DE2348244B2

DE2348244B2 - Ladungsübertragungsdekodierer mit N Ladungssignal-Eingangspunkten

Info

Publication number: DE2348244B2
Application number: DE2348244A
Authority: DE
Inventors: Paul Kessler Princeton N.Y. Weimer (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-25
Publication date: 1975-11-13
Also published as: NL7313119A; CA980912A; FR2200693B1; US3873851A; JPS49134225A; DE2348244A1; FR2200693A1; GB1441925A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ladungsübertragungsdekodierer.

In vielen Systemen werden Signale gleichzeitig an eirrr Vielzahl von Klemmen erzeugt. Beispielsweise kann ein Bildabtast-Matrixfeld in Zeilen und Spalten angeordnete Elemente enthalten. Jedesmal, wenn ' eine Zeile ausgelesen wird, wird die zu jedem der Elemente gehörende Information dieser Zeile zu einem anderen Spaltenleiter übertragen. Die parallel an den Spaltenleitern anliegenden Signale müssen dann aufeinanderfolgend zu einer einzigen Ausgangsklemme übertragen werden.

Bekannte, übliche Dekodierschemen zur Erfüllung dieser Funktion erfordern viele Komponenten und/ oder dämpfen das Signal und führen spitze Störimpulse in das Signal ein. Ladungsübertragungsschaltungen der Art mit einer eimerkettenartigen Ladungsweitergabe von Stufe zu Stufe und der Art mit

Ladungskopplung ergeben eine Ladungssignal-Übertragung von extrem hohem Wirkungsgrad und es wird erwogen, diese Schaltungen an Stelle der bekannten Schaltungen zu verwenden.

Eine bekannte Ladungsübertragungsschaltung zum

aufeinanderfolgenden Übertragen der Signale von den Spalten zu einer einzigen Ausgangsklemme umfaßt ein Ausgangsregister mit einer Anzahl von Stufen gleich der Anzahl von Spalten. Jede Stufe des Ausgangsregisters ist mit einer anderen Spalte verbunden.

Die von der Zeile ausgelesenen Signale werden parallel zu den Spaltenleitern und von diesen zum Ausgangsregister übertragen. Im Ausgangsregister werden die Signale dann durch dieses hindurch von Stufe zu Stufe weitergeschoben und treten an der Ausgangsklemme nacheinander auf. Eine bei diesem System auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß die Informationen von den der Ausgangsklemme am entferntesten liegenden Spalten viele Stufen durchlaufen müssen, bevor sie die Ausgangsklemme erreichen.

Zusätzlich werden die Signale in den verschiedenen Spalten auf Grund der unterschiedlichen Zahl von durchlaufenen Registerstufen in verschiedenem Maß gedämpft. Außerdem muß das Ausgangsregister mit verhältnismäßig hoher Frequenz betrieben werden, um gelten und zum erneuten Anfüllen von Signalen einer anderen Zelle bereit zu werden. Der hochfrequente Vorgang verursacht eine weitere Dämpfung der übertragenen Signale.

Eine andere Möglichkeit, Felder (,der Reiher aus zulesen. besteht in der Verbindung jedes Spaltenieilers über einen Schalter mit einer Ausgangsklemme Das Koppeln vieler Schalter mit einer Ausgangs klemme erhöht jedoch an dies-r die Kapazität wo * durch die angelegten Signale erheblich gedämpft'wer den. Beispielsweise erfordert ein Feld mit 500 Spalten von denen jede über einen Schalter mi! der Ausgangs' klemme verbunden ist. 500 Schalter. Eine so große Zahl von Schaltern erhöht erheblich die Kapazität der Ausgangsbelastung und vermehrt hierdurch die Schalt-Störimpulse im Ausgangssignal, dessen Signal-zu-Rausch-Verhältnis erniedrigt wird. Außerdem wird zur Steuerung der Schalter für die Spalten ein einzelnes digitales Schieberegister mit so vielen aufeinanderfolgenden Stufen benötigt, als Spalten vorhanden sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde einen Ladungsübertragungsdecodierer anzugeben der ein Herauslesen der Signale mit geringer, von Signal zu Signal gleicher Dämpfung sowie hohem Störabstand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 unter Schutz gestellte Erfindung gelöst. a₅

Ein Ladungsübertragungsdecodierer gemäß der Erfindung hat also mehrere Eingangsklemmen, denen jeweils Signale parallel zugeführt werden. Die Eingangsklemmen sind jeweils durch eine Anzahl von Ladungsübertragungswegen, die jeweils die gleiche Anzahl von Ladungsübertragungs-Bauelementen enthalten, mit einer einzigen Ausgangsklemme verbunden. Die Ladungsübertragungswege können nacheinander selektiv Ladungssignale von den Eingangsklemmen zur Ausgangsklemme übertragen.

Der Ladungsübertragungsdecodierer gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine geringe Dämpfung aus, die wegen der gleichen Anzahl durchlaufener Ladungsübertragungsbauelemente auch von Signal zu Signal praktisch gleich ist. Der Aufbau des Ladungsübertragungsdecodierers gemäß der Erfindung ist verhältnismäßig einfach, und das Ausgangssignal zeichnet sich durch einen großen Störabstand aus, da er nur wenig Störungen in das Nutzsignal einführt.

