DE2706790A1 - METHOD OF ENTRYING AN ELECTRICAL SIGNAL INTO A LOAD SHIFT REGISTER AND ARRANGEMENT EQUIPPED WITH A REGISTER CONTROLLED IN THIS WAY - Google Patents
METHOD OF ENTRYING AN ELECTRICAL SIGNAL INTO A LOAD SHIFT REGISTER AND ARRANGEMENT EQUIPPED WITH A REGISTER CONTROLLED IN THIS WAYInfo
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Description
THOMSON - CSFTHOMSON - CSF
173, Bd. Haussmann173, vol. Haussmann
75008 PARIS / Frankreich75008 PARIS / France
Unser Zeichen: T 2149Our reference: T 2149
Verfahren zum Eingeben eines elektrischen Signals in ein Ladungsverschieberegister und mit einem so gesteuerten Register ausgestattete AnordnungA method for inputting an electrical signal into a charge shift register and having a so controlled register equipped arrangement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eingeben eines elektrischen Signals in ein Ladungsverschieberegister, mittels welchem eine lineare Eingabe erzielbar ist, ohne deswegen das betreffende Register zu komplizieren, wobei die Qualität der Linearität insbesondere die Verarbeitung von analogen SignalenThe invention relates to a method for inputting an electrical signal into a charge shift register, by means of which a linear input can be achieved without the relevant register to complicate, with the quality of linearity in particular the processing of analog signals
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gestattet. Die Erfindung betrifft außerdem ein Ladungsverschieberegister, in das ein elektrisches Signal gernäß diesen Verfahren eingegeben wird, und jede Anordnung, in v/elcher ein so gesteuertes Ladiingsverschieberngister benutzt wird.allowed. The invention also relates to a charge shift register into which an electrical Signal according to this method is input, and any arrangement in which a load shift register controlled in this way is used.
Die Ladungsvnrschiebeanordnungen, auf die sich die Erfindung bezieht, sind ladungsgekeppelte Anordnungen (engl.: "charge coupled devices" oder "CCD"). Diese Anordnungen sind bekannt. Sie sind beispielsweise in einem Aufsatz von M. F. Tompsett "Charge transfer devices", beschrieben, der in der Zeitschrift "Journal auf Vacuum and Science Technology" vom Juli/August 1972, Band 9, Nr. 4, S. 1166 bis 1181, veröffentlicht worden ist.The cargo slide assemblies on which the Invention relates are charge-pinned assemblies (English: "charge coupled devices" or "CCD"). These arrangements are known. They are, for example, in an article by M. F. Tompsett "Charge transfer devices ", described in the journal" Journal on Vacuum and Science Technology " from July / August 1972, Volume 9, No. 4, pp. 1166 to 1181, has been published.
Alle Ladungsverschiebeanordnungen nach der Erfindung sind ladungsgekoppelte Anordnungen, und zwar ungeachtet der Anzahl ihrer Phasen (insbesondere sind es zwei oder drei Phasen) und ungeachtet der Technik, welche das Erzielen einer Asymmetrie gestattet, die eine einzige Verschiebungsrichtung längs des Registers verlangt: mehr als zwei Phasen, zwei Phasen, von denen jede Elektrodenpaare adressiert, die auf unterschiedlich dicken Oxidschichten ruhen, Ionenimplantationen, usv/. ; alle diese Techniken sind beispielsweise in dem vorgenannten Aufsatz beschrieben.All charge transfer devices of the invention are charge coupled devices regardless the number of their phases (in particular there are two or three phases) and regardless of the technology, which allows an asymmetry to be achieved which has a single direction of displacement along the register requires: more than two phases, two phases, each of which addresses pairs of electrodes that point to different thick oxide layers, ion implantations, etc /. ; all of these techniques are for example in that described above article.
Es ist bekannt, in diese Anordnungen die InformationenIt is known in these arrangements the information
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die sie speichern sollen, entweder durch eine optische Paralleleingabe an allen Zellen der Anordnung einzugeben, die dann als Bildabtaster dienen, oder durch eine elektrische Eingabe an einem Ende der Anordnung, die dann als Ladungsverschieberegister bezeichnet wird. Die elektrischen Informationen werden seriell einem Ende des Registers zugeführt und längs dieses Registers verschoben, in welchem sie gespeichert werden. Diese Informationen können digitale oder analoge Informationen sein.which they are to store, either by optical parallel input on all cells of the arrangement which then serve as an image scanner, or by an electrical input at one end of the Arrangement, which is then referred to as a charge shift register. The electrical information will be serially fed to one end of the register and shifted along this register in which they get saved. This information can be digital or analog information.
