DE2808558C3

DE2808558C3 - Schaltung zur Unterdrückung von Störungen (Rauschen) auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen

Info

Publication number: DE2808558C3
Application number: DE2808558A
Authority: DE
Inventors: Susumu Kawasaki Kouyama; Yasoji Kanagawa Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1981-02-05
Also published as: JPS5617758B2; DE2808558A1; DE2808558B2; US4230951A; JPS53106552A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Unterdrükkung von Störungen (Rauschen) auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen, mit einer Anzahl von Signalleitungen zur Abnahme mehrerer Signale mit verschiedenen Phasen und zur Übertragung dieser Signale zu einer kapazitiv aktiven, ladungsgekoppelten Vorrichtung, und mit mehreren an ein Bezugspotential angeschalteten Schalterkreisen, die durch die Signale mit verschiedenen Phasen ansteuerbar sind.

Aus der US-PS 35 67 968 ist bereits eine Schaltung zur Unterdrückung von Störungen auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen bekannt, die eine Anzahl von Signalleitungen zur Aufnahme mehrerer Signale mit verschiedenen Phasen und zur Übertragung dieser Signale zu einer kapazitiv aktiven Vorrichtung aufweist. Diese bekannte Schaltung enthält zwar auch Schaltkreise, die von den Signalen mit verschiedenen Phasen ansteuerbar sind, jedoch sind diese Schalterkreise nicht zwischen die betreffenden Signalleitungen und einem Bezugspotentialpunkt eingeschaltet, sondern sie sind in einem Steuerkreis einer logischen Funktionsschaltung h^r, integriert. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung enthält jede Stufe zwei Schalterkreise in Form von zwei Transistoren. Dies bedeutet, daß für die Ansteuerung der zwei Schalterkreise zwei Steuerleitungen erforderlich sind. Darüberhinaus ist diese bekannte Schaltungsanordnung auch nicht in der Lage, ein Übersprechen zwischen zwei benachbarten Leitungen vollständig auszuschalten, da die Schalterkreise der benachbarten Stufen, nicht aktiviert werden, wenn der Schalterkreis einer dieser Stufen durch ein entsprechendes Signal aktiviert wud.

Aus der DE-OS 27 34 008 ist ein Schaltkreis zur Verminderung positiver Rauscheffekte am Ausgangsanschluß einer Signalerzeugungseinrichtung bekannt Die Signalerzeugungseinrichtumg umfaßt ein Logikgatter mit einer Ausgangsleitung, an die ein Schalterkreis angeschlossen ist, der alleine 4 Transistoren und einen Kondensator enthält und darüberhinaus über zwei Eingangsanschlüsse angesteuert wird, so daß auch bei dieser Schaltungsanordnung zwei getrennte Steuerleitungen erforderlich sind. Die Funktion des bekannten Schalterkreises besteht auch nicht darin, benachbarte Eingangssignalleitungen an ein Bezugspotential anzulegen, um ein Übersprechen zu verhindern.

In jüngster Zeit sind für Speichervorrichtungen in zunehmendem Maß hochkapazitive Halbleiterspeicher, als ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) bezeichnet, verwendet worden. Derartige Vorrichtungen übertragen die in ihnen enthaltenen elektrischen Ladungen in Abhängigkeit von der Anlegung von Taktsignalen mit verschiedenen Phasen an eine Anzahl von ladungsgekoppelten Elementen einer solchen CCD-Vorrichtung.

Bei dieser Vorrichtung können sich die Taktsignale infolge der zwischen den mit den Takisignalen gespeisten Elektroden entstehenden Überlappungskapazität und der zwischen den Elektroden und dem Bezugspotentialpunkt (Masse) erzeugten Elektrodenkapazität gegenseitig stören, wodurch als Übersprechspannung bezeichnete Störsignale erzeugt werden. Die genannten Kapazitäten entstehen unweigerlich aufgrund des Aufbaus der CCD-Vorrichtung. Im Fall von CCD-Vorrichtungen mit großer Kapazität betragen diese Kapazitäten jeweils ein Mehrfaches von 100 pF, so daß zwangsläufig die Übersprechspannung entsteht

Wenn die Übersprechstörung in den Taktimpulsen auftritt, wird eine unerwünschte aktive Spannung an andere Elektroden als der Elektrode angelegt die in der CCD-Operation aktiv ist Infolgedessen stören sich Potentialsenken bei der Ladungsübertragungsoperation gegenseitig. Insbesondere wird ein Signal hohen Pegels an die Elektrode der CCD-Elemente, die auf niedrigem Pegel bleiben sollen, angelegt, so daß die Höhe der Sperrschicht verringert wird und somit die in einer Potentialsenke gespeicherten Ladungen zu angrenzenden Potentialsenken fließen. Die in diesen Potentialsenken enthaltenen Ladungen stören oder beeinflussen einander somit in komplexer Weise. Dies führt zu einer Minderung des Ladungsübertragungswirkungsgrads und, was noch nachteiliger ist, zu einer fehlerhaften Arbeitsweise der CCD-Vorrichtung.

