DE2753358B2

DE2753358B2 - Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE2753358B2
Application number: DE2753358A
Authority: DE
Inventors: Carlo Heinrich Berkeley Calif. Sequin (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1980-07-03
Also published as: BE861441A; GB1589320A; US4075514A; SE415066B; CA1111560A; JPS5370772A; IT1088583B; CH623960A5; ES464794A1; DK146020B; DK146020C; NL7713143A; DE2753358C3; IL53497A0; DE2753358A1; HK25184A; FR2373190B1; IL53497A; SE7713770L; JPS5636583B2

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Ausgangsschaltung für ein als Transversalfilter arbeitendes Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelement mit die eine erste und eine zweite Gruppe von Elektrodensegmenten bilden, von denen die der ersten Gruppe je mit einem ersten Bauelement ausgangsanschluß und die der zweiten Gruppe je mit einem zweiten Bauelementausgangsanschluß verbunden sind, bei der der erste und der zweite Bauelementausgangsanschluß mit einem ersten bzw. zweiten Eingangsanschluß eines ersten Differenzverstärkers verbunden sind.

Es gibt allgemein zwei Grundarten von Ladungsübertragungs-Halbleiterbaueiementen: ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente (CCD: charged coupled devices) und Eimerketten-Halbleiterbauelemente (BBD: bucket

brigade devices). Beide Arten können zur Übertragung von Ladungspaketen verwendet und in Form eines Transversalfilters aufgebaut werden, d fr, in Form einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungsanordnung mit geeignet gewichteten Ausgängen. Ein solcher

ίο Filter enthält viele Stufen, typischerweise im Bereich von 10 oder mehr. Jede Stufe besitzt eine hier Spaltelektrode genannte aufgetrennte Elektrode mit zwei Elektrodensegmenten zum Abfühlen des Ladungspaketes in dieser Stufe. Typischerweise sind die Längen

r> (h und h) der beiden Segmente einer solchen Spaltelektrode in einer gegebenen Stufe gekennzeichnet durch ein Verhältnis r=/|/fe, und zwar in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Parameter für diese Stufe, der als »Abgriffsgewicht« bekannt ist;

4» dagegen ist die Summe der Längen j7i + h) der beiden Segmente einer Spaltelektrode für alle solche Spaltelektroden gleich und entspricht der Breite des Ladungs-Ubertragungskanals. Das effektive Abgriffsgewicht r, dieser Stufe ist dann gegeben durch:

Ein Elektrodenscgment (l\) einer jeden Spaltelektrode ist ohmisch mit einem ersten gemeinsamen Ausgangsanschluß des Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelements verbunden, und das andere Elektrodensegment (h) einer jeden Spaltelektrode ist ohmisch an einen zweiten gemeinsamen Ausgangsanschluß des Ladungsübertragungs- Halbleiterbauelements angeschlossen. Zur einfacheren Beschreibung werden alle Elektrodensegmente, die mit dem ersten gemeinsamen Ausgangsanschluß verbunden sind, als eine »erste Gruppe« von Führereiektroden bildend bezeichnet und alle Elektrodensegmente, die mit dem zweiten gemeinsamen Ausgangsanschluß verbunden sind, werden als eine »zweite Gruppe« von Fühlerelektroden bildend bezeichne!,

Wahrend des Betriebs eines solchen l.adungsiiberlra gungs-H:ilblei(eibauclements des .Sp^ltclcktrodcntyps existiert eine Folge periodischer Zeitintervalle, während welcher jedes dieser Spaltelcktrodcnscgmcnle empfindlich ist gegenüber dem entsprechenden darunterliegenden Ladungspaket im Halbleiterkörper, utv.l /war aufgrund induzierter elektrischer Spicgclladungcn. so

daß en den Ausgangsanschlflssen von erster und zweiter Fühlerelektrcdengruppe periodisch Signale (S\ bzw. &) entstehen. Jedes dieser Signale ist proportional zur Summe der verschiedenen Ladungspakete, die unter allen verschiedenen Fühlerelektroden dieser Gruppe liegen, wobei jedes dieser Pakete durch das entsprechende Abgriffsgewicht multipliziert ist. Das gewünschte Ausgangssignal des Bauelements ist dann die Folge momentaner Differenzen zwischen den Signalen, die periodisch wäh. end der genannten Zeitintervalle an den beiden Ausgangsanschlüssen entwickelt werden; &h, das gewünschte Ausgangssignal (S\ -S₂) für ein gegebenes Zeitintervall ist proportional zu

im Gemeinschaftssignal (S\+St) auf den
Fühlerelektrodengnippen:

ΣΟ,-Ü + n)/2 +

beiden

Dabei ist r,- das effektive Abgriffsgewicht der Spaltelektrode der /-ten Stufe, und Q,- ist das Ladungspaket in der /-ten Stufe während des gegebenen Zeitintervalls.

