DE3332443C2 - Signalumsetzschaltung - Google Patents

Abstract

Eine Signal-Umsetzungsschaltung, in der ein Eingangssignal einem Sourcefolger-Transistor zugeführt wird, mit einer kapazitiven Bootstrap-Komponente, die zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode des Sourcefolger-Transistors vorgesehen ist. Das Signal aus dem Sourcefolger-Transistor (M21) wird über ein erstes Übertragungs-Tor (M41) an eine nächste Stufe geliefert und außerdem an eine Ausgangsleitung geführt. Die Schaltungsanordnung, die aus dem Sourcefolger-Transistor (M21) und dem ersten Übertragungs-Tor (M41) gebildet ist, wiederholt sich mit entsprechenden Transistoren. Der Sourcefolger-Transistor und das erste Übertragungs-Tor werden abwechselnd mit Taktsignalen (ø1, ø2) unterschiedlicher Phasenlagen getrieben, wodurch das Eingangssignal sequentiell bei jeder Stufe übertragen wird. Des weiteren ist ein zweites Übertragungs-Tor (M31) zwischen den Ausgang (2) des Sourcefolger-Transistors (M21) und Erde geschaltet, wobei nachdem das Ausgangssignal an der Ausgangsleitung einmal angestiegen und abgefallen ist, das zweite Übertragungs-Tor durch ein Signal, welches sich auf das Ausgangssignal von den Stufen, die der nachgeordneten Stufe folgen, bezieht, eingeschaltet wird, um dadurch den Pegel des Signals stabil zu machen, wenn das Ausgangssignal an der Ausgangsleitung absinkt. Auf diese Weise entsteht keine Potentialschwankung auf der Ausgangsleitung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalumsetzschaltung, wie sie im Oberbegnff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Es ist bereits eine Schaltung zur Erzeugung zeitlich aufeinanderfolgender Tastimpulse mit einer Anzahl von in Serie liegenden Grundschaltungsstufen bekannt (DE-PS 29 23 746), deren jede einen ersten, einen zweiten und einen dritten Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit jeweils einem ersten und einem zweiten Anschluß, der entweder Source- oder Drain-Anschluß ist, und einem Gate-Anschluß aufweist. Bei dieser bekannten Schaltung ist der erste Anschluß des ersten Feldeffekttransistors mit einer Taktimpulsquelle verbunden, und ferner dient der Gate-Anschluß des ersten Feldeffekttransistors als Eingangsanschluß der Grundschaltungsstufe. Der zweite Anschluß des ersten Feldeffekttransistors sowie der erste Anschluß und der Gate-Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors sind miteinander zn einer den Tastimpuls liefernden Klemme angeschlossen. Der zweite Anschluß des zweiten Feldeffekttransistors und der erste Anschluß des dritten Feldeffekttransistors sind miteinander verbunden; sie bilden den Ausgangsanschluß der Grundschaltungsstufe. Der zweite Anschluß des dritten Feldeffekttransistors liegt auf einem Bezugspotential. Der Gate-Anschluß des dritten Feldeffekttransistors bildet einen Rückkopplungseingangsanschluß. Durch diesen Schaltungsaufbau soll erreicht werden, daß bei relativ geringer Anzahl von Bauelementen pro Grundschaltungsstufe ein geringer Energiebedarf benötigt wird, um gleichmäßige Tastimpulse mit relativ hoher Folgefrequenz zu erzeugen. Die betreffenden SchultungsmaUnahmcn genügen jedoch nicht, um Tastimpulsc ohne unerwünschte Potentialschwankungen abgeben zu können.
Ό'λ Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Signalumsetzschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß auf relativ einfache Weise unerwünschte Potentialschwankungen in den jeweils abgegebenen Impulsen

ίο beseitigt sind, also eine Stabilisierung des Pegels der jeweils abgegebenen Ausgangssignale bzw. Ausgangsimpulse erreicht ist

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit einem insgesamt besonders geringen Aufwand ausgekommen werden kann, um die jeweils abgegebenen Ausgangssignale bzw. Ausgangsimpule in ihrem Pegel zu stabilisieren, und zwar gerade auf einem niedrigen

Pegel, der durch Masse bzw. Erde festgelegt ist. Überdies läßt sich die Signalumsetzschaltung gemäß der Erfindung auf relativ einfache Weise als integrierter Schaltkreis bei niedrigen Herstellungskosten ausbilden. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand von Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer bekannten Signalumsetzschaltung.

Fig. 2 A bis 2J zeigen Impulsdiagramme, die zur Erläuterung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dienen.

Fig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild, welches ein Ausfuhrungsbeispiel einer Signalumsetzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels für einen Metalloxid-Halbleiter-Transistor, der in der Signalumsetzschaltung gemäß Fig. 3 verwendet ist.
Fig. 5A bis 5Q zeigen Impulsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Signalumsetzschaltung gemäß Fig. 3.

