land die Isolierungsschichten können aus irgend einem geeigneten Werkstoff ₉ der in dieser Technik bekannt ist, bestehen.

Das Analogsignal, dessen Korrelation zu einem digitalen Bezugswort festgestellt werden soll, wird dem Diffusionsbereich 13 über einen Anschluß 35 und ein Leiterteil 28 zugeführt. Die potentielle Energie der Minoritätsträger ist proportional zur Amplitude des Analogsignals·am PN-Übergang zwischen dem Diffusionsbereich 13 und dem Substratkörper 12. Wenn die Abtast-Trennzone 30 dadurch abgesenkt wird, daß der Abtast-Trenngatt-Elektrode 29 ein negatives Potential zugeführt wird, dann wird das Potential der Verarmungszone 22 gleich dem Potential des Diffusionsbereichs. Wenn das negative Potential von der Abtast-Trenngattelektrode 29 entfernt wird, dann isoliert die Abtast-Trennzone 30 den .PN-Übergang von der Verarmungszone 22. Die Verarmungszone 22 speichert deshalb eine Ladungsmenge, die der Amplitude des Analogsignals während einer Abtastzeit proportional ist, während der die Abtast-Trennzone 30 abgesenkt ist.. In der nächsten Betriebsphase wird der Leiterteil 16 negativer gemacht als der Leiterteil 15, was zu einem negativeren Oberflächenpotential und einer tiefer liegenden Verarmungszone 23 unter dem Leiterteil 16 führt als die Verarmungszone 22 unter dem Leiterteil 15. Es wird dann ein negatives Potential einer Sammel-Gattelektrode 32 zugeführt, wodurch die Trennzone 25 abgesenkt wird

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und wodurch die an dem veränderbaren Signal proportionale Ladung von der weniger negativen Verarmungszone 22 abfließen kann. Das negative Potential wird dann von der Sammel-Gattelektrode 32 entfernt, wodurch die Verarmungszone 22 von der Verarmungszone 23 isoliert wird«, Die den Anschlußkontakten 19, 20 und 21 in der nächsten Betriebsphase zugexührtezi Potentiale führen dazu, daß die Leiterteile 15 und 17 negativer sind als das Leiterteil 16, was dazu führt, daß die Verarmungszonen 22 und 24 tiefer liegen als die Verarmungszone 23° Die Jtaschlußkontakte 19 und 21 werden dann von der negativen Klemme der Spannungsquelle getrennt und die Leiterteile 15 und 17 sind elektrisch nicht festgelegt» Es wird dann entweder der tJbertragungs-Gatielektrode 31 oder der Übertragungs-Gatfelektrode ein negatives Potential zugeführt, was davon abhängt«, ob das Bit des 'digitalen Bezugswortes mit dem der abgetastete Wert des Analogsignals verglichen werden soll, eine eins oder eine null ist. Folglich wird in Abhängigkeit von dem" BezugsMt entweder die Trennzone 25 oder die Trennzone 26 abgesenkt^und es fließt Ladung entweder in die Verarmungszone 22 oder in die Ver™ ._ armungszone 24. Es fällt nun das elektrische Potential der Leiterteile 15 oder 17 zu dem Massepotential hin um einen Betrag, der proportional der Gesamtladung ist, die zu den darunterliegenden Verarmungszonen übertragen wird» Folglich stellt das elektrische Potential, das an den Anschlußkontakten 19 und 21 vorhanden ist, die Korrelation zwischen dem abgetasteten Wert des Analogsignale und dem Bezugswort von einem Anschlußkontakt und die Korrelation zwischen dem abgetasteten Viert des -Analogsignals und dem komplementären Teil des Bezugsworts an dem anderen Anschlußkontakt dar.

In der nächsten Betriebsphase oder in dem nächsten Betriebszustand werden die Potentiale, die die Verarmungszonen bilden, wiederum umgekehrt und in der oben beschriebenen Weise zugeführt und es wird den Saramel-Gattelektroden 32 und 34 ein negatives Potential zugeführt, das die Trennzonen 25 und 26 absenkt, wodurch die Ladung in der mittleren Verannurigszone 23 gesammelt wird.

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Der oben beschriebene Vorgang wird' dann während der nachfolgenden Taktabschnitte wiederholte Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Sammel -Gattelektroden 32 und 34 parallel angesteuert, da in den meisten Fällen ein Sammeln der Ladung in der mittleren Verarmungszone 23 entweder von der Verarmungszone 22 oder der Verarmungszone 24 her vorgenommen wird,, was von dem Wert des vorhergehenden Bezugsbits abhängte Man erkennt jedoch^ daß die ursprüngliche Aufladung der Sammel-Gattelektrode 32 für den abgetasteten Wert des Signals allein wirksam ist_p da die anfängliche Übertragung bekanntermaßen von der Verarmungszone 22 in die Verarmungszone 23 erfolgtο Man erkennt _g daß _p wie oben beschrieben _v die Wirkungen der Sammel-»Gattelektrode und der Übertragungs-Gattelek trode durch eine einzige _v im. Zeitmultiplex "betriebene Gattelektrode₉ wenn es erforderlich ist_p ausgeführt werden können₀

