DE2702531A1 - Analoge signalverarbeitungsvorrichtung - Google Patents

Analoge signalverarbeitungsvorrichtung

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DE2702531A1
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voltage
electrode
signal
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DE19772702531
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Miles Alexander Copeland
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Northern Telecom Ltd
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Description

MANITZ. FINSTERWALD & CRÄMKOW
^ München, den 21.1.1977 P/3/Wr-N 2108
NORTHERN TELECOH LIMITED 1600 Dorchester Blvd., Vest Montreal, Quebec, Canada
Analoge Signalverarbeitungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine analoge Signalverarbeitungsvorrichtung, die insbesondere für eine Anwendung als programmierbarer Kreuzkorrelator oder Transversalfilter geeignet ist und in einer integrierten Metalloxid-Silicium-Halbleiterstruktur (MOS-Halbleiferstruktur) verwirklicht werden kann.
Der allgemeine Bereich der diskreten Analogsignalverarbeitung wurde übersichtsmäßig von Dennis D. Buss und Walter H. Bailey in einem Aufsatz mit dem Titel "Applications of Charge Transfer Devices to Analog Signal Processing" zusammengestellt, der 1974- in den IEEE Inter-Con Technical Papers der Tagungsgruppe 9 mit dem Titel "CCDs in Analog Signal Processing, Paper 9/1" veröffentlicht wurde. Unter anderen Schaltkreisen diskutieren die Autoren ein typisches Transversalfilter. Bei dieser Ausführungsform werden die abgetasteten (sampled) Analogsignale verzögert, beispielsweise in einer aus einer ladungsgekoppelten Schaltung (CCD) bestehenden Verzögerungsleitung, und die unter-
C. MANlTZ ■ DIPL.-INC. M. FINSTERWALD DIPL. -INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN
(ONCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT» MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 727O
.(089)22 42 11. TELEX 5-29672PATMF SEELBERCSTR. 23/25.-ΓΕ^«^ΖΙΟ5(^72 61 POSTSCHECK : MÖNCHEN 7 7 06 2 - SOS
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schiedlich verzögerten Signale werden mit verschiedenen Abgriffs-Gewichten bzw. Anschluß-Gewichtungen (tap weights) multipliziert und summiert, um die Filterwirkung zu erzielen. In der beschriebenen Struktur bzw. Anordnung bewegen sich die verzögerten Analogsignale bezüglich der Anordnung während die Abgriffs-Gewichte an festen Punkten in der Anordnung angelegt werden.
Eine Ausführungsfcrm einer solchen Anordnung wird von Donald R. Lampe und anderen in einem Aufsatz mit dem Titel "An Electrically-Reprogrammable Analog Transversal Filter" beschrieben, der 1974· im Zusammenhang mit der IEEE International Solid-State Circuits Tagung, Tagungsgruppe XIII, mit dem Titel "Charge-Coupled Devices and Applications", Paper 13,6 veröffentlicht wurde. In dieser Anordnung werden die analogen Abgriffs-Gewichtungen dadurch gespeichert, daß man den CCD-Prozess mit den Metall-Nitrid-OxLd-Silicium-Prozessen (MNOS-Prozessen) verbindet.
Eine alternative Ausführungsform eines Transversalfilter wird von J. J. Tiemann u. a. in einem Aufsatz mit dem Titel "Intracell Charge-Transfer Structures for Signal Processing" beschrieben, der in IE-RE Transactions on Electron Devices, Band ED-21, Hr. 5, vom Mai 1974- auf den Seiten 300-508 erschienen ist. In dieser Anordnung findet die Relativbewegung durch die Abgriffs-Gewichtungen statt, die sich an den gespeicherten Analogsignalen entlang bewegen, statt umgekehrt wie in der von Lampe u. a. beschriebenen Anordnung. Das Analogsignal wird periodisch abgetastet und als Ladung in einer von zwei Oberflächen-Potentialwannen (potential wells) gespeichert. Die Ladung wird zwischen den Potentialwannen hin und her "gespült", wobei sie in einer Potentialwanne untergebracht wird, um eine binäre Abgriffs-Gewichtung "1" zu kennzeichnen und in der anderen Potentialwanne?um eine binäre Abgriffs-Gewichtung "0" zu kennzeichnen. Die Ladungen in der Potentialwanne mit der Abgriffsgewichtung "1" werden mittels eines Verfahrens
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mit schwimmender Elektrode (Floating electrode) abgetastet bzw. gemessen.