Wenn aktive Vorrichtung mit kapazitivem Aufbau, etwa die CCD-Vorrichtungen, durch Mehrphasen-Taktsignale angesteuert werden, ist es allgemein notwendig, die Interferenz öder Störung der Pötentiäisenken mit der erzeugten Übersprechspannung möglichst zu verringern, um eine normale Arbeitsweise dieser Vorrichtungen sicherzustellen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltung zur Unterdrückung von Störungen der eingangs definierten Art zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, eine Interferenz oder Übersprechen

zwischen mehreren Signalleitungen vollständig bei einfachem Aufbau der Schaltung auszuschalten.

Ausgehend von der Schaltung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an jede der Signalleitungen wenigstens ein Schalterkreis direkt angeschlossen ist, der von wenigstens einer nicht zugeordneten Signalleitung aus ansteuerbar ist, derart, daß dann, wenn auf einer der Signalleitungen eines der Signale mit verschiedenen Phasen vorhanden ist, wenigstens die dieser Signalleitung benachbarten Signalleitungen über einen entsprechenden Schalterkreis an das feste Bezugspotential aniegbar sind.

Durch die Schaltung nach der vorliegenden Erfindung wird ein Übersprechen zwischen zwei benachbarten Leitungen vollständig ausgeschaltet, wobei die gesamte Schaltungsanordnung jedoch vergleichsweise einfach aufgebaut ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhrod von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ladungsgekoppelten Vorrichtung,

F i g. 2 ein Zeitdiagramm der an die Vorrichtung von F i g. 1 aniegbaren mehrphasigen Taktimpulse,

F i g. 3 ein Äquivalentschaltbild der Vorrichtung nach

F i g. 4 ein Takt- oder Zeitdiagramm von Störsignale enthaltenden Taktimpulsen,

Fig.5 ein Schaltbild einer Wellenformerschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.6 bis 8 Schalterbilder abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung und

Fig.9 und 10 Schaltbilder von Abwandlungen einer in einem Impulsgenerator vorgesehenen Pufferschaltung.

Fig. I veranschaulicht schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (im folgenden auch als »CCD-Vorrichtung« abgekürzt). Diese CCD-Vorrichtung besteht aus einem Halbleitersubstrat 1, einer auf diesem ausgebildeten Isolierschicht 2, einer Reihe von getrennt in der Isolierschicht 2 angeordneten Innen Elektroden 3|— Zj und einer Reihe von Oberflächen-Elektroden 4_t—4₅, die schichtartig auf die Oberfläche der Isolierschicht 2 aufgetragen und gemäß F i g. 1 zwischen und über benachbarten inneren Elektroden angeordnet siii.d. Die Oberflächen-Elektroden 4i —4-5 und die Innen-Elektroden 3i—3s sind jeweils zusammenschalten wobei die zusammengeschalteten Elektroden mit zugeordneten Außenanschlüssen 5i—5s verbunden sind. Beispielsweise sind die Innen-Elektrode 3| und die Oberflächen-Elektrode 4| miteinander und mit dem Außenanschluß 5i verbunden. Innen- und Oberflächen-Elektrode 3₂ bzw. ^₁ sind ebenfalls zusammengeschaltet und mit dem Außenanschluß 5₂ verbunden. Die restlichen Innen- und Oberflächen-Elektroden sowie die anderen Außenanschlüsse sind auf ähnliche Weise geschaltet. Die Ansteuerung einer CCD-Vorrichtung dieser Art erfolgt durch aufeinanderfolgende Anlegung mehrphasiger Taktimpulse Φ 1 —Φ 4 (F i g. 2) an die Außenanschlüsse 5| —5s.