Wenn der nächste abgetastete Wert des Analogsignals zur Bearbeitung ansteht,, ist es notwendig_s daß das gerade vorhergehende Bit des Bezugsworts einen solchen Wert aufweist^ daß der Übertragungs-Gattelektrode 31 ein negatives Potential zugeführt wird, das die Trennzone 25 absenkt_s jedoch die Trennzone 26 nicht absenkt ρ so daß die Ladung proportional dem vorhergehenden abgetasteten Wert des Signals von der Verarmungszone 23 in die Verarmungszone 22 übertragen wird_o Wenn die Ladung in die Ver~ armungszone 22 übertragen worden ist₉ dann wird die Abtast-=Trermgatt elektrode 29 wiederum ins Negative ausgesteuert₉ wodurch die Abtast=Trennzone 30 abgesenkt xfirdo Die Ladung fließt dann zwischen dem PN-Übergang und der Verarmungszone 22^bIs wiederum ein Potentialgleichgewicht erreicht ist. Die Ladung kann dabei in beiden Riehtungen fließen„ Wenn somit die Amplitude des Analogsignals zu der Zeit_p zu der der zweite Abtastwert aufgenommen wird ρ geringer ist als die Amplitude _ΰ zu der Zeit;, su der der erste Abtastwert aufgenommen wirdj, dann fließt eine Ladung von der Verarmungszone 22 zu dem PN-Übergang bis ein Gleichgewicht erreicht istg wem die Amplitude des AsaiogaiipaXg größer· ist,

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dann fließt eine Ladung von dem PN-Übergang in die Verarmungszone 22j bis das Gleichgewicht erreicht ist_o Es wird darm das negative Potential von der Äbtast-Trenngattelektrode 29 und der Abtast-Trennzone 50 entfernt _s wodurch eine weitere Ladungsübertragung verhindert wird₀ Deshalb weist die Veraraungszone 22 eine Ladung auf ₀ die proportional zur Amplitude des zweiten Abtastwertes des Analogsignales ist und der Korrelationsvorgang wird₉ so wie e_fs oben beschrieben ist_B wiederholte

Es kann auch ein zweiter Diffusionsbereich mit einem zugehörigen Leiterteil und einem Anschluß vorgesehen sein_s und es kann ferner eine zweite Äbtast-Trenngatsslektrode isoliert über einer zweiten Abtast-Trennzone angeordnet SeIn₀ wobei dann ein Teil des Leiter= teils 17 so zu dem Leiterteil 17 und dem Sufostratkörper 12 ange= ordnet i'st_f daß eine bilaterale Symmetrie zu der Anordnung der entsprechenden Teile gegenüber dein Leiterteil 15 und dem Sub= stratkorper 12 entsteht₀ ¥ean beide Biffusionsbereiehe mit dem Generator für die Analogsignale parallel verbunden sind und wenn beide Äbtast-Trenngattelektroden parallel angesteuert werden ₀ dann ist der Wert des letzten Bezugsbits_p das der Aufnahme eines neuen analogen Abtastwertes vorangeht;, unwesentliche Bei dieser abgewandelten Ausführungsform wird der erste Abtastwert des Analogsignals dann aufgenommen_p wenn beide Abtasttrennzonen tiefer liegen und er-ist durch das Fließen von Ladung gekenn= zeiclinet, die von jedem Diffusionsbereich in die entsprechende oberflächenbenachbarte Verarmungszone 22 und 24 fließt _β Das Absinken der Trennzonen 25 und 26 entsprechend dem negativen Potential, das den Sammel~Gatfelektroden 32 und 34 zugeführt wird₉ bewirkt, daß die Ladungen_s die in den ¥erarmungszonen 22 und 24 enthalten sind_s in die Yerarmungszone 23υ so wie es oben beschrieben ist, fließen» Die Abtast-Trennzonen werden dana angehoben und die Ladung in der Verarmungszone 23 wird in die "Verarsungszone 22 oder dl© Verarmungszone 24 entsprechend dem

Wert des Bezugsbits übertragen und sie wird dann in der oben beschriebenen Weise gesammelt und wieder zurückübertragen« Wegen der bilateralen Symmetrie kann ein zweiter Abtastwert aufgeladen werden, ohne daß auf den Wert des letzten vorausgehenden Bezugsbits Bezug genommen wircL Wenn der nächste Abtastwert des Signals aufgeladen wird_P dann befindet sich die Ladung^ die dem davor» liegenden Äbtastwert entspricht _s entweder in der Verarmungszone 22 oder in der Veramungszone 24 und der Vorgang des Aufladens des zweiten Abtastwertes ist dadurch gekennzeichnet;,■ daß Ladung " in eine der Verarmungszonen 22 und 24 fließt und daß die Ladung wieder aus der anderen der Verärmungszone 22 und 24 herausfließtρ wenn die Abtasttrennzonen wieder abgesenkt werden_β Auf der einen Seite ist es nicht notwendige einen geeigneten Bezugsbitwert vor dem Aufladen eines neuen Abtastwertes des Analogsignales auszuwählen und andererseits wird bei dieser abgewandelten Ausführungsform eine Signalverstärkung durch die Korrelationsvorrichtung erreicht _Ό da das Signal _ΰ das der Ladung, die in der Verarmungszone 25 gesammelt ist ₀ proportional ist und zu der Verarmungszone 22 oder 24 entsprechend dem Wert des nachfolgenden Bezugsbits übertragen wird_P gleieh der Summ© der Ladungen ist, die von dem Diffusionsbereich is die Yerarauagszonen 22 und 24 übertragen werden«

Der Teil des Substratkörpers 12_S der unter den Leiterteilen 29, 15, "31, 32, 16, 33, 34 und. 17 liegt, bildet einen Informationskanal, in dem die Informationsverarbeitung durch Ladungsübertragung, wie sie oben beschrieben ist₉ ausgeführt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Substratkörper 12 wesentlich größer als der Teil_? der in Pig« 1 dargestellt ist und es befinden sich darin mehrere Informationskanäle. Jeder Informationskanal ist dadurch gekennzeichnet, daß er relative dünne Isolierungsschichten 14 und 18 aufweist, die über dem