Da in der Struktur nach Tiemann und anderen die Größe der Oberflächenladung erfaßt wird, wirkt ein Kreuzmodulationseffekt zwischen den Signalen störend, wenn eine Spannungserfassung mit schwimmendem Gatter (floating gate voltage sensing) verwendet wird. Zusätzlich weist die Gesamtkapazität der Erfassungs- oder Abtastelektrode gegen Erde eine durch die Sperrschichtkapazität verursachte Nichtlinearität auf. Mit großer kapazitiver Belastung können solche Kreuzmodulations- und Nichtlinearitätseffekte durch eine äußere lineare Kapazität unterdrückt werden. Dadurch wird jedoch die Ausgangssignal-Amplitude und damit das Signal/Rauschverhältnis herabgesetzt.
Es hat sich herausgestellt, daß durch Benutzung einer neuartigen Struktur, die einen schwimmenden Abfrageknoten (floating sensing node) für die Oberflächenspannung statt für die Oberflächenladung ergibt, die Wirkungen der Signalwechselwirkung (d. h. Kreuzmodulation), die von der Nicht linearität und der sich ändernden Versetzung des Ausgangssignals bei einem Analogsignalverarbeitungsvorgang herrühren, ausgeschaltet werden können. Die der gegenwärtigen Erfindung zugrunde liegende Struktur ist in ihrer Wirkung ähnlich der von Tiemann u. a. und zwar dadurch, daß die Abgriffsgewientungen bezüglich des Analogsignals bewegt werden, aber sie unterscheidet sich darin, daß statt der Oberflächenladung die Oberflächenspannung erfaßt wird,und sie kann schließlich mit verschiedenen anderen Techniken als der CCD-Technik verwirklicht werden.
So wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Analogsignalverarbeitung sanordnung geschaffen, die eine Vielzahl von Ladungsspeicherelementen umfaßt, die jeweils eine Eingangs-
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signalelektrode und eine Ausgangsabtastelektrode aufweisen, wobei die Eingangssignalelektroden voneinander getrennt und die Ausgangserfassungselektroden miteinander verbunden sind. Die Verarbeitungsanordnung umschließt eine gemeinsame Elektrode und eine Steuereinrichtung zum anfänglichen Ankoppeln der Eingangssignalelektroden an eine erste Vergleichsspannungsquelle und der Ausgangserfassungselektroden hat eine zweite Vergleichspannungsquelle, um die Elektroden in Bezug auf die gemeinsame Elektrode auf ein festes Potential zu bringen. Danach unterbricht die Steuereinrichtung die Verbindungen zu der zweiten VergleichsSpannungsquelle und verbindet die erfaßten Analogsignal-Potentialquellen einzeln mit ausgewählten Eingangssignalelektroden, um die Ladungen der Speicherelemente so zu ändern, daß an den Ausgangserfassungselektroden eine Ausgangssignalspannung abgeleitet wird, die eine Funktion der Größe der erfaßten Analogsignalpotentiale und der ausgewählten Verbindungen der Quellen mit den Eingangssignalelektroden ist.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Erfindung unter Benutzung einer Einfach/ (single level) MOS-Technologie ausgeführt, wodurch die Ladung durch elektronische Daten manipuliert und an der Oberfläche des Halbleiter-Substrates gespeichert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zeigt:
Figur 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen 3-Modulanalogsignalverarbeitungsanordnung,
Figur 2 eine bildliche Darstellung eines einzelnen im Schema-Schaltbild Figur 1 dargestellten Moduls, unter Benutzung der Einf achtorniveau-MOS-Technologie hergestellt,
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Figur 3 eine 2 χ 3-Matrix von Modulen nach Figur 2
zusammen mit der zugehörigen Steuerschaltung, die die Grundlage für ein programmierbares Transversalfilter unter Benutzung von Halbleiter-Technologie bildet, und
Figur 4 typische Takt-Wellenzüge,die zur Steuerung des
in Figur 3 dargestellten vereinfachten programmierbaren Transversalfilters benutzt werden.