Fig. 6 bis 8 zeigen in Prinzipschaltbildern weitere Ausführungsbeispiele der Signalumsetzschaltung gemäß der Erfindung.

Bevor auf die einzelnen Ausführungsformen der Signalumsetzschaltung gemäß der Erfindung eingegangen wird, sei zunächst unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 2 eine bekannte Signalumsetzschaltung betrachtet.

In Fig. 1 ist eine Eingangsklemme 1 mit der Gateso Elektrode eines MOS (Metalloxid~Halbleiter)-Transistors 7] des Anreicherungstyps verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T₁ ist mit einer Erdleitung 2 verbunden, und die Drain-Elektrode dieses Transistors ist mit der Source-Elektrode und der Gate-Elektrode eines MOS-Transistors T₂ des Verarmungstyps verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T₁ ist mit einer Stromversorgungsleitung 3 verbunden.

Der Verbindungspunkt zwischen der Drain-Elektrode des Transistors 7] und der Source Elektrode des Transistors T₂ ist über die Source-Drain-Strecke eines weiteren MOS-Transistors 7]] des Anreicherungstyps verbunden, der ein Übertragungs-Tor für Transistoren 7Ji u. 7Ji bild?*, die miteinander in gleicher Weise wie die Transistoren T] u. T₂ verbunden sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Transistoren T₄₁ u. 7^₁ ist über die Source-Drain-Strecke eines weiteren MOS-Transistors 7Ji des Anreicherungstyps verbunden, der ein Übertragungs-Tor für Transistoren T_n u. Ti, bildet die in Rleicher

Weise wie die Transistoren T\ u. T₂ angeordnet sind.

Die Schaltung, die aus den Transistoren Γ₃₁... 7₈₁ gebildet ist, wiederholt sich im folgenden. In der Figur ist der obere Teil der Bezugszeichen, nämlich der Buchstabe »7¹«, gemeinsam verwendet, und der untere Teil davon wird fortlaufend verändert.

Taktanschlüsse 4 u. 5, an die Taktsignale Φ, u. Φ₂. welche in ihrer Phase unterschiedlich sind, angelegt werden, sind jeweils mit den Gate-Elektroden der Transistoren 7Ji, TJ₂ ... und T₆i, T₆₂... verbunden.

In dieser Schaltung werden ciie Taktsignale Φ₍ u. Φ₂, wie in Fig. 2A u. Fig. 2B gezeigt, jeweils an die Taktanschlüsse 4 bzw. 5 gelegt, während ein Signal Φ,_Ν, beispielsweise eines, wie es in Fig. 2C gezeigt ist, an die Eihgangsklemme 1 gelegt wird,

Auf diese Weise tritt eine invertierte Spannung Fj, wie in Fig. 2D gezeigt, an dem Verbindungspunkt (D zwischen den Transistoren 7]"u. T₁ auf.

Das invertierte Signal F, wird dann mit Auftreten des Taktsignals Φ\ abgetastet und unter der Gate-Elektrode ® des Transistors 7Ji gehalten, so daß dort eine Spannung V₂, wie sie in Fig. 2E gezeigt ist, auftritt. Auf diese Weise tritt eine invertierte Spannung V₃, wie in Fig. 2F gezeigt, an dem Verbindungspunkt ® zwischen den Transistoren 7Ji u. 7J₅ auf. Diese invertierte Spannung 2s V₃ treibt beispielsweise eine erste horizontale Abtastleitung. _.n ■ ¹ Des weiteren wird die invertierte Spannung V₃ mit Auftreten des Taktsignals Φ₂ abgetastet und dann unter der! Gate-Elektrode ® des Transistors T_n gehalten, was dortCzu einer Spannung V₄, wie sie in Fig, 2G gezeigt ist, fiihftiAuf diese Weise treten Spannungen V₅, V₆ a. V₇, witeito Fi«. 2H, FIg. 21 urFig .23 gezeigt, j eweüs andern Verbindungspuhkt ® zwischen den Transistoren T_n u. 7J₁, der Gate-Elektrode ® des Transistors T₄₂ bzw. dem Verbindungspunkt φ zwischen den Transistoren T_n u. 7J₂ auf. Die Spannung V₁, die auf diese Weise erzeugt ist, treibt beispielsweise eine zweite horizontale Abtastleitung.

Die oben erläuterte Arbeitsweise wird wie im folgenden beschrieben erreicht:

Es sei angenommen, daß der jeweilige Schwellwert der Transistoren T_3h 7J₁ ..., die jeweils ein Übertragungs-Tor bilden, V,_h ist. Dann wird, wenn die Bedingung Außerdem sind in der oben beschriebenen Schaltung dann, wenn eine kapazitive Last an deren Ausgangsseite liegt, die Impulsformen der Ausgangssignale V₃ u. V₁, die in Fi g. 2F u. Fi g. 2J gezeigt sind, verrundet, wie dies durch gestrichelte Linien angedeutet ist. In diesem Fall wird eine Überlappung zwischen den betreffenden benachbarten Ausgangssignalen verursacht. Auf diese Weise wird, wenn die oben beschriebene Schaltung beispielsweise für einen Bildsensor verwendet wird, dessen Auflösung verschlechtert, und die Bildqualität wird durch die sich vermischenden Farben verschlechtert.