Mit dem vorliegenden Decodierer kann z. B. eine Sensormatrix ausschließlich mit Hilfe der Ladungsübertragungstechnik abgefragt werden. Der Decodierer läßt sich digital adressieren, und die Eingänge können daher in jeder beliebigen Reihenfolge abgefragt werden. In dem gewählten Ladungsübertragungsweg ist jeweils nur eine Ladungsübertragungseinheit gleichzeitig in Betrieb, so daß eine einwandfreie Isolation zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen gewährleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden z. T. an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schaltplan einer unter Zugrundelegung der Erfindung aufgebauten Sensor- und Dekodieranordnung,

Fig. 2 einen Schaltplan einer weiteren unter Zugrundelegung der Erfindung aufgebauten Anordnung, und

Fig. 3 ein Diagramm von Spannungsverläufen von an die Schaltung nach Fig. 2 angelegten Signalen.

Die in der Erläuterung der Erfindung angegebenen Transistoren sind p-leikndc Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (IGFETS . Es können jedoch auch andere Bauelemente, beispielsweise ladungsgeknppelte Elemente (CCD) oder Transistoren mit einer Steuerelektrode und einem Leitungspfad an Stelle der oder zusätzlich zu den dargestellten Transistoren verwendet werden. In der folgenden Beschreibung wird jeder Transistor durch einen großen Buchstaben S, 7, Q angegeben, den im Index zwei Zahlen /', ;' folgen. Die erste Zahl i bestimmt die Ordnungsnummer der Zeile und die zweite Zahl j bestimmt die Spalte.

Bei einigen der Transistoren, beispielsweise bei den Transistoren T_2r 7"_3/, Q₂₁ und Q^, ist zwischen die Gate-Elektrode und die Kollektor-Elektrode ein Kondensator geschaltet. Mit dieser Schaltung übertragen diese Transistoren, wenn sie leitend gemacht sind, ein Signal in Form einer Ladung von ihrer Emitter-Elektrode zu ihrer Kollektor-Elektrode. Diese Transistoren werden allgemein als Ladungsübertragungs-Baue/emente bezeichnet.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält ein X-V-BiIdsensorfeld 10, von dem zwei Zeilen und acht Spalten dargestellt sind. Zu jedem Element des Felds gehören eine Fotodiode D-_t und ein Transistor S₁₁, wobei der Index i die Zeile und der Index ;' die Spalte angeben. Jeder Transistor S„ des Felds ist mit seiner Gate-Elektrode mit einem Zeilenleiter für die Zeile X, mit einem Ende seines Leitungspfads mit einem Spaltenleiter der Spalte Y und mit dem anderen Ende seines Leitungspfads mit der Anode der entsprechenden Fotodiode verbunden. An den Kathoden der Fotodioden liegt ein Potential an, um sie in Sperrichtung vorzubelasten. Ein an einen der Zeilenleiter angelegter leitend machender Impuls führt alle Transistoren in dieser Zeile in den leitenden Zustand über. Die Transistoren legen dann die an ihren entsprechenden Fotodioden erzeugten Signale an die Spalten des Felds. Jedesmal, wenn eine der Zeilen auf Durchlaß schaltet, werden also die von den Fotodioden erzeugten Signale dieser Zeile an die Spalten gelegt und laden oder entladen die Spaltenkapazitäten. Diese Ladesignale treten schließlich aufeinanderfolgend an einer Ausgangsklemme 5 auf.

Ein Parallelspeicher 12 dient der parallelen Übertragung der Signale von den Spaltenleitern des Sensors 10 zu Eingangsleitungen Ll bis LH eines Dekodierers 14. Der Parallelspeicher 12 ermöglicht es auch, den Dekodierer 14 vom Sensor 10 zu trennen. Der Parallelspeicher 12 enthält drei Reihen von Transistoren. Die erste Reihe der Transistoren T₁₁ ist wahlweise vorgesehen. Die Transistoren Γ_); in der ersten Reihe sind mit ihren Gate-Elektroden mit Leitern 11 verbunden, an die eine feste Vorspannung von — V Volt angelegt ist. Die gemäß ihrer Vorspannung leitenden Transistoren 7"_|; arbeiten als geerdete Gate-Verstärker, deren Verwendung die Übertragung der Ladungssignale von den Spaltenleitern, die eine relativ hohe Kapazität haben, zur zweiten Reihe des Parallelspeichers 12 verbessert. Die Transistoren T₂- in der zweiten Reihe, die tatsächlich die erste Stufe des Parallelspeichers 12 darstellen, sind mit ihren Gate-Elek-Iroden gemeinsam an einen Leiter 13 angeschlossen, an den ein Impuls K₁ angelegt wird. Die Gate-Elektroden der Transistoren TV der dritten Reihe, also der zweiten Stufe des Parallelspeichers 12, sind gemeinsam mit einem Leiter 15 verbunden, an dem ein Impuls V₂ angelegt wird. Vom Sensor JO kommende Information wird in der zweiten Reihe eingespeichelt, während die in der dritten Reihe, die vom impuls V₂ gesteuert wird, befindliche Information vom Dcko-

dierei zur Ausgangskleninie 5 übertragen wird.

Der Dekodierer 14 überträgt in einer gegebenen Reihenfolge die an seinen Eingangsleitungcn /.1 bis /.8 anliegenden Signale an die Ausgangskleninie 5. Zwischen jeder Eingangsleitung und der Ausgangsklemme 5 befinden sieh zwei Dekodicr-Transistoren Q₁J und Q_2/. deren Leitungspfad in Reihe mit dem Leitungspfad eines Transistors Qy₁ liegt. Werden die beiden Dekodicr-Transistoren einer Spalte leitend gemacht, so tritt das Signal von der betreffenden Eingangsleitung zur Ausgangsklemme uber. Die Transistoren Qi₁ sind sämtlich auf Durchlaß vorgespannt, an ihrer Gate-Elektrode liegt eine Spannung von K Volt an und vermittelt ein dekodiertes Ausgangssignal zur Ausgangsklemme 5, während es den Dekodierer 14 von der Ausgangsklemme 5 trennt. Jeder Transistor Qy₁ ist als Triode geschaltet. Die Kombination der Transistoren Q₂₁ und Qy funktioniert jedoch wie eine Tetrode.