In der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung der
beispielsweise dargestellten Ausführungen sind grundsätzliche Hinweiszeichen einzelnen Elementen zugeordnet. Wenn es notwendig ist, zwischen sich wiederholenden Elementen in einer Zeile oder einer Spalte zu unterscheiden werden den grundsätzlichen Hinweiszeichen zusätzliche Hinweiszeichen oder
Ziffern hinzugefügt. Im allgemeinen wird nur auf die grundsätzlichen Hinweiszeichen bezug genommen.
In Figur 1 umfaßt die Grundschaltung der drei Modulen A, B und C der Analogsignalverarbeitungsanordnung drei Ladungsspeicherelemente oder Kondensatoren C , C, und C , die jeweils eine
el O O
getrennte Eingangssignalelektrode E , E, bzw. E und eine
3. D C
gemeinsame Ausgangserfassungselektrode EQ besitzen. Analoge Signalspannungen von den erfaßten Analogsignal-Potentialquellen V , V , und V können mittels getrennter Schalter
S3. SD SC
W. , W., und W- mit den jeweiligen Eingangselektroden E ,
E, und ΕΛ der Kondensatoren C , C, und C„ verbunden werden. dc a ο c
Alternativ kann eine Vergleichsspannungsquelle VR mit jeder der Eingangselektroden E , E, und E der Kondensatoren C , C-.
SL D C cL D
oder C mittels der Schalter w"oa» W0^ bzw. WQC verbunden
werden.
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Jo —
Eine weitere Vergleichspannungsquelle Vp kann mit der Ausgangserfassungselektrode E0 mittels eines Schalters Wp verbunden werden. Der Kondensator CL steht für irgendwelche zusätzliche Streukapazität , die zwischen der gemeinsamen Ausgangselektrode EQ und der gemeinsamen oder Erdelektrode E vorhanden ist.
In Betrieb schließen vorprogrammierte, in dieser Figur nicht angezeigte Steuereinrichtungen zeitwilig den Schalter VL1, um die gemeinsame Ausgangselektrode EQ auf das feste Potential V-p zu bringen. Dadurch ergibt sich eine Löschwirkung. Zur Zeit des Löschens werden alle Schalter W~ geschlossen und alle Schalter VL offengehalten, damit die jeweiligen Signalknoten E , E, und E auf dem Vergleichspotential Vn gehalten werden, das z. B. Erdpotential sein kann. Danach erfolgt die Erfassungs-Betätigung. Mit bezug auf das linke Modul, wird für eine binäre Abgriffsgewichtung "O" der Schalter W ge-
oa
schlossen und der Schalter W^, geöffnet und kein Wechsel in der Spannung des Signalknotens E verursacht. Deshalb wird
et
auch kein Wechsel in der Ausgangsspannung VQ des (schwimmenden) Erfassungsknoten EQ erzeugt. Bei einer binären Abgriffsgewichtung "1" wird andererseits der Schalter Wq geöffnet und der Schalter W, geschlossen, womit die Spannung des Signalknotens E von ΥΏ nach V geändert wird. Der (schwimmende)
cL xl Sei
Erfassungsknoten EQ empfängt deshalb eine kapazitive Spannungswirkung, die proportional zur Differenz zwischen der Vergleichsspannung VD und der Signalspannung V ist. Die Aus-
■ti Set
gangsspannung VQ beträgt, wenn das kapazitive Speicherelement
C eine Abgriffsgewichtung "1" erhält und alle anderen Aba
griffsgewichtungen "O" sind:
V0 - VP + <Vsa - V §
wobei: Oy. Oa + Cb + C0 + O0 ist_
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Da die Signalknoten E , E, und E immer durch Spannungs-
cL D C
quellen mit niederer innerer Impedanz gespeist, werden, ist sowohl für Abgriffsgewichtung "1" als auch Abgriffsgewichtung "0" die Gesamtkapazität gegen Erde immer eine Konstante Cm· Auf diese Weise ist der einem Modul zugeordnete Signalbeitrag unabhängig von den Signalbeiträgen, die den anderen Modulen zugeordnet sind. Damit wird jede Signalbeeinflußung zwischen den Modulen, die bei den bisher üblichen Ladungserfassungen vorhanden v/ar, vollständig überwunden.