Damit ein Transversalfilter richtig arbeitet, ist es wichtig, daß eine irr wesentlichen lineare Jeziehung zwischen dem Eingangssignal und dem entsprechenden Ausgangssignal besteht. Bei einem als Transversalfilter arbeitenden Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelement ist es somit wichtig, eine lineare Beziehung nicht nur zwischen Ladungspaket und entsprechendem Eingangssignal sondern auch zwischen Ladungspaket und entsprechendem Ausgangssignal zu haben. Die Spannung an einer Fühlerelektrode an eines solchen Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelements hat jedoch einen wichtigen Einfluß auf die Breite der Verarmungsschicht in dem unter der Elektrode liegenden Halbleiterkörper; folglich hat die Spannung an einer Fühlerelektrode einen wichtigen Einfluß auf die Spiegelladung, die in der Fühlerelektrode durch ein darunter im Halbleiterkörper liegendes Ladungspaket induziert wird, und zwar aufgrund der Neigung eines jeden Ladungspaketes, einen Teil seiner Ladung über die Verarmungsschicht in den Halbleiterkörper (anstatt in die Fühlerelektrode) abzubilden, und zwar in Abhängigkeit von der örtlichen Verarmungsschichtbreite (und folglich von der Verarmungsschichtkapazität). Da die Spannung an einer gegebenen Fühlerelektrode in einer Fühlerelektrodengruppe von der Ladung abhängt, oie durch die verschiedenen Ladungspakete, die unter allen anderen Elektroden dieser Gruppe liegen, induziert wird, beeinflussen die unter allen diesen anderen Fühlerelektroden liegenden Ladungspakete i'nerwünschterweise die Spiegelladung, die durch irgendein unter der gegebenen Fühlerelektrode liegendes Ladungspaket induziert ist. Somit ist die Beziehung zwischen dem Ladungspaket in einer gegebenen Stufe auf die in der darüoerliegenden Fühlerelektrode induzierte Spiegelladung gegenüber dem Idealwert verzerrt, d. h., das Ausgangssignal ist nicht der gewünschte Wert, da das Ausgangssignal nicht proportional zur Darstellung der Gleichung (I) ist. Diese unerwünschte Erscheinung wird »Übersprechen < genannt und verursacht rine Verzerrung des Ausgangssignals.

Ein Maß fur die durch die Auswirkungen des »Ubcrsprechens« vcnirsiii.hu (icsanitvcr/errung im Ausgangssignal zu einem gegebenen /citpunkt isl die Gesamtsumme «Her Ladungen, die momentan in allen Ladungspaketen in dem Transversalfilter vorhanden sind. Diese Gesamtsuniiie aller Ladungen spiegel! -,ich Dieses Gemeinschaftssignal ist gewöhnlich groß im Vergleich zum gewünschten Differenzsignal, Daher wird das Feststellverfahren schwierig, da das relativ kleine Differenzsignal (Gleichung 1) beim Vorhandensein eines relativ großen Gemeinschaftssignal (Gleichung 2) festgestellt werden muß, R. D. Baertsch et. al, haben in dem Aufsatz »The Design and Operation of Practical Charge-Transfer Transversal Filters«, veröffentlicht in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.

ED-23, Nr. 2,Seiten 133-141, Februar 1976, Ausgangsschaltungen für ein als Transversalfilter arbeitendes ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art beschrieben. Bei allen diesen Schaltungen muß das Differenzsignal jedoch durch einen Verstärker festgestellt werden, der auch das Gemeinschaftssignal verarbeiten muß. Dad .rch werden kostspielige und unbequeme Schaltungselemente und Schaltungsaufbauten notwendig.

Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, die durch

2t das Gemeinschaftssignal verursachte Verzerrung in einem ils Transversalfilter arbeitenden Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art durch eine weniger kostspielige Ausgangsschaltung als beim vorstehend geschilderten Stand der Technik zu

to unterdrücken.

