DE3014529C2 - - Google Patents

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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Transportieren einer elektrischen Signalladung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfaßt eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren wird u. a. in den sogenannten Eimerkettenspeichern verwendet (siehe z. B. I.E.E.E. International Solid State Conference, den 19. 02. 1970, Digest of Technical Papers, S. 74, 75 und 185). Dieses bekannte Verfahren weist die Beschränkung auf, daß nur Ladungspakete einer bestimmten Polarität transportiert werden können. Dies gilt auch für eine aus der DE-OS 15 41 292 bekannte Schaltungsanordnung zur Verzögerung von Analogsignalen, die ebenfalls als Signalladungen über eine Kettenanordnung von Kondensatoren und Transistoren transportiert werden, wobei an die von den Transistoren abgewandten Anschlüsse der Kondensatoren Steuerspannungen gelegt sind.
Ein anderes Verfahren, bei dem Ladungstransport stattfindet, wird in den sogenannten geschalteten Kondensatorintegratoren verwendet, die in integrierten Filtern Anwendung finden (siehe dazu z. B. I.E.E.E., J.S.S.C., Band SC-13, Nr. 6, Dezember 1978, S. 906-909). Bei derartigen Integratoren werden auf einem Kondensator Ladungspakete gebildet, die zu einem Kondensator weitergeschaltet werden, der als Gegenkopplung über einem Operationsverstärker angeordnet ist. Ein derartiger Integrator weist u. a. den Nachteil auf, daß pro Integrator ein Operationsverstärker benötigt wird, der kontinuierlich Energie verbraucht und Rauschen erzeugt und verhältnismäßig viel Platz in einer integrierten Schaltung beansprucht.
Bei einem dritten Beispiel des eingangs genannten Verfahrens wird ein Ladungsausleseverstärker verwendet, der u. a. zum nichtdestruktiven Auslesen ladungsgekoppelter Anordnungen (CCD) verwendet wird (siehe dazu u. a. I.E.E.E. Transactions on Electronic Devices, Band ED-23, Nr. 2, Februar 1976, S. 133-142). Bei diesem Ausleseverstärker fließt die Spiegelladung von einem Eingangskondensator zu einem Kondensator, der als Gegenkopplung über einem Operationsverstärker angeordnet ist, wonach die Ladung auf dem Gegenkopplungskondensator durch den Kurzschluß dieses Kondensators wiederhergestellt werden kann. Bei dieser bekannten Anwendung ergeben sich u. a. dieselben Nachteile wie bei den genannten Integratoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem Transport von Ladungspaketen beider Polaritäten möglich ist und das auf vorteilhafte Weise in unterschiedlichen Vorrichtungen für Ladungstransport verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Transport von Ladungspaketen beider Polaritäten dadurch möglich ist, daß der erste Kondensator von dem ersten Punkt her aufgeladen und dann wieder auf einen durch den Schwellenwert bestimmten Pegel entladen wird. Da jeweils nach Durchführung des Verfahrens der erste Kondensator wieder auf den genannten Schwellenwert aufgeladen ist, ist der Netto-Ladungstransport beim Durchführen des Verfahrens gleich der Ladung, die zwischen zwei Durchführungen des Verfahrens dem ersten Kondensator zugeführt oder von diesem abgeführt ist. Dies bedeutet, daß sowohl positive als auch negative Ladungspakete transportiert werden können und daß automatisch der Ladungszustand des ersten Kondensators wiederhergestellt wird. Ein zusätzlicher Vorteil ist der, daß, weil nach Beendigung des Ladungstransports die Transistorschaltung nicht leitend ist und weil auch keine Einstellströme erforderlich sind, wie dies bei der genannten Anwendung eines Operationsverstärkers der Fall ist, die Ableitung von Ladung (Ladungsverlust) auf ein Mindestmaß beschränkt wird. Dadurch, daß die Entladung während der zweiten Stufe über den genannten Schwellenwert stattfindet, bis ein Gleichgewicht erreicht ist, ist das mit diesem Ladungstransport verbundene Rauschen sehr niedrig in bezug auf die bekannten Verfahren, bei denen Operationsverstärker verwendet werden.
Eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 2. Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den davon abhängigen Unteransprüchen angegeben und betreffen u. a. das Vorspannen der Transistorschaltung. Einige der Ausgestaltungen lassen sich besonders gut zur Wiederherstellung von Ladungen auf Kondensatoren verwenden, wobei dann die Größe und die Polarität der Signalladung keine Rolle spielen. Dann kann der Schaltungspunkt unmittelbar mit einer gegebenenfalls geschalteten Spannungsquelle verbunden werden. Wenn jedoch die transportierte Signalladung erhalten bleiben soll, kann dies dadurch erreicht werden, daß dem Schaltungspunkt ein Kondensator zugeordnet wird, auf dem dann nach Durchführung des Verfahrens die transportierte Ladung vorhanden ist. Eine derartige Vorrichtung kann als Integrator verwendet werden. Weitere Ausgestaltungen dienen als Abtastschaltung zum Abtasten von zu einem Kondensator transportierter Ladung, wobei der Steuerelektrode eines Transistors ein Taktsignal zugeführt wird, wodurch der Kondensator auf einen durch dieses Taktsignal bestimmten Wert aufgeladen ist, oder sie dienen zum Detektieren bzw. Verstärken von Ladungsdifferenzen.
Dabei sei bemerkt, daß die Anwendung von Ausdrücken wie "Aufladen" und "Entladen" u. dgl. keine Beschränkung in bezug auf den Ladungsträgertyp (Majoritätsladungsträger oder Minoritätsladungsträger) oder in bezug auf die Polarität der diesen Ladungen entsprechenden Spannungen bedeutet.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben, wobei anstelle des allgemeinen Ausdrucks "Ladungsspeicher" der Ausdruck "Kondensator" verwendet wird. Es zeigt
Fig. 1 eine bekannte Integratorschaltung,
Fig. 2 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 1 gehören,
Fig. 3 einen bekannten Ladungsverstärker,
Fig. 4 einen bekannten Eimerkettenspeicher,
Fig. 5 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 4,
Fig. 6 das Prinzipschaltbild einer Schaltung nach der Erfindung,
Fig. 7 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 6,
Fig. 8 eine Integratorschaltung, in der das Prinzip nach der Erfindung angewendet wird,
Fig. 9 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 8 gehören,
Fig. 10 eine erste Abwandlung der Schaltung nach Fig. 8,
Fig. 11 eine Transistorstruktur zur Anwendung in der Schaltung nach Fig. 8,
Fig. 12 eine zweite Abwandlung der Schaltung nach Fig. 8,
Fig. 13 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 12 gehören,
Fig. 14 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 12,
Fig. 15 eine dritte Abwandlung der Schaltung nach Fig. 8,
Fig. 16 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 15 gehören,
Fig. 17 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 15,
Fig. 18 eine Schaltung nach Fig. 8 mit einer Ausleseschaltung,
Fig. 19 die zu der Schaltung nach Fig. 18 gehörigen Taktsignale,
Fig. 20 eine dynamische Abtastschaltung, in der das Prinzip nach der Erfindung angewendet wird,
Fig. 21 die zu der Schaltung nach Fig. 20 gehörigen Taktsignale,
Fig. 22 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 20,
Fig. 23 einen Ladungsverstärker, in dem das Prinzip nach der Erfindung angewendet wird,
Fig. 24 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 23 gehören,
Fig. 25 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 23,
Fig. 26 eine erste Abwandlung der Schaltung nach Fig. 23,
Fig. 27 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 26 gehören,
Fig. 28 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 26,
Fig. 29 eine zweite Abwandlung der Schaltung nach Fig. 23,
Fig. 30 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 29 gehören,
Fig. 31 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 29,
Fig. 32 einen ersten Typ eines Ladungsdifferenzverstärkers, in dem das Prinzip nach der Erfindung angewendet wird,
Fig. 33 die zu der Schaltung nach Fig. 32 gehörigen Taktsignale,
Fig. 34 eine erste Abwandlung der Schaltung nach Fig. 32,
Fig. 35 die zu der Schaltung nach Fig. 34 gehörigen Taktsignale,
Fig. 36 eine zweite Abwandlung der Schaltung nach Fig. 32,
Fig. 37 die zu der Schaltung nach Fig. 36 gehörigen Taktsignale,
Fig. 38 einen zweiten Typ eines Ladungsdifferenzverstärkers unter Verwendung des Prinzips nach der Erfindung,
Fig. 39 die zu der Schaltung nach Fig. 38 gehörigen Taktsignale,
Fig. 40 eine Ausleseschaltung unter Verwendung des Prinzips nach der Erfindung,
Fig. 41 eine Erweiterung der Schaltung nach Fig. 40 zu einem Ladungsdifferenzverstärker,
Fig. 42 eine Wiederherstellungsschaltung zur Anwendung in der Schaltung nach Fig. 38, 40 oder 41,
Fig. 43 einen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips aufgebauten Eimerkettenspeicher,
Fig. 44 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 43 gehören,
Fig. 45 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 43,
Fig. 46 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 43,
Fig. 47 die Taktsignale, die zu der Schaltung nach Fig. 46 gehören, und
Fig. 48 eine Darstellung des Ladungstransports in der Schaltung nach Fig. 41.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Integratorschaltung mit einem Eingang 11 und einem Ausgang 12. Der Eingang 11 ist über einen Transistorschalter T 11, dessen Steuerelektrode mit einem Schalteingang 15, dem ein Taktsignal Φ 15 zugeführt wird, verbunden ist, mit einem Kondensator C 11 verbunden. Dieser Kondensator C 11 ist über einen Transistorschalter T 12, dessen Steuerelektrode mit einem Schalteingang 16, dem ein Taktsignal Φ 16 zugeführt wird, verbunden ist, mit dem invertierenden Eingang (-) eines Operationsverstärkers A verbunden, dessen Ausgang mit dem Ausgang 12 verbunden ist. Dieser Operationsverstärker A ist über einen Kondensator C 12 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang (-) gegengekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers A ist mit einem an einem Bezugspotential (im vorliegenden Beispiel an Masse) liegenden Punkt verbunden.
Fig. 2 zeigt die Taktsignale Φ 15 und Φ 16, die zu der Schaltung nach Fig. 1 gehören. Zu einem Zeitpunkt t 1 wird das Taktsignal Φ 15 niedrig und damit der Transistor T 11 leitend. Der Kondensator C 11 wird dann auf die Spannung am Eingang 11 aufgeladen. Dann sperrt zum Zeitpunkt t 2 der Transistor T 11, und im Kondensator C 11 ist eine Ladungsmenge gespeichert, die der Eingangsspannung und der Kapazität des Kondensators C 11 proportional ist. Zum Zeitpunkt t 3 wird der Transistor T 12 leitend und entlädt sich der Kondensator C 11 infolge der Gegenkopplung des Operationsverstärkers A auf das Bezugspotential am nichtinvertierenden Eingang (+). Diese Ladung fließt dabei zum Kondensator C 12. Bei jeder Wiederholung dieses Zyklus wird eine der Eingangsspannung proportionale Ladungsmenge zu der auf dem Kondensator C 12 vorhandene Ladung hinzugefügt, so daß die Spannung am Ausgang 12 das Integral des Signals am Eingang 11 ist.
Fig. 3 zeigt einen bekannten Ladungsverstärker mit einem Eingang 21 und einem Ausgang 22. Der Eingang 21 ist über einen Kondensator C 21 mit dem invertierenden Eingang (-) eines Operationsverstärkers A verbunden. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers A ist mit dem Ausgang 22 verbunden und über einen Kondensator C 22 auf den invertierenden Eingang (-) gegengekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers A ist mit einem an Bezugspotential liegenden Punkt verbunden.
Eine Signalspannung V 1 am Eingang 21, z. B. die Spannung an einer Kanalabzweigung einer ladungsgekoppelten Anordnung (CCD), wobei der Kondensator C 21 einen Teil dieser ladungsgekoppelten Anordnung bildet, führt dem Kondensator C 21 eine Ladung q zu, für die gilt: q = V 1 · C 21. Infolge der Gegenkopplung des Operationsverstärkers A fließt die Spiegelladung zum Kondensator C 22, so daß für die Ausgangsspannung V 2 gilt: V 2 = -V 1 · C 21/C 22. Mit Hilfe des Transistors T 25 kann die Schaltung durch Kurzschluß des Kondensators V 22 zurückgesetzt werden.
Fig. 4 zeigt eine bekannte Ladungstransportvorrichtung, die auch als Eimerkettenspeicher bezeichnet wird. Diese Vorrichtung enthält eine Reihe in Serie geschalteter Transistoren, von denen die drei dargestellten mit T 31, T 32 und T 33 bezeichnet sind. Zwischen der Steuerelektrode jedes Transistors und dem Verbindungspunkt dieses Transistors und des nächstfolgenden Transistors ist jeweils ein Kondensator C 31, C 32 bzw. C 33 angeordnet. Den Steuerelektroden der Transistoren werden nacheinander Impulse zugeführt, die eine derartige Polarität aufweisen, daß die betreffende Transistoren leitend werden, wodurch eine auf einem Kondensator vorhandene Ladung zu dem nächstfolgenden Kondensator transportiert wird, was Fig. 5 verdeutlicht.
Fig. 5 zeigt schematisch den Ladungstransport in der Vorrichtung nach Fig. 4. Die Bilder a, b und c stellen darin aufeinanderfolgende Schritte im Ladungstransport dar, wobei in jedem Bild die linke Kurve den Ladungsinhalt eines bestimmten Kondensators, z. B. C 31, die mittlere Kurve den durch den sich diesem Kondensator anschließenden Transistor, z. B. T 32, bestimmten Schwellenwert und die rechte Kurve den Ladungsinhalt des nächstfolgenden Kondensators, z. B. C 32, darstellt. Ohne Signal sind alle Kondensatoren auf einen Bezugspegel VL aufgeladen. In Fig. 5a ist angenommen, daß der Kondensator C 31 ein Signalladungspaket q enthält. Wenn, wie in Fig. 5b dargestellt ist, die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T 32 auf die Spannung VL herabgesetzt wird (wobei die Schwellenspannung Vth des Transistors T 32 und aller anderen Transistoren der Einfachheit halber annahmeweise gleich 0 V ist), wodurch eine gleiche Spannungsherabsetzung über den Kondensator C 32 am Verbindungspunkt des Transistors T 32 und des Transistors T 33 herbeigeführt wird, fließt die Signalladung q zum Kondensator C 32. Eine Erhöhung der Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T 32 versetzt die Schaltung wieder in die Ausgangslage, wonach mit Hilfe eines Impulses an der Steuerelektrode des Transistors T 33 das Signalladungspaket q zu dem Kondensator C 33 transportiert werden kann.