Das Äquivalentschaltbild der CCD-Vorrichtung nach Fig.l ist in Fig.3 veranschaulicht. Dabei werden Überlappungskondensatcrsn bzw. -kapazitäten ΟΦ \Φ 2— OP 2Φ 4 zwischen den benachbarten Klemmen oder Anschlüssen gebildet, während Elektrodenkondensatoren bzw. -kapazitäten ϋβφ 1 — ΟβΦ 4 weiU zwischen den Klemmen und Masse gebildet werden. Taktimpulse Φί—Φ4 stören einander über diese Kondensatoren unter Bildung von Taktimpulsen Φ 10— Φ40, die gemäß Fig.4 als Übersprechspannung bezeichnete Slörsignale (noise) enthalten. Wenn solche Impulse zur Ansteuerung der CCD-Vorrichtung benutzt werden, stören sich die in den Potentialsenken dieser

ίο Vorrichtung gespeicherten Ladungen auf vorher beschriebene Weise gegenseitig. Aus diesem Grund wird eine Wellenformerschaltung gemäß F i g. 5 verwendet

Gemäß F i g. 5 erzeugt ein Impulsgenerator 9 die vier Taktimpulse Φ ί—Φ 4, die an Pufferschaltungen 10, 20, 30 bzw. 40 angelegt werden, die jeweils einen p-Kanal-MOSFET (MOS-Feldeffekttransistor) und einen n-Kanal-MOSFET aufweisen, weiche in Reihe zwischen zwei Stromquellen bzw. -klemmen Vdd und Vss geschaltet sind. Die MOSFETs jeder Pufferschaltung sind mit der Bezugsziffer Λγ.γ zugehörigen Pufferschaltung, zuzüglich des Buchstabens »a« oder »b« bezeichnet Beispielsweise sind die MOSFETs der Pufferschaltung 10 mit 10a und 106 bezeichnet Die Ausgänge der Pufferschaltungen 10—40 sind über Signalleitungen lla—41a mit Klemmen 11, 21,31 bzw. 41 verbunden, die an die Anschlüsse 5j—54 der CCD-Vorrichtung angeschlossen sind. Die Signalleitungen lla—41a sind über Schalterkreise 12—41 mit einer Stromquelle Vsso verbunden. Jeder Schalterkreis enthält drei n-Kanal-MOSFETs 12a-12c, 22a-22c, 32a—32c bzw. 42a—42c Die Gate-Elektroden der betreffenden MOSFETs 12a—12c sind mit Signalleitungen 21a,31aund 41a verbunden, während diejenigen der MOSFETs 22a—22c mit Signalleitungen lla, 31a und 41a und diejenigen der MOSFETs 32a—32c mit den Signalleitungen 11 a, 21 a und 31a verbunden sind.

Im Betrieb werden die erzeugten Taktimpulse Φ 1—Φ 4 über die Signalleitungen lla, 21a, 31a und 41a sowie die Klemmen 11—41 zu den Anschlüssen 5i—54 geleitet Durch die CCD-Operation werden die Taktimpuls." Φ 1— Φ 4 in Störsignale enthaltende Taktimpulse Φ 1°—Φ 4° geändert. Der Taktimpuls Φ 1 mit aktivem, d. h. hohem Pegel wird an die Klemme 11 und dann an die CCD-Vorrichtung angelegt und gleichzeitig den Gate-Elektroden der MOSFETs 22a, 32a und 42a aufgeprägt. Bei Eingang des Aktivpegel-Impulses schalten diese MOSFETs durch, so daß die Leitungen 21a, 31a, 41a, die diesen Impuls hohen Pegels nicht erhalten, an das Bezugspotential Vsso gelegt werden.

Wenn daher das Störsignal an die Signalleitungen 22a, 31a und 41a angelegt wird, wird es durch die MOSFETs 22—42 absorbiert. Infolgedessen wird nur der Taktimpuls Φ 1 über die betreffenden Eingangsklemmen 5| und 5s der CCD-Vorrichtung dieser eingespeist. Ebenso wird der Taktimpuls Φ 2 mit hohem Pegel an di'j Signalleitung 21a angelegt, so daß dieser einen hohen Pegel besitzende Impuls den MOSFETs 32a und 42a der den Signalleitungen lla, 31a und 41a entsprechenden Schalterkreisen 12, M und 42 aufgeprägt wird und diese

fio MOSFETs daher durchgeschaltet werden. Infolgedessen werden diese Leitungen Ha, 31 a und 41a an das Bezugspotential Vsso gelegt, wobei das i'.inen aufgeprägte Störsignal durch die MOSFETs 21a, 32a und 42a absorbiert oder unterdrückt wird. Auf diese Weise wird

6^r> das Potential der anJ?ren S'gnalleitungen als der den Impuls hohen Pegels aufnehmenden Signalleitung auf das Bezugspotential eingestellt, so daß nur der gewünschte Impuls zur CCD-Vorrichtung geleitet wird.