Bei Jeder allgemeinen Zahl k von Modulen der Art, wie sie in Figur 1 dargestellt sind, ist die Gesamtspannung V0 am Erfassungsknotenpunkt EQ gleich:
vn = Yv + Γ" Τ *v«™ · 0T1' υ Ji om / sn η
wobei die verschiedenen Werte Δν endliche Zahlen oder null sind, je nach dem die Abgriffsgewichtungen "1" oder 11O" sind, wie/durch die Schalter VL und W„ gesteuert wird. Die Multiplikations- und Summationswirkung, die erforderlich ist, um ein Transversalfilter aus der in j?igur 1 dargestellten Struktur zu schaffen,erklärt sich so aus Gleichung (2). Die Ausgangsspannung hängt linear von der Summe über alle Kapazitäten des Produktes aus Kapazitätswert und Analogsignalspannung ab.
Da die in Figur 1 beschriebene Schaltung Spannungen statt Ladungen erfaßt, ist keine Ladungsbeeinflußungsstruktur wie ein CCD erforderlich. Der Schaltkreis k.ann mit irgendeiner linearen Analog-Technologie,z. B. mit diskreten Elementen oder unter Benutzung des Komplementärmetalloxid-Silicium-Prozesses (CMOS-Proζess) oder mit dem Eintorniveau-MOS-Prozess realisiert werden.
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Bei Benutzung diskreter Elemente können als Ladungsspeicherelemente C einzelne Kondensatoren und als Schalter Vq, V,. und WR und (nicht gezeigte) Analogerfassungsschalter handelsübliche Analog-Durchgangssehalter verwendet werden. Bei Benutzung des CMOS-Prozesses könnten in einer integrierten Struktur CMOS-Durchgangstore für die verschiedenen Schaltvorgänge benutzt werden. Die Ladungsspeicherelemente C können unter Benutzung der Oxydkapazität integriert werden.
Figur 2 zeigt den besonderen Aufbau des Moduls A, der die Funktionen der Analogsignal-Verarbeitungsanordnung nach Figur 1 unter Benutzung eines Eintorniveau-MOS-Prozesses darstellt. Der Modul A in Figur 2 umfaßt einen Ladungsspeicherkörper 10 aus p-Silicium mit einer darüber befinlichen Isolierschicht 11 aus Siliciumdioxid (SiO2)-Eine ErfasairgaBlektrode 12, die über der SiO^-Schicht 11 angeordnet ist, bildet die geraeinsame Elektrode E_ mit linearer Kapazität C, die einen Abschnitt 11a der Isolierschicht 11 als Dielektrikum benutzt, und die benachbarte Erfassungsoberfläche 10e des Substrats 10 dient als getrennte Eingangselektrode E . Bei dieser besonderen Ausführung des Aufbaus muß die Löschspannung V™ hoch genug sein, um eine Inversion der Halbleiteroberfläche 10_ über den gesamten erwarteten Signalbereich zu ge-
el *
statten. Für das Durchschalten des analogen Eingangssignals V oder des Vergleichsignals V zu dem Oberflächenbereich 10 werden getrennte Signaltore W^. und WQ verwendet, die jeweils Quellendiffusionen 15a, 15b> schwimmende Übergangsdiffusionen 16a, 16b und Torelektroden 17&* 17& aufweisen, die mit SteuerSpannungsquellen 02 bzw· 0^ verbunden sind.
