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Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitervorrichtung, die aus der Kaskadenschaltung einer Anzahl (mindestens drei) von Abschnitten besteht, die nacheinander von einem Signal durchlaufen werden, das einem oder mehreren Eingängen der Leiter zugeführt wird, wobei ein Ausgangssignal einem oder mehreren Abschnitten der Leiter entnommen werden kann, und wobei weiter Gewichtsfaktoreinstellmittel mit paarweise geschalteten Feldeffekttransistoren zur Einstellung der Signalübertragung von den Eingängen auf die Abschnitte, zwischen den Abschnitten untereinander und/oder von den Abschnitten auf den Ausgang vorgesehen sind.
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Unter einer "Leitervorrichtung" ist hier eine Vorrichtung mit Eingangs- und Ausgangsanschlußpunkten und einer Anzahl von Abschnitten zwischen diesen Anschlußpunkten zu verstehen, wobei ein den Eingangsanschlußpunkten zugeführtes Signal diese Abschnitte nacheinander durchläuft und schließlich an die Ausgangsanschlußpunkte gelangt. Eine derartige Leitervorrichtung kann zur Verarbeitung von Signalen in analoger Form ausgeführt sein und wird dann im allgemeinen die Gestalt eines Leiternetzwerkes annehmen.
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Nachstehend wird hauptsächlich einer Leitervorrichtung Aufmerksamkeit gewidmet, bei der Signale digital verarbeitet werden. Die Leitervorrichtung weist dann gewöhnlich die Gestalt eines Schieberegisters auf, das das (in analoger oder digitaler Form angebotene) Signal unter dem Einfluß von Taktimpulsen schrittweise von den Eingangs- zu den Ausgangsanschlußpunkten weiterschiebt. Insbesondere kommen dazu Ladungsübertragungsvorrichtungen (charge transfer devices = CTD) in Betracht, wie sie in der Literatur z. B. unter den Bezeichnungen "Eimerkettenspeicher" (bucket brigade devices = BBD) bzw. "ladungsgekoppelte Anordnungen" (charge coupled devices = CCD) beschrieben werden.
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Die Leitervorrichtung nach der Erfindung gründet sich auf aus der US-PS 38 09 923 bekannte Gedanken. Nach dieser Patentschrift besteht die Leitervorrichtung aus einem Schieberegister mit einer Anzahl von Abschnitten, wobei die Übertragung von einem Abschnitt auf den nächsten Abschnitt dadurch gesteuert wird, daß mindestens einer Steuerelektrode eines in einen solchen Abschnitt aufgenommenen Transistors Taktspannungen (S&sub0;) zugeführt werden, während dann gleichzeitig ein Übertragungsweg zwischen einem solchen Abschnitt und einem Ausgang gebildet wird, in den weitere Transistoren aufgenommen sind, die an eine vorgeschriebene Einstellspannung angelegt sind, so daß damit der Gewichtsfaktor der Signalübertragung zwischen diesen Abschnitten und dem Ausgang eingestellt werden kann. Insbesondere werden als Gewichtsfaktoreinstellmittel paarweise geschaltete Feldeffekttransistoren verwendet, deren Gate-Elektroden an die Gewichtsfaktoreinstellspannung angelegt sind.
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Im allgemeinen wird eine solche Vorrichtung auf einem Halbleiterkörper integriert, wobei dann Feldeffekttransistoren verwendet werden, die identisch ausgeführt sind. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dadurch als unerwünschter Effekt eine nichtlineare Signalübertragung über die Gewichtsfaktoreinstellmittel eingeführt wird.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, den beschriebenen Effekt der nichtlinearen Signalübertragung zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den Gate-Elektroden der Feldeffekttransistoren zumindest annähernd die gleiche Vorspannung zugeführt ist, und daß die gewünschten Gewichtsfaktoren durch in ihren Längen-Breiten- Verhältnissen entsprechend verschieden gewählte Kanäle auf einem Halbleiterkörper integrierter, paarweise geschalteter Feldeffekttransistoren bestimmt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Gate-Elektrodenspannungen der paarweise geschalteten Feldeffekttransistoren als Differenzspannungen für jedes Feldeffekttransistorenpaar entsprechend einer Feinregelung der Gewichtsfaktoren einstellbar.
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Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein allgemeines Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,
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Fig. 2 ein Detail eines derartigen Ausführungsbeispieles,
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Fig. 3 und 4 Abwandlungender Fig. 2 und
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Fig. 5 und 6 einen Schnitt durch bzw. eine Draufsicht auf Fig. 4.