Ein großes Problem, das sich durch die bekannten Verfahren ergibt und das die Erfindung löst, besteht in der linearen Eingabe von elektrischen Informationen in das Register. Es handelt sich dabei um ein Problem, das um so größer ist, wenn es sich um analoge Informationen handelt.There is a major problem which arises from the known methods and which the invention solves in the linear entry of electrical information into the register. It is a problem which is all the greater when it comes to analog information.
Ein herkömmliches Verfahren zum Eingeben von Informationen in den Eingang eines Ladungsverschieberegisters besteht darin, diesen Eingang mit einer Diode zu versehen, die zum Eingeben der Minoritätsträger in das . Register dient, wobei die Menge an eingegebenen Minoritätsträgern durch eine Eingangssteuerelektrode beeinflußt wird, die zwischen der Diode und der ersten Zelle des Registers angeordnet ist. Die Steuerelektrode, an die ein elektrisches Signal angelegt wird, dessen Amplitude zu der einzugebenden Information proportional ist, moduliert im Takt der Änderung dieserA conventional method of entering information into the input of a charge shift register is to provide this input with a diode that is used to input the minority carriers into the. Register is used, whereby the amount of inputted minority carriers is influenced by an input control electrode which is arranged between the diode and the first cell of the register. The control electrode, to which an electrical signal is applied, the amplitude of which is proportional to the information to be entered is modulated in time with the change of this
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Information den Strom von in das Register eingegebenen Minoritätsträgem.- Dieses Verfahren ist; zwar einfach durchführbar, es hat aber einen großen Nachteil. Die Umwandlung des an die Steuerelektrode angelegten Eingangssignals in einen die Information kennzeichnenden Strom von Minoritätsträgern ist nämlich nicht linear, sie ist quadratisch, wie in der folgenden Beschreibung ausführlicher dargelegt werden wird. Es ist somit nicht möglich, bei Anwendung dieses Verfahrens die maximale Dynamik des Registers zu erreichen, ohne gleichzeitig eine nichtvernachlässigbare Verzerrung hervorzurufen. Eine solche Verzerrung verträgt sich selbstverständlich nicht mit der Verwendung der Register zum Speichern von analogen Informationen.Information the stream of minority carriers entered in the register. This method is; though easy to do, but it has one major drawback. The conversion of the applied to the control electrode Input signal into a stream of minority carriers characterizing the information namely, it is not linear, it is square, as set out in more detail in the following description will be. It is therefore not possible to achieve the maximum dynamics of the Register without causing a non-negligible distortion at the same time. One such distortion is of course incompatible with the use of the registers for storage of analog information.
Es sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um diesen Nachteil zu beseitigen und um eine lineare Eingabe der Informationen in das Register zu ermöglichen. Sie komplizieren aber die Herstellung und den Betrieb der Ladungsverschiebeanordnungen beträchtlich, denn sie verlangen, daß den Anordnungen Elemente hinzugefügt werden, wie beispielsweise eine zusätzliche Eingangssteuerelektrode oder Hilfs-MOS-Transistoren, um den Linearitätsfehler zu korrigiere^Various methods have been proposed to overcome this drawback and to provide a Allow linear entry of information into the register. But they complicate the production and the operation of the charge transfer assemblies is considerable, since they require the assemblies Elements are added, such as an additional input control electrode or auxiliary MOS transistors, to correct the linearity error ^
Das Verfahren nach der Erfindung zum Eingeben eines elektrischen Signals in ein Ladungsverschieberegister, dessen Eingang eine Diode und eine SteuerelektrodeThe method according to the invention for inputting an electrical signal into a charge shift register, whose input is a diode and a control electrode
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für den von dieser Diode gelieferten Strom aufweist, besteht vor allem darin, an die Steuerelektrode ein Steuersignal mit konstanter Amplitude anzulegen, welches das Abgeben eines konstanten Stroms durch die Diode steuert, wobei das Steuersignal ein Tmpulssignal ist, das mit den an die Elektroden des Registers angelegten Verschiebungssteuersignaien in Synchronismus ist, und wobei die Dauer jedes Impulses zu der Amplitude des einzugebenden elektrischen Signals proportional ist.for the current supplied by this diode, consists mainly in connecting to the control electrode To apply control signal with constant amplitude, which the output of a constant current through controls the diode, the control signal being a pulse signal that is transmitted to the electrodes of the Register shift control signals are in synchronism, and the duration of each Pulse to the amplitude of the electrical to be entered Signal is proportional.
