DE2753358C3 - Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelemente - Google Patents

Ausgangsschaltung für Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelemente

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DE2753358C3
DE2753358C3 DE2753358A DE2753358A DE2753358C3 DE 2753358 C3 DE2753358 C3 DE 2753358C3 DE 2753358 A DE2753358 A DE 2753358A DE 2753358 A DE2753358 A DE 2753358A DE 2753358 C3 DE2753358 C3 DE 2753358C3
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Description

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 Her ersten Gruppe je mit einem ersten Bauelementausgangsanschluß 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-Halbleiterbauelementen: 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. h.. in Form einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungsleitungsanordnung mit geeignet gewichteten Ausgängen. Fin solcher Filter enthält viele Stuten, 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 (7i und h) der beiden Segmente einer solchen Spaltelektrode in einer gegebenen Stufe gekennzeichnet durch ein Verhältnis r—h/h, und zwar in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Parameter für diese Stufe, der als »Abgriffsgewicht« bekannt ist: dagegen ist die Summe der Längen (l\ -:- /?) der beiden Segmente einer .Spaltelektrode für alle solche Spaltelektroden gleich und entspricht der Breite des Ladungs· übcrtragungskanals. Das effektive Abgriffsgewicht r, dieser Stufe ist dann g< eeben durch:
Fm F.lektrodensegment (I1) einer jeden Spaltelektrode ist ohmisch mit einem ervten gemeinsamen Ausgangsan Schluß des l.adungsübertragungs-Halbleiterbauelements verbunden, und das andere Flektrodensegment (h) einer jeden Spaltelektrode ist ohmisch an einen zweiten gemeinsamen Ausgangsanschluß des Ladungs· übertragungs Halbleiterbauelements angesehlosien. Zur einfacheren Beschreibung werden alle Elektroden-Segmente, die mit dem ersten gemeinsamen Ausgangsanschluß verbunden sind, als eine »erste Gruppe« von Führerelektroden bildend bezeichnet und alle Flektrodensegmente. die mit dem /weiten gemeinsamen Ausgangsanschluß verbunden sind, werden als eine »zweite Gruppe« von I-ühlerelekiroden bildend bezeichnet.
Während des Betriebs eines solchen Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelements des Spalielektrodentyps existiert eine Folge periodischer Zeitintervalle, während welcher jedes dieser Spaltelektrodcnsegmente empfindlich ist gegenüber dem entsprechenden darunterliegenden Ladungspaket im Halblcitei körper, und zwar aufgrund induzierter elektrischer Spiegeiladungen, so
daß an den Ausgangsanschlüssen von erster und zweiter Fühlerelektrodengruppe periodisch Signale (S\ bzw. S2) 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 während der genannten Zeitintervalle an den beiden Ausgangsanschlüssen entwickelt werden; d. h., das gewünschte Ausgangssignal (S\ -S2) für ein gegebenes Zeitintervall ist proportional zu
VQ1(I + r.) 2 - Xo1(I - r,)/2 = VQ.r, (
Dabei ist r, das effektive Abgriffsgewicht der Spaltelektrode der /-ten Stufe, und ς), ist das Ladungspaket in der /-ten Stufe während des gegebenen Zeitintervall!..
Damit ein Transversalfilter richtig arbeitet, ist es wichtig, daß eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem entsprechenden Ausgangssignal besteht. Bei einem ah. 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 je doch einen wichtigen F.influß auf die Breiie der Verarmungsschicht in dem unter der Elektrode liegenden Halbleiterkörper: folglich hat die Spannung en einer Fühlerelektrode einen wichtigen Einfluß auf die Spiegelladung, die in der Fühlerelektrode durch ein darunter im Halbleiterkörper liegendes Ladungspaket induziert wird. end 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 Verarmungsschn.htbrei-Ie (und folglich von der Verarmungsschichtkapa/ität). Da die Spannung an einer gegebenen F/hlerelektrode in einer Fühlerelektrodengruppe von der Ladung abhängt, die durch die verschiedenen Ladungspakete, die unter allen anderen Elektroden dieser Gruppe liegen, induziert wird, beeinflussen die unter allen diesen anderen Fuhlerelcktroden liegenden Ladungspakete linerwiinschterweise die Spi°gelladung. die durch irgendein unter der gegebenen Fühlerelektrode liegendes Ladungspaket induziert ist. Somit ist die Beziehung iwischen dem Ladungspake' in einer gegebenen Stufe auf die in der darüberliegenden 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 eine Verzerrung des Ausgangssignals.