Fig. 6 zeigt das Prinzipschaltbild einer Schaltung, in der das Verfahren zum Transportieren von Ladung nach der Erfindung angewendet wird. Diese Schaltung enthält eine Kapazität C 41 zwischen einem Punkt 41 und einem Transistor T 40, der zwischen die Kapazität C 41 und einen Anschlußpunkt 42 aufgenommen ist. Die Steuerelektrode des Transistors T 40 ist mit einem Punkt 43 verbunden. Gegebenenfalls kann zwischen dem Punkt 42 und einem Punkt 44 eine Kapazität C 42 angeschlossen werden.
Die Funktion dieser Schaltung wird an Hand der Fig. 7 erläutert, wobei Fig. 7a den Ausgangszustand darstellt. In diesem Ausgangszustand ist auf dem Kondensator C 41 eine Bezugsladung Q 0 vorhanden, der eine positive Signalladung +q (ein Überschuß an Ladung in bezug auf die Bezugsladung Q 0) oder eine negative Signalladung -q (ein Mangel an Ladung in bezug auf die Bezugsladung Q 0) überlagert ist. Der Transistor T 40 bildet einen Schwellenwert VL zwischen dem Kondensator C 41 und dem Kondensator C 42 dadurch, daß die Spannung dem Steuerelektrodenanschluß 43, abgesehen von der Schwellenspannung Vth des Transistors T 40 selber, gleich VL ist oder dadurch, daß gerade, bevor der in Fig. 7a dargestellte Zustand erhalten wurde, die Spannung am Punkt 43 von dem Wert VH zu dem Wert VL geschaltet ist. Am Kondensator C 42 ist eine Bezugsladung Q 1 vorhanden.
In der in Fig. 7a dargestellten Situation wird eine etwaige positive Signalladung +q sofort über den Schwellenwert VL zu dem Kondensator C 42 abfließen, welche Situation der in Fig. 5b dargestellten Situation ähnlich ist. Eine etwaige negative Signalladung -q wird im Kondensator C 41 zurückbleiben. Um auch negative Signalladungen transportieren zu können, wird am Punkt 44 ein positiver Spannungsimpuls erzeugt, der über den Kondensator C 42 auf den Punkt 42 übertragen wird. Die dann erhaltene Situation ist in Fig. 7b dargestellt. In dieser Situation sind sowohl der Kondensator C 42 als auch der Kondensator C 41 bis oberhalb des Schwellenwertes VL aufgeladen. Wird dann die Spannung am Punkt 44 wieder auf den ursprünglichen Pegel herabgesetzt, so ergibt sich die Situation nach Fig. 7c, in der sich der Kondensator C 41 bis zum Schwellenwert VL entleert hat, wodurch erreicht ist, daß
  • - der Kondensator C 41 auf seinen Bezugspegel VL mit einer Bezugsladung Q 0 geladen ist und
  • - eine etwaige positive (+q) oder negative (-q) Signalladung vom Kondensator C 41 zum Kondensator C 42 transportiert ist.
Wenn der Steuerelektrode des Transistors T 40 ein Taktimpuls zugeführt wird, kann dieses Taktsignal derart gewählt werden, daß nach dem Ladungstransportvorgang nach Fig. 7a, 7b und 7c die Spannung am Punkt 43 erhöht wird, so daß eine Trennung zwischen den Kondensatoren C 41 und C 42 erhalten ist. Dann kann gewünschtenfalls die Spannung am Punkt 44 um eine Spannung VL-VRL erhöht werden, wobei die Spannung VRL die Spannung am Punkt 42 beim Vorhandensein der Bezugsladung Q 1 am Kondensator C 42 in der Situation nach Fig. 7a ist. Dadurch ergibt sich die Situation nach Fig. 7d, in der die Ladung im Kondensator C 42 dem in dem Kondensator C 41 in der Situation nach Fig. 7a entspricht. Eine etwaige Spannungsverstärkung kann dabei erwünschtenfalls dadurch erreicht werden, daß die Kapazität des Kondensators C 42 kleiner als die des Kondensators C 41 gewählt wird. Denn durch Übertragung einer Signalladung q von einem Kondensator C 41 mit einer Kapazität C 1 auf einen Kondensator C 42 mit einer Kapazität C 2 wird eine Signalspannungsverstärkung gleich C 1/C 2 erhalten.
Wenn die Schaltung nach Fig. 6 nur dazu benutzt wird, die Bezugsladung Q 0 im Kondensator C 41 wiederherzustellen, kann der Kondensator C 42 entfallen und dem Punkt 42 eine Schaltspannung, die zwischen den Pegeln VRL und VRH schaltet, zugeführt werden. Die Situation nach Beendigung des Ladungstransportvorgangs entspricht dann der Situation nach Fig. 7e, wobei die Bezugsladung Q 0 im Kondensator C 41 wiederhergestellt und die Signalladung zerstört (zu der Quelle, der die Schaltspannung am Punkt 42 entnommen wird, abgeführt) ist.
Die in Fig. 7 dargestellten Spannungsänderungen müssen aufeinander bezogen betrachtet werden. Statt eine impulsförmige Spannung am Punkt 42 oder 44 anzuwenden, ist es auch möglich, diesen Punkt 42 oder 44 auf einer festen Spannung zu halten und die Spannungen am Punkt 41 und am Punkt 43 kurzzeitig herabzusetzen, wodurch ebenfalls der in Fig. 7 dargestellte Ladungstransport stattfindet.
Fig. 8 zeigt eine erste Anwendung des Prinzips nach der Erfindung in einer Schaltung mit derselben Funktion wie die in Fig. 1 gezeigte bekannte Integratorschaltung. Diese Schaltung nach Fig. 8 enthält einen Eingang 31 und einen Kondensator C 51, wobei zwischen diesem Eingang und diesem Kondensator ein Schalttransistor T 51 mit einem Steuerelektrodenanschluß 55 angeordnet ist. Dieser Transistor T 51 erfüllt dieselbe Funktion wie der Transistor T 11 in Fig. 1, und zwar dient er dazu, auf den Befehl eines Taktsignals Φ 55 am Anschluß 55 dem Kondensator C 51 durch eine Signalspannung am Eingang 51 bestimmte Ladungspakete zuzuführen. Der Kondensator C 51 ist über einen Transistor T 52 mit einem Steuerelektrodenanschluß 56 und einen Transistor T 50, dessen Steuerelektrode mit einem an einem festen Potential (im vorliegenden Beispiel Masse) liegenden Punkt verbunden ist, an einen Ausgang 52 angeschlosssen. Zwischen dem Ausgang 52 und einem Schaltungspunkt 54 ist ein Kondensator C 52 angeordnet.
In der Schaltung nach Fig. 8 erfüllt der Transistor T 52 dieselbe Funktion wie der Transistor T 12 in der Schaltung nach Fig. 1; er dient nämlich dazu, die Ladung auf dem Kondensator C 51 zu dem Kondensator C 52 zu befördern, und er erfüllt ebenfalls die an Hand der Fig. 7 erörterte Schaltfunktion zur gegenseitigen Trennung der Kondensatoren C 51 und C 52 nach Beendigung des Ladungstransportvorgangs. Der Transistor T 50 erfüllt dieselbe Funktion wie der Transistor T 40 in der Schaltung nach Fig. 6; er dient nämlich dazu, einen Schwellenwert VL zwischen dem Kondensator C 51 und dem Kondensator C 52 zu bilden (bei leitendem Transistor T 52), wobei, falls die Steuerelektrode des Transistors T 50 mit Masse (0 V) verbunden ist, der Schwellenwert VL der Schwellenspannung VTh des Transistors T 50 entspricht.
Fig. 9 zeigt die Taktsignale Φ 55, Φ 56 bzw. Φ 54 an den Schaltungspunkten 55, 56 bzw. 54. Zum Zeitpunkt t 1 wird der Transistor T 51 in den leitenden Zustand geschaltet, wodurch sich der Kondensator C 51 auf die Spannung am Eingang 51 auflädt oder gegebenenfalls entlädt. Zum Zeitpunkt t 2 ist der Transistor T 55 nichtleitend und wird der Transistor T 52 in den leitenden Zustand geschaltet, wonach der an Hand der Fig. 6 und 7 erörtete Ladungstransportvorgang stattfinden kann. Dazu wird zu diesem Zeitpunkt, der nicht kritisch ist und gegebenenfalls früher oder später auftreten kann, die Spannung am Punkt 54 mittels des Taktsignals Φ 54 erhöht. Dadurch findet Ladungstransport vom Kondensator C 52 zum Kondensator C 51 über den Schwellenwert VL statt, um eine etwaige negative Signalladung -q zu ergänzen (die Situation entspricht dabei der in Fig. 7b dargestellten Situation). Zum Zeitpunkt t 3 wird die Spannung am Punkt 54 wieder herabgesetzt, wodurch sich der Kondensator C 51 auf den Schwellenwert VL entlädt (die Situation entspricht dann der Situation nach Fig. 7c). Zum Zeitpunkt t 4, der eine genügende Zeit nach dem Zeitpunkt t 3 auftreten muß, um den Kondensator C 51 völlig auf den Pegel VL zu entladen, wird der Transistor T 52 mittels des Taktsignals Φ 52 gesperrt.
Zu diesem Zeitpunkt ist die zum Zeitpunkt t 2 im Kondensator C 51 vorhandene positive oder negative Signalladung der im Kondensator C 52 bereits vorhandenen Ladung hinzugefügt und die Ladung im Kondensator C 51 auf den Bezugspegel Q 0 zurückgeführt. Die Funktion der Schaltung nach Fig. 8 entspricht also völlig der der Schaltung nach Fig. 1, wobei der Operationsverstärker A eingespart ist, mit allen sich daraus ergebenden Vorteilen, wie
  • - eine geringe Verlustleistung,
  • - eine geringe Anzahl benötigter Einzelteile und
  • - ein geringes Rauschen.
Während der Perioden, in denen der Transistor T 52 nichtleitend ist, darf das Taktsignal Φ 54 andere Pegel als die in Fig. 9 dargestellten Pegel aufweisen, vorausgesetzt, daß die Transistoren T 50 und T 52 dadurch nicht leitend werden. So ist es möglich, daß Φ 54 während dieser Perioden "hoch" gelassen wird, wodurch das dargestellte Taktsignal Φ 54′ erhalten wird, was den Vorteil aufweist, daß der Spannungspegel am Ausgang 52 während dieser Perioden "hoch" ist, was für die Abtastung des Signals am Ausgang 52 oder für einen etwaigen weiteren Transport der Signalladung günstig sein kann. Dabei kann, um zu vermeiden, daß die Transistoren T 50 und T 52 leitend werden, ein Spannungsimpuls an die Steuerelektrode des Transistors T 50 angelegt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß während dieser Perioden das Taktsignal auf einen Bezugswert gebracht wird, der einer Ausgangsspannung um den in Fig. 7 angegebenen Wert VL entspricht, was eine Situation nach Fig. 7d am Ende einer Ausleseperiode nach dem Zeitpunkt t 4 ergibt. Ein solches Taktsignal Φ 52′′, das in Fig. 9 dargestellt ist, hat den Vorteil, daß die Bezugspegel am Eingang 51 und am Ausgang 52 einander gleich sind.
Bei Integratoren kann es wünschenswert sein, mehrere Signale zusammen zu integrieren. In der Schaltung nach Fig. 8 ist dies u. a. dadurch erzielbar, daß mit dem Verbindungspunkt C zwischen dem Transistor T 52 und dem Transistor T 50 mehrere Eingangskreise gekoppelt werden, wie der dargestellte Kreis mit dem Eingang 61, Transistoren T 61 und T 62 und Kondensator C 61. Die Signalladungen an den Kondensatoren C 51 und C 61 können dann dadurch, daß die Transistoren T 52 und T 62 in den leitenden Zustand geschaltet werden und am Punkt 54 ein Impuls erzeugt wird, zusammen auf den Kondensator C 52 übertragen werden.
Fig. 10 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 8, wobei die Transistoren T 52 und T 50 durch einen einzigen Transistor T 70 ersetzt sind. Diese Schaltung wirkt auf gleiche Weise wie die nach Fig. 8, mit der Maßgabe, daß der Schwellenwert VL, der in der Schaltung nach Fig. 8 durch die Schwellenspannung des Transistors T 50 gebildet wird, in der Schaltung nach Fig. 10 durch den "niedrigen" Pegel des der Steuerelektrode des Transistors T 70 zugeführten Taktsignals gebildet wird.
Bei den Schaltungen nach der Erfindung können die bei ladungsgekoppelten Anordnungen (CCD) bekannten Techniken verwendet werden, bei denen mehrere Steuerelektroden an einen einzigen Kanal angeschlossen werden, wodurch die unterschiedlichen Transistoren und Kondensatoren (Kanal- Steuerelektrodenkapazität) gebildet werden. Fig. 11 zeigt eine solche Möglichkeit der Schaltung nach Fig. 8, wobei an einen Kanal zwischen dem Eingang 51 und dem Ausgang 52 fünf Steuerelektroden angeschlossen sind, wodurch die Kondensatoren C 51 und C 52 und die Transistoren T 51, T 52 und T 50 gebildet werden. Dabei soll die dem Kondensator C 51 entsprechende Elektrode mit einer negativen Spannung (-) verbunden werden, um auch negative Signalladungen enthalten zu können; denn der Kanal im vorliegenden Beispiel ist vom p-Typ. Auch ist es bei z. B. der Schaltung nach Fig. 8 möglich, die Transistoren T 50 und T 52 als einen einzigen Transistor mit zwei Steuerelektroden in einem einzigen Kanal auszubilden.