Diese Aufgabe wird bei einer Ausgangsschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens der zweite Bauelementausgangsanschluß mit einem ersten Eingangsanschluß eines zweiten Differenzver-

i"> stärkers verbunden ist, der einen zweiten Eingangsanschluß entgegengesetzter Polarität für den Anschluß an eine Quelle festen Potentials besitzt und einen Ausgangsanschluß aufweist, der über einen ersten und einen zweiten Kondensator mit gleicher Kapazität mit

■to dem ersten bzw. zweiten Bauelementausgangsanschluß verbunden ist.

/.usführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

·'> F i g. 1 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Ausgangsschaltung gemäß einem ersten Ausfuhningsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Ausgangsschaltung gemäß einem anderen Ausführungs-

'<' beispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine teils schemaiisches. teils bildhafte Darstellung eines Ladungsübertragungs-Kalbleiterbuueleinents zusammen mit einer Ausgangsschahung gem^fJ einem weiteren Ausführungsbcispiel der Erfin-

>"> dung,

Fig.4 ein clekt~ischcs Schaltbild eines Verstärkers, der sich bei den in Fig. 2 und J gezeigten Schaltungen verwenden läßt, und

F i g. 5 ein Diagramm, das den Zeitplan verschiedener

wi angelegter Spannungen zeigt, die zum Betreiben der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Schaltungen nützlich sind.

Fig.] zeigt eine Ausgangsschaltung 100 /um Abfühlen der Ausgangssignale eines ladjngsgckoppclten Halbleiterbauelements (CCD) 20 Diese Ausgangs-

^h~< signale ireten in Komi elektrischer Spannungen an Ausgangsanschlüssen 21.1 und 22.1 auf. von denen jeder mit einer anderen Gruppe von f-'ühlcrelekiroden verbunden ist. wobei jedes F^;ühlcrelektr<>(lenpaar die

bekannte CCD-Spallclcktrodenkonfiguration aufweist. Diese Anschlüsse 21.1 und 22.1 sind mit Sammelleitungen 21 bzw. 22 verbunden. Die Differenz der Spiegclladungen auf den Leitungen 21 und 22 zu Zeilen, während welcher die Ladungspakete im CCD 20 unterhalb der CCD-Spaltelektroden (d. h. de,· Fühlelektroden, im Gegensatz zu anderen CCD-Übertragungselektroden) vorhanden sind, ist das gewünschte Ausgangssignal.

Das Gemeinschaftssignal auf den Leitungen 21 und 22 wird mit Hilfe eines Differenzverstärkers 30 unterdrückt, von dessen Eingangsanschlüssen einer (ein positiv summierender Anschluß) mit einer festen Spannungsquelle V, und der andere (ein negativ summierender Anschluß) mit einer Ausgangsleitung 22 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß dieses Verstärkers 30 ist über Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 zu den Ausgangsleitungen 21 bzw. 22 rückverbunden. Um möglichst viel vom Gemeinschaftssignal zu eliminieren, ist es wichtig, daß die Kapazitäten dieser Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 soweit wie möglich gleich sind, z. B. für eine Gemeinschaftssignalunterdrückung von etwa 6OdB innerhalb etwa 0,1% gleich: d. h., obwohl der absolute Wert ihrer Kapazitätswerte nicht kritisch ist, ist es wichtig, daß das. Verhältnis ihrer Kapazitäten innerhalb der Toleranz für einen Gemeinschaftssignalhintergrund im gewünschten Ausgangssignal gleich Eins ist. Zudem sollten diese Kapazitätswerte so gewählt werden, daß das Maximalsignal am Ausgangsanschluß des Verstärkers 30 (das beim Auftreten des Maximalsignals des CCD erzeugt wird) an die Signalverarbeitungskapazität des Verstärkers 30 angepaßt ist.

Andererseits ist zur Feststellung des Differenzsignals ein Differenzverstärker 40 vorgesehen, von dessen Eingangsanschlüssen einer (der positiv summierende Anschluß des Verstärkers 40) mit der Leitung 22 und der andere (ein negativ summierender Anschluß des Verstärkers .40) mit der Leitung 21 verbunden ist. Überdies dient ein Rückkopplungskondensator 41, der den Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 40 mit der Ausgangsleitung 21 verbindet, als integrierender Kondensator für das Differenzsignal, das vom Differenzverstärker 40 festgestellt worden ist; ein Kondensator 42 verbindet die Ausgangsleitung 22 mit einer Festspannungsquelle V₂. Die Kondensatoren 41 und 42 sind so gewählt, daß der Verstärker 40 das größte erwartete Differenzsignal verkraften kann. Somit sind die Kondensatoren 41 und 42 gewöhnlich recht klein im Vergleich zu den Kondensatoren 31 und 32. Ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 40 ist mit einem Verbraucher 70 zum Ermitteln und Benutzen des Ausgangssignals dieses Verstärkers verbunden.

Während des Betriebes der in F i g. 1 gezeigten Schaltung wird das relativ große Gemeinschaftssignal der Fühlerelektroden durch den Verstärker 30, der über die Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 wirksam wird, unterdrückt Dadurch wird der Spannungspegel aller an Leitung 22 angeschlossener Fühlerelektroden auf den festen Wert von V₁ gebrach L Die Spannung auf L eitung 21 dagegen wird auf die Spannung auf Leitung 22 gebracht, und zwar aufgrund der Rückkopplungssignalausgabe des über den Rückkopplungskondensator 41 wirkenden Differenzverstärkers 40. Somit wird die Spannung auf Leitung 21 ebenfalls auf den festen Wert von V₁ gebracht; folglich geschieht der Vorgang des Ermitteins der Ladungspakete im CCD bei einem festgelegten Arbeitspunkt der Ausgangsschaltung. Das

Differenzsignal wird effektiv vom Kondensator 41 integriert und ist zur Ausnutzung am Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 40 verfügbar. Selbstverständlich kann in dem Verbraucher 70 eine Abtast- und -Haltevorrichtung eingefügt werden, die das Ausgangssignal während derjenigen Zeitintervalle abtastet, welche zum Ermitteln von Ladung unter den Fühlerelektroden des CCD geeignet ist, und die diesen Wert des Ausgangssignals hält, bis der nächste Abtastwert gewonnen ist, wodurch ein glatteres Ausgangssignal geliefert wird.

Andererseits sei in Verbindung mit der Schaltung 100 der F i g. 1 bemerkt, daß sich aufgrund thermischen oder anderen Rauschens im CCD über eine Zeitdauer im Größenbereich einer Stunde oder dergleichen beträchtliche, jedoch unbeabsichtigte, falsche Ladungsdifferenzen in den (ichwebenden) CCD-Fühlerelektroden aufbauen können. Um das entsprechende falsche Ausgangssignal zu unterdrücken, sollten geeignete Maßnahmen getroffen werden, wie periodisches Kurzschließen der Ausgangsleitung 21 mit der Ausgangsleitung 22. Solche Maßnahmen werden in der in Fig. 2 gezeigten Ausgangsschaltung 200 automatisch durchgeführt.

Wie F i g. 2 zeigt, enthält die Ausgangsschaltung 200 viele Elemente, die mit solchen, die zuvor bei der Erläuterung der Fig. I beschrieber worden sind, im wesentlichen identisch sind, und demzufolge sind diese Elemente mi.t den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Die Ausgangsschaltung 200 umfaßt einen Differenzverstärker 60 mit drei Eingangsanschlüssen, so daß das Ausgangssignal dieses Verstärkers proportional zu V- 1/2 (V₂₂+ V₂₁) ist, wobei V₂₁ und V₂₂ die Potentiale der Ausgangsleitungen 21 bzw. 22 sind. Folglich wird bei dem Verstärker 60 das Gemeinschaftssignal noch weiter unterdrückt, da die Fühlerelektroden so zurückgestellt werden, daß das arithmetische Mittel ihrer Potentiale auf den festen Wert Vi gebracht wird. Eine typische Schaltung für einen solchen Verstärker ist in Fig.4 gezeigt, die weiter unten in größeren Einzelheiten beschrieben ist. Eine Steuerschaltung 90 liefert Betriebsspannungen (wie Taktimpulse) für das CCD 20, und zwar über elektrische Leitungen 71, und steuert elektrische Schaltelemente (typischerweise IGFET) 34, 35, 76, 77 und 52 über elektrische Leitungen 72, 73 und 74 (die durch gestrichelte Linien dargestellt sind). Die Schalterelemente 34 und 35 werden periodisch während »Rücksetz«-Intervallen geschlossen, um die Streuladungen zu neutralisieren. Kondensatoren 43 und 44 dienen einer korrelieren Doppelabtastun^, die nachstehend vollständiger beschrieben ist, um »Rücksetz«-Rauschen zu unterdrücken, das durch das Schalten der Schalterelemente 34 und 35 verursacht wird, d h„ das bekannte ArTC-Rauschen (k = Boltzmann-Konstante; T = absolute Temperatur; C = Kapazität, hauptsächlich der Spaltelektroden). Die Kondensatoren 43 und 44 sollten genügend groß sein, um die Eingangsspannungen des Differenzverstärkers 40 selbst beim Vorhandensein von Schaltspitzen konstant zu halten, die durch kapazitives Leiten der Schalterelemente 76 und 77 verursacht werden. Typische Werte für die Kondensatoren 43 und 44 liegen im Bereich von 3 Pikofarad, und diese Kondensatoren sind innerhalb weniger Prozent gleich. Als Teil des nachfolgend ausführlicher beschriebenen korrelierten Doppelabtastvorgangs hüllt das Schalterelement 76 die Spannung (sowohl während des Rücksetzvorgangs der Schalterelemente 34 und 35 als auch während einer kurzen