Ein Maß für die durch die Auswirkungen des »Übersprechens« verursachte Gesamtverzerrung im Ausgangssignal zu einem gegebenen Zeitpunkt ist die Gesamtsumme aller Ladungen, die momentan in allen Ladungspaketen in dem Transversalfilter vorhanden sind. Diese Gesamtsumme aller Ladungen spiegelt sich im Gemeinschaftssignal (S\ + S2) auf den beiden Fühler2lektroaengruppen:
Υ,Ο,ΙΙ + r,)2 + νρ_(| _ ,-j 2 = VQ, ,2)
Dieses Gemeinschaftssignal ist gewöhnlich groß im Vergleich zum gewünschten Differenzsignal. Daher wird das Feststellverfahren schwierig, da das relativ kleine Differenzsignal (Gleichung 1) beim Vorhanden-κι sein eines relativ großen Gemeinschaftssignal (Gleichung 2) festgestellt werden muß. R. D. Baertsch ei. al. haben in dem Aufsatz »The Design and Operation of Practical Charge-Transfer Transversal Filters«, veröffentlicht in IEEE Transactions on Electron Devices, VoI. π 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 auci. das Gemeinschaftssignal verarbeiten muß. Dadurch weiden kostspielige und unbequeme Schaltungselemente und Schaltungsaufbauten notwendig.
Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, die dur:h r> das Gemei.i->chaftss'gnal verursachte Verzerrung in einem als Transversalfilter arbeitenden Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art durch eine weniger kostspielige Ausgangsschaltung als beim vorstehend geschilderten Stand der Technik zu i» unterdrücken.
Diese Aufgabe wird bei einer Ausgangsschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens der /weite Bauelementausgangsanschluß mit einem ersten Eingangsansc'iluß eines zweiten Differen/verr> stärkers verbunden ist. der einen zweiten Eingangsanschluß entgegengesetzter Polarität für den Anschluß un eine Quelle fesien Potentials besitzt und emen Ausgangsanschluß aufweist, der über einen ersten und einen zweiten Kondensator mit gleicher Kapazität mit ■"' dem ersten bzw. zweiten Bauelementausgangsanschluß verbunden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert, 'n der Zeichnung zeigt
J"· F i g. I ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Ausgangsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispicl der Erfindung.
F i g. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Ausgangsschaltung gemäß einem anderen Ausführungs- '"< beispiel der Erfindung.
Fig. 3 eine teils schematisches. teils bildhafte
Darstellung eines Ladungsübertragungs-Halbleiterbauekme.its zusammen mit einer Ausgangsschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin-
v> dung.
Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild eines Verstärkers, der sich bei den in F ι g. 2 und 3 gezeigten Schaltungen verwenden läßt, und
F i g 5 ein Diagramm, das den Zeitplan verschiedener Mi angelegter Spannungen zeigt, die zum Betreiben der in den F i g. 2 und 3 gezeigten Schaltungen nützlich sind.
Fig. I zeigt eine Ausgangsschaltung 100 zum Abfühlen der Ausgangssignale eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelemerts (CCD) 20. Diese Ausgangsh'i signale treten in Form elektrischer Spannungen an Ausgangsanschlüssen 21.1 und 22.1 auf, von denen jeder mit einer anderen Gruppe von Fühlerelektroden verbunden ist, wobei iedes Fühlerelektrodenpaar die
bekannte CCD-Spaltelektroderikonfiguration aufweist. Diese Anschlüsse 21.1 und 22.1 sind mit Sammelleiiungen 21 bzw. 22 verbunden. Die Differenz der .Spiegelladungen auf den Leitungen 21 und 22 zu /eilen, wahrend welcher die Ladiingspakete im CCf) 20 unterhalb der CCD-Spaltelektroden (d. h. der Fühleicktroden, im Gegensatz zu anderen CCD-lJbertraguiigs elektroden) vorhanden sind, ist das gewünschte Ausgangssignal.