Die Ladungsmenge, die auf diese Weire in das Register bei jedem Impuls, d. h. in jedem Zeitpunkt der Abtastiing des einzugebenden Signals eingegeben wird, ist zu der Amplitude dieses Signals proportional, solange man in dem Bereich guter Betriebsbedingungen der Anordnung bleibt. Diese Linearität des Eingehens der Ladungen gestattet, Verzerrungen der analogen Signale zu vermeiden, und zwar innerhalb der maximalen Dynamik der Anordnung. Sie wird erzielt, ohne das Register zu komplizieren, dessen Eingang in bezug auf diejenigen, die den Fehler der Nichtlinearität aufweisen, strukturell unverändert ist. Das Verfahren nach der Erfindung besteht nämlich nicht darin, einen Fehler durch das Hinzufügen von Korrekturhilfsmitteln zu korrigieren, sondern zu verhindern, daß er auftritt, indem immer unter Bedingungen gearbeitet wird, unter denen er nicht auftreten kann.The amount of charge which has been brought into the register at each pulse, d. H. input at each point in time of the sampling of the signal to be input is proportional to the amplitude of this signal as long as one is in the range of good operating conditions the arrangement remains. This linearity of the incoming charges allows distortions of the analog signals within the maximum dynamic range of the arrangement. she will achieved without complicating the register, its input in relation to those who fault the Have non-linearity, is structurally unchanged. Namely, the method according to the invention exists not about correcting a mistake by adding proofing tools, but about prevent it from occurring by always working under conditions under which it will not occur can.
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■5.■ 5.
Wrvi tore Mo rkina I ο , 'Mrtoile und Frrrln i s'X' der Erfindung cvt ebon Ki ch aus der folgendem, nicht n Is Einschränken" 711 ν; r.c;t:< hondo.n !'^πγΊιί·: i !mn;·', von Λιιγ; rührnMr'* hi; i .c ;> i ο J ..τ;'! Ίη-·" Fr Γ irdnri^ unt:rr P.or'.nr-11;! (πιο <Ίΐκ die l)f ; · c fir-1 nn 7eichr.un~"''r:. F ?; ζ e: Ί. p. ρ η :Wrvi tore Mo rkina I ο, 'Mrtoile und Frrrln i s'X' of the invention cvt ebon Ki ch from the following, not n Is restrict "711 ν; r. C ; t: <hondo.n! '^ ΠγΊιί ·: i! mn; · ', from Λιιγ; rührnM r ' * hi; i. c ;> i ο J ..τ; '! Ίη- · "Fr Γ irdnri ^ unt: rr P.or'.nr-11; ! (πιο <Ίΐκ the l) f ; · C fir-1 nn 7eichr.un ~ "'' r :. F?; Ζ e: Ί. P. Ρ η:
Fi;1;. 1 eino pci' η ma ti sehe fchrri t: I..,· ns icht:Fi; 1 ;. 1 eino pci 'η ma ti see fchrri t: I .., ns icht:
oinef; Tc i. Ls eine? l;i':)nr><\r,VP"F,chic>.-berefi rl'.ors, an dnssen elckLrischei'i Eingang diis Verfalircn ncich der Erfindung angewandt wird,oinef; Tc i. Ls one? l; i ':) nr><\ r, VP "F, chic> .- berefi rl'.ors, at which electrical equipment entry this procedure is applied according to the invention,
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des elektriFig. 2 is an equivalent circuit diagram of the electric
schen Eingangs des Registers von Fig.l,input of the register of Fig. 1,
Fig. 3 Kurven, weiche den Verlauf des EinFig. 3 curves, soften the course of the Ein
gangsstroms in Abhangigko.it von angelegten Signalen angeben,output current in dependence on applied Specify signals,
Fig. 4 Kurven, welche die verschiedenenFig. 4 curves showing the various
Steuersignale zeigen (Verschiebungssteuersignale und Eingangssignal), die an einem Register nach der Erfindung anliegen,Show control signals (displacement control signals and input signal), which are connected to a register according to the invention,
Fig. 5 ein Funktionsschaltbild einer Schal5 shows a functional diagram of a scarf
tung, die die Spannungs-Zeitumwandlung ermöglicht, welche für die Register nach der Erfindung erforder-that the stress-time conversion allows, which is required for the register according to the invention
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•40.• 40.