Des weiteren fließt, da sich in der oben beschriebenen Schaltung die Transistoren T₂, T_5U T_tl... stets im eingeschalteten Zustand befinden, ein Querstrom in dem Zustand, in dem die Transistoren 7], 'TJ₁, /71 ... eingeschaltet sind, was einen verhältnismäßig hohen Stromverbrauch bedeutet.

Darüber hinaus wird, da jeder Transistor im Sättigungsbereich betrieben wird, ein großer Strom verbraucht, insbesondere dann, wenn die Schaltung bei einer hohen Geschwindigkeit betrieben wird.

Des weiteren sind, da die Transistorelemente unterschiedlicher Typen, nämlich Anreicherungstypen und Verarmungstypen, sind, viele Herstellungsprozesse erforderlich, wenn die Signal-Umsetzungsschaltung beispielsweise als integrierte Schaltung ausgeführt wirdl-i ■■ =. · :.v :! ·'

Zusätzlich sind in der oben beschriebenen Schaltung die niedrigen Pegel der Impulse an den Ausgangspunkten (D, ©r... durch das Verhältnis der Durchgangswiderstände zwischen den Transistoren TJi, J^₁ u. 7J₂,-7J₂; a bestimmt, wobei eine RestspannurigV, die mit .

r\+r₂

V_DD+V_th

(wobei V_DD die Spannung der Stromversorgungsleitung 3 repräsentiert) erfüllt ist, ein Signal durch das so Übertragungs-Tor übertragen.

Auf diese Weise wird das Eingangssignal φ_1Ν der Reihe nach übertragen, um jede der horizontalen Abtastleitungen in der Folge zu treiben.

Die oben beschriebene Schaltung benötigt indessen sechs Transistoren zum Bilden einer Stufe, durch die das Signal übertragen und das nachfolgende Signal erzeugt wird. Aus diesem Grunde ist die Schaltung in ihren Abmessungen groß, und insbesondere dann, wenn die Schaltung ais eine integrierte Schaltung IC ausgebildet ist, ist die Chip-Fläche zu groß, was zu dem Problem führt, daß sich erhöhte Fertigungskosten usw. für die integrierte Scha Itung ergeben. Im einzelnen müssen, da in der oben beschriebenen Schaltung die Signale jeweils durch die Transistoren 7Ji, 7J_t u. 7},, 7J, invcrticrt werden. Transistoren in doppelter Anzahl zum jeweiligen Erzeugen eines Signals gleicher Phase vorgesehen werden.

bestimmt ist, auftritt, wobei r, den Durchgangswiderstandswert der Transistoren 7J|, T₄₂..., r₂ denjenigen der Transistoren 7J,, T₅₂..., u. K₅₅die Spannung an der Erdleitung 2 repräsentieren. In diesem Fall ist es, um die Restspannung V zu verringern, ausreichend, das Verhältnis zwischen den Durchgangswiderstandswerten r, u. T₂ zu erhöhen. Dies bedeutet, daß die Chip-Fläche der Transistoren TJ₁, T₄₂... größer als diejenige der Transistoren 7Ji, 7J₂... gemacht werden muß, welcher Umstand nicht wünschenswert ist. Andererseits sind, wenn der MOS-Transistor durch das Ausgangssignal getrieben wird, falls eine Restspannung V, wie beschrieben, besteht zahlreiche Einschränkungen durch den Schwellwert usw. gegeben. Des weiteren besteht ein Mangel dahingehend, daß der Dynamikbereich des Signals um den Betrag der Restspannung V usw. verringert ist.

Fig. 3 zeigt, wie bereits erläutert, ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Eingangsklemme 1 über einen MOS-Transistor M₁ des Anreicherungstyps, der ein Übertragungs-Tor für die Gate-Elektrode eines weiteren MOS-Transistors M₂₁ des Anreicherungstyps, der als Sourcefolger-Transistor ausgebildet ist, verbunden ist.

Es wird nun zunächst der Aufbau des MOS-Transistors, der bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird, anhand von Fig. 4 beschrieben. In Fig. 4 sind jeweils eip P-Typ-Substrat II, ein N*-Souf ce-Bereich 12 und ein ©rajn-Bereich 13 ausgebildet^ Auf der Oberfläche des

Bereiches zwischen dem Source-Bereich 12 und dem Drain-Bereich 13 ist eine SiO₂-Schicht 14 ausgebildet, auf der eine Gate-Elektrode 15 angeordnet ist.