Fig. 12 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 8, wobei dem Kondensator C 81 statt des Kondensators C 82 ein Taktsignal zugeführt wird. Die Schaltung ist gleich der nach Fig. 8, mit der Maßgabe, daß der Kondensator C 81 mit der Steuerelektrode des Transistors T 82 statt mit Masse verbunden ist, daß der Kondensator C 82 zwischen den Ausgang 82 und einen an einem festen Potential liegenden Punkt (z. B. Masse) aufgenommen ist und daß die Steuerelektrode des Transistors T 80 mit einem Schaltpunkt 83 verbunden ist.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 12 zeigt Fig. 13 die Zeitbeziehung zwischen den Taktsignalen Φ 85, Φ 86 bzw. Φ 83 an den Punkten 85, 86 bzw. 83 und Fig. 14 den Ladungszustand nach den Zeitpunkten t 2, t 3, t 4 bzw. t 5. Zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 ist der Transistor T 81 leitend und kann dem Kondensator C 81 eine positive (+q) oder negative (-q) Signalladung zuführen (Fig. 14a). Zum Zeitpunkt t 3 werden die Spannungen an den Punkten 86 und 83 herabgesetzt, wodurch die Schwellenwerte der Transistoren T 82 und T 80 unter die Spannung am Kondensator C 82 herabsinken und Ladungstransport in der der Uhrzeigerrichtung entgegengesetzten Richtung stattfinden kann (Fig. 14b), wobei dieser Ladungstransport in der genannten Richtung tatsächlich nicht stattfindet, wenn am Kondensator C 81 eine derart große positive Signalladung vorhanden ist, daß diese größer als die am Kondensator C 82 ist. Zum Zeitpunkt t 4 wird die Spannung am Punkt 86 erhöht, wodurch sich der Kondensator C 81 über den durch den Transistor T 82 bei "hohem" Taktsignal Φ 86 gebildeten Schwellenwert entlädt, wodurch die Bezugsladung am Kondensator C 81 wiederhergestellt wird und die Signalladung zum Kondensator C 82 geflossen ist (Fig. 14c). Zum Zeitpunkt t 5 wird der Transistor T 80 zur Isolierung der Kondensatoren C 81 und C 82 in den nichtleitenden Zustand geschaltet (Fig. 14d).
Gleich wie bei der Schaltung nach Fig. 8 sind auch bei der Schaltung nach Fig. 12 zahlreiche Abwandlungen, u. a. in bezug auf Taktsignale u. dgl., möglich.
Fig. 15 zeigt eine solche Abwandlung, bei der im Vergleich zu Fig. 12 die Transistoren T 80 und T 82 zu einem Transistor T 90 zusammengefaßt sind, wobei der Kondensator C 91 nicht mehr mit der Steuerelektrode des Transistors T 90, sondern mit einem gesonderten Schaltungspunkt 96 verbunden ist.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 15 zeigt Fig. 16 die Taktsignale Φ 95, Φ 96 bzw. Φ 93 an den Punkten 95, 96 bzw. 93 und Fig. 17 den Ladungszustand nach den Zeitpunkten t 2, t 3, t 5 bzw. t 6. Zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 ist der Transistor T 91 leitend und kann dem Kondensator C 91 Signalladung zuführen (Fig. 17a).
Zum Zeitpunkt t 3 wird die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T 90 herabgesetzt, wodurch Ladung vom Kondensator C 92 zum Kondensator C 91 fließen kann (Fig. 17b). Zum Zeitpunkt t 4 wird die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T 90 erhöht, wonach mittels des Taktsignals Φ 96 die Spannung am Punkt 96 erhöht wird, wodurch sich der Kondensator C 91 über die zu dem "hohen" Pegel des Taktsignals Φ 93 gehörigem Schwellenwert VL des Transistors T 90 auf den Bezugspegel entlädt und die Signalladung auf den Kondensator C 92 übertragen ist (Fig. 17c). Dabei darf der Zeitpunkt t 5 mit dem Zeitpunkt t 4 zusammenfallen. Zum Zeitpunkt t 6 nimmt die Spannung am Punkt 96 ab und befindet sich der Kondensator C 91 wieder auf dem ursprünglichen Pegel und ist gegen den Kondensator C 92 isoliert (Fig. 17d).
Fig. 18 zeigt eine Möglichkeit zum Abtasten des Ausgangssignals einer Schaltung nach der Erfindung. Zwischen dem Eingang 101 und dem Ausgang 102 ist die Schaltung, mit der Ausnahme der Verbindung der Steuerelektrode des Transistors C 100 mit einem Schaltungspunkt 103, mit der Schaltung nach Fig. 8 völlig identisch. Der Ausgang 102 ist mit der Steuerelektrode eines Transistors T 103 verbunden, der einen Widerstand R in der Source-Elektrodenleitung aufweist. Die Source-Elektrode des Transistors T 103 ist über einen Abtasttransistor T 104, dessen Steuerelektrode mit einem Schaltungspunkt 108 verbunden ist, mit einem weiteren Ausgang 107 verbunden.
Zur Erläuterung der Wirkung des Abtastverfahrens nach Fig. 18 zeigt Fig. 19 die Taktsignale Φ 105, Φ 106, Φ 103, Φ 104 bzw. Φ 108 an den Punkten 105, 106, 103, 104 bzw. 108. Zwischen den Zeitpunkten t 0 und t 1 ist die Spannung am Punkt 104 erhöht, was eine Pegelverschiebung am Ausgang 102 bedeutet, wobei außerdem die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T 100 erhöht ist, um einen Ladungstransport in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. Zwischen diesen Zeitpunkten ist ebenfalls der Transistor T 104 leitend, wodurch dem Ausgang 107 die Signalspannung am Ausgang 102 entnommen werden kann. Diese Abtastperiode t 0 bis t 1 kann außerdem dazu benutzt werden, dem Kondensator C 101 eine neue Signalladung zuzuführen, zu welchem Zweck zwischen den Zeitpunkten t 0 und t 1 der Transistor T 101 leitend ist. Nach dem Zeitpunkt t 1 kann auf die bereits beschriebene Weise ein Signalladungstransport vom Kondensator C 101 zum Kondensator C 102 dadurch stattfinden, daß zum Zeitpunkt t 1 die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors T 101 zur Bildung des Schwellenwerts VL herabgesetzt und der Transistor T 102 in den leitenden Zustand geschaltet wird, während die Spannung am Punkt 104 hoch ist, wodurch Ladungstransport in der entgegengesetzten Richtung stattfindet. Zum Zeitpunkt t 2 nimmt die Spannung am Punkt 104 ab, wodurch sich der Kondensator C 101 über den Schwellenwert VL entlädt, während zum Zeitpunkt t 3 der Transistor T 102 sperrt, wonach eine neue Abtastung stattfinden kann.
Die statische Abtastung nach Fig. 18 mit dem Source- Widerstand R kann durch eine dynamische Abtastung nach Fig. 20 ersetzt werden.
In der Schaltung nach Fig. 20 ist der Ausgang 112 einer Ladungstransportvorrichtung, z. B. nach Fig. 8, mit der Steuerelektrode eines Transistors T 113 verbunden, dessen eine Hauptelektrode mit einem Anschlußpunkt 119 und dessen andere Hauptelektrode über einen Kondensator C 113 mit einem an einer festen Spannung (Masse) liegenden Punkt verbunden ist. Diese andere Elektrode ist ebenfalls über den Abtasttransistor T 114 mit einem Steuerelektrodenanschluß 118 an einen Ausgang 117 angeschlossen. In Fig. 20 sind nur der Transistor T 110 und der Ausgangskapazität C 112 der Ladungstransportvorrichtung dargestellt.
Der Auslesetransistor T 113 wirkt völlig analog dem in Fig. 6 und 7 veranschaulichten Prinzip, mit der Maßgabe, daß der Kondensator C 113 dem Kondensator C 41, der Anschlußpunkt 119 dem Anschlußpunkt 42 und der Ausgang 112 dem Anschlußpunkt 43 entspricht. In der Schaltung nach Fig. 20 wird der Kondensator C 113 also jeweils, nachdem ein Impuls am Punkt 119 erzeugt ist, auf einen Schwellenwert entladen, der, abgesehen von der Schwellenspannung Vth des Transistors T 113, dem Signal am Ausgang 112 entspricht.
Dies wird an Hand der Fig. 21, in der das Taktsignal Φ 113, Φ 114, Φ 119 bzw. Φ 118 am Punkt 113, 114, 119 bzw. 118 dargestellt wird, und an Hand der Fig. 22 verdeutlicht, in der eine Anzahl von Ladungszuständen dargestellt werden. Zum Zeitpunkt t 0 wird die Spannung am Punkt 113 erhöht, wodurch der Transistor T 110 gesperrt ist, während zu demselben Zeitpunkt die Spannung am Punkt 114 erhöht wird, um eine Pegelverschiebung des Signals am Ausgang 112 zu bewirken. Die Situation entspricht dann der in Fig. 22a dargestellten Situation, wenn das Signal am Punkt 112 über dem Ladungspegel am Kondensator C 113 liegt, und entspricht der Situation nach Fig. 22b, wenn die Spannung am Punkt 112 (der den Schwellenwert des Transistors T 113 bestimmt) höher als der Ladungspegel am Kondensator C 113 ist. Zu demselben Zeitpunkt t 0 (oder gegebenenfalls später) wird die Spannung am Punkt 119 erhöht, wodurch der Kondensator C 113 auf diese Spannung am Punkt 119 aufgeladen wird (Fig. 22c). Zum Zeitpunkt t 1 wird die Spannung am Punkt 119 herabgesetzt, wodurch sich der Kondensator C 113 auf den durch die Spannung am Ausgang 112 bestimmten Pegel entlädt (Fig. 22d). Nach dem Zeitpunkt t 2 ist der Kondensator C 113 also auf die Spannung am Ausgang 112 (abzüglich der Schwellenspannung Vth des Transistors T 113) aufgeladen. Dann nimmt die Spannung am Punkt 113 ab, um dem Kondensator C 112 ein neues Signal zuzuführen, während die Spannung am Punkt 114 hoch bleibt, um Ladungstransport von dem Kondensator C 112 in der entgegengesetzten Richtung zu bewirken. Zum Zeitpunkt t 4 nimmt die Spannung am Punkt 114 ab, wodurch eine neue Signalladung zum Kondensator C 112 fließt. Nach dem Zeitpunkt t 2, z. B. zwischen den Zeitpunkten t 3 und t 5, wird der Transistor T 114 in den leitenden Zustand geschaltet, um das Signal über dem Kondensator C 113 zum Ausgang 117 zu führen.
Fig. 23 zeigt eine Ladungsauslese- und -wiederherstellungsschaltung, die z. B. zum nichtdestruktiven Auslesen ladungsgekoppelter Verstärker verwendet werden kann und deren Funktion der der Schaltung nach Fig. 3 entspricht.
Die Schaltung enthält einen Eingang 121, dem eine Ladung +q und dann eine Ladung -q zugeführt werden kann, so daß pro Zyklus einer mit dem Eingang 121 verbundenen Quelle keine Ladung entzogen wird. Der Eingang 121 ist über einen Kondensator C 121 mit einem Transistor T 120 verbunden, dessen Steuerelektrode mit einem an einer konstanten Spannung VL liegenden Punkt verbunden ist. Der Transistor T 120 ist andererseits mit einem Punkt D verbunden, der über den Kondensator C 122 mit einem an einem konstanten Potential (Masse) liegenden Punkt verbunden ist. Der Punkt D ist weiter über den Transistor T 125, dessen Steuerelektrode mit einem Schaltungspunkt 123 verbunden ist, mit einem Schaltungspunkt 122 verbunden.
Fig. 24 zeigt das Signal VA am Eingang 121, die Spannung am Punkt B und die Taktsignale an den Punkten 123 und 122, und Fig. 25 zeigt die Ladungszustände zum Zeitpunkt t 1 und nach den Zeitpunkten t 1, t 2, t 3, t 4 bzw. t 5. Bis zum Zeitpunkt t 1 befindet sich die Schaltung in einem Ausgangszustand, in dem die mit dem Transistor T 120 verbundene Elektrode des Kondensators C 121 auf einen Bezugspegel, der, abgesehen von der Schwellenspannung Vth des Transistors T 120 selber, der Spannung VL entspricht, aufgeladen und der Kondensator C 122 auf einen Bezugspegel V 1, der dem durch den Transistor T 125 gebildeten Schwellenwert bei niedrigem Pegel des Taktsignals Φ 123 entspricht, aufgeladen ist (Fig. 25a). Zum Zeitpunkt t 1 wird dem Eingang 121 eine Ladung +q zugeführt (Fig. 25b). Die entsprechende Spiegelladung fließt über den durch den Transistor T 120 gebildeten Schwellenwert zum Kondensator C 122. Zum Zeitpunkt t 2 wird am Eingang 121 die Spannung VA auf den ursprünglichen Pegel zurückgeführt. Da der Kondensator C 121 entladen war, bis der Punkt B eine Spannung VL führte, kann die Ladung q nicht entzogen werden, weil der Transistor T 120 dann sperrt, während die Spannung am Punkt B um eine der Ladung -q entsprechende Spannung abnimmt. Die dann erhaltene Situation zeigt Fig. 25c. Zum Zeitpunkt t 3 wird der Transistor T 125 in den leitenden Zustand geschaltet und bildet einen Schwellenwert V 1 zwischen dem Kondensator C 122 und dem Punkt 122. Dem Punkt 122 wird ein positiver Spannungsimpuls zugeführt. Die dann erhaltene Situation zeigt Fig. 25d, in der die Kondensatoren C 121 und C 122 auf den hohen Pegel am Punkt 122 aufgeladen sind. Zum Zeitpunkt t 4 nimmt die Spannung am Punkt 122 ab, wodurch sich der Kondensator C 121 bzw. C 122 über die Schwellenwerte VL bzw. V 1 entlädt (Fig. 25e), die dabei netto auf den Kondensatoren C 121 übertragene Ladung ist dann gleich q, und eine Ladung gleich q fließt zum Eingang 121 zurück. Wenn zum Zeitpunkt t 5 der Transistor T 125 gesperrt wird, wird wieder der Ausgangszustand erhalten (Fig. 25f). Auf diese Weise ist, ohne daß einer am Eingang 121 vorhandenen Quelle Ladung entzogen ist, der Ladungszustand der Schaltung wiederhergestellt. Die positive Signalladung kann zwischen den Zeitpunkten t 2 und t 3 abgetastet werden. Dazu ist dem Punkt D ein Source-Folger mit Transistor T 123 und Source-Widerstand R zugeordnet. Das Source-Signal am Punkt 127 kann dann zwischen den Zeitpunkten t 2 und t 3 abgetastet werden, z. B. wie es bei der Schaltung nach Fig. 18 erfolgte. Statt der in Fig. 23 verwendeten Abtastschaltung kann die dynamische Abtastschaltung nach Fig. 20 verwendet werden.