lieh ist:, undborrowed is:, and
Ftf;. 6 Kiη·νου, welche den Verlauf dorFtf ;. 6 Kiη · νου, which the course dor
Signale in el cn verschiedenen Punkten der Schaltung von Fi;/;. anheben.Signals in el cn different Points of the circuit of fi; / ;. raise.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Ladunfsver.sc.ilieberegisters in einer Ausfühningsforn mit zwei Phasen 0, und 0». Die Betriebsv.Teise eines solchen Registers ist bekannt, und zwar sowohl hinsichtlich seiner Verschiebefunktion als auch hinsichtlich seiner Speieherfunktion, und wird deshalb hier nicht beschrieben. Es sei aber angemerkt, daß zwar die Erfindung an Hand eines Zwei-Phasen-Registers beschrieben wird, in weichem die Asymmetrie der Verschiebung durch unterschiedliche Oxiddicken erzielt wird, daß die Erfindung jedoch ebensogut bei den anderen Arten von mit Ladungskopplung arbeitenden Schieberegistern anwendbar ist, zum Beispiel bei anderen Arten von 2-Phasen-Registern oder von 3-Phasen-Registern.Fig. 1 shows schematically a sectional view of a Ladunfsver.sc.ilieberegisters in an embodiment with two phases 0 and 0 ». The Betriebsv. T else of such a register is known, both in terms of its shift function as well as to its Speieherfunktion, and will therefore not be described here. It should be noted, however, that although the invention is described using a two-phase register in which the asymmetry of the shift is achieved by different oxide thicknesses, the invention is equally applicable to the other types of shift registers operating with charge coupling, for example Example with other types of 2-phase registers or 3-phase registers.
Das Halbleitersubstrat 1, das beispielsweise N-leitend ist, ist von einer Oxidschicht 2 bedeckt, auf der Speicherungs- und Verschiebungssteuerelektroden 3, 4 und 5 angeordnet sind. Die Steuerung erfolgt durch die beiden komlementären Phasen 0 . und 0„, die die Elektrodenpaare adressieren, wieThe semiconductor substrate 1, which is, for example, N-conductive, is covered by an oxide layer 2, on which storage and shift control electrodes 3, 4 and 5 are arranged. The control takes place through the two complementary phases 0. and 0 ", which address the electrode pairs, such as
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beispielsweise das Elektrodenpaar 4, 5, von welchem die Elektrode 4 auf einer dünnen Oxidschicht ruht, während die Elektrode 5 auf einer dicken Oxidschicht ruht. Die Verschiebung erfolgt so einseitig in der Richtung des Pfeils F.For example the pair of electrodes 4, 5, of which the electrode 4 rests on a thin oxide layer, while the electrode 5 rests on a thick oxide layer. The shift takes place unilaterally in the Direction of arrow F.
Da das Substrat 1 hier ein N-leitendes Substrat ist, sind die gespeicherten und verschobenen ladungen Q positive ladungen, d.h. tlinorj tätsträger bei diesem Typ von Substrat.Since the substrate 1 is an N-conductive substrate here, are the stored and shifted charges Q positive charges, i.e. the carrier of the linearity of this Type of substrate.
Die Anordnung zum Eingeben dieser Ladungen in das Register enthält in an sich bekannter Weise eine Eingangsdiode D , die aus einer P -leitenden Zone 6 besteht, die in das N-leitendc Substrat diffundiert ist und positive Ladungen zu der ersten Elektrode 3 schickt. Eine Steuerelektrode oder Eingangsstenerelek trode G empfängt eine Steuerspannung, durch die die Stärke des Stroms von unter die Elektrode 3 geleiteten Ladungen O eingestellt wird. Die so eingegebenen Ladungen O werden in den Inversionsschichten gespeichert, die die Potentiale (die hier gegenüber Masse negativ sind), welche durch die Phasen 0, und 0- an die Elektroden angelegt werden, an den Halbleiter-Oxid-Grenzflächen erzeugen, die unter diesen Elektroden liegen. Diese Inversionsschichten werden in herkömmlicher Weise erzeugt, indem eine Verarmung an Majoritätsträgern in Raumladunqszonen hervorgerufen wird, deren Grenze durch die gestrichelte Linie 8The arrangement for entering these charges into the register contains a in a manner known per se Input diode D, which consists of a P -conductive zone 6, which diffuses into the N -conductive substrate and sends positive charges to the first electrode 3. A control electrode or input steerelek trode G receives a control voltage through which the strength of the current passed under the electrode 3 Charges O is set. The so entered Charges O are stored in the inversion layers, which correspond to the potentials (here compared to ground are negative), which are indicated by phases 0, and 0- the electrodes are applied at the semiconductor-oxide interfaces that lie under these electrodes. These inversion layers are conventional Wise generated by causing an impoverishment of majority carriers in space charge zones whose limit is indicated by the dashed line 8
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dargestellt ist. Die Ladungen Q, die unter die erste Elektrode 3 geleitet werden, wenn das an die Phase 0. angelegte Potential dort eine Potentialtnulde in bezug auf die benachbarten Zonen erzeugt, werden dann entlang der Zellen des Registers mit der Taktfrequenz der Potentiale der Phasen 0- und 0_ verschoben.is shown. The charges Q conducted under the first electrode 3 when that is on the phase 0. applied potential creates a potential well there in relation to the neighboring zones, are then along the cells of the register with the clock frequency of the potentials of the phases 0- and 0_ shifted.