Infolgedessen wird die unerwünschte Interferenz bzw. Störung zwischen den Potentialsenken in der CCD-Vorrichtung vermieden, wodurch eine fehlerhafte Arbeitsweise dieser Vorrichtung sicher verhindert wird.

Eine Abwandlii"2 des drei MOSRETs verwendenden Schalterkreises ist in Fig. 6 dargestellt. Dabei enthält jeder Schalterkreis einen MOSFET und ein ODER-Glied. Beispielsweise umfaßt der Schalterkreis 12 einen MOSFET 12c/und ein ODER-Glied 12c. Die Signalleitungen Ua-41a sind dabei über MOSFETs \2d-42d an das Be/.ugspotential Vsso angeschlossen. Die Gate-Elektroden der MOSFETs sind gemäß F i g. 6 mit den betreffenden Ausgängen der ODER-Glieder verbunden. Das ODER-Glied 12e ist mit seinen Eingängen an die Signalleitungen 21a, 31a und 41a angeschlossen; die Eingänge des ODER-Glieds 22r liegen an den Signalleitungen 11a, 31a und 41a; die Eingänge des ODER-Glieds 32esind mit den Signalleitungen lla, 21a und 4ia verbunden, während die Eingänge ue:> ODER-Glieds 42e mit den Signalleitungen 1 la, 21a und 31a verbunden sind. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel ein Impuls hohen Pegels an die Leitung Ma angelegt wird, gelangt er über die den Signalleitungen 21a-41a zugeordneten ODER-Glieder 22e-42t< zu den Gate-Elektroden der MOSFETs 22d~42d. Infolgedessen schalten die MOSFETs 22c/— 42c/ durch, so daß die Signalleitungen 21a—41a an das Bezugspotential Kmo gelangen und das Störsignal von den MOSFETs 22c/—42c/ absorbiert bzw. unterdrückt wird. Dieselbe Arbeitsweise gilt entsprechend auch für die anderen Schalterkreise 21,32 und 42.

Eine weitere Abwandlung des Schalterkreises ist in F i g. 7 dargestellt. Dabei werden nur die Signalleitungen neben der mit dem Impuls hohen Pegels beaufschlagten Signalleitung an das Bezugspotential gelegt, während bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen die anderen Signalleitungen als die das Signal hohen Pegels aufnehmende Signalleitung sämtlich an das Bezugspotential angeschlossen werden. Gemäß F i g. 7 ist eine Signalleitung 21a an die Gate-Elektroden der MOS- ■ FETs \2( und 32f in den Schalterkreisen 12 und 32 anpeschlossen. welche den Sienalleituneen lla und 21a neben der Leitung 31a entsprechen, jedoch nicht mit dem der Leitung 41a. welche von der Leitung 21a entfernt ist. zugeordneten Schalterkreis. Ebenso ist die Signalleitung 13a mit den Gate-Elektroden der MOS-FETs 22/"und 42/! jedoch nicht mit dem Schalterkreis 12 verbunden. Die Leitung 41 a ist mit den Gate-Elektroden der MOSFETs 32^und 12^entsprechend den Leitungen 31a und lla neben der Leitung 41a verbunden. Die Klemme 11 ist ?i die Gate-Elektroden der MOSFETs 22g und 42g der Schalterkreise 22 bzw. 42 angeschlossen.

Wenn im Betrieb ein Impuls hohen Pegels an die Leitung 21a angelegt wird, wird das Bezugspotentia Kmo über die MOSFETs Uf und 32fden Signalleitun gen lla und 31a aufgeprägt. Infolgedessen wird das an den benachbarten Leitungen 11a und 31a erscheinende Störsi^nnl durch die MOSFEIs 12/ und 32f absorbiert. An die Signalleitung 14a wird kein Bezugspotential V
angelegt, so daß das Störsignal über die Klemme 41 zum CCD-Element gelangt. Auch bei Ansteuerung der CCD-Vorrichtung durch das Störsignal übertrag jedoch das durch den vorgesehenen Impuls angesteuer te CCD-Element in normaler Weise die Ladungen, da sich die CCD-Elemente zu seinen beiden Seiten in einen unwirksamen Zustand befinden. Demzufolge arbeite die Vorrichtung einwandfrei.