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Substratkörper 12 liegen und daß er Leiterteile aufweist,, die den Leiterteilen 15«, 16 und 17₅ der Abtast-Trenngältelektrode 29, den Übertragungs-Gattelektroden 31 und 33 und den Sammel-Gattelektroden 32 und 34 in Fig. 1 entsprechen» Die Isolierungsschichten 14 und 18 sind relativ dick über den Teilen des Subtratkörpers 12 zwischen nebeneinanderliegenden Informationskänäle?ic Die Diffusionsbereiche in dem Substratkörper 12 erstrecken sich über den ganzen Substratkörper und sind allen darin gebildeten Informationskanälen gemeinsam»

Die in Fig. 1 dargestellten Verarmungszonen 2Z₀ 23 und 24 beschreiben nicht nur die Tiefe der Verarmungszonen in dem Halbleitersubstratkörper 12, sondern sie beschreiben auch die Oberflächenpotentiale an den Zwischenflachen zwischen dem Halbleitersubstratkörper 12 und der Isolierungsschicht 14, die unter den Leiterteilen 15, 16 und 17 liegen,. Im vorliegenden Fall weist die Zwischenflache zwischen dem Halbleitersubstratkörper 12 und der Isolierungsschielat 14 ein Potential von Null YoIt gegenüber Masse auf und die jeweils tiefer liegenden Yerarmungszonen 22,, 23 und 24 weisen wachsend negative Potentiale gegenüber Masse auf. Wie man anhand von Figo 1 erkennt, sind die Verarmungszonen 22, 23 und 24 genauer als "bildlich dargestellte Oberflächenpotentiale anzusehen^ weil die tatsächliche Tiefe der Verarmungszonen sich mit der veränderlichen Dotierungsdichte oder anderen solchen Inhomogenitäten in dem Halbleiter substratkörper 12 ändert, wohingegen unabhängig von solchen Inhomogenitäten die Oberflächenpotentiale in dem Substratkörper 12 unter den Leiterteilen 15, 16 und 17_? so wie es dargestellt ist, einheitlich ist.

In Fig. 2 ist ein Korrelations-Oberfläcfeenladiangstransistor schematisch dargestellt. Der einzige Informationskanal in dem Halbleitersubstratkörper ist als dicke Mittellinie 12" dargestellt. Der Diffusionsbereich 13 ist schematisch durch den Schnittpunkt der Linie 12* mit der Linie 28 dargestellt ₉ wobei die Linie 28 dem Leiterteil 28 der Fige 1 entspricht«, Die Abtast»

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trenngattelektrode 29 und die tfoertragungs-Gattelektroden 31 und 33 sind schematise!! auf einer Seite des Informationskanals 12' dargestellt und die Leiterteile 1.5, 16 und 17 und die Samrael-Gaitelektroden 32 und 34 sind schematisch auf der entgegengesetzten Seite des Informationskanals 12^s dargestellt.

In Fig, 3 ist eine Ansicht eines Korrelations-Oberflächenladungstransistors, wie er in Fig« 1 im Prinzip gezeigt ist, von oben dargestellt^ wobei die Isolierungsschichten 14 und 18 der Fig. 1 sur klareren Darstellung weggelassen sind. Gemäß Fig. 3 weist der Halbleitersubstratkörper 12 einen Diffusionsbereich 13 auf und es sind ferner über ihm die Leiterteile 15, 16 und 17 angeordnet. Der Informationskanal 12⁸ ist derjenige Teil des Halbleitersubstratkörpers 12_S. der unter den Leiterteilen 15, 16 und 17 liegt. Die Äbtast-Trenngatfelektrode 29 ermöglicht die Überführung einer Ladung^ die an dem PN-Übergang 13' gebildet wird_s in eine Yerarmungszone in dem Halbleitersubstratkörper 12j die unter <äem Leiterteil 15 liegt„ Die Übertragungs-Galfelektroden 31 und 33 steuern die Übertragung von Ladungen zwischen den Verarmungszonen in dem Halbleitersubstratkörper 12, die unter den Leiterteilen 15 bzw. 16 liegen und der Verarmungszone in dem Halbleitersubstratkörper 12, die unter den Leiterteilen 16 und 17 liegeno Die Sammel-Gattelektroden 32 und werden durch ein einziges Leiterteil gebildet und sie werden gleichzeitig angesteuert, so daß sie Ladungen parallel zur Ladungsübertragung durch die Übertragungs-Gattelektroden. 31 und übertragen.

In Fig. 6 sind die Spannungs-Kurvenverlaufe dargestellt, die bei dem Korrelations-Schaltungselement gemäß der Erfindung auftreten. Die Kurvenverläufe 6a, 6b, 6b^f und 6c stellen Taktsignale dar, die für den Betrieb des Korrelations-Oberflächenladungstransistors nach den Fig. 1, 2 und 3₉ wie er weiter oben beschrieben ist, erforderlich sind. Der Kurvenverlauf 6a stellt ein Taktsignal