Wie bereits erwähnt, ist. die hier beschriebene Eingangsstruktur, die aus der Diode D und der Eingangssteuerelektrode G besteht, gleichzeitig die des Standes der Technik und die zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung benutzte Struktur.As mentioned earlier, is. the input structure described here, consisting of the diode D and the input control electrode G exists, at the same time that of the state of the art and that for carrying out the process structure used according to the invention.
Fig.2 zeigt, wie diese Eingangsstruktur als das Äquivalent eines MOS-Transistors betrachtet werden kann, dessen Sourceelektrode die Diode D , dessen Gateelektrode die Eingangssteuerelektrode G und dessen Drainelektrode die Halbleiter - Oxid-Grenzfläche I unter der ersten Elektrode 3 des Registers ist.Fig.2 shows how this input structure as the equivalent of a MOS transistor, the source electrode of which is the diode D, the gate electrode of which the input control electrode G and its drain electrode the semiconductor - oxide interface I below of the first electrode 3 of the register.
Das Potential der Sourceelektrode ist somit die Masse, mit der die Diode D- verbunden ist; das Potential der Gateelektrode ist V„ , d.h. das an die Steuerelektrode G ant>e eThe potential of the source electrode is thus the ground to which the diode D- is connected; the potential of the gate electrode is V ", i.e. that to the control electrode G ant> e e
gelegte Potential; das Potential der Drainelektrode ist das Potential Ψ der Grenzfläche I unter derlaid potential; the potential of the drain electrode is the potential Ψ of the interface I below the
Elektrode 3 des Registers. Dieses Grenzflächenpotential Ψ , das die Tiefe der Potentialmulden kennzeichnet, hängt von dem Potential f., das über die PhaseElectrode 3 of the register. This interface potential Ψ, which characterizes the depth of the potential wells, depends on the potential f., Which over the phase
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an der Elektrode 3 anliegt, und von der Ladungsmenge Q ab, welche in der Inversionsschicht angehäuft ist, die der Elektrode 3 entspricht. Es kann somit Ψ (^i» Q) geschrieben v/erden.applied to the electrode 3, and on the amount of charge Q accumulated in the inversion layer which corresponds to the electrode 3. It can thus be written Ψ (^ i »Q).
In herkömmlicher Weise und wie durch die Kurven von Fig. 3 gezeigt, nimmt in einem MOS-Transistor der Strom Ic zwischen der Sourceelefctrode und der Drain-In a conventional manner and as shown by the curves of Fig. 3, in a MOS transistor, the current I c between the source electrode and the drain
DUYOU
elektrode für eine konstante Gateppannung V mit dem Wert der Potentialdifferenz zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode, hier Vn - V- Ielectrode for a constant gate voltage V with the value of the potential difference between the drain electrode and the source electrode, here V n - V- I
' I Drain Source |'I Drain Source |
= |ψ L da V0 =0 und V_ . =ψ gilt, bis zur I sr Source Dram s 6 = | ψ L since V 0 = 0 and V_. = ψ applies until I sr Source Dram s 6
Sättigung des Transistors zu. Wenn der Transistor in Sättigung ist, bleibt der Source-Drain-Strom I konstant, und zwar unabhängig von dem Wert von Ψ5· DieseSaturation of the transistor too. When the transistor is in saturation, the source-drain current I remains constant, regardless of the value of Ψ 5 · this
Sättigung wird erreicht, sobald I V1^ - V_ I= 05 ' Drain SourceSaturation is reached as soon as IV 1 ^ - V_ I = 05 'Drain Source
fill
ψ J gleich V - V„,|wird, und bleibt erhalten, solange
Ιψ 1^1 V - V I bleibt, wobei V die Schwellenwert
spannung unter der Eingangssteuerelektrode G ist, d.h. der Wert, ab welchem die Halbleiter-Oxid-Grenzfläche
unter dieser Steuerelektrode in Inversion ist. fill
ψ J is equal to V - V ", | and is retained as long as Ιψ 1 ^ 1 V - VI remains, where V is the threshold voltage under the input control electrode G, ie the value from which the semiconductor-oxide interface below this Control electrode is in inversion.