Die Schaltung nach Fig. 23 kann von mehreren Quellen herrührende Ladungen zueinander addieren, z. B. dadurch, daß der Punkt B zwischen dem Kondensator C 121 und dem Transistor T 120 über jeweils einen Kondensator mit mehreren Eingängen verbunden wird.
In der Schaltung nach Fig. 23 kann die positive Signalladung +q detektiert werden. Fig. 26 zeigt eine ähnliche Schaltung, die aber zum Detektieren der negativen Signalladung -q eingerichtet ist. Im Vergleich zu der Schaltung nach Fig. 23 ist bei der Schaltung nach Fig. 26 der Kondensator C 132 mit einem Schaltungspunkt 134 und der Punkt 132 mit einem an einer Bezugsspannung V 2 liegenden Punkt verbunden.
Fig. 27 zeigt das Eingangssignal VA und die Taktsignale Φ 134 und Φ 136 an den Punkten 134 bzw. 136.
Fig. 28 zeigt den Ladungszustand vor dem Zeitpunkt t 1, zum Zeitpunkt t 3, vor dem Zeitpunkt t 4, nach dem Zeitpunkt t 4 bzw. nach dem Zeitpunkt t 5. Zum Zeitpunkt t 1 sind die Kondensatoren C 131 und C 132 auf den Bezugspegel VL bzw. V 2 aufgeladen und ist der Transistor T 135 leitend (Fig. 28a). Eine zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 zugeführte positive Ladung fließt über die durch den Transistor T 130 gebildeten Schwellenwert VL zum Punkt 132 ab. Nach dem Zeitpunkt t 2 zum Zeitpunkt t 3 sperrt der Transistor T 135 (Fig. 28b). Eine negative Signalladung -q wird zum Zeitpunkt t 2 (oder später, und jedenfalls vor dem Zeitpunkt t 4) dem Kondensator C 131 entzogen (Fig. 28c). Zum Zeitpunkt t 4 wird dem Punkt 134 ein positive Spannungsimpuls zugeführt, wodurch der Kondensator C 131 aufgeladen wird (Fig. 28d). Zum Zeitpunkt t 5 nimmt die Spannung am Punkt 134 ab und entlädt sich der Kondensator C 131 auf die Spannung VL und ist die negative Signalladung -q auf den Kondensator C 132 übertragen (Fig. 28e). Zum Zeitpunkt t 6 wird der Transistor T 135 wieder leitend, wodurch der Kondensator C 132 auf den Pegel V 2 aufgeladen wird und die Schaltung auf ihre Ausgangspegel zurückgesetzt ist (Fig. 28a). Die Detektion der negativen Signalladung am Punkt E kann wieder auf gleiche Weise wie bei der Schaltung nach Fig. 22 erfolgen, und zwar zwischen den Zeitpunkten t 5 und t 6.
Fig. 29 zeigt eine Kombination der Schaltungen nach den Fig. 22 und 25, mit der sowohl die positive Signalladung +q als auch die negative Signalladung -q detektiert werden können. Die Schaltung enthält zwischen dem Eingang 141 und einem Transistor C 140 einen Kondensator C 141. Der Transistor T 140 ist andererseits mit einem Punkt E verbunden, der über den Kondensator C 142 mit dem Schaltungspunkt 145 verbunden ist. Die Steuerelektrode des Transistors T 140 ist mit einem Punkt 143 verbunden, der eine konstante Spannung VL führt. Der Punkt E ist über einen Transistor T 145 mit einem Punkt D verbunden, wobei die Steuerelektrode des Transistors T 145 mit dem Schaltungspunkt 145 verbunden ist. Der Punkt D ist über den Kondensator C 143 mit einem an einem Bezugspotential (Masse) liegenden Punkt und über einen Transistor T 146, dessen Steuerelektrode mit dem Schaltungspunkt 146 verbunden ist, mit einem Schaltungspunkt 142 verbunden.
Fig. 30 zeigt ein Eingangssignal VA am Eingang 141 und die Taktsignale an den Schaltungspunkten 145, 146 und 142, und Fig. 31 zeigt den Ladungszustand nach dem Zeitpunkt t 1, zum Zeitpunkt t 3, nach dem Zeitpunkt t 3, nach dem Zeitpunkt t 4, nach dem Zeitpunkt t 5 bzw. nach dem Zeitpunkt t 6. Die Schaltung wird dadurch zurückgesetzt, daß zum Zeitpunkt t 1 dem Punkt 142 ein positiver Spannungsimpuls zugeführt wird, wobei die Transistoren T 145 und T 146 leitend sind (Fig. 31a). Zum Zeitpunkt t 2 wird die Spannung am Punkt 142 herabgesetzt, wodurch sich der Kondensator C 141 auf die durch den Transistor T 140 bestimmte Spannung VL entlädt, sich der Kondensator C 142 auf die durch den Transistor T 145 mit "niedrigem" Pegel des Taktsignals Φ 145 bestimmten Spannung V 2 entlädt und sich der Kondensator C 143 auf die durch den Transistor T 146 bei "niedrigem" Pegel des Taktsignals Φ 146 bestimmte Spannung V 1 entlädt, wonach zum Zeitpunkt t 3 der Transistor T 146 gesperrt wird (Fig. 31b). Nach dem Zeitpunkt t 4 wird eine positive Ladung +q dem Kondensator C 141 zugeführt, wobei die entsprechende Spiegelladung über die Transistoren T 140 und T 145 zum Kondensator C 143 fließt (Fig. 31c). Nach dem Zeitpunkt t 4 wird eine negative Signalladung -q dem Kondensator C 141 zugeführt (Fig. 31d). Zum Zeitpunkt t 5 wird die Spannung am Punkt 145 erhöht, wodurch sich der Kondensator C 141 auflädt (Fig. 31e). Zum Zeitpunkt t 6 nimmt die Spannung am Punkt 145 wieder ab und ist die negative Ladung -q vom Kondensator C 141 auf den Kondensator C 142 übertragen (Fig. 31f). Gerade nach dem Zeitpunkt t 6 ist die positive Signalladung im Kondensator C 143 und die negative Signalladung im Kondensator C 142 vorhanden, wonach eine Abtastung beider Signale stattfinden kann. Eine Wiederherstellung des Ladungszustandes kann danach dadurch wieder erhalten werden, daß der Transistor T 146 in den leitenden Zustand geschaltet und ein positiver Spannungsimpuls am Punkt 142 erzeugt wird.
Fig. 32 zeigt einen Ladungsdifferenzverstärker zum Detektieren des Unterschiedes zwischen zwei positiven Signalladungen q 1 und q 2. Grundsätzlich besteht die Schaltung aus zwei Schaltungen nach Fig. 23, wobei der Eingang 151 a, der Kondensator C 151 a, der Punkt 153, der Transistor T 150 a, der Kondensator C 152 a, der Transistor T 155 a, der Punkt 153 a bzw. der Punkt 152 und der Eingang 151 b, der Kondensator C 151 b, der Punkt 153, der Transistor T 150 b, der Kondensator C 152 b, der Transistor T 155 b, der Punkt 153 b bzw. der Punkt 152 in der Schaltung nach Fig. 32 dem Eingang 121, dem Kondensator C 121, dem Punkt 123, dem Transistor T 120, dem Kondensator C 122, dem Transistor T 125, dem Punkt 123 bzw. dem Punkt 122 entsprechen. Die Kondensatoren C 152 a und C 152 b sind dagegen mit einem Punkt B verbunden. Dieser Punkt B ist über den Transistor T 156 mit dem Punkt 152 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors T 156 ist mit dem Punkt 156 verbunden, dem ein Taktsignal Φ 156 zugeführt wird.
Fig. 33 zeigt die Taktsignale Φ 156, Φ 153 b, Φ 153 a bzw. Φ 152 an den Punkten 153 b, 153 a bzw. 152. Zu einem Zeitpunkt t 0 befindet sich die Schaltung in ihrem Ausgangszustand. Die Spannung am Punk 41568 00070 552 001000280000000200012000285914145700040 0002003014529 00004 41449t 152 ist dabei niedrig und die Transistoren T 155 a und T 155 b sind gesperrt und der Transistor T 156 ist leitend. In einem diesem Zeitpunkt vorangehenden Wiederherstellungsschritt ist der Punkt B über den Transistor T 156 auf den niedrigen Pegel des Punktes 156 (abgesehen von der Schwellenspannung Vth dieses Transistors T 156) entladen. Der Transistor T 156 ist also gerade nicht leitend. Wenn nach dem Zeitpunkt t 0 eine positive Signalladung q 1 bzw. q 2 dem Eingang 151 a bzw. 151 b zugeführt wird, fließt die entsprechende Spiegelladung auf eine an Hand der Fig. 23 bis 25 beschriebene Weise zum Kondensator C 152 bzw. C 152 b und erzeugt auf diesen Kondensatoren eine Signalspannung V 1 bzw. V 2; die Ladeströme fließen dabei über den Transistor T 156 zum Punkt 152. Eine darauffolgende negative Signalladung bleibt am Kondensator C 151 a bzw. C 151 b vorhanden. Zum Zeitpunkt t 1 wird der Transistor T 155 b in den leitenden Zustand und der Transistor T 156 in den nichtleitenden Zustand geschaltet. Dadurch erreicht der Punkt zwischen dem Transistor T 150 b und dem Transistor T 155 b das niedrige Potential des Punktes 153 b (abgesehen von der Schwellenspannung Vth des Transistors) und nimmt die Spannung am Punkt B um V 2 ab. Der Transistor T 156 ist dabei nichtleitend, und die Kondensatoren C 152 a und C 152 b liegen dann in Reihe zwischen dem Punkt 153 b und dem Punkt D zwischen dem Transistor T 150 a und dem Transistor T 155 a. Die Signalspannung am Punkt D wird dann zu diesem Zeitpunkt t 1 gleich V 1-V 2 und kann auf die an Hand der Fig. 18 oder der Fig. 20 beschriebene Weise abgetastet werden. Zum Zeitpunkt t 2 werden die Transistoren T 155 a und T 56 in den leitenden Zustand geschaltet, während der Transistor T 155 b leitend bleibt. Die Spannung am Punkt 152 wird zu diesem Zeitpunkt erhöht und zum Zeitpunkt t 3 wieder herabgesetzt, wodurch auf die an Hand der Fig. 22 bis 24 beschriebene Weise die Kondensatoren C 151 a, C 151 b, C 152 a und C 152 b auf die Bezugsspannung zurückgeführt werden, wobei der Punkt B über den Transistor T 156 wiederhergestellt wird. Zum Zeitpunkt t 4 werden die Transistoren T 155 a und T 155 b wieder in den nichtleitenden Zustand geschaltet, wonach eine neue Detektion stattfinden kann. Der Punkt D und der Punkt zwischen den Transistoren T 150 b und T 155 b können auch auf die Spannung am Punkt 152 bei niedrigem Pegel des Taktsignals Φ 152 zurückgeführt werden, wobei dann beim Auslesen der Transistor T 155 b derart in den leitenden Zustand geschaltet werden kann, daß die Reihenschaltung der Kondensatoren C 152 a und C 152 b zwischen dem Punkt D und dem Punkt 152 angeordnet ist. Außerdem kann die Spannung VL eine geschaltete Spannung sein, was ebenfalls für z. B. die Ausführungen nach den Fig. 23 bis 34 und 40 und 41 zutrifft.
Fig. 34 zeigt eine Abwandlung des Ladungsdifferenzverstärkers nach Fig. 32. Der Eingang 161 a bzw. 161 b ist über den Kondensator C 161 a bzw. C 161 b und den Transistor T 160 a bzw. T 160 b mit dem Punkt Ea bzw. Eb verbunden. Die Steuerelektroden der Transistoren T 160 a und T 160 b sind mit einem Punkt 163, der eine konstante Spannung VL führt, verbunden. Der Punkt Ea bzw. Eb ist über den Kondensator C 162 a bzw. C 162 b in Reihe mit dem Transistor T 165 mit dem Schaltpunkt 164 verbunden. Die Steuerelektrode des Transistors T 165 ist mit dem Schaltungspunkt 165 verbunden. Die Punkte Ea und Eb sind über den Transistor T 167, dessen Steuerelektrode mit einem Schaltpunkt 167 verbunden ist, miteinander verbunden. Der Punkt Ea ist außerdem über den Transistor T 166, dessen Steuerelektrode mit dem Schaltungspunkt 166 verbunden ist, mit dem Punkt 164 verbunden.
Fig. 35 zeigt die Taktsignale Φ 165, Φ 167, Φ 166 bzw. Φ 164 an den Punkten 165, 167, 166 bzw. 164. Zu einem Zeitpunkt t 0 sind alle Kondensatoren auf eine Bezugsspannung aufgeladen. Die Transistoren T 166 und T 167 sind dabei gesperrt, während der Transistor T 165 leitend ist und der Punkt 164 eine niedrige Spannung führt. Die der Signalladung q 1 bzw. q 2 am Eingang 161 a bzw. 161 b entsprechende Spiegelladung kann dann über den Kondensator C 161 a bzw. C 161 b und den Transistor T 160 a bzw. T 160 b zum Kondensator Z 162 a bzw. C 162 b fließen und an diesem eine Signalspannung V 1 bzw. V 2 erzeugen. Eine darauffolgende negative Signalladung wird dem Kondensator V 161 a bzw. C 161 b entzogen, und zwar völlig auf gleiche Weise, wie an Hand der Fig. 23 bis 25 beschrieben ist. Zum Zeitpunkt t 1 wird der Transistor T 165 in den nichtleitenden Zustand und der Transistor T 167 in den leitenden Zustand geschaltet, wodurch die Kondensatoren C 162 a und C 162 b in Reihe zwischen dem Punkt 164 und dem Punkt D angeordnet werden. Die Signalspannung am Punkt D wird dann gleich V 1-V 2 und kann auf die beschriebene Weise abgetastet werden. Zum Zeitpunkt t 2 werden die Transistoren T 165 und T 166 in den leitenden Zustand geschaltet, während der Transistor T 167 bereits leitend war, wodurch die Kondensatoren C 162 a und C 162 b kurzgeschlossen und auf die Bezugsspannung entladen werden. Dadurch, daß gleichzeitig ein positiver Spannungsimpuls am Punkt 164 erzeugt wird, werden die Kondensatoren C 161 a und C 161 b wieder auf die Bezugsspannung aufgeladen.
Die Schaltungen nach den Fig. 32 und 34 weisen den Nachteil auf, daß die Kondensatoren C 152 a und C 152 b, ebenso wie die Kondensatoren C 162 a und C 162 b, genau gleich sein sollen, weil die Signalspannungen V 1 und V 2 durch diese Kapazitätswerte bestimmt werden. Denn die eine Signalladung q 1 erzeugt eine Signalspannung V 1 = q 1/C 1 und die andere eine Signalspannung V 2 = q 2/C 2, wodurch gilt:
was für C 1 = C 2 = C 0 gleich 1/C 0 (q 1-q 2) ist.
Die Schaltung nach Fig. 36 enthält einen Eingang 171 a bzw. 171 b, der über den Kondensator C 171 a und den Transistor T 170 a bzw. über den Kondensator C 171 b und den Transistor T 170 b mit dem Punkt Ea bzw. Eb verbunden ist. Die Steuerelektroden der Transistoren T 170 a und T 170 b sind mit einem Punkt 173, der eine konstante Spannung VL führt, verbunden. Der Punkt Ea ist über den Kondensator C 172 a in Reihe mit dem Transistor T 175 an einen Schaltungspunkt 174 angeschlossen. Die Steuerelektrode des Transistors T 175 ist mit einem Schaltungspunkt 175 verbunden. Der Punkt Eb ist über den Kondensator C 172 b mit dem Schaltungspunkt 174 verbunden. Der Punkt Ea ist über den Transistor T 177 a mit dem Schaltungspunkt 174 und der Punkt Eb über den Transistor T 177 b mit dem Punkt zwischen dem Kondensator C 172 a und dem Transistor T 175 verbunden. Die Steuerelektroden der Transistoren T 177 a und T 177 b sind mit einem Schaltungspunkt 177 verbunden.
Fig. 37 zeigt zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 36 die Taktsignale Φ 175, Φ 177 bzw. Φ 174 an den Punkten 175, 177 bzw. 174. Zum Zeitpunkt t 0 sind die Kondensatoren C 171 a, C 171 b und C 172 a und C 172 b auf den Bezugspegel aufgeladen. Der Transistor T 175 ist leitend, und die Transistoren T 177 a und T 177 b sind nichtleitend. Die dem Eingang 171 a bzw. 171 b zugeführte positive Signalladung +q 1 bzw. +q 2 fließt auf die an Hand vorhergehender Figuren beschriebene Weise zum Kondensator C 172 a bzw. C 172 b, während die darauffolgende negative Signalladung -q 1 bzw. -q 2 dem Kondensator C 171 a bzw. C 171 b entzogen wird. Zum Zeitpunkt t 1 wird der Transistor T 175 in den nichtleitenden Zustand geschaltet und werden die Transistoren T 177 a und T 177 b in den leitenden Zustand geschaltet, wodurch der Kondensator C 172 a zum Transistor C 172 b gegensinnig parallel geschaltet wird. Die Signalladungen q 1 und q 2 an diesen Kondensatoren fließen zusammen, und an diese Antiparallelschaltung verbleibt eine Signalladung gleich q 2-q 1, die am Punkt Eb eine Signalspannung gleich 1/Cp (q 2-q 1) ergibt, wobei Cp die Kapazität der Parallelschaltung der Kondensatoren C 172 a und C 172 b ist. Diese Signalspannung kann auf die oben beschriebene Weise abgetastet werden. Zum Zeitpunkt t 2 wird der Transistor T 175 in den leitenden Zustand geschaltet, wodurch die Kondensatoren C 172 a und C 172 b kurzgeschlossen werden. Dadurch, daß zu demselben Zeitpunkt oder danach ein positiver Spannungsimpuls dem Punkt 174 zugeführt wird, wird auch die Ladung an den Kondensatoren C 171 a und C 171 b auf die an Hand vorhergehender Figuren beschriebene Weise wiederhergestellt. Nach dem Sperren der Transistoren T 177 a und T 177 b zum Zeitpunkt t 3 ist die Schaltung wieder für eine folgende Ladungsdetektion bereit.
Fig. 38 zeigt eine Alternative für den Ladungsdifferenzverstärker nach den Fig. 32, 34 und 36, wobei die Kondensatoren nicht in Reihe oder parallel geschaltet werden. Zur Illustrierung einer möglichen Anwendung eines Ladungsdifferenzverstärkers zeigt diese Figur zwei ladungsgekoppelte Anordnungen BBD 1 und BBD 2, im vorliegenden Beispiel Eimerkettenspeicher. Diese sind bekanntlich aus je der Reihenschaltung einer Anzahl von Transistoren mit je einem Kondensator zwischen der Steuerelektrode und der Drainelektrode aufgebaut. Von jedem der Eimerkettenspeicher bildet ein Kondensator C 181 a bzw. C 181 b einen Teil des Ladungsdifferenzverstärkers, statt mit der Steuerelektrode des zugehörigen Transistors verbunden zu sein. Ähnliche Anwendungen sind auch mit den Ladungsdifferenzverstärkern nach den Fig. 32, 34 und 36 möglich, während sie zum nichtdestruktiven Auslesen eines Eimerkettenspeichers auch mit den Schaltungen nach den Fig. 23, 26 und 29 anwenbar sind.
Im Ladungsdifferenzverstärker nach Fig. 38 ist der Kondensator C 181 a bzw. C 181 b über den Transistor T 180 a bzw. T 180 b mit dem Punkt Ea bzw. Eb verbunden. Die Steuerelektroden der Transistoren T 180 a und T 180 b sind mit einem Schaltungspunkt 183 verbunden. Der Punkt Ea bzw. Eb ist über den Kondensator C 182 a bzw. C 182 b mit einem an einem festen Potential (Masse) liegenden Punkt verbunden. Der Punkt Ea ist über den Transistor T 185 mit dem Ausgangspunkt 182 verbunden, der über den Kondensator C 183 mit einem Schaltungspunkt 184 verbunden ist. Die Steuerelektrode des Transistors T 185 ist mit dem Punkt Eb verbunden.
Fig. 39 zeigt zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 38 ein Signal q, das eine Stufe des Ladungstransports einer Ladung q 1 in BBD 1 oder einer Ladung q 2 in BBD 2 an den Stellen der Punkte 181 a bzw. 181 b darstellt, und auch die Taktsignale Φ 183 bzw. Φ 184 an den Schaltungspunkten 183 bzw. 184. Zum Zeitpunkt t 1 wird in BBD 1 bzw. BBD 2 eine Ladung +q 1 bzw. +q 2 (p-Kanal-BBD) zu dem mit dem Punkt 181 a bzw. 181 b verbundenen Kondensator C 181 a bzw. C 181 b transportiert. Die Spiegelladung q 1 bzw. q 2 fließt dabei über den Transistor T 180 a bzw. T 180 b mit "niedrigem" Taktsignal an der Steuerelektrode zum Kondensator C 182 a bzw. C 182 b. Wenn zum Zeitpunkt t 2 diese Ladung q 1 bzw. q 2 am Punkt 181 a bzw. 181 b von BBD 1 bzw. BBD 2 weitertransportiert werden würde, kann dies nicht stattfinden, weil die dem Transistor T 180 a bzw. T 180 b zugewandte Seite des Kondensators C 181 a bzw. C 181 b mit dem dann nichtleitenden Transistor T 180 a bzw. T 180 b verbunden ist, so daß die Spannung an diesen Elektroden um eine dieser negativen Signalladung entsprechende Spannung abnimmt. Zum Zeitpunkt t 2 werden die Transistoren T 180 a bzw. T 180 b gesperrt, um eine vorzeitige Wiederherstellung der Ladung an den Kondensatoren C 181 a und C 181 b zu verhindern. Dem Punkt 184 wird ein positiver Impuls zugeführt. Dadurch wird der Kondensator C 182 a weiter aufgeladen. Wenn die Spannung am Punkt 184 zum Zeitpunkt t 3 wieder abnimmt, entlädt sich der Kondensator C 182 auf einen Pegel, der durch die Ladung am Kondensator C 182 b bestimmt wird. Bei Gleichheit der Kondensatoren C 182 a und C 182 b ist dann ein Netto-Ladungstransport zum Kondensator C 183 gleich q 1-q 2. Zum Zeitpunkt t 4 nimmt die Spannung am Punkt 183 wieder auf V 1 ab. Eine darauffolgende Wiederherstellungsstufe, z. B. mit der Schaltung nach Fig. 42, ermöglicht es, daß die Eimerkettenspeicher die Ladungen q 1 und q 2 wieder entziehen, wobei die entsprechenden Spiegelladungen zu den Kondensatoren C 181 a und C 181 b fließen.
Fig. 40 zeigt eine Alternative für die Schaltung nach Fig. 29 zur Speicherung sowohl der positiven als auch der negativen Spiegelladung des Kondensators C 191. Dieser Kondensator C 191 ist über den Transistor T 190, dessen Steuerelektrode mit einem Punkt 193 verbunden ist, der eine feste Spannung VL führt, mit einem Punkt A verbunden. Dieser Punkt A ist über den Transistor T 195, dessen Steuerelektrode mit einem Schaltpunkt 195 verbunden ist, dem ein Taktsignal Φ 195 zugeführt wird, mit einem Punkt Ea verbunden, der über einen Kondensator C 192 mit einem Punkt 194 verbunden ist, und außerdem ist Punkt A über einen Transistor T 196, dessen Steuerelektroden mit einem Schaltpunkt 196 verbunden ist, dem ein Taktsignal Φ 196 zugeführt wird, mit einem Punkt Eb verbunden, der über einen Kondensator C 193 mit einem Schaltpunkt 197, dem ein Taktsignal Φ 193 zugeführt wird, verbunden ist.
Wenn dem Kondensator C 191 eine positive Ladung +q zugeführt und der Transistor T 195 in den leitenden Zustand geschaltet wird, fließt diese Ladung +q zum Kondensator C 195, wobei der Punkt 194 mit einem an einem festen Potential liegenden Punkt verbunden sein kann. Die dann am Kondensator C 191 erscheinende Ladung -q kann auf den Kondensator C 193 dadurch übertragen werden, daß der Transistor T 195 in den nichtleitenden Zustand geschaltet, der Transistor T 196 in den leitenden Zustand geschaltet und dem Punkt 197 ein positiver Spannungsimpuls zugeführt wird. Da die Transistoren T 195 und T 196 nicht gleichzeitig leitend sind, können die Punkte 197 und 194 auch miteinander verbunden werden.
Bei der obenstehenden Betrachtung wurde davon ausgegangen, daß zunächst die positive Ladung und dann die negative Ladung erscheint. Wenn diese Reihenfolge nicht bekannt ist, muß, wenn der Transistor T 195 in den leitenden Zustand geschaltet wird, auch am Punkt 194 ein positiver Spannungsimpuls erzeugt werden.
Bei der Schaltung nach Fig. 40 sind, wie bei z. B. der Schaltung nach Fig. 8, eine Anzahl von Abwandlungen möglich. So kann der Transistor T 190 entfallen, wenn der niedrige Pegel der Taktsignale an den Punkten 195 und 196 als Schwellenwert verwendet wird, was jedoch den ungünstigen Einfluß eines Unterschiedes zwischen den Schwellenwertspannungen Vth der Transistoren T 195 und T 196 vergrößert. Auch können Schwellenwerte bildende Transistoren, statt eines Transistors T 190 zwischen dem Punkt A und dem Kondensator C 191, zwischen dem Punkt A und den Transistoren T 195 und T 196 eingeschaltet werden, wobei diese Transistoren einfach dadurch gebildet werden können, daß eine zusätzliche Steuerelektrode an den Kanälen der Transistoren T 195 und T 196 angebracht wird.