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Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Leitervorrichtung nach der Erfindung. Diese besteht aus einer Anzahl von Abschnitten 1, 2, 3, 4, wobei ein dem ersten Abschnitt 1 angebotenes Signal V i nacheinander die Abschnitte 2, 3 und 4 durchläuft. Die Abschnitte können z. B. Netzwerkelemente enthalten (wie z. B. in der britischen Patentschrift 5 17 516 beschrieben ist), und eine dem Eingang angebotene Signalspannung durchläuft nacheinander die Abschnitte eines auf diese Weise gebildeten Leiternetzwerks, wobei jeder Abschnitt eine gewisse Verzögerung, die aus der Impulsdurchlaßkennlinie ersichtlich ist, in bezug auf das Eingangssignal zeigt. Mit Hilfe von Gewichtsfaktoreinstellmitteln 5, 6, 7, 8 werden nun die Signale am Ende jedes der Abschnitte 1, 2, 3 und 4 auf eine gemeinsame Summiervorrichtung übertragen. Diese Mittel 5-8 sind dabei einstellbar und dadurch werden "gewogene" Signalteile auf die Vorrichtung 9 übertragen, wodurch eine gewünschte Übertragungskennlinie von V i zu V&sub0; erhalten wird.
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Auf ähnliche Weise können auch digital arbeitende Abschnitte verwendet werden, wobei ein Signal, z. B. eine elektrische Ladung, unter dem Einfluß von Taktimpulsen vom einen zu dem anderen Abschnitt weitergeschoben und vorgeschriebene Signalteile mittels der Gewichtsfaktoreinstellmittel auf die Summiervorrichtung 9 übertragen werden.
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Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der bereits genannten US-PS 38 09 923 bekannt. Darin ist an eine integrierte Schaltung gedacht, wobei als Gewichtsfaktoreinstellmittel Feldeffekttransistoren verwendet werden, deren Gate-Elektrodenspannungen die unterschiedlichen Gewichtsfaktoren bestimmen.
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Die Erfindung schafft nun eine abweichende Lösung, bei der die Gewichtsfaktoren der verwendeten Feldeffekttransistoren zunächst durch verschiedene Wahl ihrer Kanallängen L bzw. -breiten W bestimmt werden, während zur weiteren Korrektur des auf diese Weise erhaltenen Gewichtsfaktors noch eine Steuerspannung an die betreffende Gate-Elektrode angelegt wird.
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Fig. 2 zeigt eine einfache Ausführungsform eines einzigen Gewichtsfaktoreinstellgliedes. Dieses Glied besteht, wie in der genannten US-Patentschrift, aus zwei Feldeffekttransistoren 11 und 12, die einerseits mit einem Abschnitt 13 einer CTD und andererseits mit einer Gegentaktsummiervorrichtung 14 verbunden sind. Signale V i , die dem Eingang der CTD zugeführt werden, werden unter dem Einfluß von Taktimpulsen T weitergeschoben und gelangen daher mit einer vorgegebenen Verzögerungszeit an den Abschnitt 13. Die Signale V i können in Form elektrischer Spannungen, aber auch z. B. als Lichtsignale angeboten werden. Durch die Anwendung von Feldeffekt- statt Bipolartransistoren wird eine unnötige Strombelastung vermieden. Die Transistoren sind nach ein und demselben Verfahren in einer integrierten Schaltung erhalten und weisen Kanallängen L&sub1; bzw. L&sub2; und -breiten W&sub1; bzw. W&sub2; auf. Für den Übertragungsfaktor α zwischen dem Abschnitt 13 und der Summiervorrichtung 14 wird in erster Annäherung gefunden:
α = a + bv,
wobei a und b Konstanten und 2v den Unterschied zwischen den Gate-Elektrodenspannungen der Transistoren 11 und 12 darstellen. Die Konstanten a und b sind dabei von der Einstellung der Transistoren abhängig, und zwar ist diese Einstellung in erster Annäherung umgekehrt proportional zu V-V d (wobei V die mittlere Gate-Elektrodenspannung und V d die Eingangsschwellwertspannung des Transistors darstellen) und weiter proportioinal zu einem Faktor: °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;@W:°KW°kÉ°KL°kÊ^°KW°kÊ°KL°kÉ:°KW°kÉ°KL°kÊ+°KW°kÊ°KL°kÉ&udf54;&udf53;zl&udf54;&udf53;vu10&udf54;
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In der genannten US-Patentschrift ist stillschweigend von Transistoren gleicher Geometrie ausgegangen. Nach der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis wird dadurch eine Gewichtsfaktoreinstellung erhalten, die zu unerwünschter Signalverzerrung führt, weil, abhängig von der eingestellten Gate-Elektrodenspannung V, ein größeres oder kleineres Quantum an höheren Harmonischen des über die Transistoren 11, 12 der Summiervorrichtung 14 zugeführten Signals erzeugt wird.