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0₂ dar, das dem Leiterteil 16 in Fig„ 1_S 2 und 3 zugeführt wird, wodurch die mittlere Trägerverarmungszone oder Ladungsspeicherzone 23 nach Fig₀ 1 entsteht„ Der Kurvenverlauf 6b stellt ein Taktsignal 0^ dar, das den Leiterteilen 15 und 17 nach den Fig. 1, 2 und 3 parallel zugeführt wird, so daß die Trägerverarmungszonen oder Ladungsspeicherzonen 22 und 24 nach Fig. 1 entstehen» Der Kurvenverlauf 6b° stellt ein Schaltsteuersignal dar, das die Zuführung des Taktsignals φ* zu den Leiterteilen 15 und 17 unterbricht₈ wodurch ihr elektrisches Potential frei veränderbar ist_? so daß die Korrelationsdaten zugänglich sind. Die Takt signale 0* und 0p sind komplementär zueinander und sie ändern sich in ihrer Amplitude zwischen -20 YoIt und -10 YoIt, wodurch sich die Tiefe der Verarmungszonen unter den Leiterteilen, denen sie zugeführt werden, steuern läßt, !fahrend des Zeitabschnitts zwischen t und t^ hat das Taktsignal 0^ einen Wert von -20 YoIt und das Taktsignal 0* einen ¥ert von -10 Volt* Die v^rarmungszone. 25 liegt deshalb tiefer als die Veraraungszonen 22 u^d 2A, wie man anhand von Fig_o 1 erkennt. Folglich wird b'ei Absenken der Trennzonen 25 und 26 eine Ladung von den Verarmungszonen 22 und 24 in die Yerarmungszone 23 fließen«. Der Kurvenverlauf 6c stellt ein Taktsignal 0_2f dar, das den Sammel-Gaitelektroden 32 und 34 parallel zugeführt wird. Zu der Zeit t«. ändert sieh aas Taktsignal 0p _s von O Volt auf -20 YoIt_r wodurch die Trennzonen 25 und 26 abgesenkt werden und wodurch ein Sammeln von Ladung der Verar-mungszonen 22 und 24 in der Verarmungssene 23 möglich ist«, Zu der Zeit tg ändert sich der Signalverlauf 0_9S wiederum auf O Volt land es fließt keine Ladung mehr zwischen den Verarmungszonen_o Zu der Zeit t, ändert sich das Taktsignal 0p auf -10 Volt und das Taktsignal 0₁ stellt sich auf -20 YoIt ein_o Während des Zeitabschnitts von t« bis ty findet eine Ladungsübertragung bei Absenken der Trennzonen 25 und 26 zwischen den Verarmungssonen statt_a die vorder jetzt flacheren Verarmusngs^one 23 in die tieferen Verarmungszonen 22 und 24 gerichtet ist«, Während, des Zeitabschnitts zwischen t^ und ty wird @ia negativer Spannungsimpuls (nicht dargestellt) entweder der Übertragirngs-Gatfelektrode 31 oder der

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Übertragungs-Gaifelektrode 33 zugeführt₉ was davon abhängt, ob der Wert des Bezugswortbits, der während des Zeitabschnitts t^ bis ty vorliegt _s 1 oder 0 ist, wodurch der Kurvenverlauf 6b¹ des Schaltsteuersignals, das Potential an den Leiterteilen 15 und 17 sich frei ändern läßt«, Dementsprechend wird entweder die Trennzone 25 oder die Trennzone 26 für die Dauer des Bezugsbits abgesenkt und es wird Ladung von der Yerarmungszone 23 entweder zu der Verarmungszone 23 oder der Yerarmungszone 24 übertragene Die Taktsignale. 0^ und 0~ ändern die Richtung der Ladungsübertragung, so daß sich die Ladung zu der Verarmungszone 23 hin oder von der Verarmungszone 23 wegbewegt₈ da jedoch weder das Taktsignal 0* noch das Taktsignal 0p jeweils positiver ist als -10 VoIt₃ kann jede der Verarmungszonen 22 _g 23 und 24 Ladung zu jeder Zeit speichern,, Andererseits ändert sich das Taktsignal 0p und die Spannungsimpulse," die auf den Wert des BezugswortsMts ansprechen, zwischen O Volt und =20 VoIt₅ wodurch die Tremizonen 25 und 26 vollständig zusammengedrückt·werden_o Aus der obigen Beschreibung ergibt sich_p daß die Geschwindigkeit _g mit der'sieli Signale durch eine Korrelationsanordaung gemäß der Erfindung fortpflanzen., dadurch steuerbar ist-, daß die Zeitabschnitte der ■ Takt signale φ* ₉ 0p und $L„ verändert werden₀ Wenn man. nun die Frequenz- eines Taktgebers verwendet _ΰ von denen diese Taktsignale abgeleitet werden _s und zwar umgekehrt proportional zn der Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsdaten durch die Korrelatlonsanordnung vorgesehen werden_s- dann läßt sich das Ziel der Erfindung erreichen ₉.welches darin besteht₅ daß eine Signalverarbeitung rasch durchgeführt wird₉ wenn wenig Korrelation zwischen dem Analogsignal und dem Bezugswort festgestellt id.rd und daß die Verarbeitung in der Korrelationsanordnung verlangsamt wird, wenn mehr Korrelation festgestellt wird« Dementsprechend gibt sich di© Korrelationsanordauag selbst den Takt und es ist bei den folgenden Bauelementen weder eine überschüssige Kapazität,, noch ist ©In Dat©apuff©rspe±cher"erforderlich.

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Eine Korrelationsvorrichtung, die viele der Vorteile der Korrelationsanordnung gemäß der Erfindung aufweist, kann durch eine sogenannte lineare Oberflächenladungs-Verzögerungsleitung gebildet sein j die ein auf dem Qberflächenladungs-Prinzip arbeitendes Äquivalent zu der gutbekanntea sogenannten "bucket-brigade"·= Verzögerungsleitung darstellt und die in der folgenden Beschreibung als Verzögerungsleitung v©a "bucket-brigade""T^⁵P bezeichnet ist.

Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit eines Signals längs der Verzögerungsleitung vom "bucket-brigade^J!-Typ entspricht der Takt= frequenz, ähnlich wie bei dem Korrelations-Oberfiäehenla&ungstransistor, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist= Es könnte zwar eine Korrelationsanordnung vom ^fSbucket=brigafle^sl~Typ in dieser Weise ausgebildet sein^ jedoch ist die hier beschrieben© Ausführungsform vorzuziehen» da bei langen Signalen weniger Verluste und Verminderungen auftreten_o Bei den bekannten Verzögerungsleitungen nach dem s'bucket-brigade^-Typ wird bei dem Ladungsübertragungsvorgang di© Ladung zwischen oberflächennahen Verarmungszonen nicht vollständig uberts=egeno Insbesondere verbleibt etwa 1% der Ladung einer bestimmten Verarmungszone in dieser Verarmungszone j, woraufhin eine Übertragung der-Ladung in"die nächste Verarmungszone stattfindete Beispielsweise enthält die Verarmungszone 23 nach Fig. 1 eine Ladungsmenge₉ die von d©n äußeren Verarmungszonen übertragen worden ist und sie enthält eine Ladungsmenge, die durch die Zone 23"b dargestellt ist₉ die in die "äußeren Verarmungszonen zu einem späteren Zeitabschnitt des Taktpulses zurückübertragen wird und sie enthält eine Ladungs·= menge, die durch die Zone 23a dargestellt ist_D die in der Verarmungszone 23 verbleibt ₉ da der Ladungsübertragungsvorgang unvollständig ist« Die Verarmungszonen 22 und Zh enthalten Ladungsmengen, die durch die Zonen 22a und 24a dargestellt slnd,„ - die den Restladungen entsprechen _% die bei dem vorhergehenden Sammelvorgang, wie er oben beschrieben ist₉ aieht Übertrages

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worden sind. Man erkennt, daß die Größe der.Ladungen ₉ die durch die Zonen 22a, 23a und 24a dargestellt sind, in den Zeichnungen stark übertrieben sind_? damit eine klarere Darstellung möglich ist, wobei diese Zonen tatsächlich nur 1$ der Ladungsspeicherfähigkeit der Verarmungszonen ausmachen_o Das Phänomen der nichtübertragenen Ladungsreste ist "bei .Anwendungen_s die nur einige Stufen mit Ladungsübertragung aufweisen, ohne besondere -Be-= deutung, jedoch addiert sich die Wirkung der nicht vollständigen Ladungsübertragung längs einer Verzögerungsleitung auf und sie wird sehr entscheidend, wenn die Anzahl, der Übertragungsstufen etwa 1000 beträgt_o Da-bei Anwendungen der Korrelation auf dem Gebiet der Radartechnik oder der Sonartechnik gewöhnlich ein Bezugswort mit einer Länge von einigen 1000 Bit Mit einer entsprechenden Anzahl von Abtasti^erten eines Aaalogsignals verglichen werden sollj, dann würde eine Korrelationsanordnung, die eine Verzögerungsleitung vom'^rafeueket-*brigade^S5-=Typ. verwendet „ nicht verwendbar s@in₈ ohne daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die das Signal längs der Verzögerungsleitung periodisch regenerieren Bei einer ■ Korrelationsaao-rdaungj, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist₉ wird andererseits Iceine "beträchtliche Signalverschlechterung als Folge einer unvollständigen Ladungsübertragung auftreten_o Jeder Signalabtastwert wird in einem zugehörigen Signalinformationskanal gehalten und es bleibt beispielsweise der Restwert einer dem Sijpial proportionalen Ladung bei einem Übertragungsvorgang, beispielsweise aus der Zone 22a in Fig_e 1 in einer Verarmungszosie zurück _s in der er mit dem verbleibenden Teil der dem Signal proportionalen Ladung zu einem späteren Betriebszeitpunkt zusammengesetzt wird. Deshalb wird durch eine Korrelationsanordnung, die gemäß der Erfindung ausgeführt istj, ein Signal irgendeiner beliebigen Länge um einen Wert verschlechtert, der die Versohlechterung nicht übersteigt _f die bei zwei Ladungsübertragimgsstufen auftritt und die unbedeutend ist.

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In Fig» 4 ist ein schematiseiles elektrisches Schaltbild iron fünf Stufen einer Korrelationssehaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Unterbrechung₉ die zwischen der vierten und der fünften Stufe in Fig» 4 vorgesehen ist, v/eist darauf hin, daß etwa 1000 zusätzliche ähnliche Stufen in einer wirklichen Korrelationsschaltung, die in einer Radar- oder Sonaranordnung verwendet werden soll, vorgesehen sein können. Die Korrelationsschaltung enthält mehrere Korrelations-Oberflächenladungstransistoren 51, 52, 53» 54 und 55g» deren Diffusionsbereiche elektrisch parallel zu einem Leiter 56 geschaltet sind_p der das analoge Radar- oder Sonarrüeklaufsignal aufweistj, das analysiert werden soll« Als llngangsabtastvorriehtung 60 wird ein Taktgenerator verwendet _s dessen Ausgangssignal längs einer Reihe von Schieberegistern weitergegeben wird_& die die Schieberegister 61, 62$ 63* 64 und 65 enthält₀ Das Schieberegister 61 gibt ein Ausgsngsslgnal %n öle Abtast=TrenngätiElektrode des Korrelations-0berfläc2ienladung3trai?.sI-.i't©r^:s 51 und ein Ausgangssignal an das Schieberegister 62 ab* Das Sollieberegister 62 gibt ein Ausgangssignal an die Abtast-TreiingaiäElektrode an den Korrelations-Oberflächenladungstraasistor 52 \mz ein Ausgangs signal an das Schieberegister 63 ab, uct« .!©des der Schieberegister 61 bis gibt einen negativen Ausgangs impuls an die Abtast-Tr-enngatfcelektrode des zugehörigen Korrelations-Oberflächenladungstransistors der Reihe nach ab, und zwar entsprechend den Fortschritten eines FühFungsMts der Eingangsabtastvorrichtung 60 durch die einzelnen Schieberegister» Der negative Impuls₉ der jedem der Abtast-Trenngatfelektroden zugeführt %rirä₉ senkt die Abtasttrennzone j die darunter isoliert vorgesehen ist ₀ ab und ermöglicht, daß eine Ladungsmenge j, die proportional dem Augenblickewert des Analogsignals auf der Leitung 56 ist_p in den Infonaa» tionskanal des zugehörigen lorrelatlons-Oberfläclienlaaiaigstraasistors überführt wird« Μ©Μ^λθγθ zweite Se!i.t@ber6gist©r 71» 72_S 7«-. 74 und 75 nehmen die Bits d@s Berogisworfcea d@i° Reihe nach gesteuert durch ©inen !©mjstsistgelbei' 70 auf viiä speichern sle_o