Fig. 41 zeigt einen Ladungsdifferenzverstärker, in dem das Prinzip nach Fig. 40 angewendet wird. Dieser Verstärker besteht aus zwei Schaltungen nach Fig. 40 mit gemeinsamen Kondensatoren C 202 und C 203, wobei die Transistoren T 205 a und T 205 b, wie die Transistoren T 206 a und T 206 b, mittels eines Taktsignals Φ 205 bzw. Φ 206 zusammengeschaltet werden. Eine Spiegelladung der Ladung q 1 bzw. q 2, die dem Kondensator C 201 a bzw. C 201 b zugeführt wird (ungeachtet der Polarität), wird auf den Kondensator C 202 bzw. C 203 dadurch übertragen, daß die Transistoren T 205 a und T 205 b in den leitenden Zustand geschaltet werden und ein positiver Spannungsimpuls am Punkt 204 erzeugt wird. Die darauffolgende komplementäre Spiegelladung -q 1 bzw. -q 2 wird auf den Kondensator C 203 bzw. C 202 dadurch übertragen, daß der Transistor T 206 a und der Kondensator T 206 b in den leitenden Zustand geschaltet werden und ein positiver Spannungsimpuls am Punkt 204 erzeugt wird. Dadurch wird der Netto-Ladungstransport zum Kondensator C 202 gleich q 1-q 2 und der Netto-Ladungstransport zum Kondensator C 203 gleich q 2-q 1.
Fig. 42 zeigt eine mögliche Schaltung zur Wiederherstellung des Ladungszustandes bei den Schaltungen nach den Fig. 38, 40 und 41. Dazu ist der Punkt Ea über einen Transistor T 227, dessen Steuerelektrode mit dem Schaltpunkt 217 verbunden ist, mit einem Punkt 212 und der Punkt Eb über einen Transistor T 218, dessen Steuerelektrode mit dem Schaltpunkt 217 verbunden ist, mit dem Punkt 212 verbunden. Die Ladung an den mit den Punkten Ea und Eb verbundenen Kondensatoren (C 182 a, C 182 b, C 192, C 193, C 202 und C 203) kann auf den Pegel V 1 und die Ladung an den zugehörigen Eingangskondensatoren (C 181 a, C 181 b, C 191, C 201 a und C 201 b) auf den Pegel VL (die Spannung an den Steuerelektroden der Transistoren T 180 a, T 180 b, T 190, T 200 a und T 200 b) bei leitendem Zustand der Schalttransistoren T 180 a, T 180 b, T 195, T 196, T 205 a, T 205 b, T 206 a und T 206 b zurückgeführt werden, indem dem Punkt 212 ein positiver Spannungsimpuls zugeführt und die Spannung am Punkt 217 auf den Pegel V 1 (abgesehen von der Schwellenspannung der Transistoren T 217 und T 218) herabgesetzt wird, wobei der Pegel V 1 niedriger als oder gleich dem Pegel VL sein soll.
Da bei den Schaltungen nach den Fig. 40 und 41 beide Spiegelladungen (+q und -q) transportiert sind, ist am Ende des Auslesevorgangs die Ladung an den Eingangskondensatoren C 191, C 201 a und C 201 b bereits wiederhergestellt, wenn etwaige Leckentladungen vernachlässigt werden. In diesem Falle ist es genügend, die Ladung an den Kondensatoren C 192, C 193, C 202 und C 203 wiederherzustellen, was auf die verschiedenen beschriebenen Weisen erfolgen kann, z. B. dadurch, daß dem Punkt 212 eine Spannung V 1 zugeführt wird und die Transistoren T 217 und T 218 kurzzeitig in den leitenden Zustand geschaltet werden.
Bei den Schaltungen nach den Fig. 40 und 41 ist die Signalladung am Kondensator C 192 bzw. C 202 zu der Signalladung am Kondensator C 193 bzw. C 203 komplementär. Bei den Schaltungen kann die Ladung im einen Kondensator mit der Ladung im anderen Kondensator wiederhergestellt werden, zu welchem Zweck die Punkte Ea und Eb über einen Transistor T 219 kurzgeschlossen werden können. Um jedoch etwaige weggeleckte Ladungen wiederherzustellen, ist es zu bevorzugen, außerdem gleichzeitig über die Transistoren T 217 und T 218 eine Wiederherstellung vorzunehmen.
Das Prinzip der Erfindung kann auch zur Bildung einer Eimerkettenspeicheranordnung (BBD) oder einer ladungsgekoppelten Anordnung (CCD) angewandt werden, die imstande ist, positive und negative Signalladungen zu transportieren. Dazu können nicht ohne weiteres eine Anzahl von Vorrichtungen nach Fig. 6 hintereinander geschaltet werden, weil bei der Schaltung nach Fig. 6 der Bezugspegel (Q 1) am Ausgang niedriger als der (Q 0) am Eingang (Fig. 7a). Wenn das dem Punkt 44 zugeführte Taktsignal ein Signal mit drei Pegeln ist, und zwar "niedrig" und "hoch" mit einem Zwischenpegel, wobei der Bezugspegel am Ausgang 42 dem am Eingang entspricht (siehe Ladungszustand in Fig. 7d), kann dies ohne weiteres erfolgen. Eine solche Möglichkeit zeigt Fig. 43.
In Fig. 43 sind von einer Verzögerungsleitung, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip wirkt, vier Stufen mit je einem Transistor T 221, T 222, T 223 bzw. T 224, deren Steuerelektroden mit einem Schaltungspunkt 221, 223, 225 bzw. 227 verbunden sind, dargestellt. Mit dem Verbindungspunkt zwischen jeweils zwei Transistoren ist ein Kondensator C 220, C 221, C 222, C 223 . . . verbunden, dessen anderer Anschluß mit einem Schaltungspunkt 220, 222, 224 bzw. 226 verbunden ist.
Fig. 44 zeigt die den unterschiedlichen Schaltungspunkten zugeführten Taktsignale Φ 1, Φ 2, Φ 3 und Φ 4, wobei das Taktsignal Φ 1 der mit dem Schaltpunkt 221 verbundenen Steuerelektrode des Transistors T 221 und jeweils der Steuerelektrode jedes zweiten darauffolgenden Transistors, das Taktsignal Φ 2 dem Schaltungspunkt des Kondensators C 221 und jeweils dem mit jedem zweiten darauffolgenden Kondensator verbunden Schaltungspunkt, das Taktsignal Φ 3 der mit dem Schaltungspunkt 223 verbundenen Steuerelektrode des Transistors T 222 und jeweils der Steuerelektrode jedes zweiten darauffolgenden Transistors und das Taktsignal Φ 4 dem Schaltungspunkt 224 und jeweils dem mit jedem zweiten auf den Kondensator C 222 folgenden Kondensator verbundenen Schaltungspunkt zugeführt wird. Bei den Taktsignalen nach Fig. 44 zeigt Fig. 45 die Ladungszustände zu den Zeitpunkten t 0, t 1, t 2 bzw. t 3.
Zum Zeitpunkt t 0 ist das Taktsignal Φ 1 "hoch" und Φ 3 "niedrig"; dann sind alle Transistoren T 221, T 223 und folgende gesperrt und die Transistoren T 220, T 222, T 224 und folgende leitend und liegt zu diesem Zeitpunkt das Taktsignal Φ 2 auf dem mittleren Pegel V 0 und ist das Taktsignal Φ 4 "niedrig" und enthalten alle Kondensatoren eine Bezugsladung Q 0, wobei die Kondensatoren C 221, C 223 und folgende auf den Pegel VL und die übrigen auf einen niedrigen Pegel aufgeladen sind. Bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 43 wird dabei davon ausgegangen, daß der Kondensator C 220 eine positive Signalladung +q und der Kondensator C 222 eine negative Signalladung -q enthält. Diese Situation zeigt Fig. 45a. Zum Zeitpunkt t 1 werden der Transistor T 221 und der Transistor T 223 (wie jeder zweite folgende Transistor) mit einem Schwellwertpegel VL in den leitenden Zustand geschaltet und die Transistoren T 220, T 222, T 224 und folgende in den nichtleitenden Zustand geschaltet. Zu gleicher Zeit wird die Spannung an den Punkten 222 und 226 erhöht (Φ 2 "hoch") und die Spannung an den Punkten 220, 224 und folgenden auf den Bezugspegel V 0 gebracht. Dadurch wird der Kondensator C 220 vom Kondensator C 221 her und der Kondensator C 222 vom Kondensator C 223 her aufgeladen (Fig. 45b). Zum Zeitpunkt t 2 nimmt die Spannung am Punkt 222 und am Punkt 226 ab, wodurch sich der Kondensator C 220 bzw. C 222 auf den Pegel VL zum Kondensator C 221 bzw. C 223 entlädt und die Ladungen q 1 bzw. q 2 auf den Kondensator C 222 bzw. C 224 übertragen werden, wonach zum Zeitpunkt t 3 die Transistoren T 221 und T 223 wieder in den nichtleitenden Zustand geschaltet werden (Fig. 45c). Zum Zeitpunkt t 4 wird die Spannung an den Punkten 222 und 226 wieder auf den Bezugspegel V 0 zurückgeführt (Fig. 45d). Der Ladungszustand entspricht dann wieder der Situation nach Fig. 45a, wobei jedoch die Signalladungen alle auf den folgenden Kondensator übertragen sind. Zu demselben Zeitpunkt kann die folgende Stufe anfangen, wobei sich derselbe Zyklus um eine Stufe verschoben wiederholt.
Die Schaltung nach Fig. 43 weist den Nachteil auf, daß Taktsignale (Φ 2 und Φ 4) mit drei Pegeln erforderlich sind. Fig. 46 zeigt eine Abwandlung, bei der Taktsignale mit nur zwei Pegeln verwendet werden. Die Schaltung ist der nach Fig. 43 gleich, mit der Maßgabe, daß das Taktsignal für die Punkte 231, 235 und alle in dieser Reihenordnung folgenden Punkte nun entfallen ist und daß diesen Punkten eine konstante Spannung VR zugeführt wird, die höher als der niedrige Pegel VL des den Steuerelektroden der Transistoren T 232, T 234 und der folgenden Transistoren zugeführten Taktsignals Φ 1, aber niedriger als der hohe Pegel ist.
Fig. 47 zeigt das Taktsignal Φ 1, Φ 2 bzw. Φ 3, das den Punkten 233, 237 und folgenden, den Punkten 230, 234, 238 und folgenden bzw. den Punkten 232, 236 und folgenden zugeführt wird, während Fig. 48 den Ladungszustand zu den Zeitpunkten t 0, t 1, t 2, t 3, t 4 und t 5 zeigt. Zum Anfangszeitpunkt t 0 sind die Transistoren T 232 und T 234 in den nichtleitenden Zustand geschaltet, ist die Spannung an den Punkten 230, 234 und 238 hoch und die Spannung an den Punkten 232 und 236 niedrig. Es wird angenommen, daß zu diesem Zeitpunkt eine positive Signalladung +q 1 am Kondensator C 230 und eine negative Signalladung -q 2 am Kondensator C 232 vorhanden ist (Fig. 48a). Die positive Signalladung +q 1 wird dabei sofort über den Schwellenwert VR zum Kondensator C 231 abfließen. Zum Zeitpunkt t 1 wird die Spannung an den Punkten 232, 236 und 238 erhöht, wodurch sich die Kondensatoren C 231 und C 233 bis oberhalb des Schwellenwerts VR aufladen (Fig. 48b). Zum Zeitpunkt t 2 wird die Spannung an den Punkten 232 und 236 wieder herabgesetzt, so daß die Kondensatoren C 230, C 232 und C 234 auf den Bezugspegel VR entladen werden. Die Signalladung +q 1 bzw. -q 2 ist dabei auf den folgenden Kondensator C 231 bzw. C 233 übertragen (Fig. 48c). Zum Zeitpunkt t 3 werden die Transistoren T 230, T 232 und T 234 in den leitenden Zustand geschaltet mit einer Schwelle VL, die genügend weit unterhalb der Schwelle VR liegt. Dabei fließt Ladung aus den Kondensatoren C 230, C 232 und C 234 zu den ihnen vorangehenden Kondensatoren C 229, C 231 bzw. C 233 ab (Fig. 48d). Zum Zeitpunkt t 4 nimmt die Spannung an den Punkten 230, 234 und 238 ab, wodurch die Kondensatoren C 229, C 231 und C 233 auf den Bezugspegel VL entladen werden und die Signalladung +q 1 bzw. -q 2 auf den Kondensator C 232 bzw. C 234 übertragen ist (Fig. 48e). Zum Zeitpunkt t 5 werden die Transistoren T 230, T 232, T 234 und alle zweiten darauffolgenden Transistoren wieder in den nichtleitenden Zustand geschaltet und wird die Spannung an den Punkten 230, 234 und 238 wieder erhöht (Fig. 48f). Die Situation entspricht dann wieder der in Fig. 48a dargestellten Situation, wobei die Signalladungen zwei Stufen weiter transportiert sind und während dieses Transports die Bezugsladungen an den unterschiedlichen Kondensatoren auf Pegel VL bzw. VR zurückgeführt sind.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsformen. Unterschiedliche Abwandlungen sind möglich. Statt p-Kanaltransistoren können n-Kanaltransistoren verwendet werden. Eine Kombination von p- und n-Kanaltransistoren, insbesondere bei den beschriebenen Ladungsdifferenzverstärkern, ist möglich. Auch kann das erfindungsgemäße Prinzip mit Bipolartransistoren angewendet werden. Bei Anwendung von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode sind die bei ladungsgekoppelten Anordnungen (CCD) bekannten Techniken, wie eine derartige Ausbildung der unterschiedlichen Transistoren und der unterschiedlichen Kondensatoren, daß ein einziger Kanal mit mehreren isolierten Gate-Elektroden versehen wird, ebenfalls anwendbar. Auch andere Formen der bei den unterschiedlichen Ausführungsformen beispielsweise gewählten Taktsignale sind möglich.