Unter dieser Sättigungsbedingung ist der Strom Icn durch folgende Gleichung gegeben:Under this saturation condition, the current I cn is given by the following equation:
1SD - n (VGe - V2 und hängt nicht von ψ ab. Er ändert sich quadratisch 1 SD - n (V Ge - V 2 and does not depend on ψ. It changes quadratically
* S* S
mit V , was beweist, daß in den bekannten Systemenwith V, which proves that in the known systems
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die Menge an Ladungen Q, die in das Register eingegeben wird, nicht zu dem elektrischen Signal proportional ist, welches V moduliert. Diese Ladungsmenge ist nämlich proportional zu dem Strom I_n und somit proportional zu dem Quadrat von V .the amount of charges Q entered into the register is not proportional to the electrical signal which V modulates. This amount of charge is in fact proportional to the current I_ n and thus proportional to the square of V.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, die Ladungen Q unter die erste Elektrode 3 des Registers zu leiten, indem an die Eingangssteuerelektrode G eine konstante Spannung V angelegt wird, die durchThe method according to the invention consists in placing the charges Q under the first electrode 3 of the register to conduct by applying a constant voltage V to the input control electrode G, which is carried out by
Go
sondern zeitlich moduliert wird.Go
but is modulated over time.
das Eingangssignal ν nicht mehr in der Amplitude,the input signal ν no longer has an amplitude,
Bleibt man immer im Sättigungsbereich, d.h. auf dem horizontalen Teil der Kurven von Fig. 3, so gilt nämlich für die Menge an während einer Zeit t einge-If one always stays in the saturation range, i.e. on the horizontal part of the curves of Fig. 3, then the following applies namely for the amount of
2 gebenen Ladungen: Q = Ic_ · t = ß (V0 - V_J .t.2 given charges: Q = I c _ · t = ß (V 0 - V_J .t.
OUOU CjO 1CjO 1
Diese Ladungsmenge ist proportional zu der Zeit t, während der die Spannung V_ an der SteuerelektrodeThis amount of charge is proportional to the time t during which the voltage V_ is applied to the control electrode
O οO ο
G anliegt. Da diese Zeit t gemäß dem Verfahren nach der Erfindung proportional zu der Amplitude des Eingangssignals ist, ist die eingegebene Ladung ihrerseits proportional zu diesem Signal und es erfolgt keine Verzerrung, was besonders vorteilhaft ist, wenn es sich um analoge Signale handelt.G is applied. Since this time t according to the method according to the invention is proportional to the amplitude of the input signal is, the input charge is in turn proportional to this signal and it takes place no distortion, which is particularly beneficial when dealing with analog signals.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht somit darin, eine Spannungs-Zeit-Umwandlung des Eingangssignals ν vorzunehmen, welche zu synchronen Abtastproben der Phase 0.. , zu der die erste Elektrode 3 des RegistersThe method according to the invention thus consists in a voltage-time conversion of the input signal ν make which to synchronous samples of phase 0 .., to which the first electrode 3 of the register
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gehört, führt, mit konstanter Amplitude V-, und mit veränderlicher Dauer t, wobei die Dauer t zu der Amplitude des abgetasteten Signals ν proportional ist.heard, leads, with constant amplitude V-, and with variable duration t, the duration t being proportional to the amplitude of the sampled signal ν is.
Die Spannung V wird beispielsweise die Spannung «oThe voltage V is, for example, the voltage «o
V_ ~ von Fip. 3 sein. Während der Dauer jeder Ab-Ge3 b J V_ ~ by Fip. 3 be. During each Ab-Ge3 b J
tastprobe erfolgt auf dem horizontalen Teil dieser Kurve eine Verschiebung von A nach B.sample, there is a shift from A to B on the horizontal part of this curve.
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Kurven der verschiedenen Potentiale in Abhängigkeit von der Zeit.Fig. 4 shows the course of the curves of the various potentials as a function of time.
Die ersten beiden Kurven zeigen die Potentialänderungen *f. und f_ der beiden komplementären Phasen 0- und 0_ an. Diese beiden Phasen sind synchron und komplementär; das Potential der einen ist Null/ während das der anderen negativ ist, und umgekehrt. Das negative Potential entspricht den tiefsten Potentialmulden, in welche die Verschiebungen erfolgen. The first two curves show the potential changes * f. and f_ of the two complementary phases 0- and 0_ on. These two phases are synchronous and complementary; the potential of one is zero / while that of the other is negative, and vice versa. The negative potential corresponds to the lowest potential wells into which the shifts take place.