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Jedes der Schieberegister 71 bis 75 weist einen invertierenden und einen nicht invertierenden Ausgang auf«, Die Ausgänge sind entsprechend mit den Übertragungs-Ga-felektroden der !Correlations-Gberflächenladungstransistoren verbunden., Beispielsweise können die ersten beiden Bits eines Bezugswortes 1 und 0 ©ein* Bei dem ersten Impuls d@s Bezugstaktgebers 70 wird ein Bit mit dem Wert 1 in das Schieberegister 71 eingegeben₀ -Entsprechend dem eingegebenen Bitwert % gibt das Schieberegister 71 ein Ausgangssignal von -20YoXt auf einer Leitung 41 und ein.Ausgangssignal von O Volt auf einer Leitung 42 ab_o Bei dem nächsten Impuls des Bezugs= taktgebers 70 wird das Bit des Werts 1 von dem Schieberegister in das Schieberegister 72 übertragen und das nächst© Bit des Bezugsworts des Wertes ö wird in das Schieberegister 71 eingegebene Entsprechend den Werten" der eingespeicherten Bits-gibt das Schieberegister 71 ein Ausgangssignal von O Volt auf der Leitung 41 und ein Ausgangssignal von/ = 20 Volt auf der Leitimg 42 ab und das Schieberegister 72 gibt ©in Ausgangsaig^al iroa ° 20 Volt auf einer Leitung 43 lind ©in Ausgangssigaal von G auf einer Leitung 44 ab₀ Dieser Vorgang wiederholt sioii bei' weiteren Impulsen des Bssugsfealctgebers 7O₉ bis das gesamt© Be zugswrt eingegeben worden ie-tj «■©£■?! sieh 3©^®ili ©in Bit la

Zu diesem Zeitpunkt kann,, wenn Man ©s wünseht_p der Ausgang des letzten Schieberegisters^;mit dsm Eingang des ersten Schiebe- ■ registers verbunden werden₈ so daß das Besugswort fortlaufend durch die Anordnung kreist ₉ bis ein neues Bezugswort ©inge-=" geben werden soll« Der Wert jed.es Bits des Bezugsworts steuert die Richtung der Ladungsübertragung von den mittleres Speicher zonen zu den äußeren Spsicherg©aea jedes Informationakanals der Iferrslations^Oberflaehealaeluasitraasistofea 51 bis 55 ο

nqoöo/1

U Q O Ö £1 I I

Den äußeren Leiterteilen, die isoliert über jedem der Informationskanäle liegen, werden die Taktsignale 0^₃ die in Fig. 6 dargestellt sind, parallel zugeführt, wobei eine periodische Unterbrechung durch Öffnung der Schalter 47 und 48 entsprechend iem Signalverlauf 6b¹ vorgenommen wird. Die Schalter 47 und 48 sind schematisch dargestellt und es können irgendwelche geeignete Schalter verwendet werden, wobei jedoch Anreicherungs-Isolier.. schicht-Feldeffekttransistören vorgezogen werden. Jedes der mittleren Leiterteile, das über jeweils einem Informationskanal liegt, erhält, so wie es in Fig» 6 dargestellt ist, parallel das Taktsignal 0₂· Das Taktsignal 0₂,wird, so wie es in Fig. 6 dargestellt ist, jeder der Sammel-Galtelektroden der Korrelations-Oberflächenladungstransistören 51 bis 55 parallel zugeführt. Folglich wird eine Ladung, die einein Abtastwert des Analogsignals zu einer bestimmten Teilzeit proportional ist,-in jedem Korrelations-Oberflächenladungstransistor 51 bis 55 gespeichert und sie wird zwischen den dr-ei Ladungsspeicher-Verarmungszonen in diesen Transistoren übertragen, um das Taktsignal 0_2! wieder zu erhalten und es wird der Wert des Bezugswortbits in den Schieberegistern71 bis 75 gespeichert«, Das Korrelationsausgangssignal wird zwischen Leitungen 0^ /^\ und 0^ /gx beispielsweise an Anschlußklemmen 45 und 46 abgenommen und es wird durch ein Potential gegenüber Masse dargestellt, daß gleich dem Potential zur Vorspannung ist, das die äußeren Verärmungszonen bildet, wobei das Oberflächenpotential abgezogen werden muß, das dadurch entsteht, daß ein Signal proportional zur Ladung in den äußeren Verarmungszonen, so wie es oben erläutert worden ist, vorhanden ist.

Die Korrelations-Ausgangssignalverläufe, die an den Leitungen 0₁ /_A% und 0.J /_ßN der Fig. 4 feststellbar sind, sind in Fig. 6 bei 6e dargestellt. Der Zeitabschnitt zwischen t^ und t, ist ein Sammelzeitabschnitt, wie es bereits weiter oben erläutert worden ist, und die Ausgangssignale auf den Leitungen 0* •. „\ betragen unter Einfluß des Taktimpulses 0- -10 Volt«, Während des Zeit-

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abschnitts von t-, bis t^ kehren die Taktimpulse 0^ und 0₂ ihre Ausgangswerte um und zu der Zeit t^ beträgt der Ausgangswert auf den Leitungen Φ_Λ t_k _B> - 20 VoIt₈ Durch Öffnen der Schalter 47 und 48 kann dann das Potential auf den Leitungen ^1 (A B) ^elektrisch frei veränderbar sein_e Es beginnt dann eine Ladungsübertragung von der mittleren Speicherzone jedes Informationskanals zu einer oder der anderen äußeren Speicherzone entsprechend dem Wert des Besugsblts_s das die Übertragungs-Gattelektroden steuert, und wenn die Ladung übertragen wird, dann wächst das Potential auf der Leitung φ_Λ f _K\ oder-0^, /_Ώ\ in Abhängigkeit von dem Wert des Bezugsbits von - 20 Volt auf einen Wert zwischen » 20 Volt und =10 Volt proportional dem Abtastwert des Analogsignals an« Das Potential auf der anderen der Leitungen 0_i /_A\ und 0_i ,-.^ bleibt natürlich auf - '20 Volt. Zu einer Zelt t,- ist der Ladungsübertragungsvorgang Im wesentlichen abgeschlossen und das Potential auf den Leitungen 0«j (^ 3) hat einen stetigen Wert erreichte Zu diesem Zeitpunkt wird ein periodisches Taktsignal 0^_y das In FIg₀ 6. bei 6d dargestellt ist, dazu verwendet, eine Datenimpulsauswertung zur Abtastung der Potentialwerte auf den Leitungen 0^ /^ -q) ^OTznsehen_s wodurch das Datenausgangssignal gebildet wird* das In FIg. 6f dargestellt ist. Ein zweiter Datenauswertungsimpuls und ein zweiter Datenabtastwert ist In dem Zeitabschnitt zwischen t^Q und t^ dargestellt.

Die Schieberegister 71 bis 75 können "beispielsweise duale bistabile JK-Kippschaltungen vom Typ 7473M SeIn₅, die von Texas Instruments, Inc«, hergestellt sind und die Verstärker speisen^ um die erforderlichen Steuerimpulse von - 20 Volt zu erreichen. Die Schieberegister 61 bis 65 können "beispielsweise ₉ so wie es in Figo 5 dargestellt Ist, aufgebaut sein? wobei ©in Besugs- oder Leitbit der Eingangsabtastvorrichtung von der Galfelektrode eines Feldeffekttransistors 81 aufgenommen wird, wodurch dieser Transistor 81 nicht leitend wird und ein Punkt 82 auf - 20 Volt abgesenkt wird. Der Punkt- 82 Ist mit ©ines⁵ Msühlußkleam© 86

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verbunden, um eine Abtast-Trenngatfelektrode eines Korrelations-Oberflächenladungstransistors anzusteuern und um eine Ladungsmenge proportional zu dem augenblicklichen Wert des Analogsignales dem Informationskanal zuzuführen. Ein Taktpuls 0_1? gleicht dem Taktpuls 0^₉ der bei 6b in Pig«, 6 dargestellt ist, wobei jedoch die Spannungswerte des Taktpulses 0^₂ zwischen 0 Volt und - 20 ToIt sich ändern. Polglich wird zu einem geeigneten Zeitpunkt des Taktpulses 0^₂ ^ein Feldeffekttransistor 83 leitend und es wird der Spamungsir/ert von - 20 Volt, der an einem Punkt 82 anliegtj, dazu verwendet₉ einen Feldeffekttransistor 85 anzusteuern.

Die zweite Hälfte des Schieberegisters nach Figo 5 arbeitet in ähnlicher Weise und wird durch einen Taktpuls 0₂₂ angesteuert, der dem-Taktpuls 0₂ gleicht, der bei 6a in Fig» 6 dargestellt ist, wobei jedoch-der Unterschied besteht_c daß die Spannungswerte des Taktpulses 0_o^sicli swiscnsn - 20 Volt und 0 Volt ändern»

In Fig« 7 ist ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Abtast- und Halteschaltung dargestellt _$ die einen Feldeffekttransistor 91 und einen Kondensator 92 aufweist,, Bei der Korrelätionsanordnung gemäß der Erfindung werden zwei solche Abtast- und Haltesohaltimgen verwendet _o Eine Anschlußklemme 93 der Abtast- und Halteschaltung ist mit der- Leitung 0^ /^x der Korrelationsschaltung nach Fig_o 4 verbunden und die Anschlußklemme 93 der anderen Äbtast- und Halteschaltung ist mit der Leitung 0* /·η\ verbundene Die Anschlußklemmen 93 verbinden die Korrelationsausgangs signal© auf den Leitungen 0^ /^ b)™^* ^^en Sourcelektroden des Feldeffekttransistors 91« Der Datenauswert-. sigrcaiverlauf 0_₉ der bei 6d in Figo 6 dargestellt ist, wird den Gatfelektroden der Feldeffekttransistoren 91 parallel zugeführt, wodurch sie während der Dauer d@r Datenaiiswertimpulse gleiten. Dementsprechend werden die Kondensatoren 92 entsprechend den Datenausgaagswortenp di@ hei Si la Fig., 6 darge» stellt sind₉ aufgeladen uad si© halt©a diese ¥es=te_p bis dies® "durofe einen neuen ¥©rt erg©t^t umrä©!!® tjoaa eter= nä©fest@ Da UaSoZ/ I £ Θ θ

auswertimpuls den Feldeffekttransistor 91 wieder leitend macht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforra der Erfindung werden die Ausgangssignale der Abtast- und Halteschaltungen mit eine hohe Impedanz aufweisenden Kingangsanschlußklemmen eines Differentialverstärkers verbunden^ dessen Ausgangsspannung proportional dem Ausmaß der Korrelation' zwischen dem Analogsignal und den digitalen Bezugsworteingangssignalen ist, die der Korrelationsschaltung zugeführt werden» Andererseits kam das Ausgangssignal einer der Abtast-und Halte schaltungen nach FIg₉ 7 direkt ausgenutzt werden.

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Claims

Patentansprüche

(Jy Halbleiterschaltungselement zur Bestimmung der Korrelation zwischen einem Analogsignal und einem digitalen Bezugswort,

dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Substratkörper (12) aus Halbleiterwerkstoff eines ersten Leitfähigkeitstyps ein Bereich (13) eines zweiten Leitfähigkeitstyps "befindet, daß eine erste IsolierungsscMcnt (14) über dem Substratkörper (12) angeordnet ist, daß die erste Isolierungsschicht -mehrere dünne Isolierungsbereiche aufweist, die von dicken Isolierungsbereichen umgeben sind, daß die dünnen Isolierungsbereiche eine entsprechende Anzahl von Informationskanälen in dem Substratkörper (12) ' bestimmen, daß erste_s zweite und dritte Leiterteile (15, 16, 17) über jedem dünnen Isolierungsbereich (14) angeordnet sind, so daß erste, zweite und dritte Verarmungszonen (22, 23, 24) in dem Substratkörper (12) entstehen, zwischen denen sich Trennzonen befinden (25, 26) und daß zwischen der ersten Verarmungszone (22) und dem Bereich (13) des zweiten Leitfähigkeitstyps eine dritte Trennzone (30) gebildet ist, daß eine zweite Isolierungsschicht (18) über der ersten Isolierungsschicht (14) und den Leiterteilen (15, 16, 17) angeordnet ist, daß eine erste Steuereinrichtung (31» 32) sowohl über der dünnen Isolierungsschicht (14) als auch über der zweiten Isolierungsschicht (18) liegen und ferner isoliert über der ersten Trennzone (25) zu deren Steuerung angeordnet sind, daß zweite Steuereinrichtungen (33, 34) sowohl über der dünnen Isolierungsschicht (14) als auch über der zx^eiten Isolierungsschicht (18) liegen und ferner über der zweiten Trennzone ti"''

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(26) zu deren Steuerung angeordnet sind, daß dritte Steuereinrichtungen (29) sowohl über der dünnen Isolierungsschicht (14) als auch über der zweiten Isolierungsschicht (18) liegen und ferner über der dritten Trennzone (30) zu deren Steuerung angeordnet sind, daß eine Einrichtung (35) das Analogsignal dem Bereich (13) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp zuführt, daß eine Einrichtung eine Spannung der dritten Steuereinrichtung (23) zuführt,, daß eine Einrichtung die Bits des digitalen Bezugswortes der Reihe nach aufnimmt und Spannungswerte abgibt, die auf den Wert der Bits ansprechen, daß Einrichtungen die Spannungswerte der ersten und der zweiten Steuereinrichtung "(31 ₉ 52_? 35_g 34) zuführen, und daß Einrichtungen das elektrische Potential ' aufnehmen, das proportional zu einer Ladungsmenge ist, die in -der ersten Verarmungszone enthalten ist, wobei das elektrische Potential proportional zur Korrelation zwischen dem Analogsignal und dem digitalen Bezugswort ist.
2. Halbleiterschaltungselement nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Aufnahme des elektrischen Potentials vorgesehen ist, das proportional zur Ladungsmenge ist, die sich in der dritten Verarmungszone befindet und daß Einrichtungen mit den beiden Vorrichtungen zur Aufnahme des elektrischen Potentials verbunden sind, damit die Differenz der Große zwischen den elektrischen Potentialen berechnet werden kann.

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3. Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung des Analogsignale zu dem Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps einen nicht gleichrichtenden Kontakt an dem Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
4. Halbleiter schaltungselement nach Anspruch 1,

d ad urch gekennzeichnet^ daß die Einrichtung zur aufeinanderfolgenden Zuführung einer Spannung zu der dritten Steuereinrichtung einen Generator zur periodischen Erzeugung von Spannungsimpulsen aufweist und ferner ein Schieberegister zur Aufnahme der Spannungsiiipulse und zur aufeinander-'folgenden Zufuhr dieser Spannungsimpulse zu der dritten Steuereinrichtung.
5. Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung,, die die Bits des digitalen Bezugsworts der Reihe nach aufnimmt und Spannungswerte abgibt, die den Werten der Bits entsprechen, mehrere in Reihe geschaltete Schieberegister aufweist,
6. Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,, daß jedes Schieberegister der mehreren in Reihe geschalteten Schieberegister einen Ausgang für -invertierte Signale und einen Ausgang für nicht invertierte Signale aufweist und daß jedes invertierte Ausgangssignal mit einer der zweiten Steuervorrichtungen verbunden wird und daß ferner jedes nicht invertierte Ausgangssignal mit einer der erataa Steuereinrichtungen verbunden wird«

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7. Halbleiterschaltungselement nach Anspruch 1, dadurch,- gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufnahme des elektrischen Potentials eine Abtast-= und Halteschaltung aufweist, die einen Kondensator enthält, der zwei leitende

. Platten aufweist, die durch eine Schicht aus Isoliermaterial voneinander getrennt sind_s wobei eine der leitenden Platten elektrisch mit Masse verbunden ist, und die eine,Schalteinrichtung aufweist, die mit öer anderen leitenden Platte verbunden ist₉ wodurch die andere leitende Platte mit der ersten leitenden Platte periodisch verbunden wird.
8. ' Halbleiterschaltungselement nach Anspruch Z₃

' d a d u r__c h gekennzeichnet_?

daß die Einrichtung ζην Berechnung der Differenz in der Amplitude zwischen·, den elektrischen Potentialen einen

Rei/Pi,

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