Die Wirkung des in Figur 2 dargestellten Moduls wird in der Darstellung und in der Wirkungsweise der Figur 3 klargelegt, die eine 2 χ 3-Matrix aus Modulen A, B, C, D, E und F zeigt, die die Grundlage für einen programmierbaren
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Transversalfilter ergibt. Die Gruppen aus dreL Grundmodulen A, B, C und D, E, F in den zwei Spalten ergeben die drei Bits mit dem höchsten Stellenv;ert eines Analogabgriffes. An ent^rechaden horizontalen Stellen liegende Modulen sind gleich, d. h. ihre Vertikalausdehnung auf einem gemeinsamen Substrat liegt in einem binären Verhältnisjum die in binärem Verhältnis stehenden Kapazitäten zu erreichen. Es ist dabei festzustellen, daß die einzelnen ausgewählten Kapazitäten mit binären Verhältnissen sich fortlaufend ändern, da die Abgriffe fortlauferd in bezug auf die Struktur, beispielsweise von links nach rechts,gestuft sind. Bei einer typischen Ausführung, die auf einem einzelnen Chip bzw. Kristallplättchen von etwa 3»8 mm χ 3,8mm aufgebaut ist, wird eine 32 χ 6-Matrix im Gegensatz zu der in Figur 3 dargestellten 2 χ 3*Matrix verwendet, um die Transversalfilterwirkung zujergeben.
Im Betrieb wird ein Analogeingangssignal V^ dem Operationsverstärker 20 eingegeben, der in einer typischen Ausführung nicht mit auf dem Chip 30 angebracht ist. Der Ausgang des Verstärkers 20 wird nacheinander unter Beeinflussung durch die Signale 0^ und 02 von einer Steuersignalquelle 21 auf die Kapazitäten C und C durchgegeben. Damit wird ein periodisches Erfassen und Speichern (sample and hold) des einkommenden Analogsignals V· erhalten. Die erfaßten Signale werden dann durch die Quellfolger 22 eingekoppelt, wodurch die Ausgangssignale V erhalten werden, die in jedem der Module A-F eingekoppelt werden. Die Transistoren 23, die durch eine Vorspannung V^ fortwährend im offenen Zustand gehalten werden, ergeben eine Widerstandslast für die Quellfolger 22, während Tore 24- eine negative Rückkopplung zum Operationsverstärker 20 während des ErfassungsZeitabschnittes ergeben, um die Nichtlinearität und die sich ändernde Spannungsabweichung der Quellfolger 22 auszugleichen.
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Die von den Quellfolgern 22 herrührenden Signale betreiben über eine gemeinsame Diffusionszone alle binär-kapazitivgewichteten Module so, daß eine analoge Speicherlage erreicht wird.
Wie in Figur 4 in bezug auf die Steuersignalquelle 21 gezeigt ist, sind die St euer spannungen 0^. und 0p zweiphasige, einander nicht überlappende Taktsignale. Die Taktspannungen 0^ und 0s,■. wechseln synchron mit 0,. einander ab, während die Taktspannungen 0? bis 0p„ die Anwendung der Abgriffgewichtungen Jeweils auf die Modulen A-F steuern.
Zuerst wird zum Zeitpunkt t.^ das Analogsignal V. durch die Speicherkapazitäten Cm unter Beeinflussung durch das Taktsignal durchgeschleust. Zur gleichen Zeit wird die Erfassungselektrode E„, die gemeinsam über den gesamten Chip 30 verbunden ist, bedingungslos durch das auf die Schleuse Wj, angelegte Taktsignal 0^ auf die Spannung Vp gebracht, während gleichzeitig die Vergleichsspannung VR auf die Erfassungsoberfläche durch das Taktsignal 0^. durchgeschleust wird, das auf die mit den Modulen A-F verbundenen Schleusen 25a-25f gegeben wird.
Die digitalen, (binären) Abgriff-Gewichtssignale werden nun bedingt (Zeit tp) den W^ -Elektroden (Figur 2) unter Einfluß der von der Steuersignalquelle 21 heimkommenden Taktsignale 0p -0pf eingegeben. In der als Beispiel gezeigten Ausführung wird eine Abgriffgewichtung 110 anfangs zur Zeit tp der linken Modulspalte A, B und C eingegeben. Danach wird diese Gewichtung auf die rechte Spalte von Modulen D, E und F übertragen und durch dne Abgriffgewichtung 101 zum Zeitpunkt t^ ersetzt. Gleichfalls wird zur Zeit tp eine Abgriffsgewichtung 101 der rechten Modulspalte D, E und F eingegeben. Wenn in der Steuerquelle 21
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eine Schieberegisterstruktur benutzt wird, um die Abgriffgewichtungs-Information zu tragen, wird die Gewichtung 101 zur Zeit t^ wieder auf die rechte Spalte (Modulen D1 E undF) geschoben und durch eine Abgriffgewichtung 110 in der linken Spalte (Modulen A, B und G) zum Zeitpunkt t^ ersetzt. Es ist selbstverständlich, daß diese Abgriffgewichtungen nur beispielsweise angeführt werden und daß sie jeweils nach den Anforderungen des jeweiligen Transversalfilters ausgewählt werden. Die Lasttransidtoren 23 stellen eine genügend schnelle Zeitkonstante sicher, damit die Erfassungsflächen (10a in Figur 2) eine Spannungsbegrenzung erfahren (den Endzustand erreichen) während die Taktsignale 0p anliegen. Es ist zu sehen, daß bei den Modulen, bei denen das erfaßte Analogsignal V zur Erfassungsoberfläche von links durchgeschleust
S
wird,die W^Elektrode während des gleichen Taktes durch die Taktsignale 0? -0pf an Erde gelegt wird, wodurch die Erfassungsfläche von der Vergleichspannung V^ isoliert wird. Wenn 0p bis 0p~ gleich null i st ? wird die Vergleich spannung VR weiterhin bis zur Erfassungsfläche durchgeschleust, während das Taktsignal 0p ansteht, damit die Oberflächenspannung für die Abgriffsgewichtung "0" festgehalten bleibt. Während des TaktIntervalls t? erscheint eine Summierung der Spannungen V0 an der gemeinsamen Erfassungselektrode E0.
Während des Zeitabschnittes t-, (Figur 4) wird die erfaßte An al og signal spannung Vx. zum Speicherkondensator C durchgeschleust und die Erfassungselektrode EQ gelöscht. Während des Zeitintervalls t. wird den Modulen D, E, F eine Abgriffsgewichtung 110 angelegt, während die Modulen A, B und C eine Abgriffsgewichtung 101 erhalten, während wiederum eine Summation an der Erfassungselektrode E0 erhalten wird. Diese Abgriffsgewichtungen werden unter Einfluß des (nicht gezeigten) digitalen Schieberregisters in der Steuersignalquelle 21 auf dem Chip 30 weitergeschoben. Der gesamte Vor-
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gang wiederholt sich wiederum,und zwar beginnt er zum
sich 7
Zeitpunkt tj- damit, daß/aas digitale Abgriff s signal zu
den jeweiligen Analogspeicherkondensatoren w^iterbewegt.
Infolge der großen Kapazität der gemeinsamen Ausgangserfassungselektrode Ε« kann das Ausgangssignal VQ direkt vom Chip 30 ohne einen Ausgangsverstärker abgenommen werden. Deshalb können diese Chips als Modulen angewendet werden, da verschiedenen Ausgänge parallel miteinander verschaltet werden können. Um negative Abgriffsgewichtungen zu erhalten, kann ein gleichartiges Chip benutzt werden, bei dem seine Ausgangsspannung Vq in die negative Seite eines Operationsverstärkers gegeben wird, der, um die Inversion zu ergebenen differenzieller Betriebsart arbeitet. Damit mehr Bits bei Digital-Analogauflösung in der analogen Abgriffgewichtung erreicht werden, kann ein zusätzliches paralleles Chip verwendet werden, dessen Ausgangsspannung außerhalb des Chip in einem angemessenen BinärVerhältnis vervielfacht wird, worauf das Ergebnis mit dem Ausgang des ersten Chips addiert wird,·
Alternativ kann bei einer Vergleichsspannung V„= Bingangs-Gleichvorspannung das Vergleichssignal VR von der gleichen Gleichspannung abgeleitet werden, die das Eingangs-Analogsignal vorspannt. Bei dieser Arbeitsweise wird ein Driften der Eingangsvorspannung ausgeglichen und ebenso ein vorhandenes Eingangsrauschen bis zu Frequenzen,die etwas unterhalb der Analogabtastfrequenz liegen. Bei dieser Betriebsart ist eine Löschbetätigung, die ein- und ausgeschaltet wird^ (0,,-Takt) nötig, um die Erfassungselektrode schwimmend zu erhalten. Das ist deswegen nötig, weil die Erfassungsfläche sich nach beiden Richtungen vom Vergleichspotential entfernen könnte. Damit könnte ein Löschrauschen (Njquist-rauschen) am Ausgang auftreten.
Wenn VR auf Erdpotential liegt,ist der gesamte Spannungshub, der auf der Erfassungselektrode EQ hervorgerufen wird, positiv von der Löschspannung aus. So ist eine neuartige Ausgangs-
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schaltung möglich. Mit bezug auf den FET-Schalter W^ in Figur 3 kann eine Quellenfolger-ähnliche Wirkung erzielt werden, wobei die Erfassungselektrode E„ eine kapazitive Belastung des Quellenfolgers bildet (es ist zu bemerken, daß der "Quellenfolger" hier nicht als Verstärker benutzt wird). Die Erfassungselektrode E„ kann durch einen (nicht gezeigten), außerhalb des Chips angebrachten Widerstand ohmisch belastet werden, beispielsweise durch den Eingangswiderstand des außerhalb des Chips befindlichen Signalverstärkers. Ein fester Gleichspannungspegel am Eingang des "Quellenfolger" statt 0., wie gezeigt, ergibt einen festen Vergleichspegel für die Erfassungselektrode E0, von dem aus positive Spannungεhübe beginnen. Jeder positive Hub vom festen Vergleichspegel geht in Richtung eines langsam dynamischen Quellenfolger-Verhaltens, so daß der kapazitive Ausgangshub nicht verschlechtert wird. Das darauf folgende "0^ ein"bringt alle Erfassungsflächen auf Erdpotential und bringt damit die Erfassungselektrode 12 zurück zum Löschpegel. Der Ausgang wird auf diese Weise auf dem erforderlichen Vergleichspegel zwischen den Signalen gehalten, ohne daß ein Löschtakt benötigt wird. Dadurch wird das mit dem Löschtakt verbundene Ausgang sraisch en beseitigt.
Die Erfindung betrifft also eine Analog-Signalverarbeitungsanordnung,bei der die Spannung über eine Vielzahl von Ladungsspeicherelementen erfaßt wird, um ein Ausgangssignal abzuleiten. Mit dieser Anordnung werden die bei dem Erfassen der Ladung auftretenden gegenseitigen Signalbeeinflussungen beseitigt. Die Verarbeitungsanordnung kann einfach unter Benutzung von IvIOS-(Metalloxid-Silicium-) Technologie ausgeführt werden, wodurch die Ladung durch elektronische Daten manipuliert und an der Oberfläche des Halbleitersubstrates gespeichert wird. Die Anordnung ist besonders geeignet, als programmierbarer Kreuzkorrelator oder als Transversalfilter benutzt zu werden.
- Patentansprüche 709830/0755

Claims (1)

2702b3i Patentanspruch
1./Signalverarbeitungsaiiordnung mit einer Vielzahl von Ladungsspeicherelementen (Ca), die jeweils eine Eingangssignalelektrode und eine Ausgangserfassungselektrode aufweisen, wobei die Eingangssignalelektroden voneinander getrennt und die Ausgangssignalelektroden miteinander verbunden sind und mit einer gemeinsamen Elektrode, dadurch gekennzeichnet , daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die anfangs die Eingangssignalelektroden mit einer ersten Vergleichspotentialqiielle (Vj,) und die Ausgangserfassungselektroden mit einer zweiten Vergleichspotentialquelle (Vp) verbindet, um die Elektroden auf ein festes Potential in bezug auf die gemeinsame Elektrode (Eg) zu bringen, die danach die zweite Vergleichsspannungsquelle (Vp) abtrennt und einzeln erfaßte Analog-Signal-Potentialquellen (V , V , , V) mit ausgewählten Eingangssignal-
Sei SD SC
elektroden verbindet, um die Spannung der Speicherelemente so zu ändern, daß eine Ausgangssignalspannung an den Ausgangserfassungselektroden abgeleitet wird, die eine Funktion der Größe der erfaßten Analogsignalpotentiale und der ausgewählten Verbindungen der Quellen mit den Eingangssignalelektroden ist.
