DE3780844T2 - Ladungstransfer-einrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladungs-Verschiebungsvorrichtung, und insbesondere eine Ladungs-Verschiebungsvorrichtung wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben und aus US-A-3 947 705 bekannt.
• Für die Ladungserfassung in der Ausgangsstufe einer Ladungs-Verschiebungsvorrichtung (die im folgenden als "CTD" bezeichnet wird) werden normalerweise Leseelektroden vom Schwimm-Diffusionssystem (im folgenden als Floating-Diffusionssystem bezeichnet) Tpy oder vom Schwimm-Gatesystem- (im folgenden als Floating-Gatesystem bezeichnet) Typ verwendet. Das Schwimm-Diffusionssystem schafft in vorteilhafter Weise eine große Spannungsverstärkung in der Ausgangsstufe der CTD, besitzt aber den Nachteil, daß Signalladungen bei der Erfassung gebrochen werden, so daß es dadurch unmöglich wird, die Ladung, die einmal erfaßt worden ist, aufeinanderfolgend zu verschieben. Während der Nachteil beim Schwimm-Gatesystem ist, daß im allgemeinen ein Aufwärtstransformations-kondensator (im folgenden als Step-Up-Kondensator bezeichnet) erforderlich ist, weil eine verlustfreie Verschiebung an der nachfolgenden Stufe durchgeführt wird, wodurch es schwierig wird, die Spannungsverstärkung im Vergleich zum Schwimm-Diffusionssystem zu gewährleisten, ist im Gegensatz dazu der Vorteil damit, daß Signale von verschiedenen Abschnitten in der Mitte der Verschiebungseinheit erfaßt werden können, weil eine zerstörungsfreie Ladungserfassung möglich ist.
• Jedoch bringen CTDs, die Leseelektroden vom Schwimm-Gatesystemtyp verwenden, das Problem mit sich, daß bewirkt wird, daß von Schwimm-Gates (Floating-Gates) erzeugte Signale mit anderen Signalen interferieren, was das Auftreten von Nebensprechen zur Folge hat. Dies wird insbesondere dann in Frage gestellt, wenn derartige Leseelektroden an einer Vielzahl von Abschnitten des Verschiebungsweges angeordnet werden, um davon eine Ladungserfassung vorzunehmen. Dies beruht darauf, weil Nebensprechen zwischen Erfassungssignalen von der Vielzahl von Abschnitten auftritt. Zusätzlich haben CTDs, die das Schwimm-Gatesystem und das Schwimm-Diffusionssystem zusammen verwenden, das Problem zur Folge, daß Nebensprechen zwischen auf den jeweiligen Systemen basierenden Erfassungssignalen auftritt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine CTD zu schaffen, die Nebensprechen zwischen Erfassungssignalen von verschiedenen Leseelektroden beseitigen kann.
• Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind im Anspruch 1 angegeben.
• In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1(a) ein vereinfachtes Schaltbild, das eine typische Schwimm-Gate-Ladungserfassungseinheit (im folgenden als Floating Gate-Ladungserfassungseinheit bezeichnet) zeigt,
• Fig. 1(b) einen Querschnitt von Elementen, aus denen die in Fig. 1(a) gezeigte Erfassungseinheit besteht,
• Fig. 1(c) bzw. 1(d) jeweils die Potentialverteilungsdiagramme;
• Fig. 2 Taktkurvenformen, die in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendet werden;
• Fig. 3(a) ein Schaltbild, das eine CTD eines typischen Floating-Gate-Ladungserfassungssystems zeigt, das Ladungserfassung von zwei Abschnitten bewirkt,
• Fig. 3(b) eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die in Fig. 3(a) gezeigte CTD besteht, und
• Fig. 3(c) bzw. 3(d) jeweils die Potentialverteilungsdiagramme;
• Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Erklärung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 5 eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, bei dem der in Fig. 4 gezeigte Block aus tatsächlichen Elementen zusammengebaut ist;
• Fig. 6(a) ein Schaltbild, das eine CTD entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt,
• Fig. 6(b) eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die in Fig. 6(a) gezeigte CTD besteht, und
• Fig. 6(c) bzw. 6(d) jeweils die Potentialverteilungsdiagramme;
• Fig. 7(a) ein Schaltbild, das eine CTD entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, die Ladungserfassung von zwei Abschnitten bewirkt,
• Fig. 7(b) eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die in Fig. 7(a) gezeigte CTD besteht, und
• Fig. 7(c) bzw. 7(d) jeweils die Potentialverteilungsdiagramme;
• Fig. 8 ein Darstellung, die eine logische Schaltung zeigt, die Takte erzeugt, die der in Fig. 7(a) gezeigten Schaltung zugeführt werden;
• Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm zur Erklärung des Betriebs der in Fig. 7(a) gezeigten Schaltung;
• Fig. 10 ein Schaltbild, in dem die in Fig. 7(a) gezeigte Schaltung aus einer tatsächlichen Transistorschaltung aufgebaut ist;
• Fig. 11 ein Schaltbild, das ein teilweise modifiziertes Ausführungsbeispiel der in Fig. 6(a) gezeigten Schaltung zeigt;
• Fig. 12 eine Betriebsfunktionstabelle, wenn die in Fig. 11 gezeigte Schaltung verwendet wird;
• Fig. 13(a) ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Einzelphasen-CTD angewandt wird,
• Fig. 13(b) eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die in Fig. 13(a) gezeigte CTD besteht, und
• Fig. 13(c) bzw. 13(d) jeweils die Potentialverteilungsdiagramme; und
• Fig. 14 eine Betriebsfunktionstabelle, wenn die in Fig. 13(a) gezeigte Schaltung verwendet wird.