Die Kurve (c) zeigt den Verlauf der an die Eingangssteuerelektrode G angelegten Spannung V . Sie ist entweder Null und dann durchquert keine Ladung den MOS-Transistor, den sie steuert, oder negativ und gleich dem konstanten Wert V« , der den Durchgang des Stroms I„D steuert. Die Abtastproben sind mit der Spannung H*, synchron, Kurve (a), so daß dieThe curve (c) shows the profile of the voltage V applied to the input control electrode G. It is either zero and then no charge passes through the MOS transistor it controls, or negative and equal to the constant value V «, which controls the passage of the current I« D. The samples are with the voltage H *, synchronous, curve (a), so that the
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Ladungen, die die Eingangsstetierelektrode durchläßt, von den Potentialmulden, die die Phase 0. unter der Elektrode 3 erzeugt, "angenommen" werden. Ihre Dauer t,, t_ und t, ist hier proportional zu der Amplitude V1, v_ und v_ des Eingangssignals ν , das symbolisch als Kurve (d) dargestellt ist.Charges which the input steady electrode lets through are "accepted" by the potential wells which the phase 0 generates under the electrode 3. Their duration t 1 , t_ and t, is here proportional to the amplitude V 1, v_ and v_ of the input signal ν, which is represented symbolically as curve (d).
Die Umwandlung der Spannung ν in die Zeit t erfolgt in herkömmlichen Schaltungen, die in Fig. 1 durch den Block 7 symbolisch dargestellt sind und von denen weiter unten ein Beispiel angegeben ist.The conversion of the voltage ν into the time t takes place in conventional circuits, which are shown in FIG the block 7 are shown symbolically and of which an example is given below.
Es ist klar, daß dank dieses Verfahrens und solange man den Punkt B nicht überschreitet,die Menge Q an Ladungen, die bei jeder Periode der Phase 0.. unter die Elektrode 3 geleitet werden, und somit bei jeder Periode des Taktgebers, der sowohl die Phasen als auch die Schaltungen 7 synchronisiert, zu ν proportional sein wird, da Q = I .t gilt und da IIt is clear that, thanks to this procedure, and as long as one does not go beyond point B, the quantity Q increases Charges which are conducted under the electrode 3 at each period of phase 0 .., and thus at each Period of the clock that synchronizes both the phases and the circuits 7, proportional to ν will be, since Q = I .t and since I
Ol)O ο L)OOl) O ο L) O
konstant ist.is constant.
Um in diesem Linearitätsbereich zu bleiben, in welchem der Stron I konstant ist, genügt es, die Am-In order to remain in this linearity range, in which the current I is constant, it is sufficient to
o L)o L)
plitude V in Abhängigkeit von der Amplitude des Eingangssignals ν derart zu wählen, daß für seine maximale Augenblicksamplitude gilt:plitude V to choose as a function of the amplitude of the input signal ν such that for his maximum instantaneous amplitude applies:
V - V Go TV - V Go T
Es sei außerdem angemerkt, daß das Eingeben derIt should also be noted that entering the
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- VC- - VC-
Ladungen um so schneller erfolgt, je stärker der Strom I„n ist und somit vje größer die SpannungCharging takes place all the faster, the stronger the current I n and thus v the higher the voltage
Vn gewählt wird. Ihre Amplitude wird somit in Go V n is chosen. Your amplitude is thus in Go
Abhängigkeit von der Periode T des Taktgebers derart gewählt, daß die einzugebende maximale Ladung während der Takthalbperiode T/2 maximal sein kann.Dependence on the period T of the clock chosen such that the maximum charge to be entered is maximum during the clock half cycle T / 2 can be.
Damit das Verfahren nach der Erfindung zweckmäßig durchgeführt wird, ist es erforderlich, daß der MOS-Eingangstransistor, der in Sättigung arbeitet, ein echter Stromgenerator mit unendlich großem Innenwiderstand ist. Bekanntlich genügt es zu diesem Zweck, wenn die Drainelekfcrode (hier die Grenzfläche I) ausreichend weit von der Sourceelektrode (Diode D ) entfernt ist, um einen Rückwirkungseinfluß der einen auf die andere zu vermeiden, der die Ausgangsimpedanz verringern würde. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, eine ausreichend große Länge der Eingangssteuerelektrode G zu haben.In order for the method according to the invention to be carried out properly, it is necessary that the MOS input transistor that works in saturation, a real current generator with infinitely large Internal resistance is. As is well known, it is sufficient for this purpose if the drain electrode (here the interface I) is sufficiently far away from the source electrode (diode D) in order to have a retroactive effect avoiding one to the other, which would reduce the output impedance. To this Purpose it is advantageous to have a sufficiently large length of the input control electrode G.