Ein Schieberegister 22 erzeugt aufeinanderfolgende Taktsignale /Z₄₁ und H_A2 auf Leitern 17 bzw. 19. Die Gate-Elektroden der Transistoren Q_u his Q₁₄ sind mit dem Leiter 17 und die Gate-Elektroden der Transistoren (J₁, bis Q_lK mit dem Leiter 19 verbunden. Ein Schieberegister 24 erzeugt aufeinanderfolgende Taktsignale H_Bi, H_n2, W_fl,und H₁₁₄HUf Leitern 21, 23, 25 bzw. 27. Die Gate-Elektroden der Transistoren <y,| und Q₂< sind mit dem Leiter 21, diejenigen der Transistoren Q₂₂ und Q_21x mit dem Leiter 23, diejenigen der Transistoren Q₂₃ und Q₂₁ mi! dem Leiter 25 und diejenigen der Transistoren Q₂₄ und Q₂₁₁ mit dem Leiter 27 verbunden. Die acht Eingangsleitungen IA bis LH in den Dekodierer 14 sind also in zwei Vierergruppen unterteilt. Die eine Gruppe mit den Leitungen Ll bis LA wird durch das Taktsignal W₄₁ und die andere Gruppe mit den Leitungen LS bis LH durch das Taktsignal H_A2 gesteuert. Jede Gruppe wird dann in vier Untergruppen unterteilt, von denen jede durch ein anderes der Taktsignale Η_Βλ, H_B2, H_Bi und H_B4 gesteuert wird. Das H_A -Schieberegister 22 und das //„-Schieberegister 24 können von üblicher Bauart sein.

Die Ausgangsklemme 5 ist mit der Eingangsklemme einer Verstärkerstufe 9 verbunden, die von bekannter Bauart sein kann. Das Ausgangssignal des Verstärkers 9 ist an einer Klemme 7 abnehmbar, die als »Video-Ausgangsklemme« bezeichnet wird.

Zum besseren Verständnis der nun folgenden Disk ussion der Betriebsweise des Dekodierers werden die Bedingungen für die Ladungsübertragung von einem Bauelement zum folgenden Bauelement entlang einem Pfad im einzelnen beschrieben.

Für p-leitende Bauelemente wird das Gate-Potential der ladungsübertragenden Bauelemente T_2j, Ty, Q₂: und Q_2j, zwischen + K Volt, insbesondere + 3 Volt, und - K Volt, insbesondere - 3 Volt, umgeschaltet. Beim Anlegen von + K Volt an die Gate-Elektrode sperrt das Bauelement und kann keine La-Jung übertragen. Ändert sich das an die Gate-Elektrode des ladungsübertragenden Bauelements von + V Volt zu-K Volt, so schaltet das Bauelement auf Durchlaß und es kann eine Ladungsübertragung /on der Emitter-Elektrode zur Kollektor-Elektrode -•rfolgen. Die Gate-Elektrode liegt dabei auf - KVoIt jnd der Kollektor geht auf —3 K Volt auf Grund der Kopplung der negativen 2- K-Volt-Stufe über einen 'wischen der Gate-Elektrode und der Kollektor- -lektrodc lifücndcn Kondensator (',„,. Die I.adungsübertragung erlolgt, wenn das Potential an der L-.in it ter-Elektrode des Bauelements positiver ist als seir Gate-Potential.

Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Ladung vom Knotenpunkt Leitung IA, also vom Kollektor des Transistors '/'-,,. der einen »Geber« darstellt, /um Knotenpunkt M₁. also zum Kollektor des Transistors ο,j, der einen »Empfänger« darstellt, übertragen werden soll. Weiterhin sei angenommen, daß das

ίο Potential V₁ , am Kollektor des Transistors 7",, bei LA gleich (—3 V +C₁,) Volt ist, wenn der Impuls V₂ bei - V Volt liegt, und daß das Potential V₁ ,,wenn der Impuls V₂ auf + V Volt übergeht, ( - V +<",,) Volt beträgt. K₁₁ ist dem Potential an der Emitter-Elektrode des Transistors O₁₁ identisch. Ist das Potential des Impulses des Taktsignals H₄₁, das an die Gate-Elektrode des Transistors Q_n angelegt wird, + V Volt, so sperrt der Transistor O₁₁ und es kann keine Ladungsübertragung stattfinden, da das Gate-

ao Potential positiver ist als sowohl die Emitter- als auch die Kollektorspannung. Geht H_A , auf - K Volt über so wird der Transistor O₁₁ auf Durchlaß gesteuert und kann in Abhängigkeit vom Potential an seiner Emitter-Elektrode leiten. 1st das Potential an IA, also an

»5 der Emitter-Elektrode von O₁₁, — K Volt oder weniger, so leitet (J₁₁ nicht, obwohl er auf Durchlaß gesteuert ist. Ist das Potential auf der Leitung LX positiver als — V Volt, so wird die diesem Potential entsprechende Ladung zum Knotenpunkt /V/l übcrtragen. Für die Übertragung von Ladungssignalen von einem »Geber«-Bauelement zu einem »Empfänger«-Bauelement müssen also zwei Bedingungen erfüllt sein, nämlich (1) müssen - KVoIt an die Gate-Elektrode des Empfänger-Bauelements angelegt sein, der Transistor muß also auf Durchlaß gesteuert sein; und (2) muß das Emitter-Potential des Empfänger-Bauelements positiver als - K Volt sein. Damit dies eintritt, muß die Gate-Elektrode des Geber-Bauelements auf + V Volt gebracht werden.

Für den Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 sei angenommen, daß das Potential jedes der Spaltenleiter C_x bis C₈ normalerweise - K Volt beträgt. Wird eine Zeile von Informationen ausgelesen, so steigt das Potential der Spaltenleiter auf (- V + e_S)) Volt an, wobei

e_v eine Signalspannung ist, deren Amplitude eine Funktion der auf den Spaltenleiter übertragenen Ladung der entsprechenden Photodiode ist. Die Transistoren T_fl des Parallelspeichers 12 sind auf Durchlaß vorgespannt, wobei an ihre Gate-Elektroden - K Volt angelegt werden. Die an den Spaltenleitern C₁ bis C₈ anliegenden Ladungssignale werden zur zweiten Reihe des Parallelspeichers 12 parallel übertragen, wenn das an den Leiter 13 angelegte Signal K₁ von + K Volt auf - V Volt übergeht und damit alle Transistoren T_2j in der zweiten Reihe auf Durchlaß schaltet. Dies legt ein Potential von — K Volt an die Gate-Elektroden und von — 3 K Volt über die Kapazität zwischen der Gate- und der Kollektorelektrode an die Kollektorelektroden der Transistoren T₂ an. Die an

6σ den Spaltenleitern anliegenden Ladungssignale werden also zu den Kollektorelektroden der Transistoren T₂₁ übertragen und erhöhen dort das Potential auf (-3K + e_sj) Volt, wobei e, das Signal am Knotenpunkt und der Index j den Spaltenleiter angeben.

Wenn K₁ auf + KVoIt zurückkehrt, werden die Transistoren T_2j sperrend und das Potential an ihren Kollektor-Elektroden steigt auf Grund von C_n, auf (- I + *■„} Volt.

Io

Geht der Impuls V₁ von + V Volt auf — V Volt wird die zweite Gruppe der dekodierenden Bauele

über, so werden alle Transistoren T_}j auf Durchlaß mente, nämlich die Transistoren Q₁₅ bis Q₁₈, leitern gesteuert. Die Ladungssignale werden parallel von der und die auf den Leitungen LS bis L8 gespeichertei zweiten Reihe des Parallclspeichers 12 zu den Leitun- Ladungssignale werden parallel zu Knotenpunktei

gen LX bis LH übertragen und errichten an diesen 5 M₅ bis M_s übertragen. Wenn H_A2 anschließend wie

ein Potential von ( — 3 V + <?_y·) Volt. Nachdem der der positiv wird, bewirken die Taktimpulse H_B dam

Impuls V₂ auf + V Volt zurückkehrt, steigen die Si- aufeinanderfolgend die Übertragung dieser Signal·

gnale auf den Leitungen Ll bis LS auf den Pegel von zur Ausgangsklemme 5 in gleicher Weise, wie es obei

(— V + f,_;) Volt. Die auf den Leitungen L\ bis LS beschrieben wurde. Bei den erfindungsgemäßen La

liegenden Signale können dann mit Hilfe des Deko- ¹⁰ dungsübertragungsdekodierern ergibt sich eine par

dierers 14 und einer Tetroden-Zusammenfächer- tielle Signaldekodierung, beispielsweise werden dii

schaltung 16 nacheinander zur Ausgangsklemme 5 Signale auf den Leitungen Ll bis LA parallel zu dei

übertragen werden. Knotenpunkten M₁ bis M₄ übertragen, und die Si

Es sei nun angenommen, daß das Schieberegister gnale werden durch eine Ladungsübertragung voi

22 impulsweise ein auf Durchlaß steuerndes Taktsi- ¹S Stufe zu Stufe entlang ausgewählten Übertragungs

gnal H_A ,am Leiter 17erzeugt. Fürp-leitende Bauele- wegen dekodiert. Hierin liegt ein Gegensatz zu be

mente ist dieser auf Durchlaß steuernde Impuls ein kannten Dekodierschemen, bei denen zur Durchfüh

ins Negative verlaufender Impuls von gleicher Ampli- rung der Übertragung alle die Schalter ode

tude wie der Impuls K₁, jedoch typisch von kürzerer Bauelemente entlang einem ausgewählten Leitungs

Dauer. Die Impulse des Taktsignals H_A] steuern die ^ao pfad angesteuert werden müssen, um einen Leitungs

Transistoren O₁₁ bis O₁₄ auf Durchlaß und die an den pfad zwischen einem Eingangspunkt und einem Aus

Leitungen LX bis L4 anliegenden Ladungssignale gangspunkt zu erzeugen.

werden zu den Knotenpunkten Ml bis MA übertra- Ladungsübertragungsdekodierer der Art nacl

gen. Nach dem ins Negative, also vom 4- V Volt nach Fig. 1 benötigen nur zwei Übertragungen, nämlict

- V Volt gehenden Anstieg des Impulses des Taktsi- «5 Q_}j und Q₁₁, pro Spalte oder Linie. Allgemein benö-

gnals H_AI kann das Potential an jedem der Knoten- tigt diese Art des Dekodierers zum einzigen Dekodie

punkte M₁ bis M₄ ausgedrückt werden als (-3K ren einer von Z Eingangsklemmen Übertragungs

+ e_s ). Wenn H_A , von - V Volt nach + V Volt zu- Bauelemente, die in zwei Dekodierstufen angeordne

rück'kehrt, werden die Transistoren Q_n bis ζ>_|4 wieder sind, wobei jede Stufe Z Bauelemente enthält. Di«

sperrend und das Potential an ihren Kollektor-Elek- 3° erste Dekodierstufe, also die Transistoren Q₁₁, kanr

troden, also an den Knotenpunkten M₁ bis M₄, steigt in Wl Gruppen unterteilt werden, von denen jede

um 2 K Volt an und kann ausgedrückt werden als (- V Gruppe Wl Bauelemente enthält, wobei Wl ■ Wt

+ e,) Volt. ⁼ 2. Jede der Wl Gruppen wird von einem anderer

Öie vom Register 24 erzeugten Impulse des Taktsi- Steuersignal gesteuert und erfordert eine Steuerlei

gnals H₁₁, die die gleiche Amplitude haben wie die 35 tung. Die zweite Dekodierstufe, nämlich die Transi·

Impulse des Taktsignals H_A, steuern die Transistoren stören Q_2j, enthält Wl Untergruppen, von denen jede

Q₂ auf Durchlaß und bewirken, daß die Signale an Untergruppe Wl Bauelemente enthält. Jeder der Wi

den Knotenpunkten M zu entsprechenden Knoten- Untergruppen wird von einem anderen Steuersigna

punkten N weiterlaufen. Beispielsweise macht ein ins gesteuert und erfordert eine Steuerleitung. Die Ge-

Negative gehender Impuls des Taktsignals H_Bl den 4« samtzahl der erforderlichen Steuerleitungen beträgi

Transistor Q₂, leitend, und das Signal am Knoten- also Wl + Wl. In der Schaltung,nach Fig. 1 ist Z= ί

punkt M₁ wird zum Knotenpunkt N₁ übertragen. der ersten Dekodierstufe in zwei Gruppen geteilt, es

Wenn dann H_Bl wieder ins Positive läuft, wird sodann ist also Wl = 2, und die zwei Gruppen werden vor

das Signal am Knotenpunkt N, direkt mit Hilfe des den beiden Steuerleitungen 17 und 19 gesteuert, ar

Tetroden-Transistors Q₃₁ zur Ausgangsklemme 5 45 die die Taktsignale H_Al und H_A1 angelegt werden

übertragen. Die Transistoren Q₃, die durch das AnIe- die vom zweistufigen Schieberegister 22 stammen. Die

gen eines Potentials von - V Volt an ihren Gate- zweite Dekodierstufe ist in vier Gruppen eingeteilt

Elektroden für Durchlaß vorgespannt sind, übertra- es ist also Wl = 4, und die vier Gruppen werder

gen jedes Signal über - V Volt an ihrer Emitter-Elek- von den vier Steuerleitungen 21, 22, 25 und 27 ge-

trode zur Ausga.:gsklemme 5. In gleicher Weise 50 steuert, an die nacheinander die Taktsignale H₈₁, H_B2

machen ins Negative gehende, also auf Durchlaß steu- H_B3 und H_BA angelegt werden, die vom vierstufiger

ernde Impulse der Taktsignale H_B2, H_B3 und H_BA an Register 24 stammen.

den Leitern 23, 25 und 27 aufeinanderfolgend die Bei einem System, bei dem die Anzahl der EinTransistoren Q₂₂, Q₂₃ und Q₂₄ leitend zum Übertra- gangsklemmen 512 beträgt, beispielsweise mit einem gen der an den Knotenpunkten M₂, M₃ und M₄anlie- 55 *Y-Sensor mit 512 Elementen pro Zeile, kann die genden Ladungssignale nacheinander an die Aus- Dekodierung in Wl = 16 Gruppen und Wl = 32 gangsklemme 5. Untergruppen unterteilt sein, wobei die Gesamtzahl

Die auf Durchlaß steuernden, ins Negative gehende der Steuerleitungen W1 + W2 = 48.

Impulse des Taktsignals H_B steuern in gleicher Weise Die zum Betreiben des Dekodierers erforderliche

die Transistoren Q₂₅, Q₂₆, Q₂₇ und Q₂₈ zum Leiten. 60 Zahl von Leitungen sowie die Zahl von Übertra-

Da jedoch an den Knotenpunkten Ai₅ bis Af₈ keine gungs-Bauelementen zur Bildung des Dekodierers

Signale anliegen, bleiben die Transistoren Q₂₅ bis Q₂₈ stellen einen wichtigen Gesichtspunkt dar. Die zwei

nichtleitend, und es werden nur die Ladungssignale Übertragungsstufen zwischen den Eingangsklemmen

an den Knotenpunkten M₁ bis M₄ aufeinanderfolgend und den Ausgangsklemmen des Dekodierers ergeber

an der Ausgangsklemme S erzeugt. 65 einen erheblichen Vorteil. Jedoch kann die Zahl dei

Wird sodann ein auf Durchlaß steuernder Impuls Leitungen und Schieberegisterstufen, die zum Betreides Taktsignals W₄, an den Leiter 19 angelegt, wobei ben des Dekodierers notwendig sind, bei einigen Anaiso H_A-, von + V* Volt auf - V Volt übergeht, so Wendungen die Möglichkeit einer erfolgreichen Her-

Stellung der Schaltung in Miniaturgröße begrenzen. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ladungsübertragungsdekodierers, bei dem mehr Übertragungsstufen pro Spalte vorhanden sind, bei dem jedoch die Zahl der zum Betrieb des Dekodierers erforderlichen Steuerleitungen minimalisiert ist.

Wie in Fig. 1 enthält die Schaltung nach Fig. 2 das Matrix-Bildsensorfeld 10, dessen Spaltenleiter C, bis C₈ an den Paraüelspeicher 12 gelegt sind, der parallel die Signale von den Spaltenleitern zu den Eingangsleitungen Ll bis L8 eines Dekodierers 14« überträgt.