Zeildauer danach) am Knoten 45 auf V₀. Gleichermaßen bildet das Schalterelement 77, wenn es geschlossen ist. eine RiickkopDlungsschleife um den Differenzverstärker 40, und es ermöglicht damit die Einstellung der Spannung am Knoten 46 auf V₀. Das Schalterelement 52 ermöglicht periodisch die Weitergabe des Ausgangssignals an einen Ausgangsverstärker 50, um das gewünschte Ausgangssignal an den Verbraucher 70 zu liefern. Ein Kondensator 51 dient zur Erdung dieses Ausgangssignals in einer herkömmlichen »Abtast- und Halte«- Konfiguration.

Fig.3 zeigt eine Ausgangsschaltung 300 zum Ermitteln der Ausgangssignale eines CCD, das in einigen Einzelheiten gezeigt ist. Aus Gründen der Klarheit sind lediglich die über der isolierenden Schicht liegenden Elektroden zusammen mit schattierten Bereichen gezeigt, die darunterliegende diffundierte Halbleiterzonen andeuten. Bei einem N-Kanal-CCD weisen diese schattierten Zonen N ⁺ -Leitfähigkeit auf, und zwar aufgrund eines Überschusses von Donatorstörstellen im ansonsten P-leitenden Halbleiterkörper, typischerweise eines Überschusses an Phosphorstörstellen in Silicium. Es sei bemerkt, daß das CCD und die Fühlschaltung 300 vorteilhafterweise auf einem einzigen einkristallinen Siliciumsubstrat integriert sind. Viele Elemente der Fig. 2 und 3 sind im wesentlichen identisch und deshalb sind diese Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Genauer ausgedrückt umfaßt das CCD der Fig.3 mehrere Elektroden: eine Eingangsgateelektrode 302; eine gespaltene Abschirmgateelektrode mit einem Paar Segmente, die durch einen leitenden Draht oder eine Elektrode 303.1 miteinander verbunden sind; Abschirmgateelektroden 307, 311 und 315; von einer ersten Taktphase (P₁) getriebene Elektroden 305,309 und 313; von einer zweiten Taktphase (Pi) getriebene Elektroden 306, 310 und 314; und eine Meßelektrode 304, die von der festen Spannungsquelle Vi gesteuert wird. Die Abschirmgateelektroden 303, 307, 311 und 315 werden auf einem festen Potential Vsg gehalten. Wie bekannt, ist jede Elektrode von einer Hauptoberfläche eines darunterliegenden Halbleiterkörper (der lediglich zum Zweck der Klarheit der Zeichnung nicht dargestellt ist) durch eine Oxidschicht, typischerweise aus Siliciumdioxid, auf dem einkristallinen Siliciumsubstrat getrennt. Das CCD umfaßt außerdem mehrere mit Störstellen (durch Diffusion oder Implantation) dotierte Zonen: eine Eingangsdiode 301; eine Abschirmgatezone 303.5, die zwischen den getrennten Segmenten der gespaltenen Abschirmgateelektrode 303 angeordnet ist; und eine Ladungspaketsenkenzone 316.

Zusätzlich kann wahlweise, angrenzend an eines oder beide Segmente der gespaltenen Abschirmgateelektrode 303, eine N+-Störstellenzone 303.2, die mit einer hohen positiven Spannung V_DD beaufschlagt ist, dazu dienen (genau nach der Übertragung von Ladung in die unter der Elektrode 303 liegende Halbleiterzone) irgendwelche möglicherweise vorhandene Überschußladungen abzuleiten, die sich ansonsten unter der Abschirmgateelektrode 303 sammeln könnten. Die schattierten Bereiche, die diffundierte Halbleiterzonen zwischen Spaltelektroden 308.1, 308.2 und 312.1, 312.2 darstellen, sind aufgrund des Fehlens einer Maske gegen deren Bildung während der »selbstausrichtenden« Einführung von Dotierstoffen zur Bildung der anderen N+-Zonen vorhanden; diese N+-Zonen zwischen den Spaltelektrodensegmenten im Körper des CCD beeinflussen die Arbeitsweise jedoch nicht wesentlich. Der Verstärker 60 ist mit einem zweiten Ausgangsanschluß 62 versehen, der ein gleichspannungsverschobenes Ausgangssignal erzeugt, das in F i g. 3 symbolisch durch eine Gleichspannungsquelle 66 dargestellt ist. Diese j Quelle ist zwischen den Ausgangsanschluß 61 und die Schalterelemente 34 und 35 zu dem Zweck eingefügt, den Arbeitspunkt des Verstärkerausgangs am Anschluß 61 auf einen weniger positiven Wert zu setzen, um für diesen Verstärker 60 in Abhängigkeit von negativ

in gerichteten Signalen auf den Ausgangsleitungen 21 und 22 einen größeren linearen dynamischen Bereich zu erhalten.

Während des Betriebes steuert eine Signalquelle 320 das Potential der Eingangsdiode 301. Die Spannung an der Eingangsgateelektrode 302 erlaubt periodisch einer Ladung gemäß diesem Signal von der Eingangsdiode durch die Abschirmgatezone 303.5 zur Halbleiterzone unterhalb der Meßelektrode 304 zu fließen. Im speziellen FaU kann dieses Kiieöen während der positiv gerichteten Impulsphasen des Eingangssignals IG (F i g. 5) auftreten. Die Ladung ist dann unter der Meßelektrode eingefangen, sobald der /G-Impuls aufhört, und es ist diese Ladung, die von der Meßelektrode 304 für die Übertragung zum Rest des CCD ausgemessen wird, und zwar gemäß dem solchermaßen abgetasteten Signal. Sobald danach der positiv gerichtete Impuls von P\ an die Elektrode 305 geliefert wird, wird das auf diese Weise gemessene Ladungspaket zu der unter der Elektrode 305 liegenden Halbleiterzone übertragen. Wenn danach der nächste positiv gerichtete Impuls durch Pi an die Elektrode 306 geliefert wird, wird dieses Ladungspaket zu der unter dieser Elektrode 306 liegenden Halbleiterzone übertragen. Wenn danach der positive Impuls bei Pi aufhört,

ü wird das I ,adungspaket durch die unter der Abschirmgateelektrode 307 liegende Halbleiterzone zu der unter dem Spaltelektrodenpaar 308.1 und 308.2 liegenden Halbleiterzone übertragen; zu diesem Zeitpunkt beginnt die Übertragung des gewünschten Ausgangssi- gnals vom Ladungspaket, mittels einer elektrischer Spiegelladung auf den Spaltelektroden, auf die einzelnen Ausgangsleitungen 21 und 22. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter 52 geschlossen (Fig.5), um diese Ausgangssignale abzutasten. Dieser Schalter 52 wird geöffnet, bevor der nächste positiv gerichtete fi-Impuls die unter den Spaltelektroden 308.1 und 308.2 liegenden Ladungspakete zu der Halbleiterzone überträgt, die unter der (durch P\ gesteuerten) Elektrode 309 liegt Während der Schalter 52 geschlossen bleibt, sind die

so Ausgangsleitungen 21 und 22 natürlich auch empfindlich gegenüber anderen Ladungspaketen (falls vorhanden), die dann unter den anderen Spaltelektroden liegen, wobei diese anderen Ladungspakete zuvor durch frühere Eingangssignale erzeugt worden sind.