F i g. 8 zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung mit solchem Aufbau, daß das Störsignal, wie beim Beispiel von Fig. 7. nur von den Schalterkreisen entsprechend den benachbarten Klemmen absorbier wird. Die Schaltung gemäß Fig. S verwendet Schauer kreise 12, 22,32 und 42 mit ähnlichem Schaltungsaufbaii wie in Fig. 6. Bei dieser Abwandlung sind jedoch die ODER-Glieder 22c—42e mit jeweils zwei Eingangs klemmen an die Eingangsklemmen der benachbarten ODER-Glieder angeschlossen. Die Arbeitsweise dieser Schaltung nach F i g. 8 ist ähnlich wie bei der Schaltung gemäß Fi g. 7.

Die Schaltungen gemäß F i g. 7 und 8 sind denen nach F i g. 5 .ind 6 insofern überlegen, als Verdrahtungen und/oder Elemente eingespart werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Anwendung auf die CCD-Vorrichtung beschriebon ist, ist sie auch auf durch mehrphasige Taktimpuls«.· angesteuerte MOS-Schaltungen, auf eine Schaltung zur Ansteuerung aktiver Vorrichtungen mit kapazitiver Struktur, wie Bucket-Brigade-Vorrichtungen, und dgl. anwendbar. Außerdem kann die erfindungsgemäße Wellenformerschaltung jede beliebige Art von Mehrphasenimpulsen mit entsprechender Zahl von Schalterkreisen verwenden. Die in den Schalterkreisen vorgesehenen n-Kanal-MOSFETs sind durch p-Kanal MOSFETs austauschbar Der komplementäre MOSFET-Kreis in der Pufferschaltunp kann uemäß Hen F i g. 9 und 10 durch MOSFET: derselben Polarität ersetzt werden. Bei der Pufferschaltung gemäß Fig. 9 sind zwei MOSFETs in Reihe geschaltet, wobei die Gate-Elektrode des einen MOSFETs einen Taktimpuls abnimmt, während der andere mit der Verzweigung zwischen beiden MOS-FETs und der Klemme (z. B. 11) verbunden ist. Bei der Anordnung nach Fig. 10 wird die eine Gate-Elektrode der in Reihe geschalteten MOSFETs mit einem Taktimpuls Φ beaufschlagt, während die anddc mit einer Stromquelle Vcc verbunden ist. Die Verzweigung zwischen beiden MOSFETs ist z. B. an die Klemme 11 angeschlossen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Unterdrückung von Störungen (Rauschen) auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen, mit einer Anzahl von Signallettungen zur Abnahme mehrerer Signale mit verschiedenen Phasen und zur Übertragung dieser Signale zu einer kapazitiv aktiven, ladungsgekoppelten Vorrichtung, und mit mehreren an ein Bezugspotential angeschalteten Schalterkreisen, die durch die Signale mit verschiedenen Phasen ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jede der Signalleitungen (11a, 21a, 31a, 4Ia^ wenigstens ein Schalterkreis (12, 22, 32, 42) direkt angeschlossen ist, der von wenigstens einer nicht zugeordneten Signalleitung aus ansteuerbar ist, derart, daß dann, wenn auf einer der Signalleitungen eines der Signale mit verschiedenen Phasen vorhanden ist, wenigstens die dieser Signalleitung benachbarten Signalleitungen über einen entsprechenden Schalterkreis an das feste Bezugspoteitdal anlegbar sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale Taktsignale sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterkreise (12, 22, 32, 42) jeweils aus einer Anzahl von MOSFETs bestehen, die parallel zwischen die betreffenden Signalleitungen (Ha, 21a, 31a, 4Ia) und das Bezugspotential eingeschaltet ist, und daß die Gate-Elektroden der MOSFETs mit zumindest den benachbarten Signalleitungen verbunden sind.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die SchaicerkreL·;*: jeweils aus einem zwischen die betreffend«. Signalleitungen (Ha, 21a, 31a, 4Ia^ und das Bezugspoten. al eingeschalteten MOSFET und einem ODER-Glied (12e, 22e, 32e, 42ej mit mehreren Eingangsklemmen, die zumindest mit den benachbarten Signalleitungen verbunden sind, und einer Ausgangsklemme bestehen, die mit der Gate-Elektrode des MOSFETs verbunden ist.