Beim Dekodierer 14« gemäß Fig. 2 wird jede der acht Eingangsleitungen einzeln mit Hilfe von drei Übertragungsstufen dekodiert. Die erste Übertragungsstufe enthält die Transistoren Q_1;, die in zwei Gruppen unterteilt sind. Die Transistoren Q₁₁ bis Q₁₄ der ersten Gruppe sind mit ihren Gate-Elektroden an einen Leiter 31 angeschlossen, an den Impulse eines Taktsignals /ή angelegt werden, und die Transistoren Q₁₅ bis Q₁₈ der zweiten Gruppe sind mit ihren Gate-Elektroden an einen Leiter 33 angeschlossen, an den Impulse eines Taktsignals H_d angelegt werden. Die zweite Dekodiejstufe enthält die Transistoren Q_2/, die in zwei Gruppen unterteilt sind. Die Transistoren Q₂₁, Q₂₂, Q₂₅ und Q₂₆ der ersten Gruppe sind mit ihren Gate-Elektroden mit einem Leiter 35 verbunden, an den Impulse eines Taktsignals H_r angelegt werden, und die Transistoren Q₂₃, Q₂₄, Q₂₇ und Q₂₈ der zweiten Gruppe sind mit ihren Gate-Elektroden mit einem Leiter 37 verbunden, an den Impulse eines Taktsignals Hj angelegt werden. Die dritte Dekodierstufe enthält Transistoren Q₃₎, die ebenfalls in zwei Gruppen unterteilt sind. Die Transistoren Q₃₁, Q₃₃, Q₃₅ und Q₃₇ der ersten Gruppe sind mit ihren Gate-Elektroden mit : einem Leiter 39 verbunden, an den Impulse eines Taktsignals H_g angelegt werden, und die Transistoren Q₃₂, Q₃₄, Q₃₆ und Q₃₈ der zweiten Gruppe sind mit ihren Gate-Elektroden an einen Leiter 41 angeschlossen, an den Impulse eines Taktsignals H₁ angelegt werden. Es ist zu beachten, daß jede Gruppe in einer Dekodierstufe eine andere Hälfte der Transistoren als die Gruppen der vorhergehenden Dekodierstufen umfaßt.

Jede Stufe enthält ein einzelnes Übertragungs-Bauelement und die drei Übertragungs-Bauelemente, die eine Linie oder Spalte dekodieren, sind mit ihren Emitter-Kollektor-Strecken in Reihe geschaltet. Beispielsweise wird die Leitung Ll mit Hilfe der aufeinanderfolgend leitend gemachten Transistoren Q₁₁, Q₂₁ und Q₂₃ dekodiert. Die Ladungssignale werden von der Leitung Ll zum Knotenpunkt M₁, vom Knotenpunkt M₁ zum Knotenpunkt N₁ und vom Knotenpunkt N₁ zu einem Knotenpunkt P₁ übertragen. Die Knotenpunkte P₁ bis P₈ sind mit der Ausgangsklemme 5 über eine konvergierende Pyramide oder einen Ladungsübertragungs-Zusammenfächerbaum verbunden. Dieser Zusammenfächerbaum 26 wird als Alternative zur Tetroden-Zusammenfächerschaltung 16 gemäß Fig. 1 verwendet. Der Zusammenfä- :hcrbaum 26 überträgt jedes dekodierte Ausgangssijnal entlang konvergierenden Übertragungswegen, lie die Kapazität jedes folgenden Knotenpunkts angenähert gleich derjenigen des vorhergehenden Knoenpunkts halten. Hierdurch wird die Übertragung des lekodierten Ausgangssignals ohne Verlust an Signal-)egel ermöglicht.
Ist die Zahl der zu dekodierenden Eingangsklem-

¹ 10

men Λ/, so kann die Anzahl η der Dekodierstufei oder der in Reihe geschalteten Transistoren zum De kodieren der N Eingangsklemmen aus der Beziehunj erhalten werden: 2" = N. Die Zahl der zum Betreibe. dieses Dekodierers erforderlichen Leitungen betrag ² '_?· ^FÜJden in Fig. 2 dargestellten Dekodierer mi /V - 8 Eingangsklemmen werden η - 3 Dekodier· stufen benötigt, um jede Eingangsleitung einzeln zi dekodieren. Bei einem System mit N = 512 Eingangsklemmen ist die Anzahl η der Dekodierstufen ί und die Zahl der zum Betreiben der Dekodierstufer erforderlichen Steuerleitungen ist 2 η oder 18.

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist am besten unter Zuhilfenahme der in Fig. 3 dargestellter

¹S Spannungsverläufe verständlich. Hierbei wird angenommen, daß die Bauelemente p-leitend sind und die angelegten Spannungen und ihre Polarität für p-Ieitende Bauelemente geeignet sind.

an . fⁱⁿ'^ns Negative gehender Abtastimpuls des Verlaufs /!überträgt die in den Fotodioden irgendeiner aer Zeilen, beispielsweise der Zeile N + 1, enthaltene Information zu den Spalten 1 bis 8. Die Dauer des Abtastimpulses kann eine volle Dekodierperiode be-

„ ^^εη< beispielsweise ^die Zeit /, bis /₁₇. Wie aus dem v^ei ^a , ^ersichtlich ist, wird ein Potential von - V Volt an die Gate-Elektroden der Tetroden-Eingangstransistoren T₁₁ gelegt und macht die Transistoren w" ^D1S !.'« Altend. Der ins Negative gehende Impuls