Typische Spannungen (gegenüber dem Halbleiterkörper) der verschiedenen Spannungsquellen sind, lediglich beispielsweise, etwa folgende:

V₀	= Obis 8 Volt
60 Vs	- 11 Volt
V₂	= OVoIt (Erde)
V₃	= 17VoIt
	= 17VoIt
*Vsg*	= 8VoIt
65 V₁G	= 5 Volt passive, 13 Volt aktive Phase
Pi	= 5 Volt passive, 13 Volt aktive Phase
Pi	= 5 Volt passive, 17 Volt aktive Phase
S	= 9 Volt (±2 Volt Signal)

Wie ferner in F i g. 5 gezeigt ist. werden die Schalterelemente 34 und 35 periodisch während geeigneter »Rücksetzw-Intervalle geschlossen gehalten, um die Spaltelektroden auf dem gewünschten Potential zu halten. Die Schalterelemente 76 und 77 werden ebenfalls während dieser »Rücksetzw-Intervalle und zusätzlich für ein kurzes Zeitintervall danach während der aktiven Pi.ase von Pi geschlossen, um das Rücksetzrauschen (aufgrund von kTC) auszuschalten, das auf den Leitungen 21 und 22 resultiert, wenn die Schalterelemente 34 und 35 am Ende eines jeden »Rücksetzw-Intervalls plötzlich geöffnet werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Schalterelemente 76 und 77 noch geschlossen, so daß der Ausgang des Differenzverstärkers 40 auf dem gewünschten Potential VO gehalten wird. Selbst nachdem die Schalterelemente 76 und 77 geöffnet worden sind, bleiben die jeweiligen Rücksetzrauschspannungen über den Kondensatoren 43 und 44 opcnpirhprt unrl rlpr Λιιςσαησ Ηρβ Vprctärlrprc 40

C--I ■· ο ο ·--

befindet sich noch auf V₀. Anschließend erscheinen die Ausgangssignale des CCD auf den Leitungen 21 und 22, wodurch entsprechende Signale an die Eingangsanschlüsse des Verstärkers 40 angelegt werden, die von den früheren irTC-Rauschspannungen unabhängig sind. Es sei angemerkt, daß jeder der Kondensatoren 41 und 42 vorteilhafterweise in Form einer mäander- oder fingerförmigen Elektrode hergestellt sein sollte, die vom Halbleitersubstrat durch die gleiche Art von Oxidschicht wie die Spaltelektroden getrennt ist. Zudem werden diese Elektroden für diese Kondensatoren vorteilhafterweise gleichzeitig mit den und aus der gleichen Art Elektrodenmaterial wie die Spaltelektroden und mit der gleichen Elektrodenbreite hergestellt, so daß diese beiden Kondensatorelektroden näherungsweise den gleichen Fehlausrichtungen sowie dem gleichen Über- und Unterätzen (und folglich den gleichen entsprechenden Kapazitätsänderungen) wie die Spaltelektroden ausgesetzt sind. Auf diese Weise erhält man eine bessere Kontrolle über die Gesamtfilterverstäikung (die von den Kapazitätsverhältnissen der Kondensatoren 41 und 42 zu den Spaltelektrodensystemen des CCD abhängt).

Fig. 4 zeigt ein typisches Schaltbild für den ϊ Verstärker 60. Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFETs) 402, 405 und 406 bilden zusammen mit Last-IGFETs 403 und 404 und einer Stromquelle 401 eine diffe^r<:ntielle Vorverstärkerstufe, die ein Paar herkömmlicher Operationsverstärker 407 und 408 in

κι Kaskadenschaltung speist. Die Ausgangsleitungen 21 und 22 des CCD liefern ein Signal an die Gatee'.ektroden der Transistoren 405 und 406, während die feste Gleichspannungsquelle Vi an die Gateelekirode des Transistors 402 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist

Ii das an den Knoten 61 gelieferte negativ rückkoppelnde Signal proportional zu Vi - 1/2 (V₂I + V₂₂), wie es für den Verstärker 60 gewünscht ist. Aufgrund dieser negativen Rückkopplung wird das Potential an denselben Elektroden wiederhergestellt, d.h.: (V₂, 4- V_n)Il — V₁.