Dieser Rückwirkungseffekt wird außerdem eliminiert, wenn ein stark dotiertes Substrat (beispielsweise 10 /cm ) benutzt wird. Im allgemeinen werden die Ladungsverschiebeanordnungen auf Substraten mit schwacher Dotierung (5.10 /cm ) hergestellt. Unter diesen Bedingungen kann es sich empfehlen, unter der Eingangssteuerelektrode diskret eine ÜberdotierungThis retroactive effect is also eliminated, when a heavily doped substrate (e.g. 10 / cm) is used. In general, the Charge shifting arrangements made on substrates with weak doping (5.10 / cm). Under Under these conditions, it may be advisable to discretely overdop under the input control electrode
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zu implantieren. -to implant. -
Die Linearität der Eingangsstufe eines Registers, bei welcher das Verfahren nach der Erfindung angewandt wird, wird nur noch durch die der Schaltungen begrenzt, die die Spannungs-Zeit-Umwandlung vornehmen. Da ihre Linearität sehr gut sein kann, ist der durch die Erfindung erreichte Vorteil sehr deutlich.The linearity of the input stage of a register to which the method according to the invention is applied is only limited by the circuits that perform the voltage-time conversion. Since their linearity can be very good, the advantage achieved by the invention is very clear.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Schaltung, mittels welcher ein analoges Eingangssignal ν in Abtastproben umgewandelt werden kann, die mit dem Phasentaktgeber 50 synchron sind und deren Dauer zu der Amplitude des Signals ν proportional ist. Es handelt sich einzig und allein um ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung 7 für die Spannungs-Zeit-Umwandlung von Fig. 1. Andere herkömmliche Schaltungen können im Rahmen der Erfindung benutzt werden.Fig. 5 shows an example of a circuit by means of which an analog input signal ν in samples can be converted that are synchronous with the phase clock 50 and their duration to the Amplitude of the signal ν is proportional. It is solely an exemplary embodiment the circuit arrangement 7 for the voltage-time conversion of FIG. 1. Other conventional circuits can be used in the context of the invention.
Fig. 6 zeigt die Form der Signale in den verschiedenen Punkten der Schaltung von Fig. 5.FIG. 6 shows the form of the signals at the various points in the circuit of FIG. 5.
Der Taktgeber 50 liefert das Signal a mit der Periode T. Dieses Signal wird während der Abtastdauer, d.h. während T/2 (vgl. Fig.4) in einer Kapazität 51 integriert, die sich dank eines Stromgenerators 52 mit einem konstanten Strom auflädt. Während der nächsten Halbperiode T/2 (d.h. während der Verschiebungszeit der Phase 0^) entlädt sich diese Kapazität dank einer Nullrückstellschaltung 53. In dem Punkt b ergibt sich das Sägezahnsignal b von Fig. 6. Dieses Signal b wirdThe clock 50 supplies the signal a with the period T. This signal is integrated in a capacitor 51 during the sampling period, ie during T / 2 (see FIG. 4), which is charged with a constant current thanks to a current generator 52. During the next half-cycle T / 2 (ie during the shifting time of phase 0 ^) this capacitance is discharged thanks to a zero reset circuit 53. At point b, the sawtooth signal b of FIG. 6 results. This signal b becomes
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in einer Addierschaltung 54 mit dem analogen Eingangssignal ν addiert, .um das Signal d zu erhalten. Das Signal d wird dann in eine 2-Werte-Amplitudenbegrenzungsschaltung 55 eingegeben, die das Signal e liefert. Das Signal e besteht aus einer Folge von trapezförmigen Impulsen, deren Basisbreite zu der Amplitude des analogen Eingangssignals ν proportional ist. Eine Formgebungsschaltung 56 liefert ein Signal f, dessen Rechteckimpulse dieselbe Breite wie die Basis der Impulse des Signals e haben. Zwischen dieser Breite und der Amplitude des Eingangssignalsadded in an adding circuit 54 with the analog input signal ν, in order to obtain the signal d. The signal d is then fed into a 2-value amplitude limiting circuit 55 entered, which supplies the signal e. The signal e consists of a sequence of trapezoidal pulses whose base width is proportional to the amplitude of the analog input signal ν is. A shaping circuit 56 supplies a signal f, the square pulses of which have the same width as the Have the basis of the pulses of the signal e. Between this width and the amplitude of the input signal
ν besteht Proportionalität.
eν there is proportionality.
e
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Claims (6)
in das Register einzugebende Eingangssignal ν an einer Spannungs-Zeit-Umwandlungsschaltung anliegt, die das Steuersignal (V ) der Eingangssteuerelektrode liefert, wobei die Schaltung durch den Taktgeber gesteuert wird, der das Abgeben der Verschiebungssteuersignale steuert.6. Arrangement with a charge shift register according to claim 5, characterized in that the
input signal ν to be entered into the register is applied to a voltage-time conversion circuit which supplies the control signal (V) of the input control electrode, the circuit being controlled by the clock generator which controls the output of the displacement control signals.
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FR7604344A FR2341913A1 (en) | 1976-02-17 | 1976-02-17 | METHOD OF INTRODUCING AN ELECTRIC SIGNAL INTO A CHARGE TRANSFER REGISTER, AND DEVICE USING A REGISTER THUS CONTROLLED |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |