DE2820837C2 - Ladungsgekoppelte Halbleiteranordung und ladungsgekoppelter Filter mit einer derartigen Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die ladungsgekoppelte to Halbleiteranordnung ebenso viele isolierte, durch eine gemeinsame Elektrode (76) verbundene Kanäle wie Bewertungsschaltungen (8) enthält und daß ihre Abtasteinrichtungen (72, 73) jeweils mit den Bewertungsschaltungen (8) verbunden sind (Fig. 10).

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Die Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein ladungsgekoppeltes Filter mit einer derartigen Halbleiteranordnung.

Bei gewissen ladungsgekoppelten Halbleiteranordnungen ist es notwendig, eine Differenzbildungsstufe vorzusehen und dies ist insbesondere für Ausgangsstufen von sogenannten Transversalfiltern der Fall. Diese Ausgangsstufe besteht bei bekannten Transversalfiltern aus einem äußeren Differenzverstärker oder aus einem MOS-Transistor, der auf demselben Substrat wie das Filter integriert ist Diese bekannten Anordnungen weisen verschiedene Nachteile auf, unter denen der Platzbedarf bei den Anordnungen genannt werden kann, bei denen die Differenzbildungsstufe nicht auf demselben Substrat integriert ist, und der große Energieverbrauch der MOS-Transistoren, der größer als der Energieverbrauch des Transversalfilters ist, sowie die durch den MOS-Transistor möglicherweise eingeführten Nichtlinearitäten. Zur Vermeidung dieser Nachteile, ist es aus der DE-OS 26 08 101 bekannt, die Differenzbildungsstufe eines Transversalfilters in dieser zu integrieren, indem zwei in Gegenphase betriebene Filter parallel geschaltet sind, wobei die zueinander parallelen Ladungstransportkanäle gemeinsame Eingangselektroden aufweisen. Aus Proceedings of CCD 1975, San Diego, 29.—31.10.1975, Seiten 309 bis 318, ist es auch bekannt, eine ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art bei einem Transversalfilter als Differenzbildungsstufe vorzusehen. Dabei erfolgt die Differenzbildung durch eine besondere Ausbildung der Eingangsstufe der einen Ladungstransportkanal aufweisenden ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Differenzbildung zwischen den elektrischen Eingangssignalen auf andere Weise erfolgt

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt es

F i g. 1 ein Ausfuhrungsbeispiel der ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 Schaubilder von an die Anordnung angelegten

elektrischen Signalen,

Fig.3 zwei Schnitte der Anordnung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise,

F i g. 4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leseeinrichtung für die Anordnung der F i g. 1,

Fig.5. ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig.6 Schnitt der Anordnung der Fig.5 zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise,

F i g. 7 Schaubilder von an die Anordnung der F i g. 5 angelegten elektrischen Signalen,

Fig.8 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung als Differenzbildungsstufe für ein ladungsgekoppeltes Filter,

F i g. 9 Schaubilder von an die Anordnung der F i g. 8 angelegten Signalen,

Fig. 10 ein anderes ladungsgekoppeltes Filter mit einem Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung als Differenzbildungsstufe.

Das erste Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung, das in F i g. 1 dargestellt ist besteht aus einem Halbleitersubstrat (beispielsweise Silicium); das mit einer Isolierschicht bedeckt ist (Siliciumoxyd beispielsweise), auf der Elektroden angeordnet sind. Auf dem Halbleitersubstrat sind zwei elektrisch isolierte und parallele Kanäle 1 und 2 vorgesehen, in denen die elektrischen Ladungen in Longitudinalrichtung transportiert werden. Die Isolierung zwischen beiden Kanälen kann auf bekannte Art und Weise erzielt werden, insbesondere durch eine Isolierschicht oder durch eine lokale Erhöhung der Dotierung des Substrats.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält jeder der Kanäle hintereinandergeschaltet eine Diode (D\ bzw. D₂), eine erste Elektrode (11 bzw. 21), eine zweite Elektrode (3), die sich über die beiden Kanäle erstreckt eine dritte Elektrode (12 bzw. 22) und schließlich eine zweite Diode (Dz bzw. D»).

Die Dioden D₁ und D₂ injizieren die Signale (S\ und 52), aus denen ein Differenzsignal gebildet wird, in die beiden Kanäle. Dazu sind sie mit einer Vorspannungsquelle Vp verbunden, die für beide Kanäle durch die Signale S\ und & moduliert wird.

An die Elektroden U und 22 wird ein und dasselbe Potential Φι angelegt dessen Form beispielsweise in F i g. 2a) dargestellt ist während F i g. b) ein Beispiel für ein Potential Φ₂ liefert das an die Elektroden 21 und 12 angelegt wird. Die Fig.2c) zeigt ein Beispiel eines Potentiales V* das an die gemeinsame Elektrode 3 über eine Leseeinrichtung L angelegt wird.

Aus dem Schaubild a) der F i g. 2 ist die zeitliche Änderung des Potentials Φι zu erkennen. Die Zeitfunktion ist im wesentlichen rechteckförmig, jedoch sind die Anstiegs- und Abstiegskanten der Rechtecke etwas abgeschrägt Die Periode des T und die Signale variieren um den Wert Vzwischen Φι β (unteres Niveau) und Φι ^(oberes Niveau).

Das Schaubild b) zeigt die zeitliche Änderung des Potentials Φ₂. Dies ist ebenso rechteckförmig und die Amplitude variiert zwischen Φ₂β (unteres Niveau) und Φιη (oberes Niveau). Es ist vorzugsweise identisch dem Signal Φι, jedoch gegenüber diesem um 772 in der Phase verschoben.

Das Schaubild c) zeigt das Potential V* das zeitlich konstant ist und dessen Amplitude im wesentlichen gleich V/2 ist für den Fall, daß die Amplitude der Signale Φι undΦ2gleich Vist

Die Arbeitsweise der Anordnung wird anhand von

' F i g. 3 erläutert, die ein Schnitt durch die Anordnung ist und den Ladungstransport im Kanal 1 während verschiedener Betriebsphasen veranschaulicht

In F i g. 3 ist das Halbleitersubstrat 5 zu erkennen, das mit einer Isolierschicht 6 überzogen ist. Auf dieser sind drei Elektroden 11, 3 und 12 angeordnet In dem Substrat 5 sind zwei Bereiche mit gegenüber dem Substrat unterschiedlichem Leitungstyp vorhanden, die mit dem Substrat die Dioden A und D₃ darstellen. Das Substrat ist auf dem am weitesten negativen Potential der Anordnung gehalten, das das Referenzpotential (Masse) darstellt und auf das die anderen Potentiale bezogen sind.

Es wird angenommen, daß das Halbleitersubstrat p-leitend ist und daß die von Elektrode zu Elektrode is transportierten Ladungen Minoritätsladungsträger (Elektronen) sind. Für ein η-leitendes Substrat handelt es sich dabei um Löcher, die sich fortbewegen. Dabei genügt es, die Polaritäten sämtlicher angelegter Potentiale umzukehren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Injektion der Ladungen in das Halbleitersubstrat auf folgende Art und Weise.

Die Diode A erhält ein Vorspannungspotential + Vp, das durch das Eingangssignal Si moduliert ist Die Höhe des entsprechenden Potentials ist in Fig.3 durch die Gerade 30 veranschaulicht.

In einer ersten Phase, die in dem Schema a) der F i g. 3 dargestellt ist, und die dem Augenblick t. (vergleiche Fig.2) entspricht, liegt an der Elektrode 11 das Potential Φι - Φ η, das durch eine gestrichelte Gerade 31 in dem Substrat 5 bei der Elektrode 11 angedeutet ist Die Elektrode 3 wird auf dem konstanten Potential Vj — V/2 gehalten, das durch die gestrichelte Gerade 33 bei der Elektrode 3 angedeutet ist Während dieser Phase ist das Potential Φ₂, das an die Elektrode 12 angelegt ist, gleich Φιβ (gestrichelte Gerade 32), wie dies aus dem Diagramm a) und b) der F i g. 2 ersichtlich ist Die durch die Diode A gemäß einem üblichen Verfahren gelieferten Ladungsträger dringen in die benachbarten Bereiche, die unter den Elektroden 11 und 3 liegen (gestrichelter Bereich) ein. Die unter den Elektroden befindlichen Ladungsmengen hängen folglich von der Potentialdifferenz zwischen dem an jede der Elektroden angelegten Potential und dem Signal V_p + Si ab, das an die Injektionsdiode A angelegt ist Unter der Elektrode 3 wird folglich eine Ladungsmenge erhalten (mit A angedeutet), die eine Funktion des Eingangssignals S\ ist

In einer zweiten Phase gemäß Fig.b), die dem so Zeitpunkt h (F i g. 2) entspricht ist das Potential Φι auf seinem unteren Niveau (Φι = Φι β, Gerade 32) und das Potential Φ₂ in seinem oberen Niveau (Φ2 — Φιη, Gerade 31). Das Potential Φιβ an der Elektrode 11 verhindert den Weitertransport der Ladungen von der Diode A in die übrige Anordnung. Das Potential Φιη an der Elektrode 12 bewirkt daß die Ladungsmenge A, die eine Funktion des Eingangssignals $ ist und vorher sich unter der Elektrode 3 befand, an die Elektrode 12 weitergeleitet wird. Diese Ladungen können durch die Diode Di gesammelt und abgeleitet werden.

Es ist ersichtlich, daß die Ladungen, die das Eingangssignal S\ darstellen, gemäß dem Funktionsablauf unter der Elektrode 3 während einer Halbperiode 772 gespeichert werden. es

Derselbe Injektions- und Ladungstransportvorgang läuft im Kanal 2, jedoch in Gegenphase zum Kanal 1 ab: die Elektrode 21 wird durch das Signal Φι gesteuert

Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Ladungen des Kanals 1 die gemeinsame Elektrode 3 verlassen, wenn diese die Ladungen des Kanals 2 erhält Beim Auslesen des Potentials oder des Stromes der Elektrode 3 mit Hilfe der Leseeinrichtung L wird ein Signal erhalten, das zu der Differenz der Ladungen in den beiden Kanälen 1 und 2 und folglich zu der Differenz der beiden Signale St und S₂ proportional ist

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Leseeinrichtung L der F i g. 1. Mit Hilfe dieser Leseeinrichtung wird an der beiden Kanälen gemeinsamen Elektrode 3 ein Potential V, - V/2 angelegt und das Signal S, das die Differenz der beiden Signale Si und S₂ darstellt, gelesen. Hierzu ist eine Spannungsauslesung vorgesehen, d. h. daß die Elektrode 3 während des Eintreffens der Ladungen isoliert gehalten wird und daß das erhaltene Signal aus der Beobachtung der Potentiäientwickiung an dieser Elektrode folgt

Die Leseeinrichtung enthält drei MOS-Transistoren (TMOS) Ti, T₂ und T₃, die wie folgt geschaltet sind: Ein Anschluß von Tj erhält das Potential Vr, der andere Anschluß von 7Ί und ein Anschluß von Ti erhalten die von der Elektrode 3 kommende Spannung; der andere Anschluß von Ti ist mit dem Gitter von T₃ verbunden; der Drain von T₃ erhält von außen eine Spannung Vb; der Source-Anschluß von T₃ liefert einerseits das Signal S und ist andererseits über einen Widerstand R an Masse gelegt; die Gitter von 71 und T₂ erhalten jeweils ein Signal Φ Lima ein hier komplementäres Signal Φι,

Wenn das Signal Φ/. identisch Φι ist befindet sich die Elektrode 3 auf dem Potential V-, lediglich während einer Halbperiode 772, was nicht genau dem entspricht, was anhand von Fig.2c) erläutert ist, was jedoch die Betriebsweise der Anordnung nicht ändert Während der folgenden Halbperiode wird die Elektrode 3 vom Potential V, isoliert gehalten und es erfolgt die Auslesung der Ladungsmengen, die sich unter dieser Elektrode befinden. Die Auslesung erfolgt über den Abtast-TMOS T₂ (der durch das Signal v_L gesteuert wird). Der nachgeschaltete TMOS T₃ stellt einen hochohmigen Ausgang dar.

Für den Fall, daß gilt Φί. - Φι, erhält man S — Si — S₂. Wählt man für Φι. ein zu Φ₂ identisches Signal, so erhält man S = S₂ — S_t.

Die Einrichtung L kann jede beliebige Leseeinrichtung für Ladungsmengen sein, die nach dem Prinzip der Stromauslesung oder Spannungsauslesung arbeitet

Fig.5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung, bei der die Injektion der Ladungen, die das Signal darstellen, durch das Verfahren bewerkstelligt wird, das »Potentialabgleichung« genannt wird.

In dieser Figur sind die beiden parallelen isolierten Kanäle 1 und 2 wiederzuerkennen, die an jedem ihrer Enden eine Diode und zwar die Dioden Di und D₃ für den Kanal 1 und A und A für den Kanal 2 aufweisen. Es ist die beiden Kanälen gemeinsame Elektrode 3 wiederzuerkennen, der jedoch in jedem Kanal drei Elektroden vorgeschaltet sind, nämlich die Elektroden 13,14 und 15 im Kanal 1 und 23,24 und 25 im Kanal Z Der Elektrode 3 sind die beiden Elektroden 16 und 26 nachgeschaltet

Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird durch die Schaubilder a) bis d) der Fig.6 erläutert, die jeweils einen Schnitt der Anordnung darstellen und den Transport der elektrischen Ladungen in Kanal 1 während der verschiedenen Betriebsphasen veranschaulichen.

In den verschiedenen Schaubildern ist das Halbleitersubstrat 5 zu erkennen, das mit einer Isolierschicht 6 überzogen ist Es sind fünf Elektroden 13,14,15,3 und 16 zu erkennen. Die beiden Dioden A und D₃ sind in dem Halbleitersubstrat 5 realisiert s

Die Diode A erhält ein Signal Vb 5. das beispielsweise in Fig.7, Schaubild b) dargestellt ist Das Schaubild a) entspricht dem Schaubild a) der F i g. 2. Das Signal Vb 5 ist ein rechteckförmiges Signal, das sich zwischen den Werten Ve und V« ändert Es besitzt dieselbe Periode T to wie Φ\. Der untere Wert des Rechtecksignals (Vds= ^v*) ist in Phase mit Φι und seine Dauer ist kleiner als 772.

Das Schaubild a) der F i g. 6 entspricht dem Zeitpunkt ii (Fig. 7), in dem Φι = Φ\β und Vds" Vb Zeitpunkt erfolgt die Injektion der Ladungen in die Anordnung. Die Potentialhöhen sind durch die gestrichelten Geraden angedeutet:

— die Gerade 40 entspricht der Höhe V₈ des Potentials V₀₅, das an die Diode A angelegt wird;

— die Gerade 41 entspricht dem konstanten Potential Vpu das an die Elektrode 13 angelegt wird;

— die Gerade 42 entspricht der Summe eines Konstantpotentiales V>2 und dem Eingangssignal

S\ (t), das an die Elektrode 14 angelegt wird;

— die Gerade 43 entspricht der Höhe Φ\β des Potentials Φι, das an die Elektrode 15 angelegt wird.

Die Elektrode 3 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel, den beiden Kanälen gemeinsam und erhält über die Leseeinrichtung L das Potential V/. An die Elektrode 16 gelangt das Potential Φι.

In dem Schaubild a) werden die Ladungsträger unter die Elektroden 13 und 14 injiziert

Das Schaubild b) der F i g. 6 entspricht dem Zeitpunkt ti, in dem Φ\ den Wert Φ\β besitzt bei dem jedoch V05 den Wert V« annimmt der kleiner als Vp 1 ist Dies führt dazu, daß nur die Ladungen unter der Elektrode 14 (gestrichelter Bereich B) in Fi g. 6b) in einer Menge vorhanden sind, die der Potentialdifferenz (Vp2+S\)—Vp\ und folglich dem Eingangssignal S/ entspricht

Das Schaubild c) der F i g. 6 entspricht dem Zeitpunkt ti, in dem Vbs = VW und Φι — Φ\ _H gilt (Gerade 45 in der Fig. 6c). Das Ansteigen des Potentials der Elektrode 15 führt dazu, daß eine Raumladungszone gebildet wird und die Ladungen B unter der Elektrode angezogen werden. Das Fortschreiten zur nächstfolgenden Elektrode 3 ist nicht möglich, da diese auf dem Potential V-, so (Gerade 46) gehalten wird.

Das Schaübüd d) der Fig,6 entspricht einem Zeitpunkt U, der gleich dem Zeitpunkt f, + Fist Das Potential der Elektrode 15 nimmt wieder den Wert Φ\β an, wodurch die Ladungen B zur nachfolgenden gemeinsamen Elektrode 3 weitergeleitet werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß in der den Ausführungsbeispielen der Anordnung gemäß der Erfindung nach der F i g. 3 und 5 Mittel vorgesehen sind, die das Fortschreiten der Ladungen in nur einer einzigen Richtung ermöglichen und die verhindern, daß die Ladungen an den Eingang zurückkehren. Derartige Mittel sind bekannt: sie bestehen darin, daß bei jeder Elektrode eine Asymmetrie vorgesehen ist

Schließlich endet die Fortbewegung der Ladungen B in dieser Stufe durch die nächstfolgende Elektrode 16, die sich ebenfalls auf dem Potential Φι = Φ\β befindet

Darüber hinaus stellt das Schaubild d) eine Ladungs-

injektionsphase dar, in der ein neuer Signalwert C des Signals S\ eingegeben wird.

Während einer späteren Phase, die in den Figuren nicht veranschaulicht ist, zum Zeitpunkt ts = t₃ + T wird die Ladung B, die dem Signalwert entspricht von der Elektrode 3 zur Elektrode 16 weiter transportiert nachdem diese erneut das Potential Φι = Φι «angenommen hat

Vorstehend wurde die Injektion der Ladungen und die Digitalisierung des Signals Si im Kanal 1 beschrieben. Diese Vorgänge laufen in analoger Weise im Kanal 2 ab, jedoch für alle angelegten Signale um 772 phasenverschoben, so daß zu jeder Halbperiode Ladungen unter der gemeinsamen Elektrode 3 ankommen, die aus einem der beiden Kanäle stammen.

Es wird angemerkt daß die Relativwerte der Konstantpotentiale V>i und Vp₃ einerseits und V>₂ und Vpt andererseits angeglichen werden, um eine Abgleichung der Kanäle 1 und 2 zu erhalten.

Die Anordnung gemäß Fig.5 stellt folglich eine Variante zur Anordnung gemäß F i g. 1 dar, was die Ladungsinjektion und die Abtastung der Signale S\(t) und S^y betrifft

F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung als Differenzbildungsstufe eines ladungsgekoppelten Filters.

Das in F i g. 8 dargestellte Filter ist ein sogenannter Transversalfilter, wie es aus den eingangsgenannten Zeitschriftenartikel und der eingangs genannten DE-OS bekannt ist

Das Filter ist auf dem gleichen Halbleitersubstrat wie das Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung realisiert und liegt links von einer Linie XX der F i g. 1, während das Ausführungsbeispiel rechts von dieser Linie liegt

Das Filter besteht aus einer Eingangs- und Abtaststufe (nicht dargestellt), die das zu Filternde Signal darstellende Ladungspakete an das eigentliche Filter liefert von dem die letzten Elemente dargestellt sind. Es handelt sich beispielsweise um ein Zwei-Phasen-Filter, das in zwei Teile unterteilte Elektroden 82—83,85—86, 88—83 besitzt die sich mit ungeteilten Elektroden 81, 84,87,90 abwechseln. Das Filter ist durch eine in dem Substrat realisierte Diode Df abgeschlossen, durch die die Ladungen abgeleitet werden. Die ungeteilten Elektroden sind mit einem periodischen Potential Φη und die unterteilten Elektroden mit einem hierzu gegenphasigen Potential Φγ2 über zwei Leseeinrichtungen Lp- und Lf⁺ jeweils für die oberen und unteren Teile der unterteilten Elektroden verbunden. Ebenso wie die Leseeinrichtung L der vorhergehenden Figuren können diese Leseeinrichtungen Lf~ und Lf⁺ durch die Ladungsmengen unter den unterteilten Elektroden ausgelesen werden, auf bekannte Art und Weise realisiert sein. Die Leseeinrichtungen Lf~ und Lf⁺ liefern jeweils ein Lesesignal S- und S+, das an eine Differenzbildungsstufe geliefert wird, um das Ausgangssignal iS/rdes Filters zu erhalten.

Die Differenzbildungsstufe ist gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele aufgebaut wobei die Signale S- und S⁺ die Signale Si und S₂ darstellen.

In Fig.8 ist als Differenzbfldungsstufe das Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung nach Fig.5 vorgesehen, an die jedoch andere Signale angelegt werden:

— die Dioden A und Di werden auf einem konstanten Potential

— die Elektroden 15, 16 und 23 erhalten das periodische Potential Φ\;

— die Elektroden 13, 25 und 26 erhalten das periodische Potential Φ2;

— die gemeinsame Elektrode 3 erhält das Konstantpotential V, über die Leseeinrichtung L, die beispielsweise wie in F i g. 4 beschrieben aufgebaut ist, die jedoch nicht mehr durch das Signal Φ/. und sein Komplementärsignal, sondern durch zwei unterschiedliche Signale Φζ,ι und Φ/.2 gesteuert to wird. Die Leseeinrichtung L liefert das Ausgangssignal SfUCS Filters.

F i g. 9 zeigt beispielshalber Formen von Signalen, die an die Anordnung gemäß F i g. 8 angelegt werden.

Aus Gründen der Klarheit ist erneut das Signal <P\, nämlich im Diagramm a) der F i g. 9, dargestellt

Das Schaubild b) zeigt das periodische Potential Φ/μ. Es handelt sich um ein Rechtecksignal, dessen Amplitude zwischen Φί-iBund Φ/riHvariiert Die Periode ist 2T, also doppelt so groß wie die Periode von Φι. Die beiden Signale sind in Phase.

Das Schaubild c) zeigt das periodische Potential Φ«; es ist vorzugsweise identisch dem Signal Φρι, jedoch gegenphasig zu diesem.

Das Schaubild d) zeigt das periodische Potential Φι i-Es handelt sich um ein im wesentlichen rechteckförmiges Signal von der Periode IT, wobei Phasenübereinstimmung mit ΦFi herrscht Die Anhaltdauer des oberen Niveaus Φζ. 1 η ist ungefähr 772.

Das Diagramm e) bezieht sich auf das Signal Φ/.2-Dieses Signal ist vorzugsweise identisch dem Signal Φι, jedoch hinkt es gegenüber diesem in der Phase um 772 nach.

Nach einem bekannten Mechanismus werden in ladungsgekoppelten Filtern die Ladungspakete von einer Elektrode zur nächsten zu jeder Halbperiode (T) der Signale Φπ und Φγ2 transportiert

Es muß bemerkt werden, daß in dieser Anordnung sowie in den vorstehend beschriebenen Anordnungen die Ladungen stets in einer Richtung transportiert werden müssen. Dies trifft sowohl für das Filter als auch für die Differenzbildungsstufe zu. Der Transport in nur einer Richtung kann dadurch erzielt werden, daß bei jeder Elektrode eine Asymmetrie vorgesehen wird. «

Es wird daran erinnert, daß das Verhältnis der Teilflächen der unterteilten Elektroden einen Bewertungskoeffizienten für das Signal darstellt, um die gewünschte Filterung zu erhalten. Die Ladungsmengen, die sich unter den unterteilten Elektroden befinden, müssen durch die Leseeinrichtungen Lf~ (Elektroden 82, 85 und 88) und die Leseeinrichtungen Lf⁺ (Elektroden S3, So und 83) gelesen werden.

Die Signale S- und S⁺, die durch diese Leseeinrichtungen geliefert werden, werden an die Differenzbil- ss dungsstufe geliefert Diese führt in analoger Weise wie oben beschrieben die Abtastung des Signals S- im Kanal 1 und die Abtastung des Signals 5+ im Kanal 2 in Gegenphase durch. Das Differenzsignal S_F des Filterausgangs wird am Ausgang der Leseeinrichtung L erhalten.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Filter, bei dem die Differenzbildungsstufe ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung mit mehreren Parallelkanälen ist Es wird daran erinnert daß für ein Filter, das mit einer ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung arbeitet das Signal abgetastet werden muß, daß es über eine Verzögerungsleitung mit diskreten Stufen geführt werden muß, daß bei jeder Stufe ein Signal ausgelesen und dieses mit einem Bewertungskoeffizienten, der von der gewünschten Filterung abhängt versehen werden muß, und daß die auf diese Weise erhaltenen Signale algebraisch addiert werden, um das gefilterte Signal zu erhalten.

In Fig. 10 sind eine ladungsgekoppelte Verzögerungsleitung 4, eine Bewertungsschaltung 8 und eine Differenzbildungsstufe 7 dargestellt, die das Filterausgangssignal Sliefert

Die Verzögerungsleitung 4 besteht aus einem Halbleitersubstrat, das mit einer Isolierschicht und mit Elektroden 48 bedeckt ist jeder zweiten Elektrode 4S wird ein periodisches Potential Φρι (F i g. 9) zugeführt Die anderen Elektroden sind an eine Einheit 50 angeschlossen, die vor der aktiven Phase von Φπ die Kapazitäten vorladen, die aus einer Elektrode 48, der Isolierschicht und dem Substrat bestehen. Nach der aktiven Phase von Φ\ werden die Kapazitäten gelöscht Die Ladungen breiten sich quer zu den Elektroden 48 in der Richtung OX aus.

Die Einheit 50 besteht beispielsweise aus in Serie geschalteten MOS-Transistoren 49. Die entsprechenden Elektroden 48 sind jeweils an einen Verbindungsanschluß 51 zwischen zwei Transistoren 48 angeschlossen. Der jeweilige andere Verbindungspunkt 52 ist abwechslungsweise entweder an Masse oder an das Potential V gelegt Die Gitter derjenigen Transistoren 49, die einen gemeinsamen Anschluß 52 besitzen, sind gegenseitig verbunden, und den auf diese Weise gebildeten Gruppen wird ein periodisches Nullstellsignal Φ/uzund ein periodisches Vorladesignal Φα* zugeführt

Die Bewertungsschaltungen 8 bestehen im dargestellten Beispiel aus einfachen Widerständen. Sie könnten beispielsweise auch aus Kapazitäten bestehen. Die Bewertungsschaltungen 8 sind an diejenigen Elektroden 48 angeschlossen, die nicht das Signal Φπ erhalten.

Die Differenzbildungsstufe 7 ist wie in F i g. 1 ausgebildet sie enthält jedoch ebensoviele isolierte und parallele Kanäle 70 wie Bewertungsstufen vorhanden sind, jeder der Kanäle 70 enthält eine Ladungsinjektionsdiode 72, die das von der Bewertungsschaltung 8 ausgehende Signal erhält und eine Elektrode 73, an die eines der periodischen Potentiale Φ\ und Φ₂ angelegt wird, je nachdem ob die Bewertungskoeffizienten positiv oder negativ sind. Die Ladungen, die die Differenzbildungsstufe 7 in der Richtung OZ durchlaufen, stoßen sodann auf eine gemeinsame Elektrode 76. Diese Elektrode 76 isi wie die Elektrode 3 der vorstehend beschriebenen Figuren mit der Leseeinrichtung L verbunden, die die Signale Vj Φ1.1 und Φι. 2 (F i g. 9) erhält und das Ausgangssignal 5 liefert Die Kanäle sind durch eine Elektrode 74, die durch die Potentiale Φ\ bzw. Φ2 gespeist wird, wenn die Elektrode 73 des nächstfolgenden Kanals durch die Potentiale Φ2 bzw. Φ\ gespeist wird (nicht dargestellt), und eine Ableitungsdiode 75 für die Ladungen abgeschlossen.

Dabei kann die Differenzbildungsstufe 7 auch nach einem anderen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung ausgebildet sein.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprache:

1. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung, die eine Differenzbildung zwischen elektrischen Eingangssignalen ausfuhrt, mit einem Halbleitersubstrat, in dem elektrische Ladungen mit Hilfe von auf dem Substrat aufeinanderfolgend angeordneten im wesentlichen zueinander parallelen Elektroden, durch periodische Potentiale gesteuert transportiert werden, gekennzeichnet durch

— mindestens zwei elektrisch isolierte in dem Substrat (5) gebildete Kanäle (1,2; 70) für den Ladungstransport, Ober denen jeweils die durch die periodischen Potentiale gesteuerten Elektroden (11—16,21 —26; 73,74) angeordnet sind,

— mindestens zwei Abtasteinrichtungen (D_x, H, 13, 14, 15; D₂, 21, 23, 24, 25; 72, 73), die in Gegenphase in jedem der Kanäle (1,2; 70) ein jeweils einem der Eingangssignale (Si; S₂) entsprechendes Ladungspaket erzeugen und weiter transportieren,

— eine den Kanälen (1,2; 70) gemeinsame, parallel zu den anderen Elektroden (11—16,21 —26; 73, 74) angeordnete, sich aber die beiden Kanäle (1, 2; 70) erstreckende Elektrode (3; 76) zum Erhalt eines zur Differenz zwischen den Eingangssignalen (St; S₂) proportionalen Ausgangssignals und

— eine Leseeinrichtung (L) zum Auslesen des Ausgangssignals.

2. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Abtasteinrichtungen für jeden der zwei Kanäle (1; 2) folgendes enthalten: eine eines der beiden Eingangssignale (Si; S₂) aufnehmende Diode (Dw D₂) zur Injektion von Ladungen und eine erste,

ein erstes Ladungstransportpotential (Φι; Φ₂) erhaltende Elektrode (11; 21), die zwischen der Diode und der gemeinsamen Elektrode (3) angeordnet ist, welche ein konstantes Potential mit einer Amplitude kleiner als die Amplitude (V) des ersten Ladungstransportpotentials erhält (Fig. 3).

3. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kanäle (1; 2) in Bewegungsrichtung der Ladungsträger gesehen hinter der gemeinsamen Elektrode (3) eine zweite Elektrode (12; 22) und eine weitere Diode (Da D») aufweist und daß an der zweiten Elektrode (12; 22) ein Transportpotential (Φ₂; Φι) liegt, das in Gegenphase zu dem ersten Transportpotential ist.

4. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Abtasteinrichtungen für jeden der zwei Kanäle (1; 2) folgendes umfassen: eine Diode (D\; D₂) und drei Elektroden (13, 14, 15; 23, 24, 25), die zueinander parallel zwischen der Diode und der den beiden Kanälen gemeinsamen Elektrode (3) angeordnet sind, und daß die Elektrode (3) ein konstantes Potential (V) erhält, dessen Amplitude kleiner ist als die Amplitude (V) des ersten Transportpotentials (Φι; Φ2), das an die vorausgehende Elektrode gelangt (F i g. 5 und 8).

5. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kanäle (1; 2) in Bewegungsrichtung der Ladungen gesehen hinter der gemeinsamen Elektrode (3) eine vierte Elektrode (12; 26) und eine weitere Diode (D₂; A) aufweist und daß die vierte Elektrode auf dem ersten Transportpotential liegt

6. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal (1; 2) die Diode (D_x; D₂) ein erstes periodisches Potential (V_Ds\ Vb₆) von der Periode T erhält, daß die zweite Elektrode (14; 24) der drei Elektroden eines der Eingangssignale (Si; S₂) erhält und daß die dritte (15; 25) der Elektroden das erste Transportpotential erhält (F i g. 5\

7. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal (1; 2) die Diode (D₁; Dz) ein konstantes Potential (Vref) erhält; daß die erste der drei Elektroden ein zweites, zum ersten Potential gegenphasiges Potential erhält und daß die zweite der drei Elektroden das erste Transportpotential erhält (F ig. 8).

8. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung (L) zum Auslesen des Ausgfjngssignales aus einem ersten (Ti) und einem zu diesem in Serie geschalteten zweiten MOS-Transistor (T₂) besteht, daß die gegenseitig verbundenen Anschlösse dieser Transistoren (Ti; T₂) mit der beiden Kanälen (1, 2) gemeinsamen Elektrode (3) verbunden sind, daß die Gitter dieser Transistoren periodisch phasenverschobene Potentiale erhalten, daß der zweite freie Anschluß des ersten Transistors (Ti) ein im wesentlichen konstantes Potential (V) erhält, und daß der zweite freie Anschluß des zweiten Transistors (T₂) mit dem Gitter eines dritten MOS-Transistors (T₃) verbunden ist, der das Ausgangssignal (S) liefert (F i g. 4).

9. Ladungsgekoppelter Filter mit einer ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

— mit einem Halbleitersubstrat,

— mit einer auf dem Halbleitersubstrat niedergeschlagenen Isolierschicht,

— mit auf der Isolierschicht angeordneten alternierend in zwei Teile unterteilten und ungeteilten Elektroden, die beim Anlegen von bestimmten Potentialen den Transport von Ladungen in dem Halbleitersubstrat bewirken,

— mit zwei Leseeinrichtungen zum Auslesen von unter den unterteilten Elektroden befindlichen Ladungsmengen, dadurch gekennzeichnet daß die ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung auf demselben Substrat wie der übrige Teil des Filters angeordnet ist, und daß die beiden Eingänge der zwei Abtasteinrichtungen (Di, 13, 14, 15; D₂, 23, 24, 25) der ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung mit den Leseeinrichtungen (Lf⁺, Lp-) des Filters verbunden sind (F ig. 8).

10. Ladungsgekoppeltes Filter mit einer ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das folgendes enthält:

— eine aus einem mit einer Isolierschicht überzogenen Halbleitersubstrat und darauf angeordneten Elektroden (48) bestehende Verzögerungsleitung (4), die durch Anlegen von

periodischen Potentialen den Transport von ein Eingangssignal repräsentierenden Ladungsträgern in dem Substrat bewirken,
— an verschiedene Punkte der Verzögerungsleitung (4) angeschlossene Bewertungsschaltungen (8), die jeweils das Signal an einem der Punkte mit einem bestimmten Bewertungskoeffizienten multiplizieren,