.o Ll Fu ^de,^m ^{Verlauf C}- ^der dem Abtastimpuls S; ™_t ^ChJ ^dc^{e Transist}°™ Γ,, bis T₂₈ leitend und übertragt die Signale von den Spaltenleitern C₁ bis C zur zweiten Reihe des Parallelspeichers 12. Wird dann zur Zeit /„ der Impuls V₁ positiv und der Impuls ^T⁸³¹V ^ ^{in den Ve}rläufen C und D gezeigt ^ndleTrans.storen 7\, bis T_n durch, und

"³¹' *"*" ^{den LdtU}"«^{en L1 blS}

i_m ι iV ?"""'' ^{Wie im v}erlauf D dargestellt ist, _rPn Tw -ß ^{InS Positive und} schaltet die Transisto-Finoi³' ι · ^{1S a} ' ^{wobei das} Potential an jeder der Emgangsleuungen Ll bis L8 auf einen Potentialwert

für Pi ^e" u ^ansteigt' ^w°bei β das Ladungssignal fur eine gegebene Spalte angibt!' * ^S

bis IR ^{Dekodieren der} Parallel an die Leitungen Ll ^blS ^L* """legten Signale erfolgt folgendermaßen. /, bis t₂ macht der Impuls des Taktsignals Transistoren Q_n bis Q₁₄ leitend, wodurch die den Leitungen Ll bis L4 zu den

so Pr.tP,,ti"i "J" V"¹ k'^s ^f₄ übertragen werden. Das f^ential an den Knotenpunkten M₁ bis M₄ geht auf en L V^{I/} Olt}· ^Wahrend dieser Zeitspanne sperounkte J^raK^SISt^^{ren ß}" ^bis ß» ^und die Knofen-VoIt /elii⁵ -Λ ^{bleiben auf ei}"^en P=Wl von - V !ΑΪ ^{Zur Z}'^k '* 8^{eht der Im}P"^ des Taktsi-EioL?™ w ^er !E? ^{P0Shive und das Potenti}al an den + e\VoK ^ten?i^bis ^M4 kommtauf den Pegel (- V ü HH- ΐ^{Γ U} ^h ^{SteUert der Im}P^uls des Taktsi-

HS ti. die Tnnnc»«... *"» Λ λ ^>

2i' Qz₂, Qu und Q₂₆ auf Q₂₅ und

die
aie

^bzw· \ übertra- ^ H., ertragung durch die

Transistoren Q₂₁ und Q₂₂ gesperrt wird und auch die Leitung durch die Transistoren Q₂₅ und Q₂₆ gesperrt wird. Gleichzeitig steuert das Taktsignal H_g die Transistoren Q₁₁, Q₃₃, Q_J5 und Q₁₇ der dritten Dekodierstufe auf Durchlaß. Hierbei bewirkt jedoch der Impuls des Taktsignals H nur die Übertragung des Ladungssignals über den Transistor Q,,, da auf die Emitter-Elektroden der anderen von H auf Durchlaß gesteuerten Transistoren vorher keine Signalübertragung stattgefunden hat. Das am Knotenpunkt N₁ anliegende Ladungssignal wird also zum Knotenpunkt P₁ übertragen, womit das Ladungssignal auf der Leitung Li dekodiert und zum Knotenpunkt P₁ befördert worden ist.

Zur Zeit r₄ geht der Impuls des Taktsignals H_g ins Positive, und von der Zeit i₄ bis zur Zeit Z₅ werden keine weiteren dekodierte Impulse angelegt. Zur Zeit C₅ geht dann der Impuls des Taktsignals H₁ ins Negative und steuert die geradzahlig numerierten Transistoren in der dritten Stufe des Dekodierers auf Durchlaß. Hierbei bewirkt der Impuls von /Z₁ die Übertragung von Ladungssignalen nur vom Knotenpunkt N₂ zum Knotenpunkt P₂. Somit ist ein Ladungssignal von der Leitung L2 zum Knotenpunkt P₂ übertragen worden, wobei das Signal von Ll an P₂ um eine Periode nach dem Auftreten des Signals von Ll bei P₁ erzeugt wird.

Zur Zeit t_h steuert ein Impuls des Taktsignals H₁ die Transistoren Q₂₃, Q₂₄, Q₂₇ und Q₂₈ in der zweiten Stufe des Dekodierers auf Durchlaß. Es werden dann die Signale von den Knotenpunkten /W₃ und M₄ zu den Knotenpunkten N₃ bzw. N₄ übertragen. Zur Zeit I₇ bewirkt ein Impuls des Taktsignals H_g die Übertragung des Ladungssignals vom Knotenpunkt N₃ zum Knotenpunkt P₃. Zur Zeit f₉ steuern je ein Impuls der Taktsignale H_ä und /Z₁ die Transistoren Q₁₅ bis Q_lfl in der ersten Dekodierstufe bzw. die geradzahlig numerierten Transistoren der dritten Dekodierstufe auf Durchlaß. Der Impuls des Taktsignals H₁₁ bewirk die Übertragung des Ladesignals von den Leitungei LS bis LH zu den Knotenpunkten M_s bis M₈ um der Impuls des Taktsignals H₁ die Übertragung de:

Ladesignals über den Transistor Q₃₄ vom Knoten punkt N₄ zum Knotenpunkt P₄. Da alle Transistorei Q_2/ in der zweiten Dekodierstufe gesperrt sind unc kein Ladungssignal an der Emitter-Elektrode eine; anderen Transistors als des Transistors Q₃₄ anliegt

ίο ist nur der Übertragungspfad des Transistors Q₃₄ ge öffnet. Zur Zeit r_lfl werden die Impulse der Taktsi gnale H_d und H_t positiv und beenden die sequentiell« Übertragung der Signale von den Leitungen Ll bii L4 zu den Knotenpunkten P₁ bis P₄.

'5 Zur Zeit t_w beginnen die Taktsignale H_e, H_f, H₁ und H₁ in gleicher Folge wie bereits beschrieben mi Impulsen, um die sequentielle Übertragung der La dungssignale von den Leitungen LS bis L8 zu der Knotenpunkten P₅ bis P₈ zu vervollständigen. E:

ao wurde also gezeigt, daß mit Hilfe des Ladungsübertra gungsdekodierers die parallel an die Eingangsleitun gen des Dekodierers angelegten Signale in gegebene! Reihenfolge dekodiert und aufeinanderfolgend an der jeweiligen Knotenpunkten P₁ bis P₈ erzeugt werder

»5 können.

Die an den Knotenpunkten P₁ bis P₈ auftretender Signale werden dann in der Reihenfolge mit Hilfe de: Ladungsübertragungs-Zusammenfächerbaums 26 zui Ausgangsklemme 5 übertragen. Taktsignale W₁ unc H₂ mit den Verlaufen M und N modulieren die Tran sistoren des Ladungsübertragungs-Zusammenfächer baums 26. Es ist zu beachten, daß alle Transistorer in jeder der Reihen jeweils gleichzeitig auf DurchlaC gesteuert werden. Da jedoch an den Knotenpunkter P, bis P₈ jeweils zu einer Zeit nur ein Signal anliegt wird zu einer Zeit auch nur ein Signal zur Ausgangsklemme S übertragen, wie an Hand der Verläufe Λ-ί und N erkennbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Ladungsübertragungsdekodierer mit N Ladungssignal-Eingangspunkten, wobei /V eine ganze Zahl größer als 1 ist, und mit einer Mehrzahl von Ladungsübertragungs-Bauelementen, die gemäß ihrer Schaltung serienmäßig die Ladungssignale von den N Eingangspunkten zu einem gemeinsamen Ausgangspunkt übertragen und von denen jedes Bauelement einen Leitungspfad und eine Steuerelektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß N Ladungsübertragungspfade (Spalten in 14, 14a) bestehen, von denen jeder zwischen einem der cingangspunkte (Ll ... £-8) und dem gemeinsamen Ausgangspunkt (5) geschaltet ist und die in Reihe geschaltete.·) Leitungspfade von mindestens einem ersten (z. B. Q_n) und einem zweiten (z. B. Q,,) der Ladungsübertragungs-Bauelemente (Q₁, ... Q_2x) umfaßt, die ausschließlich zu diesem Übertragungspfad gehören, daß die ersten Bauelemente in wenigstens zwei Gruppen (Q_n, Q₁₂, Q₁₃, Q₁₄ und Q₁₅, Qi6> Qn. Qie) organisiert sind, daß auf Durchlaß steuernde Signale gleichzeitig (von 22) an die Steuerelektroden aller ersten Bauelemente innerhalb einer Gruppe und nicht gleichzeitig in bezug zu einer der anderen Gruppen angelegt sind und daß auf Durchlaß steuernde Signale (von 24) an die Steuerelektroden der zweiten Bauelemente (Q₂₁ bis Q₂₈) in gegebener Reihenfolge zu einer Zeit angelegt sind, zu der keines der ersten Bauelemente ein auf Durchlaß steuerndes Signal erhalt.

2. Dekodierer nach A.ispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Bauelemente in Ml Gruppen organisiert sind, von denen jede Ml Bauelemente enthält, wobei Ml ■ Ml = N, daß die zweiten Bauelemente in Ml Gruppen organisiert sind, von denen jede Mi Bauelemente enthält, und daß die Steuerelektroden aller Bauelemente innerhalb einer Gruppe miteinander verbunden sind.

3. Dekodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Ladungsübertragungs-Bauelemente ein Feldeffekttransistor ist, zwischen dessen Steuerelektrode und einer der Klemmen seines Leitungspfads eine Kapazität liegt.

4. Dekodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Λ/1 Steuerleitungen (17, 19) vorhanden sind, von denen jede mit den Steuerelektroden der Bauelemente jeweils einer der Ml Gruppen verbunden ist, daß an die Ml Steuerleitungen ungleichzeitig auf Durchlaß steuernde Signale angelegt sind, daß Ml Steuerleitungen (21, 23, 25, 27) vorhanden sind, die jeweils mit den Bauelementen einer der Ml Gruppen verbunden sind, und daß an die Ml Steuerleitungen in bezug zueinander ungleichzeitig auf Durchlaß schaltende Signale angelegt sind.

5. Dekodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der N Übertragungspfade η Ladungsübertragungs-Bauelemente (Q_n ... Q_3(!) enthält, deren Leitungspfade in Reihe geschaltet sind und exklusiv zu diesem Übertragungspfad gehören, wobei 2" = /V, sowie 2/i Steuerleitungen (31, 33, 35, 37, 39, 41) zum Anlegen

der auf Durchlaß steuernden Signale an die Bauelemente vorhanden sind (Fig. 2).

6. Dekodierer nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Bauelemente in zwei Gruppen organisiert sind, daß eine erste der Steuerleitungen mit den Steuerelektroden aller Bauelemente in einer der Gruppen und eine zweite Steuerleitung mit den Steuerelektroden aller Bauelemente in der anderen der Gruppen verbunden ist und jede der Steuerleitungen an die gleiche Anzahl der übrigen Bauelemente, als Bauelemente in einer der Gruppen vorhanden sind, und kein Bauelement an mehr als eine Steuerleitung angeschlossen ist und daß keine zwei Steuerleitungen an die Bauelemente in derselben Kombination von Übertragungspfaden angeschlossen sind.