Signalverarbeitungsanordnung mit einer Vielzahl von Ladungsspeicherelementen mit jeweils einer Eingangssignalelektrode und einer Ausgangserfassungselektrode, wobei die Eingangserfassungselektroden miteinander verbunden sind und mit einer gemeinsamen Elektrode dadurch gekennzeichnet, daß jedes Speicherelement mit einem ersten Schalter (W0a' W0b' W0c} 1^ einem
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zweiten Schalter (W^ , w\^, W^ ) verbunden ist, um jeweils entweder eine erste Vergleichspotentialquelle (VR) oder eine Abtastung einer Analogsignal-Potentialquelle (V , V-,, V) mit den Eingangs signal elektroden zu verbinden, daß ein dritter Schalter (wV,) vorgesehen ist, um eine zweite Vergleichspotentialquelle (Vp) mit den Ausgangserfassungselektroden zu verbinden^und daß eine Steuereinrichtung (Figur LY) vorgesehen ist,- um anfangs die ersten und dritten Schalter zu schließen, um die Spannung der ,Speicherelemente in bezug auf die gemeinsame Elektrode/einzustellen, daß die Steuereinrichtung danach den dritten Schalter öffnet und wahlweise zugeordnete erste bzw. zweite Schalter schließt bzw. öffnet, um die Spannung an ausgewählten Speicherelementen so zu ändern, daß an den Ausgangserfassungselektroden eine Ausgangssignalspannung abgeleitet wird, die eine Funktion der erfaßten Analogsignalpotentiale und des Schließzustandes entweder der ersten oder der zweiten Schalter ist.
Signalverarbeitungsanordnung mit einem Halbleitersubstrat einer Leicungsart, rait einer auf der Oberfläche des Substrates angeordneten Isolationsschicht, mit einer Vielzahl von Speicherelektroden, die auf der Isolationsschicht angeordnet und zusammen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß jede Speicherelektrode erste (15a) zweite (15b)Quellbereiche und erste (16a) und zweite (16b) potentialmäßig schwimmende Bereiche zugeordnet hat, die an der Oberfläche des Substrates angeordnet und von dazu entgegengesetzter Leitungsart and, wobei die schwimmenden Bereiche eng benachbart zu den zugehörigen Speicherelektroden (12) angeordnet sind, um Ladung darunter zu übertragen, daß eine erste Steuerelektrode (17a) auf der Isolierschicht direkt neben den ersten Bereichen angeordnet ist und daß eine zweite Steuerelektrode (17Djauf. der xsoliershicht direkt neben den
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zweiten Bereichen angeordnet ist, daß jede Steuerelektrode die Ladungsübertragung von dem zugehörigen Quellbereich zu dem schwimmenden Bereich längs eines in dem Substrat ausgebildeten Kanifil in Reaktion auf eine daran angelegte Torst euerspannung steuert, daß jeder erste Quellbereich mit abgetasteten Analogsignalquellen (V ) verbunden ist, daß jeder zweite Quellbereich mit einer ersten Vergleichspoten— tialquelle (V„) verbunden ist, daß Steuereinrichtungen vorhanden sind, die anfänglich eine zweite Vergleichspoten— tialquelle (Vp1) mit den gemeinsamen Speicherelektroden verbinden, und die die Torsteuerspannung (5L) an jede der zweiten Steuerelektroden anlegen, um das Oberflächenpotential auf dem Substrat unterhalb der'Speicherelektroden auf das erste Vergleichspotential zu legen, daß die Steuereinrichtung danach die zweite Vergleichspotentialquelle abtrennt und die Torsteuer spannungen (0^ ~ 0>i) vtm ausgewählten zweiten Steuerelektroden an ihre benachbarten erste Steuerelektroden schaltet, um das Oberflächenpotential des Substrates unterhalb der Speicherelektroden auf das abgetastete Analogsignalpotential hin so zu ändern, daß eine Ausgangs— signalspannung an der gemeinsamen Speicherelektrode abgeleitet wird, die eine Funktion der abgetasteten Analogsignalpotentiale, und der entweder an den ersten oder an den zweiten Steuerelektroden angelegten Torsteuerspannungen ist.
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DE19772702531 1976-01-22 1977-01-21 Analoge signalverarbeitungsvorrichtung Pending DE2702531A1 (de)

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SE7700546L (sv) 1977-07-23
GB1522276A (en) 1978-08-23
CA1056951A (en) 1979-06-19
US4031490A (en) 1977-06-21
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