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In Abweichung von der bekannten Vorrichtung werden nach der Erfindung alle Gate- Elektroden der Feldeffekttransistoren der Gewichtsfaktoreinstellmittel an dieselbe mittlere Gate-Elektrodenspannung V angelegt (die selbstverständlich vorzugsweise derart gewählt wird, daß der störende Einfluß höherer Harmonischer des Signals möglichst gering ist), werden die Gewichtsfaktoren in einer Linie dadurch erhalten, daß voneinander verschiedene Länge/ Breite-Verhältnisse @O:°KL°k:°KW°k&udf54; der Kanäle der genannten Feldeffekttransistoren gewählt werden, und wird weiter eine Feineinstellung der Gewichtsfaktoren mittels entsprechender Abweichungen v der Gate- Elektrodenspannungen von der genannten mittleren Spannung V erzielt.
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Diese erforderlichen Abweichungen der Gate-Elektrodenspannungen können in einem Festwertspeicher (read-only memory = ROM) gespeichert werden, der erwünschtenfalls auf demselben Halbleiterkörper wie die genannten Abschnitte und die genannten Gewichtsfaktoreinstellmittel integriert ist und gegebenenfalls derart programmiert werden kann, daß die gewünschte Feineinstellung der Gewichtsfaktoren mit der erforderlichen Genauigkeit erzielt werden kann. Die dazu benötigten Mittel sind schematisch in Fig. 2 mit 15 bezeichnet.
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Die Summiervorrichtung 14 in Fig. 2 führt normalerweise zu einem Gegentaktausgangsverstärker, der die dem Leiterabschnitt 13entnommenen und von den Gewichtsfaktoreinstellmitteln 11, 12 gewogenen Signale als Differenzsignale zwischen den beiden Leitern der Summiervorrichtung 14 verstärkt. Es ist aber auch möglich, das dem Abschnitt 13 entnommene Signal z. B. über einen "Source Follower" (Quellenelektrode-Folgeschaltung) den Transistoren 11, 12 zuzuführen. Auch kann z. B. je einer der Transistoren (11 bzw. 11&min;, Fig. 3) der mit aufeinanderfolgenden Abschnitten (13, 13&min;) verbundenen Gewichtsfaktoreinstellmittel an eine feste Spannung angelegt sein, während der jeweils andere Transistor (12, 12&min;) zu der Summiervorrichtung 14 führt. Wenn andererseits der Abschnitt 13 nicht als ein (schwebender Elektroden-)Ausgang, sondern als ein Eingang einer CTD ausgebildet wird, z. B. dadurch, daß sich die miteinander verbundenen Hauptelektroden der Transistoren 11 und 12 bis in den Bereich der CTD erstrecken, wird eine Differenzsignalspannung an den Leitern der Vorrichtung 14 über die Transistoren 11 und 12 mit den erforderlichen Gewichtsfaktoren auf den betreffenden Abschnitt der Leitervorrichtung übertragen werden. Am Ende dieser Leitervorrichtung wird dann wieder ein Signal erhalten werden, das aus gewogenen verzögerten Signalteilen aufgebaut ist, wodurch wieder eine gewünschte Übertragungskennlinie erreicht werden kann.
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In den Fig. 4, 5 und 6 ist eine weitere Abwandlung dargestellt, bei der zwei der genannten von einzelnen Taktimpulsen gesteuerten Ladungsübertragungsvorrichtungen 17 bzw. 18 verwendet werden, die über die Kanäle von Gewichtsfaktoreinstelltransistoren 19, 20 bzw. 21, 22 mit einer gemeinsamen Leitung 23 verbunden sind. Die Länge/Breite-Verhältnisse @O:°KL°k:°KW°k&udf54; der Kanäle jedes Transistorpaares 19, 21 bzw. 20, 22 sind wieder verschieden, und zwar in erster Annäherung entsprechend den gewünschten Gewichtsfaktoren, gewählt, wie auch deutlich aus der Draufsicht nach Fig. 6 hervorgeht, während die betreffende Feineinstellung dadurch erhalten wird, daß die Gate-Elektroden des einen Satzes von Transistoren (die mit der Vorrichtung 17 verbunden sind) an eine feste Spannung V und die des anderen Satzes von Transistoren (die mit der Vorrichtung 18 verbunden sind) an eine entsprechend der gewünschten Feineinstellung erforderliche, von dieser festen Einstellspannung abweichende Spannung V+v&sub1;, V+v&sub2; . . . angelegt werden. Die Vorrichtungen 17 und 18 können wieder im Gegenakt ausgelesen werden. Diese Abwandlung könnte auch mit mehr als zwei parallel wirkenden CTD's ausgeführt werden, deren Ausgangssignale dann wieder über eine Summiervorrichtung zusammengefügt werden.