2(i Dadurch viiird dsa Gemeinschaftssignal (V21 + V₂₂) eliminiert.

Anstelle der CCD-Eingangskonfiguration der Elektroden 302 und 303 kann die Eingangsschaltung für das CCD so beschaffen sein, wie es in der deutschen

2> Patentanmeldung P 27 40 142.9 beschrieben ist. Natürlich können die verschiedenen Verstärker, Kondensatoren und Transistoren in der Ausgangsschaltung 300 vorteilhafterweise alle auf demselben Halbleiterkörper wie das CCD selbst integriert werden. Um im CCD der

in Fig.3 Linearität zwischen Ausgangssignal und Eingangssignal zu erhalten, ist es wichtig, daß die Elektrode 304 und das unter ihr liegende Oxid geometrisch im wesentlichen identisch zu jeder der Spaltelektroden ist (wobei die Zwischenräume zwischen jedem Elektroden-

J) segmentpaair an die Zone 303.5 angepaßt sind, um nichtlineare Verzerrungen minimal zu machen). Schließlich versteht es sich, daß anstelle des CCD 20 ein ladungsgekoppeltes Eimerketten-Halbleiterbauelement verwendet werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausgangsschaltung für ein als Transversalfilter arbeitendes Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelement mit Spaltelektroden, die eine erste und eine zweite Gruppe von Elektrodensegmenten bilden, von denen die der ersten Gruppe je mit einem ersten Bauelementausgangsanschluß und die der zweiten Gruppe je mit einem zweiten BauelementausgangsanschluB verbunden sind, bei der der erste und der zweite Bauelementausgangsanschluß mit einem ersten bzw. einem zweiten Eingangsanschluß eines ersten Differenzverstärkers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der zweite Bauelementausgangsanschluß (22.1) mit einem ersten EingangsanschluB eines zweiten Differenzverstärkers (30, 60) verbunden ist, der einen zweiten Eingangsanschluß entgegengesetzter Polarität für den Anschluß an eine Quelle (V\) festen Potentials besitzt und einen Ausgangsanschluß (61) aufweist, der über einen ersten und einen zweiten Kondensator (31 und 32) mit gleicher Kapazität mit dem ersten bzw. dem zweiten Bauelementausgangsanschluß (21.1 bzw. 22.1) verbunden ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsanschluß des ersten Differenzverstärkers (40) über einen dritten Kondensator (41) mit dem ersten Bauelementausgangsanschluß (21.1) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dal> der zweite Bauelementausgangsanschluß (22.1) über ein-jn viel ^n Kondensator (42) mit einer zweiten Quelle festen Potentials (Vi) verbunden ist

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten von erstem und zweitem Kondensator (31 und 32) innerhalb einer Toleranz von etwa 0,1% gleich sind und im Größenbereich der halben Summe der Kapazitäten der ersten plus zweiten Elektrodensegmentgruppen liegen.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten von erstem und zweitem Kondensator (31 und 32) innerhalb einer Toleranz von etwa 0,1 % gleich sind.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die EingangsanschlUsse des ersten Differenzverstärkers (40) mit dem ersten und dem zweiten Bauelementausgangsanschluß (21.1 bzw. 22.1) durch einen vierten und einen fünften Kondensator (43, 44) verbunden sind und daß eine erste Schaltervorrichtung (77) vorgesehen ist, mit der der erste Eingangsanschluß dieses Differenzver· stärkers periodisch mit dessen Ausgangsanschluß zu verbinden ist (F i g. 2 und 3).

7. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite elektrische Schaltervorrichtung (34, 35), mit der der erste Bauelementausgangsanschluß (21.1) periodisch mit dem zweiten Bauelementntisgangsnnschltiö (22.1) zn verbinden ist (Fig. 2und 5).

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Differenzverstärker (60) wenigstens drei F.ingangsanschlüssc aufweist, von denen der dritte mit dem ersten Bauclcmentnusgangsiinschluß (21.1) verbunden ist und die gleiche Summierungspolarität wie der erste Kingangsan sohluß aufweist, und daß die Quelle (V\) festen Potentials mit einer Elektrode (304) zur Ladungsübertragung in einer Eingangsstufe des Ladungsübertrsgungs-Halbleiterbauelements verbunden ist (F ig. 3).