Daher wird in dem MOS-Transistor, der auf diese Weise aufgebaut ist, ein Kondensator in einem Bereich 16 gebildet, in dem sich die Gate-Elektrode 15 und der Source-Bereich 12 einander mit der sich ergebenden Kapazität gegenüberstehen. Wenn nun das Gate-Potential erhöht wird, wird ein Kanalbereich 17 zwischen dem Source-Bereich 12 und dem Drain-Bereich 13 ausgebildet. Zu dieser Zeit wird ebenfalls ein Kondensator zwischen der Gate-Elektrode 15 und dem Kanalbereich 17 ausgebildet.

Der obengenannte Kondensator ergibt eine kapazitive Bootstrap-Komponente, die zwischen der Gate- Elektrode und der Source-EIektrode des Transistors AZ_2] in der Signal-Umsetzungsschaltung gemäß Fig. 3 ausgebildet ist.

In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist die Drain-Elektrode des Transistors AZ₂₁ mit der Gate-Elektrode eines MOS-Transistors AZ₄₎ des Anreicherungstyps, der ein Übertragungs-Tor bildet, verbunden. Die Source-EIektrode des Transistors AZ₂₁ ist über die Drain-Source-Strecke des Transistors AZ₄₁ mit der Gate-Elektrode eines weiteren MOS-Transistors AZ₅₁ des Anrei- cherungstyps verbunden. Außerdem ist eine kapazitive Bootstrap-Komponente zwischen der Gate-Elektrode und der Source-EIektrode des Transistors AZ₅1 ausgebildet. Die Drain-Elektrode des Transistors AZ₅₁ ist mit der Gate-Elektrode eines MOS-Transistors ΛΖ7! des Anreicherungstyps, der ein weiteres Übertragungs-Tor bildet, verbunden. Die Source-EIektrode des Transistors AZ₅I ist über die brain-Source-Strecke des Transistors AZ₇₁ mit der Schaltung der folgenden Stufe verbunden.

Des weiteren sind MOS-Transistoren AZ₃₁ u. AZ₆₁ des Anreicherungstyps, die jweils ein Übertragungs-Tor bilden, zwischen die Source-Elektroden der Transistoren M_2x u. AZ₅₁ und die Erdleitung 2 geschaltet. Die Source-Elektroden der folgenden Transistoren M₅₁ u. AZ₂₂ sind jeweils über MOS-Transistoren AZ₈) u. AZp₁ des Anreicherungstyps verbunden, wobei jeder dieser Transistoren als Diode geschaltet ist und jeweils mit der Gate-Elektrode des Transistors AZ₃₁ bzw. AZ₆| verbunden ist. Die Eingangsseiten der vorhergehenden Transistoren AZ₁ u. AZ₄| (die mit den Source-Elektroden der vorhergehenden Transistoren AZ_2i, AZ₅, ... nach dem Transistor AZ₄₁ gekoppelt sind) sind jeweils mit den Gate-Anschlüssen von MOS-Transistoren M_s \ u. AZ_{4 t} des Anreicherungstyps verbunden. Diese Transistoren AZ₀ ] u. AZ₄1 sind jeweils zwischen die Gate-Elektroden der Transistoren AZ₃₁ u. Mn und die Erdleitung 2 geschaltet.

Die Schaltung, die durch die Transistoren AZ₂₁... AZ₄ ] gebildet ist, wiederholt sich in gleicher Weise.

Des weiteren ist der Taktanschluß 4 mit der Gate-Elektrode des Transistors AZi und den Drain-Elektroden der Transistoren M$u M₅₂ ■ ■ ■ verbunden, während der Taktanschluß 5 mit den Drain-Elektroden der Transistoren AZ₂₁, AZ₂₂... verbunden ist.

In dieser Schaltungsanordnung werden Signale Φ_λ, Φ₂ u. Φ_ΙΝ, die in Fig. 5A, Fig. 5B u. Fig. 5C gezeigt sind (jede der Fi g. 5 A... 5Q ist aus Darstellungsgründen für die Zeichnung jeweils hälftig in Fig. 5A-1, Fig. 5A-2 ... Fig. 5Q-1, Fig. 5Q-2 unterteilt), jeweils an die Taktanschlüsse 4 u. 5 bzw. die Eingangsklemme 1 geliefert In diesem Fall wird der hohe Pegel der Signale Φ,, Φ₂ u. Φ/λ, durch V_H repräsentiert, während der niedrige Pegel davon durch V_L repräsentiert wird. Darüber hinaus werden die Impulse der Signale Φ] u. Φ₂ durch [11], [12]...

u. [21], [22] ... repräsentiert. Die Schwellwerte der MOS-Transistoren werden durch V_lh repräsentiert.