Das Gemeinschaftssignal auf den Leitungen 21 und 22 wird mit Hilfe eines Differenzverstärkers 30 unterdrückt, von dessen F.ingangsanschlüssen einer (ein positiv summierender Anschluß) mit einer festen Spannungsquelle V'i und der andere (ein negativ summierender Anschluß) mit einer Ausgangsleitung 22 verbunden ist. Der Aiisgangs.inschluß dieses Verstär kcrs JO ist über Rückkopplungskondcnsalorcn 31 und 32 /u den Ausgangsleitungen 21 bzw. 22 riick\erblinden. I'm möglichst viel vom Gemeinschaftssignal zu eliminieren, ist es wichtig, daß die Kapazitäten dieser Riakkopplungskondensatoren 31 und 32 soweit wie mi'it'lich gleich sind. z. 13. fur eine Gemcmschaftssignalunterdrückung von etwa 60 d(3 innerhalb etwa 0.1 "n gleich: d. h.. obwohl tier absolute Wert ihrer Kapazitais w erte nicht kritisch ist. ist es w ichtig. daß das Verhältnis iluvr Kapazitäten innerhalb der Toleranz für einen Gemeinschaftssigiutlhintergnind im gewünschten Atisgangssignal gleich F-I in«, ist. Zudem sollten diese Kapazitätswerte so gewählt weiden, daß das Maximalsignal am Ausgangsanschltiß de1· Verstärkers 30 (das beim Auftreten des Maximalsignals des CCD erzeugt wird) an die Signal\erarbeitungskapaziiat lies \ ersi.n kcrs 30 angepaßt ist.
Andererseits ;st zur Feststellung ties Differenzsignal·· ein Differenzverstärker 40 \orgesehen. \< >n ,lessen (.ingangsanschlussen einer (der positiv summierende Anschluß des Verstärkers 40) nut der Leitung 22 und der andere (em negativ summierender Anschluß des Verstärkers 40) mn der Leitung 21 verbunden ■-' I K-t'dies dient em Ruckkopnlunuskondensator 41. der Jen Ausgangs,inschluß des Di''erenz\erstarkers 40 mit uf Vusgangsiei1 mg 21 verhn.lel. als iniei:ne:ender Ki:tidensator in· das Differe:'.zs.i."i.il. d.is un HiIIe
•in· 42 verbinde: die Ausgav:gslein:ng 22 mit einer i estspannungscjuelle I;. Die Kondensatoren 41 und 42 s-rd m> gewählt, daß der Verstärker 40 d.is größte ·.-'.'. .irtete Differerzs-gn.il verkiv/ten kann. S· »m1 · sin,I .:ie Kondensatoren 41 und 42 gewöhnlich re.lr k;ein im \ erdeich zu den Kondensatoren 31 und 32. 1 .in A'.isg.ingsjnschluß des Verstärkers 40 ist mit einem Verbraucher 70 zum [\rn;!'V:" und Benutzen des •Vr-g.ingssignai·- diese- Verstärker«. ·. erblinden.
Wahrend des Betriebes der ;n Fi g. 1 gezeigten Schaltung wird das relativ große Gemeinschaftssignai der Fühlerelektroden durch den Verstärker 30. der über die Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 wirksam wird, unterdruckt. Dadurch wird der Spannungspegel aller an Leitung 22 angeschlossener Fühlerelcktroden auf den festen Wert von V. gebracht. Die Spannung auf Leitung 21 dagegen wird auf die Spannung auf Leitung 22 gebracht, und zwar aufgrund der Rückkopplungssignalausgabe des über den Ruckkopplungskondensator 41 wirkenden Differenzverstärkers 40. Somit wird die Spannung auf Leitung 21 ebenfalls auf den festen Wert von V gebracht: folglich geschieht der Vorgang des Ermi'telns der Ladungspakeie im CCD bei einem festgelegten Arbeitspunkt der Ausgangsschaltung. Das Diffcrenzsignal wird effektiv vom Kondensator 41 integriert und ist zur Ausnutzung am Ausgiingsanschliiß des Differenzverstärkers 40 verfügbar Selbstverständlich kann in dem Verbraucher 70 eine Ablast- und • Haltevorrichtung eingefügt werden, die das Ausgangs signal während derjenigen Zeitintervalle abtastet, welche zum Ermitteln von Ladung unter den Fühler elektroden des CCD geeignet ist. ιιικί die diesen We ι des Ausgarigssignals hält, bis der nächste Abtastwert gewonnen ist. wodurch ein glatteres Ausgangssignal geliefert wird.
Andererseits sei in Verbindung mit der Schaltung 100 der F ι g. I bemerkt, daß sich aufgrund thermischen oder anderen Raust hens im CCD über eine Zeitdauer im Größenbereich einer Stunde oiler dergleichen beträchtliche, jedoch unbeabsichtigte, falsche I adungsdiffeicnzen in den (schwebenden) C( D-Ftihlereleklroden aufbauen können. Dm das entsprechende falsche Ausgangssigiial zu unterdrücken, sollten geeignete Maßnahmen getroffen werden, wie periodisches Kurz schließen der Ausgangsleitung 21 mit tier Ausgangslei hing 22 Solche Maßnahmen werden in der in Fig 2 gezeigten Aiisgangssi haltung 200 automatisch diiivligc führt.
Wie I ι g. 2 zeigt, enthalt die Aiisgan.' -..haltung 200 viele Elemente, die mit soli hen. die iivor bei iL-Frläiiiening der Fig. I beschrieben worden sind im wesentlichen identisch sind, und demzufolge sind diese Elemente nut den gleichen Ikvugszilleni L'ekennzeichnet. Die Ausgangsschaltung 200 umfaßt einen Diflereiiz verstärker M) mn drei Emg.iiigsanschlusscn. S1. dal* das Ausgangssignal dieses Verstärkers propoi · on.il zu I- 1 2 (\); f V'::) i>t. wobei Γ>· und I .·. die l'otentiale iicr \usgaπgsleitungen 21 bzw. 22 sind. F"IgIich w ird bei dem Verstärker W) das (iemeinschaflssign.il noch vv eiter unterdrückt, da die Fiililcrelektroden so zuiiickgesiellt werden, dall das arithmetische Mittel ihrer l'otentiale m\1 den festen Wert \ ■. gebracht wird line tvpis.he Schaltung fur einen solchen Verstärker si in I ι g. 4 gezeigt, die weiter unten in größeren l.ir 'clheiten beschrieben ist. I ine Steuers, haltung 90 iielert Heinebs Spannungen (wie Taklimpiiise) für das (X 1)20. In1! zwar über elektrische Leitungen 71. und steuert
34. 35. 7h, 77 und 52 über elektrische l.e':uns:en 72. 7i und 74 (die durch gesirich-.-lte Linien dargestellt -mc!). Die Schiilterelemente 34 und 35 werden periodisch wählend >.Rückseiz«-lntervallen geschlossen, um die Stre.!ladungen zu neutrai'siercr Kondensatoren 43 und 44 dienen einer korrelierten Doppclabtastung, die nachstehend vollständiger beschrieben ist. um »Rucksetz«-Rauschen zu unterdrücken, das durch das Schalter der Schaltelemente 34 und 35 verursacht wird. d.h.. das bekannte kTC -Rauschen (k = Boitzmann-Konstante: T = absolute Temperatur: C = Kapazität, hauptsächlich der Spaltelcktroden). Die Kondensatoren 43 und 44 sollten genügend groß sein, um die 1 ingangsspannungen 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
Zeitdauer danach) am Knoten 45 auf V0. Gleichermaßen bildet das Schalterelement 77, wenn es geschlossen ist, eine Rückkopplungsschleife um den Differenzverstärker 40, und es ermöglicht damit die Einstellung der Spannung am Knoten 46 auf Vo. Das Schalterelement 52 ermöglicht periodisch die Weitergabe des Ausgangssignals an einen Ausgangsverstärker 50, um das gewünschte Ausgangssignal an den Verbraucher 70 zu liefen.. Ein Kondensator 51 dient zur Erdung dieses Ausgangssignals in einer herkömmlichen »Abtast- und Halte«-Konfiguration.
F i g. 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 legenden Elektroden zusammen mit schattierten Bereichen gezeigt, die darunterliegende diffundierte Halbleiterzonen andeuten. Bei einem N-Kanal-CCD Weisen diese schattierten Zonen N* Leitfähigkeit auf, •nri zwar aufgrund eines Überschusses von Donator Körstellen im ansonsten P-Ieitenden Halbleiterkörper, lypischerweise eines Überschusses an Phosphorstörstellen in Silicium. Es sei bemerkt, daß das CCD und die Fühlschaltung 300 vorteilhafterweise auf einem einzigen •inkristallinen Siliciumsubstrat integriert sind. Viele Elemente der F i g. 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 Hehrere Elektroden: eine Eingangsgateelektrode 302; •ine gespaltene Abschirmgateelektrode mit einem Paar Segnen te, die durch einen leitenden Draht oder eine Elektrode 303.1 miteinander verbunden sind; Abschirm- »ateelektroden 307, 311 und 315; von einer ersten Taktphase (P,) getriebene Elektroden 305,309 und 313; Ton einer zweiten Taktphase (Pi) getriebene Elektroden J06, 310 und 314; und eine Meßelektrode 304, die von der festen Spannungsquelle Vi gesteuert wird. Die Abschirmgateelektroden 303, 307, 311 und 315 werden »uf einem festen Potential Vsg gehalten. Wie bekannt, ist jede Elektrode von einer Hauptoberfläche eines darunterliegenden Halbleiterkörpers (der lediglich zum
Ywprlt Hpr Klarheit Hör 7pirhniini> nirht rlarapctpllt ictt
durch eine Oxidschicht, typischerweise aus Siliciumdioxid, auf dem einkristallinen Siliciumsubstrat getrennt. Das CCD umfaßt außerdem mehrere mit Störstellen (durch Diffusion oder Implantation) dotierte Zonen: •ine Eingangsdiode 301; eine Abschirmgatezone 3033. die zwischen den getrennten Segmenten der gespalteten Abschirmgateelektrode 303 angeordnet ist; und •ine Ladungspaketsenkenzone316.
Zusätzlich kann wahlweise, angrenzend an eines oder beide Segmente der gespaltenen Abschirmgateelektrode 303, eine N+-Störstellenzone 303.2, die mit einer hohen positiven Spannung Vdo 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, 30&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 > 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
π 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 Fall kann dieses Fließen während der positiv gerichteten impuisphasen des Eingangssignais IC (Fig.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
2-, 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
jo Halbleiterzone übertragen. Wenn danach der nächste positiv gerichtete Impuls durch Pt an die Elektrode 306 geliefert wird, wird dieses Ladungspaket zu der unter dieser Elektrode 306 liegenden Halbleiterzone übertragen. Wenn danach der positive Impuls bei P2 aufhört.
η wird das Ladungspaket 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 elektrischen Spiegelladung auf den Spaltelektroden, auf die einzelnen Ausgangsleitungen 21 und 22. Zu diesem Zeitpunkt wirrt Hpr Krhaltpr 52 up«rhln«pn (F i σ. 5). um diesp Ausgangssignale abzutasten Dieser Schalter 52 wird geöffnet, bevor der nächste positiv gerichtete /Vlmpuls 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 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 V1 = 11 Volt
V2 = OVoIt (Erde)
V3 = 17VoIt
Vw , = 17VoIt
Vsg ; = 8VoIt
65 ViG = 5 Volt passive, 13 Volt aktive Phase
Px = 5 Volt passive, 13 Volt aktive Phase
P2 = 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 »Rücksetz«-Intervalle geschlossen gehalten, um die Spaltelektroden auf dem gewünschten Potential EU halten. Die Schalterelemente 76 und 77 werden ebenfalls während dieser »Rücksetz«-Intervalle und zusätzlich für ein kurzes Zeitintervall danach während der aktiven Phase von % 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 »Rücksetz«-Intervalls plötzlich geöffnet werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Schalterelemente 76 und 77 noch geschlossen, so daß der Ausgang des Differenzverstärker 40 auf dem gewünschten Potential V0 gehalten wird. Selbst nachdem die Schalterelemente 76 und 77 geöffnet worden sind, bleiben die jeweiligen Rücksetzrauschspannungen über den Kondensatoren 43 und 44
befindet sich noch auf Vo. 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 fcTC-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 Gesamtfilterverstärkung (die von dun Kapazitätsverhältnissen der Kondensatoren 4l und 42 zu den Spaltelektrodensystemen des CCD abhängt).