Claims (52)

1. Verfahren zum Transportieren einer elektrischen Signalladung von einem Ladungsspeicher zu einem Schaltungspunkt über eine wenigstens während dieses Ladungstransports einen Schwellenwert aufweisende Transistorschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt eine Erniedrigung des Schwellenwerts (VL) der Transistorschaltung (T 40) oder eine Erhöhung des Potentials am Schaltungspunkt (42) gegenüber dem Schwellenwert der Transistorschaltung durchgeführt wird und dadurch ein Ladungstransport vom Schaltungspunkt (42) über die Transistorschaltung (T 40) zum Ladungsspeicher (C 41) erfolgt, und daß in einem zweiten Schritt der im ersten Schritt geänderte Schwellenwert wieder auf den ursprünglichen Wert und der Ladungsspeicher (C 41) auf den ursprünglichen Schwellenwert (VL) gebracht wird.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Transistorschaltung, die einen Transistor mit zwei Hauptelektroden und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die eine Hauptelektrode mit dem Ladungsspeicher und die andere Hauptelektrode mit dem Schaltungspunkt gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang einer ersten Zeitspanne die Steuerelektrode (43) mit einer Spannungsquelle zum Festlegen des Schwellenwerts (VL) verbunden ist, daß während dieser ersten Zeitspanne zum Ladungsausgleich zwischen dem Schaltungspunkt (42) und dem Ladungsspeicher (C 41) ein erstes Taktsignal mit der Steuerelektrode (43) oder mit dem Schaltungspunkt (42) gekoppelt ist, wobei das Potential am Schaltungspunkt (42) höher als das Potential an der Steuerelektrode (43) ist, und daß während einer zweiten Zeitspanne zum Transport von Signalladung von dem Ladungsspeicher (C 41) zum Schaltungspunkt (42) der Ladungsspeicher (C 41) und die Steuerelektrode (43) mit Taktsignalen gekoppelt sind, die das Potential des Ladungsspeichers (C 41) und das Potential der Steuerelektrode (43) auf den Schwellenwert (VL) bringen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der ersten Zeitspanne die Steuerelektrode (43) mit der Spannungsquelle und der Schaltungspunkt (42) mit dem ersten Taktsignal gekoppelt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltungspunkt (42) und der Spannungsquelle ein zweiter Ladungsspeicher (C 42) angeordnet ist (Fig. 6).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerelektrode (43) des Transistors (T 40) ein zweites Taktsignal gekoppelt ist und dieser Transistor (T 40) durch dieses zweite Taktsignal während der zweiten Zeitspanne auf den genannten Schwellenwert und während einer der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 6).
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltungspunkt (52) und dem ersten Ladungsspeicher (C 51) ein zweiter Transistor (T 52) in Reihe mit dem ersten Transistor (T 50) angeordnet und ein zweites Taktsignal (Φ 56) mit der Steuerelektrode (56) des zweiten Transistors (T 52) gekoppelt ist, wobei der zweite Transistor (T 52) durch dieses zweite Taktsignal während der ersten und zweiten Zeitspanne in den leitenden Zustand und während einer der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 8).
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der ersten Zeitspanne die Steuerelektrode (43) und der Ladungsspeicher (C 41) mit dem ersten Taktsignal gekoppelt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (42) über einen zweiten Ladungspeicher (C 42) mit einem an einer festen Spannung liegenden weiteren Schaltungspunkt (44) verbunden ist (Fig. 6).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T 40) durch das erste Taktsignal während einer dritten, außerhalb der ersten und der zweiten Zeitspanne liegenden Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 6).
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltungspunkt (52) und dem ersten Ladungsspeicher (C 51) ein zweiter Transistor (T 52) in Reihe mit dem ersten Transistor (T 50) angeordnet und ein zweites Taktsignal mit der Steuerelektrode (56) des zweiten Transistors (T 52) gekoppelt ist, wobei der zweite Transistor (T 52) durch dieses zweite Taktsignal während der ersten und der zweiten Zeitspanne in den leitenden Zustand und während einer dritten, außerhalb der ersten und der zweiten Zeitspanne liegenden Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 8).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladungsspeicher (C 51) mit der der Transistorschaltung (T 52, T 50) zugekehrten Seite an einen Signalladungseingang (51) angeschlossen ist (Fig. 8).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladungsspeicher (C 41) mit der von der Transistorschaltung (T 40) abgekehrten Seite an einen Signalladungseingang (41) angeschlossen ist (Fig. 6).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des ersten Transistors (T 113) wenigstens während der zweiten Zeitspanne mit einem Signalspannungseingang (112) verbunden ist, so daß der Schwellenwert durch diese Signalspannung bestimmt wird (Fig. 20).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (T 113) ein dritter Ladungsspeicher (C 112) verbunden ist, der mit einem Signaleingang (T 110) zur Zuführung einer Signalladung gekoppelt ist (Fig. 20).
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Signalladungseingang (101) und dem ersten Ladungsspeicher (C 101) ein Transistorschalter (T 101) angeordnet ist, der mit einem Taktsignal (Φ 105) gekoppelt und dadurch während der ersten und der zweiten Zeitspanne nichtleitend und während einer der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne leitend ist (Fig. 18).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (102) mit dem Eingang einer Abtastschaltung (T 103) verbunden ist (Fig. 18).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der vom ersten Transistor (T 100) abgekehrten Seite des zweiten Ladungsspeichers (C 102) verbundener Anschlußpunkt (104) mit einem Taktsignal (Φ 104) verbunden ist, durch das während einer der zweiten Zeitspanne folgenden Zeitspanne das Potential am Schaltungspunkt (102) verschiebbar ist (Fig. 18).
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung einen Transistor (T 113) mit einer Steuerelektrode und zwei Hauptelektroden enthäl, wobei die Steuerelektrode mit dem Schaltungspunkt (112), die eine Hauptelektrode mit einem Ausgang und mit einem dritten Ladungsspeicher (C 113) und die andere Hauptelektrode mit einem zweiten Schaltungspunkt (119) verbunden ist, der mit einem Taktsignal (Φ 119) gekoppelt ist, wobei die Spannung an diesem zweiten Schaltungspunkt (119) während einer der zweiten Zeitspanne folgenden Zeitspanne zur Durchführung eines Ladungstransports von diesem zweiten Schaltungspunkt (119) zum dritten Ladungsspeicher (C 113) und während einer vierten, darauffolgenden Zeitspanne zur Entladung des dritten Ladungsspeichers (C 113) auf einen durch die Ladung an dem zweiten Ladungsspeichers (C 112) bestimmten Wert zu diesem zweiten Schaltungspunkt (119) schaltbar ist (Fig. 20).
19. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kapazität (C 122) mit der dem ersten Transistor (T 125) zugekehrten Seite über einen dritten Transistor (T 120), dessen Steuerelektrode (123) mit einem an einer festen Spannung (VL) liegenden Anschlußpunkt verbunden ist, und über einen dritten Ladungsspeicher (C 121) mit einem Signaleingang verbunden ist, wobei durch die feste Spannung (VL) während der ersten Zeitspanne dem dritten Ladungsspeicher (C 121) ebenfalls vom Schaltungspunkt (122) her Ladung zuführbar ist und sich dieser Ladungsspeicher (C 121) während der zweiten Zeitspanne auf einen durch die feste Spannung bestimmten Pegel zum Schaltungspunkt (122) entlädt (Fig. 23).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladungsspeicher (C 122) mit dem Eingang einer während einer der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne die Ladung an dem ersten Ladungsspeicher (C 122) abtastenden Abtastschaltung (T 123) verbunden ist (Fig. 23).
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung einen Transistor mit einer Steuerelektrode und zwei Hauptelektroden enthält, wobei die Steuerelektrode mit der dem ersten Transistor zugekehrten Seite des ersten Ladungsspeichers, die eine Hauptelektrode mit einem Ausgang und mit einem vierten Ladungsspeicher und die andere Hauptelektrode mit einem weiteren Schaltungspunkt verbunden ist, wobei während der der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne die Spannung an diesem weiteren Schaltungspunkt zur Durchführung von Ladungstransport von diesem Schaltungspunkt zum vierten Ladungsspeicher und nachfolgenden Entladung des vierten Ladungsspeichers zu diesem Schaltungspunkt auf einen durch die Ladung an dem ersten Ladungsspeicher bestimmten Pegel schaltbar ist (Fig. 23 in Verbindung mit Fig. 20).
22. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (E) über einen dritten Transistor (T 135) mit einem an Spannung (V 2) liegenden Anschlußpunkt verbunden und durch dessen Spannung im leitenden Zustand des dritten Transistors (T 135) der erste (C 131) und der zweite (C 132) Ladungsspeicher auf diese Spannung aufladbar sind, wobei die Steuerelektrode (136) des dritten Transistors (T 135) mit einem Taktsignal gekoppelt und dieser Transistor durch dieses Taktsignal während einer der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne in den leitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 26).
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (E) mit dem Eingang einer während einer der zweiten Zeitspanne folgenden Zeitspanne die Spannung an dem zweiten Ladungsspeicher (C 132) abtastenden Abtastschaltung verbunden ist (Fig. 26).
24. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungspunkt (E) über einen dritten Transistor (T 145) mit einem Verbindungspunkt (D) verbunden ist, wobei die Steuerelektrode (145) dieses dritten Transistors (T 145) mit einem Taktsignal verbunden und dadurch der dritte Transistor (T 145) während der ersten und der zweiten Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar ist, und daß ein dritter Ladungsspeicher (C 143) mit dem Verbindungspunkt (D) verbunden ist, der über einen vierten Transistor (T 146) mit einem Anschlußpunkt (142) verbunden ist, wobei die Steuerelektrode (146) des vierten Transistors (T 146) mit einem Taktsignal verbunden und dadurch dieser vierte Transistor während der ersten und der zweiten Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar ist, wobei während einer der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne der vierte Transistor (T 146) in den leitenden Zustand geschaltet und dem Anschlußpunkt (142) eine Spannung zuführbar ist, bei der der ersten, zweite und dritte Ladungsspeicher (C 141, C 142, C 143) auf diese Spannung oberhalb des durch den ersten, dritten und vierten Transistors (T 140, T 145, T 146) gebildeten Schwellenwert aufladbar sind, wonach die Spannung an diesem Anschlußpunkt (142) auf einen Wert schaltbar ist, bei dem sich der erste Ladungsspeicher (C 141) auf den durch den ersten Transistor (T 140) bestimmten Schwellenwert (VL) zu diesem Anschlußpunkt (142) entlädt, während sich der zweite Ladungsspeicher (C 142) auf einen durch den dritten Transistor (T 145) bestimmten Pegel und der dritte Ladungsspeicher (C 143) auf einen durch den vierten Transistor (T 146) bestimmten Pegel entlädt (Fig. 29).
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des dritten Transistors (T 145) mit der vom Schaltungspunkt (E) abgekehrten Seite des zweiten Ladungsspeichers (C 142) verbunden ist (Fig. 29).
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußpunkt bzw. der Verbindungspunkt je mit einer zugehörigen Abtastschaltung verbunden sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ladungsspeicher (C 152 b) vorgesehen ist, wobei während einer dritten, der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne Signalladung von einem ersten Eingang (151 a) dem ersten Ladungsspeicher (C 152 a) sowie weiterer Signalladung von einem zweiten Eingang (151 b) dem zweiten Ladungsspeicher (C 152 b) zuführbar ist, und daß ein erster Schalter, der den ersten (C 152 a) und den zweiten (C 152 b) Ladungsspeicher während einer vierten, zwischen der dritten und der ersten Zeitspanne liegenden Zeitspanne in Reihe schaltet, und ein zweiter Schalter vorgesehen sind, der den zweiten Ladungsspeicher (C 152 b) mit dem Schaltungspunkt (152) während der ersten und zweiten Zeitspanne koppelt (Fig. 32).
28. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ladungsspeicher (C 172 b) vorgesehen ist, wobei während einer dritten, der ersten Zeitspanne vorangehenden Zeitspanne Signalladung von einem ersten Eingang (171 a) dem ersten Ladungsspeicher (C 172 a) sowie Signalladung von einem zweiten Eingang (172 b) dem zweiten Ladungsspeicher (C 172 b) zuführbar ist, und daß ein erster Schalter, der den ersten (C 172 a) und den zweiten (C 172 b) Ladungsspeicher während einer vierten, zwischen der ersten und der dritten Zeitspanne liegenden Zeitspanne parallel schaltet, und ein zweiter Schalter vorgesehen sind, der den zweiten Ladungsspeicher (C 172 b) mit dem Schaltungspunkt (174) während der ersten und der zweiten Zeitspanne koppelt (Fig. 36).
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung von Signalladung zum ersten Ladungsspeicher (C 152 a; C 170 a) ein zweiter Transistor (T 150 a; T 170 a) vorgesehen ist, dessen eine Hauptelektrode mit dem ersten Ladungsspeicher (C 152 a; C 170 a), dessen andere Hauptelektrode über einen dritten Ladungsspeicher (C 151 a; C 171 a) mit dem ersten Eingang (151 a; 171 a) und dessen Steuerelektrode (153; 173) mit einem an einem konstanten Potential (VL) liegenden Anschlußpunkt verbunden ist, und daß zur Zuführung von Signalladung zum zweiten Ladungsspeicher (C 152 b; C 172 b) ein dritter Transistor (T 150 b; T 170 b) vorgesehen ist, dessen eine Hauptelektrode mit dem zweiten Ladungsspeicher (C 152 b; C 172 b), dessen andere Hauptelektrode über einen vierten Ladungsspeicher (C 151 b; C 171 b) mit dem zweiten Eingang (151 b; 171 b) und dessen Steuerelektrode (153; 173) mit einem an einem konstanten Potential (VL) liegenden Anschlußpunkt verbunden ist (Fig. 32; Fig. 36).
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladungsspeicher (C 172 a) zwischen den ersten (T 175) und den zweiten Transistor (T 170 a), der zweite Ladungsspeicher (C 172 b) zwischen den dritten Transistor (T 170 b) und den Schaltungspunkt (174) aufgenommen ist und der erste und zweite Schalter einen vierten (T 177 a) und einen fünften (T 177 b) Transistor enthalten, die die Elektroden des ersten (C 172 a) und des zweiten (C 172 b) Ladungsspeicher während der vierten, der ersten und der zweiten Zeitspanne kreuzweise miteinander verbinden, wobei der erste Transistor (T 175) während der vierten Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand geschaltet ist (Fig. 36).