Auf diese Weise wird das Signal Φ_ΙΝ über den Transistor AZ| durch den Impuls [12] des Signals Φ, übertragen, so daß eine Spannung Pj (in F i g. 5D gezeigt) an der Gate-Elektrode Q) des Transistors AZ₂, zu

-Vn- V,„

Dann wird in Anbetracht einer Spannung V₂ (in Fig. 5E gezeigt) an der Source-EIektrode © des Transistors AZ₂₁, wenn zunächst die Bedingung

V₁ - V₂ = V₁,- VL > V₁₁₁ (2)

hergestellt wird, der Transistor AZ₂1 eingeschaltet, was zu der Bedingung

V₂ = V_L (3)

führt.

Wenn der Impuls [22] des Signals Φ₂ eintrifft, wird die Spannung K₁ durch den Bootstrap-Effekt aufgrund der kapazitiven Komponente des Transistors AZ₂₁ angehoben und wird zu

V_h,

wobei Cg die Bootstrap-Kapazität und Q die Streukapazität an der Gate-Elektrode des Transistors AZ₂₁ repräsentieren. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn die Bedingung

Vi - V,_h S V_H erfüllt ist, die Bedingung

hergestellt, so daß der Impuls [22] an der Source-EIektrode © des Transistors M₂\ gewonnen wird.

Des weiteren wird der Transistor AZ₄₁ in Synchronismus mit dem Taktsignal Φ₂ eingeschaltet, so daß die Spannung V₂ an der Gate-Elektrode ® des Transistors AZ₅] akkumuliert wird, und wenn eine Spannung V₃ (in Fig. 5F gezeigt) an dieser Gate-Elektrode ® die Bedingung, die mit

= V„ - V₁,

ausgedrückt wird, erfüllt, wird der Transistor AZ₅, eingeschaltet, um dadurch den Impuls [13] an seiner Source-EIektrode © in der gleichen Weise wie der Transistor M₂ \ (wie in Fig. 5G gezeigt) zu gewinnen.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Impuls [13], der an der Source-EIektrode ©des Transistors AZ₅₁ gewonnen wird, über den Transistor AZ₈] an die Gate-Elektrode © des Transistors AZji geliefert, und so wird eine Ladung, .die auf diesem Impuls [13] basiert, unter der Gate-Elektrode © des Transistors M_n akkumuliert, auf welche Weise der Transistor AZ₃₁ in seinem eingeschalteten Zustand gehalten wird. Des weiteren wird, wenn die Operation der ersten Periode abgeschlossen ist und das Signal Φ,_Ν am Beginn der Operation der zweiten Periode an die Eingangsklemme 1 geliefert wird, der Transistor AZ₀ j eingeschaltet ist, die Ladung unter der

fi; Gate-Elektrode ® des Transistors Af₃! wird rückgebildet,

'- und es wird dann der Transistor Af₃₁ ausgeschaltet.

φ. Auf ähnliche Weise werden Impulse [23], [14]... des

'h Signals Φι und des Signals Φ₂ an die Ausgangspunkte ®,

©... der Transistoren Af₂₂, Af₅₂.. .(wie in Fig. 5J, Fig.

Ir. 5M ... gezeigt) geliefert.

^!; ■ Daher wird in dieser Schaltungsanordnung das Ein-

j>? gangssignal Φ_ΙΝ sequentiell übertragen, und es werden

<& aufeinanderfolgend Impulse an den Source-Elektroden

der Transistoren Af₂], Af₅₁, Af₂₂, Af₅₂ ... erzeugt. Auf

diese Weise können beispielsweise horizontale Abtastzeilen nacheinander durch diese Impulse getrieben oder angesteuert werden.

In Fig, S wird die angehobene Spannung V_A der Spannungen K₁, V₃, V₆... durch den Bootstrap-EfFekt auf- grund der kapazitiven Komponenten der Transistoren Af₂₁, Af₅₁ ... herbeigeführt und durch den Ausdruck

Λ —7Γ-Γ7Γ KVh-Vu (O)

t-e + c_s

dargestellt.

Gemäß dieser Schaltungsanordnung werden die Transistoren Af₃₁, Af₆i ... durch den Ausgangsimpuls der jeweils nachfolgenden Stufe eingeschaltet und durch das Signal der jeweils vorhergehenden Stufe während der nächsten Periode ausgeschaltet. In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß da die Transistoren Af₃₁, Af₆₁ nur während der betreffenden Periode - nicht jedoch während der vorhergehenden und folgenden Perioden -, während welcher der Ausgangsimpuls erzeugt wird, eingeschaltet werden, die Ausgangsleitung während dieser Periode mit der Erdleitung 2 verbunden ist, und demzufolge wird der niedrige Potentialpegel des Ausgangssignals auf Erdpotential gehalten.

Wie zuvor beschrieben, wird die Übertragung des Eingangssignals Φ,_Ν durch die Signal-Umsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt, in welcher die zuvor genannten Mängel, die der bekannten Schaltungsanordnung anhaften, beseitigt werden konnten.

Im einzelnen besteht in der oben beschriebenen Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stufe, die das Signal überträgt und das folgende Signal erzeugt, aus nur fünf Elementen, beispielsweise den Transistoren Af₂₁, Af₃₁, AZ₄₁, AZn u. AZ₁ j, was zu einer in ihren Abmessungen kleinen Schaltung und demzufolge zu einer kleinen Chip-Fläche führt, wenn die Schaltung als integrierte Schaltung ausgebildet wird.

Außerdem kann, da das Ausgangssignal durch Extrahieren der Impulse aus den Taktsignalen gebildet wird, der überlappende Bereich zwischen den Ausgangssignalen auf einfache Weise durch Verringern der Impulsbreite der Impulse der Taktsignale (P₁ u. Φ₂, wie zuvor ausgeführt, beseitigt werden.

Des weiteren kann, da die Signal-Umsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung keinen Quer- strom im Gegensatz zu der Schaltung gemäß dem Stand der Technik aufweist, der Leistungsverbrauch wesentlich verringert werden.

Da jeder Transistor in seinem linearen Bereich betrieben wird, können die Transistoren leicht bei hoher Geschwindigkeit betrieben werden. In diesem Fall wird dadurch der Leistungsverbrauch nicht erhöht.

Ferner kann, da das Ausgangssignal durch die jewciligen Tuktsignulc Φ, und Φ> erzeugt wird, die Frequenz, der Taktsignale auf die Hälfte derjenigen der Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik verringert werden, um dadurch ebenfalls den Leistungsverbrauch zu verringern.

Darüber hinaus kann die Signal-Umsetzungsschaltung gemäß der votliegenden Erfindung mit Transistoren beispielsweise nur des Anreicherungs'.yps ausgebildet werden, so daß dann, wenn die Schaltungsanordnung als integrierte Schaltungsanordnung ausgebildet wird, die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden kann und die Schaltungsanordnung leicht und mit geringen Herstellungskosten realisiert werden kann.

Des weiteren kann, da die Transistoren Λ/31, Af_6t vorgesehen sind, der niedrige Potentialpegel des Ausgangssignals auf Erdpotentiai gWidlten werden, auf welche Weise eine unerwünschte Potentialschwankung an der Ausgangsleitung vermieden wird. Wenn die Transistoren Af₃₁, Af₆₁ nicht vorgesehen wären, würde sich die Signalleitung von jedem Ausgangsanschluß zu der CCD- oder Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung, die anzusteuern ist, bei NichtVorhandensein eines Ausgangsimpulses in einem schwebenden Zustand befinden.

Auf diese Weise würde die oben erläuterte Signalleitung leicht durch externe Störungen oder dergl. beeinflußt werden, und es würden Potentialschwankungen darauf verursacht werden, was dazu iühren würde, daß die CCD- oder Flüssigkristallanzeigeeinrichtung FcH funktionen ausführt.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Signal-Umsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind MOS-Transistoren M_c 1 und M_{d (}des Anreicherungstyps vorgesehen, wovon jeder ein Übertragungs-Tor bildet und wobei die Gate-Elektroden jeweils mit den Gate-Elektroden von Transistoren Af₂₎ bzw. Af₅₁ verbunden sind. Diese Transistoren M_ci und M_d\ sind mit den Source-Elektroden der Transistoren Af₂₁ und Af_sl, durch welche die Ausgangssignale herausgeführt werden, verbunden. Des weiteren sind MOS-Transistoren Af,) und Afn des Anreicherungstyps vorgesehen, wovon jeder ein Ubertragungs-Tor bildet und wobei die Gate-Elektroden jeweils mit den Gate-Elektroden von Transistoren Af₃₁ bzw. Af₆₁ verbunden sind. Die Source-Drain-Strecken der Transistoren Af, 1 und M_f\ sind jeweils zwischen die Verbindungspunkte der Transistoren Af₂₁, Af_cl und Af₅I, Μ_Λ\ und die Erdleitung2geschaltet.

Entsprechend dieser Schaltung werden, da die Transistoren M_c\,Mi\... nur während der Periode des Ausgangsimpulses eingeschaltet sind, die Taktsignale $₍ und Φι daran gehindert, über die kapazitiven Komponenten der Transistoren Af₄,, Af₇₁... an die Ausgangsleitung abzufließen. Darüber hinaus wird, da die Transistoren Af,,, Af/]... gleichzeitig mit den Transistoren Af₃₁, Af₆₁ ... eingeschaltet sind, die Ladung, die von der potentialführenden Seite der Bootstrap-Anordnung zurückgeführt wird, über die Transistoren Af, _h AZ_n ... zu der Erdleitung 2 abgeführt

Auf diese Weise wird in dieser Schaltungsanordnung eine Potentialschwankung in dem Periodenabschnitt, in dem kein Ausgangsimpuls ansteht und während die Transistoren Af₃₁, Af₆,... ausgeschaltet sind, vermieden, was zu einem stabileren Potential der Ausgangsleitung führt. Im vorliegenden Fall können die Gate-Elektroden der Transistoren Af_gt, Af₄₁ ... mit irgendeiner der Eingangs- und Ausgangsseiten der Transistoren M,\, Af_rfl ... verbunden sein.