F i g. 4 zeigt ein typisches Schaltbild für den Verstärker 60. Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFETs) 402, 405 und 406 bilden zusammen mit Last-IGFETs 403 und 404 und einer Stromquelle 401 eine differentielle Vorverstärkerstufe, die ein Paar herkömmlicher Operationsverstärker 407 und 408 in Kaskadenschaltung speist Die Ausgangsleitungen 21 und 22 des CCD liefern ein Signal an die Gateelektroden der Transistoren 405 und 406, während die feste Gleichspannungsquelle Vi an die Gateelektrode des Transistors 402 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist das an den Knoten 61 gelieferte negativ rückkoppelnde Signal proportional zu ΙΊ - 1/2 (Vi\ + Vn), wie es für den Verstärker 60 gewünscht ist. Aufgrund dieser negativen Rückkopplung wird das Potential an denselben Elektroden wiederheroeste!!!, d. h.: fvr. +
JH Dadurch wird dsa Gemeinschaftssignal (Vi\ + V^) eliminiert.
Anstelle der CCÜ-Eingangskonfiguration der Elektroden 302 und 303 kann die Eingangsschaltung für das CCD so beschaffen sein, wie es in der deutschen
J-. 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 F i g. 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-
r> segmentpaar an die Zone 303S 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 (8)

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 Bauelementausgangsanschluß 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 Eingangsanschluß eines zweiten Differenzverstärkers (30, 60) verbunden ist, der einen zweiten F-ngangsanschluß entgegengesetzter Polarität für dei. Anschluß an eine Quelle /V,) festen Potentials besitzt und einen Ausgangsanschluß (61) aufweist, der über einen ersten und einen z-veiten Kondensator (31 und 32) mit gleicher Kapazität mit dem ersten bzw. dem zweiten Rauelementausgangsanschluß(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 Bauelementausgangsanschli'ß(21.1) verbunden ist.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bauelt.nentausgangsanschluß (22.1) über einen vie/ten Kondensator (42) mit einer /"eiten Quelle festen -otentials (V2) 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 /weiten Elektrodensegmentgruppen liegen.
5. Schaltung nach Anspruch I. 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 Eingangsanschlüsse des ersten Differenzverstärker (40) mit dem ersten und dem zweiten Bauelementausgangsanschluß (21.1 b/w. 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 Fingangsanschluß dieses Differen/vcr Stärk^rs periodisch mit dessen Ausgangsanschluß /υ Verbinden ist (F i g. 2 und 1).
7. Schaltung nach Anspruch 3. gekennzeichnet durch eine zweite elektrische Schaltervorrichtung (34, 35), mit der der erste Bauelcmentausgangsan Schluß (21.1) periodisch mit dem /weiten Bauelementausgangsanschluß (22.1) zu verbinden i.st (Fig. 2 und 3).
8. Schaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Differenzverstärker (60) wenigstens drei Eingangsanschlüsse aufweist, von denen der dritte mit dem ersten Bauelementausgangsanschluß (21.1) verbunden ist und die gleiche Summierungspolarität wie der erste Eingangsanschluß aufweist, und daß die Quelle (Vi) festen Potentials mit einer Elektrode (304) zur Ladungsübertragung in einer Eingangsstufe des Ladungsübertragungs-Halbleiterbauelements verbunden ist (F ig. 3).
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