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (Eb) zwischen dem zweiten Ladungsspeicher (C 172 b) und dem dritten Transistor (T 170 b) mit dem Eingang einer während der vierten Zeitspanne die Spannung an diesem Verbindungspunkt (Eb) abtastenden Abtastschaltung verbunden ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (C 152 a) und der zweite (C 152 b) Ladungsspeicher mit der vom zweiten (T 150 a) und dritten (T 150 b) Transistor abgekehrten Seite über einen vierten Transistor (T 156) an einen Schaltungspunkt (152) angeschlossen sind, wobei die Steuerelektrode dieses vierten Transistors mit einem an einem konstanten Potential liegenden Anschlußpunkt verbunden ist, und daß der erste und der zweite Schalter durch einen fünften Transistor (T 155 b), der zwischen die dem dritten Transistor (T 150 b) zugekehrten Seite des zweiten Ladungsspeichers (C 152 b) und den Schaltungspunkt (152) aufgenommen ist, gebildet sind (Fig. 32).
33. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladungsspeicher (C 162 b) zwischen den ersten (T 165) und den zweiten (T 160 b) Transistor und der zweite Ladungsspeicher (C 162 a) zwischen den dritten Transistor (T 160 a) und den Schaltungspunkt (164) aufgenommen ist, daß der erste Schalter durch einen vierten Transistor (T 167) gebildet ist, der zwischen die einen Hauptelektroden des zweiten (T 160 b) und des dritten (T 160 a) Transistors aufgenommen ist, wobei der vierte Transistor (T 167) gleichfalls während der ersten und der zweiten Zeitspanne in den leitenden Zustand geschaltet ist, und daß der zweite Schalter durch einen fünften Transistor (T 166) gebildet ist, der zum zweiten Ladungsspeicher (C 162 a) parallel geschaltet ist (Fig. 34).
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (D) zwischen dem ersten Transistor (T 155 a) und dem ersten Ladungsspeicher (C 153 a) mit dem Eingang einer die Spannung an diesem Verbindungspunkt während der vierten Zeitspanne abtastenden Abtastschaltung verbunden ist (Fig. 32).
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen ersten Signaleinang, der mit einem Verbindungspunkt (Ea) zwischen dem ersten Ladungsspeicher (C 182 a) und dem ersten Transistor (T 185) gekoppelt ist, durch einen zweiten Signaleingang, der mit einem weiteren Verbindungspunkt (Eb) gekoppelt ist, und durch einen dritten Ladungsspeicher (C 182 b) zwischen dem weiteren Verbindungspunkt (Eb) und einem an einem festen Potential liegenden Anschlußpunkt, wobei der erste Ladungsspeicher (C 182 a) zwischen diesem Anschlußpunkt und dem einen Verbindungspunkt (Ea) angeordnet und der weitere Verbindungspunkt (Eb) mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (T 185) gekoppelt ist (Fig. 38).
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen ersten Signaleingang, der mit einem Verbindungspunkt (Ea) zwischen dem ersten Ladungsspeicher (C 182 a) und dem ersten Transistor (T 185) gekoppelt ist, durch einen zweiten Signaleingang, der mit einem weiteren Verbindungspunkt (Eb) gekoppelt ist, der mit der Steuerelektrode des ersten Transistors (T 185) verbunden ist, und durch einen dritten Ladungsspeicher (C 182 b) zwischen einem mit der Schaltspannungsquelle verbundenen Anschlußpunkt, der über den ersten Ladungsspeicher (C 182 a) mit dem einen Verbindungspunkt (Ea) verbunden ist, und dem weiteren Verbindungspunkt.
37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Signaleingang und dem einen Verbindungspunkt (Ea) nacheinander ein dritter Ladungsspeicher (C 181 a) und ein dritter Transistor (T 180 a) angeordnet und zwischen dem zweiten Signaleinang und dem weiteren Verbindungspunkt (Eb) nacheinander ein vierter Ladungsspeicher (C 181 b) und ein vierter Transistor (T 180 b) angeordnet sind, wobei die Steuerelektroden des dritten (T 180 a) und des vierten (T 180 b) Transistors mit einem Taktsignal (Φ 183) gekoppelt und dadurch der dritte (T 180 a) und vierte (T 180 b) Transistor während der ersten und zweiten Zeitspanne in den nichtleitenden Zustand schaltbar sind (Fig. 38).
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verbindungspunkt (Eb) über einen fünften Transistor (T 196) und der eine Verbindungspunkt (Ea) über einen sechsten Transistor (T 195) mit einem Knotenpunkt (A) verbunden ist, wobei die Steuerelektroden dieses fünften (T 196) und sechsten Transistors (T 195) mit einem Taktsignal (Φ 196, Φ 195) verbunden und dadurch der fünfte (T 196) und der sechste (T 195) Transistor während einer der zweiten Zeitspanne folgenden vierten Zeitspanne in den leitenden Zustand schaltbar sind (Fig. 40).
39. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transistor (T 200 b) zwischen dem ersten Transistor (T 206 b) und dem ersten Schaltungspunkt angeordnet ist, daß ein dritter Transistor (T 205 b) zwischen den Verbindungspunkt des ersten und des zweiten Transistors und einem dritten Schaltungspunkt (Eb) angeordnet ist, wobei dieser dritte Schaltungspunkt über einen dritten Ladungsspeicher (C 203) mit einem zweiten Schaltungspunkt (204) verbunden ist, daß der zweite Ladungsspeicher (T 201 b) zwischen dem ersten Schaltungspunkt und einem fünften Schaltungspunkt (201 b) angeordnet ist, und daß der erste Ladungsspeicher (C 202) zwischen einem Eingangsanschlußpunkt (Ea) und einem vierten Schaltungspunkt (204) angeordnet ist, wobei die Steuerelektrode des dritten Transistors mit einem Taktsignal (Φ 205) verbunden und dadurch der dritte Transistor während der dritten Zeitspanne in den leitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 41).
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltungspunkt mit dem vierten Schaltungspunkt (204) verbunden ist, dem das erste Taktsignal zuführbar ist.
41. Vorrichtung zur Zusammenschaltung zweier Vorrichtungen nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ladungsspeicher (C 202) der ersten Vorrichtung mit dem dritten Ladungsspeicher der zweiten Vorrichtung und der dritte Ladungsspeicher (C 203) der ersten Vorrichtung mit dem ersten Ladungsspeicher der zweiten Vorrichtung gemeinsam sind.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Eingangsanschlußpunkt (Ea) und dem dritten Schaltungspunkt (Eb) ein vierter Transistor (T 219) angeordnet ist, dessen Steuerelektrode mit einem Taktsignal verbunden ist, wobei dieser vierte Transistor (T 219) durch dieses Taktsignal während einer vierten Zeitspanne zur Wiederherstellung der Ladung an dem ersten und dem zweiten Ladungsspeicher in den leitenden Zustand schaltbar ist (Fig. 42).
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingangsanschlußpunkt (Ea) über einen fünften Transistor (T 217) und der dritte Schaltungspunkt (Eb) über einen sechsten Transistor (T 218) mit einem fünften Schaltungspunkt (212) verbunden sind, wobei die Steuerelektroden des vierten (T 217) und fünften (T 218) Transistors mit einem Taktsignal verbunden sind, durch das der vierte (T 217) und der fünfte (T 218) Transistor während der vierten Zeitspanne in den leitenden Zustand schaltbar sind (Fig. 42).
44. Vorrichtung nach Anspruch 38 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schaltungspunkt (212) ein konstantes Potential aufweist (Fig. 42).
45. Vorrichtung nach Anspruch 38 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schaltungspunkt (212) mit einem die Spannung an diesem fünften Schaltungspunkt während der vierten Zeitspanne impulsförmig verändernden Taktsignal verbunden ist (Fig. 42).
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Schaltungspunkt mit dem Eingang einer Abtastschaltung verbunden ist.
47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schaltungspunkt mit dem Eingang einer Abtastschaltung verbunden ist.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31, 34, 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung einen sechsten Transistor mit einer Steuerelektrode und zwei Hauptelektroden enthält, wobei die Steuerelektrode mit dem Eingang der Abtastschaltung, die eine Hauptelektrode mit einem Ausgang und mit einem fünften Ladungsspeicher und die andere Hauptelektrode mit einem Schaltungspunkt verbunden ist, der mit einem Taktsignal gekoppelt ist, durch das während der dritten Zeitspanne die Spannung an diesem Schaltungspunkt zur Durchführung von Ladungstransport von diesem Schaltungspunkt zum fünften Ladungsspeicher und zur nachfolgenden Entladung des fünften Ladungsspeichers von diesem Schaltungspunkt her auf einen durch die am Eingang vorhandene Spannung bestimmten Pegel schaltbar ist.
49. Vorrichtung zur Zusammenfassung mehrerer Vorrichtungen nach Anspruch 2 in einer Reihenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der erste Schaltungspunkt einer Vorrichtung mit dem ersten Ladungsspeicher (C 220, C 221, C 222, C 223) einer folgenden Vorrichtung gekoppelt ist und die Vorrichtungen abwechselnd zu einer ersten und einer zweiten Gruppe gehören und pro Gruppe zusammen mit Taktsignalen gekoppelt sind und die erste Stufe bei der ersten Gruppe der zweiten Stufe bei der zweiten Gruppe und die erste Stufe bei der zweiten Gruppe der zweiten Stufe bei der ersten Gruppe folgt (Fig. 43).
50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß erste Transistoren (T 221, T 223), die alle zur ersten Gruppe gehören und deren Steuerelektroden mit einem zweiten Schaltungspunkt verbunden sind, zweite Transistoren (T 222, T 224), die alle zur zweiten Gruppe gehören und deren Steuerelektroden mit einem vierten Schaltungspunkt verbunden sind, wobei diese ersten und diese zweiten Transistoren (T 221, T 222, T 223, T 224) abwechselnd in Reihe geschaltet sind, erste Ladungsspeicher (C 220, C 222), die alle zur ersten Gruppe gehören und die jeweils einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen einem ersten Transistor (T 221, T 223) und einem zweiten Transistor und andererseits mit einem dritten Schaltungspunkt verbunden sind, und zweite Ladungsspeicher (C 221, C 223) vorgesehen sind, die alle zur zweiten Gruppe gehören und die jeweils einerseits mit dem Verbindungspunkt zwischen einem zweiten und einem ersten Transistor (T 222, T 221; T 224, T 223) und andererseits mit einem fünften Schaltungspunkt verbunden sind (Fig. 43).
51. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, der dritte, der vierte und der fünfte Schaltungspunkt mit Taktsignalen (Φ 1, Φ 3, Φ 4, Φ 2) verbunden sind, wobei nacheinander die ersten (T 221, T 223) und die zweiten (T 222, T 224) Transistoren abwechselnd in den leitenden Zustand mit einem vorher bestimmten Schwellenwert schaltbar sind, daß im leitenden Zustand der ersten Transistoren (T 221, T 223) die Spannung am fünften Schaltungspunkt auf einem Bezugswert liegt und die Spannung am dritten Schaltungspunkt in bezug auf den Bezugswert zur Durchführung von Ladungstransport zunächst von den ersten Ladungsspeichern (C 220, C 222) zu den zweiten Ladungsspeichern (C 221, C 223) über die ersten Transistoren (T 221, T 223) und dann von den zweiten Ladungsspeichern (C 221, C 223) zu den ersten Ladungsspeichern (C 220, C 222) über die durch die ersten Transistoren (T 221, T 223) gebildete Schwelle schaltbar ist, und daß im leitenden Zustand der zweiten Transistoren (T 222, T 224) die Spannung am dritten Schaltungspunkt auf diesem Bezugswert liegt und die Spannung am fünften Schaltungspunkt in bezug auf diesen Bezugswert zur Durchführung von Ladungstransport zunächst von den zweiten Ladungsspeichern (C 221, C 223) zu den ersten Ladungsspeichern (C 220, C 222) über die zweiten Transistoren (T 221, T 223) und dann von den ersten Ladungsspeichern (C 220, C 222) zu den zweiten Ladungsspeichern (C 221, C 223) über den durch die zweiten Transistoren (T 221, T 223) gebildeten Schwellenwert schaltbar ist (Fig. 43).
52. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schaltungspunkt mit einem an einem konstanten Potential (Vr) liegenden Anschlußpunkt verbunden ist und daß der zweite, der dritte und der fünfte Schaltungspunkt mit Taktsignalen (Φ 1, Φ 3, Φ 2) verbunden sind, wobei nacheinander die ersten Transistoren (T 232, T 234) in einer ersten Zeitspanne leitend sind mit einem ersten Schwellenwert und in einer zweiten Zeitspanne nichtleitend sind, wobei der durch das Potential am vierten Schaltungspunkt bestimmte zweite Schwellenwert der zweiten Transistoren (T 231, T 233) zwischen dem ersten Schwellenwert und dem durch die ersten Transistoren (T 232, T 234) gebildeten Schwellenwert während der zweiten Zeitspanne liegt, daß während der ersten Zeitspanne die Spannung am dritten Schaltungspunkt zur Durchführung von Ladungstransport zunächst von den ersten Ladungsspeichern (C 231, C 233) zu den zweiten Ladungsspeichern (C 232, C 234) über die ersten Transistoren (T 232, T 234) und dann von den zweiten Ladungsspeichern (C 232, C 234) zu den ersten Ladungsspeichern (C 231, C 233) über den durch die ersten Transistoren (T 232, T 234) gebildeten ersten Schwellenwert schaltbar ist, und daß während der zweiten Zeitspanne die Spannung am fünften Schaltungspunkt zur Durchführung von Ladungstransport zunächst von den zweiten Ladungsspeichern (C 232, C 234) zu den ersten Ladungsspeichern (C 231, C 233) über die zweiten Transistoren (T 231, T 233) und dann von den ersten Ladungsspeichern (C 231, C 233) zu den zweiten Ladungsspeichern (C 232, C 234) über den durch die zweiten Transistoren (T 231, T 233) gebildeten zweiten Schwellenwert schaltbar ist (Fig. 46).
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