Fi g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Signal-Umsetzungsschaltung gemäß der vorliegenden

11

Erfindung. In diesem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Transistoren Λ/, ι u. M,-\, die in Fig. 6 gezeigt sind, zwischen die Verbindungspunkte der Transistoren M₄₁, A/51 und Λ/71, M22 ^und die Erdleitung 2 geschaltet. In diesem Fall kann, da die Transistoren M_4[ u. AZ₇₁ als Dioden geschaltet sind, die gleiche Operation, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ausgeführt werden.

In diesem Ausfuhrungsbeispiel kann, da das Taktsignal nicht an die Gate-Elektroden der Transistoren M₄₁ u. AZ₇₁ geliefert wird, dieses niemals durch diese hindurch abfließen, und demzufolge können die Transistoren M_r 1 u. M_d 1 fortgelassen werden.

Des weiteren kann, wenn die kapazitive Bootstrap-Komponente, die durch einen MOS-Transistor gebildet wird, unzureichend ist, ein Kondensator zwischen die Source- und die Gate-Elektrode des Transistors geschaltet werden. Wie in Fig. 8 gezeigt, kann in diesem Falle die Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Drain-Strecke jedes von MOS-Transistoren M_x 1, My₁... als der Kondensator benutzt werden. Die MOS-Transistoren M_x 1, My 1 ... können entweder als Anreicherungstyp oder als Verarmungstyp ausgeführt sein.

Obwohl Fig. 8 den Fall zeigt, in dem die MOS-Transistoren M_x 1, M_y 1 ... auf die Signal-Umsetzungsschaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist, angewendet werden, können die MOS-Transistoren M_x\, Μ_νλ auch auf ähnliche Weise auf die Signal-Umsetzungsschaltungen, die in Fig. 6 u. Fig. 7 gezeigt sind, angewendet werden.

Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine unerwünschte Potentialschwankung mit Ausnahme der Ausgangsimpulse der Ausgangsleitung zu vermeiden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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60

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Signalumsetzschaltung zum Erzeugen einer Vielzahl von Ausgangsimpulsen, bei denen die Lage s der Impulse zeitlich aufeinanderfolgend verschoben ist,

a) mit einem Eingangsanschluß, dem ein Eingangssignal zugeführt wird,

b) mit ersten und zweiten Taktanschlüssen, denen erste bzw. zweite Taktsignale zugeführt werden, die voneinander verschiedene Phasen aufweisen,

c) mit einer Vielzahl von Umsetzstufen, die an dem Eingangsanschluß in Reihe geschattet angeschlossen sind und die jeweils einen Sourcefolger-Transistor mit einer Gate-Elektrode, einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode aufweisen, welche mit einem der beiden Taktanschlüsse verbunden ist, wobei zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode ein als Bootstrap-Kondensator wirkender Kondensator gebildet ist,

d) mit einem Übertragungstor-Transistor, der eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweist, die mit der Source-Elektrode des genannten Sourcefolger-Transistors verbunden ist, wobei die Source-Elektrode des betreffenden Übertragungstor-Transistors mit der Gate-Elektrode des Sourcefolger-Transistors einer nachfolgenden Stufe verbunden ist,

e) mit einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen, von denen die genannte Vielzahl von Ausgangsimpulsen abnehmbar ist und die mit den Source-Elektroden der Sourcefolger-Transistoren verbunden sind,

0 und mit VerbindungseinrichtuK3en, welche den ersten Taktanschluß mit den Drain-Elektroden der Sourcefolger-Transistoren jeder zweiten Stufe und den zweiten Taktanschluß mit den Drain-Elektroden der übrigen Stufen verbinden,

45

dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem jeweiligen Ausgangsanschluß und Masse bzw. Erde eine Schalteinrichtung (.W31, A/61 ...) angeschlossen ist,

daß eine Steuerschaltung (M 81, M 81...) vorgesehen ist, welche die jeweilige Schalteinrichtung (Af 31, M 61...) in dem Fall einschaltet, daß das Ausgangssignal des betreffenden Ausgangsanschlusses absinkt, und welche das Ausgangssignal des dem betreffenden Ausgangsanschluß nachfolgenden Ausgangsanschlusses aufnimmt und ein die betreffende Schalteinrichtung (A/31, Af 61 ...) einschaltendes Steuersignal erzeugt,

und daß eine Rücksetzschaltung (Ma \,Mb\ ..) vorgesehen ist, welche das betreffende Steuersignal zurücksetzt, bevor das Ausgangssignal des betreffenden Ausgangsanschlusses ansteigt, und welche durch das Ausgangssignal des jeweils vorhergehenden Ausgangsanschlusses gesteuert ist.

2. Signalumsetzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatc-Elcktrodc des ersten Sourcefolger-Transistors (MIl) der an dem Eingangsanschluß (1) in Reihe angeschlossenen Sourcefolger-Transistoren (M 21, M 51, A/22, Af 52...) mit dem Eingangsanschluß (1) über die Drain-Source-Strecke eines eine Gate-E!cktrodc, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistors (AfI) verbunden ist, der mit seiner Gate-Elektrode an demjenigen Taktanschluß (4) angeschlossen ist, welcher von dem mit der Drain-Elektrode des mit dem betreffenden Transistor (A/1) verbundenen Sourcefolger-Transistor (A/21) verbundenen Taktanschluß (5) verschieden ist

3. Signalumsetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Übertragungstor-Transistor (A/41, A/71, A/42, A/72...) mit seiner Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des Sourcefolger-Transistors (A/21, Af 51, M 22, A/52...) verbunden ist, mit dessen Source-Elektrode er verbunden ist.

4. Signalumsetzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu der Drain-Source-Strecke des jeweiligen Sourcefolger-Transistors (MIl, A/51, A/22, A/52...) die Drain-Source-Strecke eines weiteren, eins Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistors (McI, Md 1, Mc 2, Md 1) liegt, der mit meiner Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des mit ihm verbundenen Sourcefolger-Transistors (A/21, Af 51, Mil, MSl...) verbunden ist.

5. Signalumsetzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt zwischen der Drain-Source-Strecke des jeweiligen Sourcefolger-Transistors (A/21, A/51, A/22, A/52) und der Drain-Source-Strecke des dazu in Reihe liegenden zusätzlichen Transistors (Mc 1, Md 1, Afc 2, MdI...) über die Drain-Source-Strecke eines noch weiteren, jeweils eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistors (Mel, MfI, Mel, MfI ...) mit Masse bzw. Erde verbunden ist

und daß dieser noch weitere Transistor (Me 1, MfI, Me 1, MfI ...) mit seiner Gate-Elektrode sowohl von der zugehörigen Steuerschaltung (Af 81, A/91...) als auch von der jeweils zugehörigen Rücksetzschaltung (Ma 1, Afi> 1...) angesteuert ist.

6. Signalumsetzschaltung nach Ansp/uch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem jeweiligen Ausgangsanschluß die Drain-Source-Strecke eines eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistors (Mx 1, My 1...) verbunden ist, der mit seiner Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des mit dem betreffenden Ausgangsanschluß verbundenen Sourcefolger-Transistors (A/21, A/51 ...) verbunden ist.

7. Signalumsetzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Übertragungstor-Transistor (A/41, A/71 ...) mit seinen Gate- und Drain-Elektroden verbunden ist.

8. Signalumsetzschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gate-Elektrode des zweiten und jedes weiteren Sourcefolger-Transistors (A/51, Af 22, A/52 ...) der an dem Eingangsanschluß (1) in Reihe angeschlossenen Sourcerolger-Transistoren (Af21, A/51, M22, Af52 ...) einerseits und Masse bzw. Erde andererseits jeweils ein noch weiterer Transistor (Me 1, MfI, MeI...) liegt, der mit seiner Gate-Elektrode sowohl mit der Steuerschaltung (Af 91, Af 82, A/92 ...) als auch mit

der Rücksetzschaltung (Mb 1, Ma 2, Mb 2 ...) der Umsetzstufe verbunden ist, welche der den jeweiligen Sourcefolger-Transistor (MSl, M 72...) enthaltenden Umsetzstufe in der genannten Reihenschaltung nachfolgt

9. Signalumsetzschaltung nach, einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (A/81, A/91, A/82, A/92...) jeweils durch einen eine Gate-Elektrode, eine Source-fclektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistor (MSl, A/91, A/82, A/92...) gebildet ist, der als Diode geschaltet zwischen dem dem jeweiligen Ausgangsanschluß nachfolgenden Ausgangsanschluß und der Gate-Elektrode eines diese Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistors (A/31, M61, A/32, M62...) Angeschlossen ist, welcher eine Schalteinrichtung (A/31, A/61...) bildet und welcher mit seiner Sotfrce-Drain-Strecke zwischen dem jeweiligen Ausgangsanschluß und Masse bzw. Erde liegt,

und daß die Rücksetzschaltung (Ma 1, Mb 1, Ma 2, MbI...) jeweils durch einen eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisenden Transistor (Ma 1, Mb 1, Ma 2, MbI...) gebildet ist, der mit seiner Drain-Source-Strecke zwischen der Gate-Elektrode des die zugehörige Schalteinrichtung bildenden Transistors (A/31, A/61...) und Masse bzw. Erde liegt und der an seiner Gate-Elektrode das Eingangssignal bzw. das Ausgangssignal des dem jeweiligen Ausgangsanschluß vorangehenden Ausgangsanschlusses zugeführt erhält.