• Zunächst wird das Betriebsprinzip des Floating-Gate-Ladungserfassungssystems einer typischen CTD unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Fig. 1(a) ist ein vereinfachtes Schaltbild, das eine Floating-Gate-Ladungserfassungseinheit zeigt, Fig. 1(b) ist eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die Erfassungseinheit besteht, Fig. 1(c) bzw. 1(d) zeigen jeweils die Potentialverteilungsdiagramme, und Fig. 2 zeigt Kurvenformen von verschiedenen in dieser Vorrichtung verwendeten Taktimpulse. In Fig. 1 werden Ladungen unter Elektroden 6 und 7 verschoben. Wenn am Anfang ein Verschiebungstaktimpuls φ einen hohen Pegel darstellt, wird ein Schalter 4 eingeschaltet, so daß eine Spannung von VL von einer Referenz-Spannungsquelle 3 an einen Step-Up-Kondensator 1 angelegt wird. Somit wird die Floating-Gateelektrode 6 auf VL zurückgesetzt. Dabei ist die Potentialverteilung unter den Elektroden 6 und 7 so wie in Fig. 1(c) gezeigt. Wenn dann der Verschiebungstakt φ einen niedrigen Pegel annimmt, wird der Schalter 4 ausgeschaltet, wodurch sich ein Knotenpunkt 5 in dem Schwimmzustand befindet. Gleichzeitig damit wird eine an dem Knotenpunkt erscheinende Spannung durch den Step-Up-Kondensator 1 auf VH erhöht. Dementsprechend wird die Spannung über der Elektrode 6 auf VH erhöht.
• Somit wird die Potentialverteilung darunter wie in Fig. 1(d) gezeigt geändert, so daß eine Ladung 9, wie durch einen Pfeil angedeutet, verschoben wird. Ein an dem Knotenpunkt 5 erscheinendes Potential P&sub5; variiert nämlich synchronisiert mit Takten φ und wie in Fig. 2 angedeutet. In diesem Moment stellt eine Spannung Δ Vout eine Spannungsänderung proportional zur verschobenen Ladung 9 dar. Diese Spannung Δ Vout wird in der Ausgangsschaltung 8erfaßt. Der obere Grenzwert VH des Potentials P&sub5; wird wie folgt ausgedrückt:
• wobei VDD eine Energieversorgungsspannung für Takte φ und darstellt, C&sub2; eine Kapazität des parasitären Kondensators 2 der Schaltungsverdrahtung etc., C&sub1; eine Kapazität des Step-Up-Kondensators 1 und VL eine von der Bezugsspannungsquelle 3 zugeführte Bezugsspannung.
• Die Spannungsverstärkung der Floating-Gate-Ladungserfassungsschaltung wird wie folgt ausgedrückt:
• G=CIN/C&sub1;+C&sub2;
• wobei CIN eine Eingangskapazität der CTD darstellt. Wie oben angegeben, wird die Spannungsverstärkung klein, nachdem zusätzlich zu der parasitären Kapazität C&sub2; in der Erfassungsschaltung des Floating-Gate-Systems die Step-Up-Kapazität C&sub1; addiert wird.
• Während die Spannungsverstärkung in dem Floating-Gate-Ladungserfassungssystem klein wird, kann sie den oben beschriebenen Vorteil schaffen, daß eine gewünschte Anzahl von zerstörungsfreien Ladungserfassungen von den Mittenabschnitten der Verschiebungseinheit verwirklicht werden können.
• Fig. 3(a) ist ein Schaltbild, das eine CTD zeigt, die mit zwei Ladungs-Erfassungseinheiten 2, wobei jede in Fig. 1(a) gezeigt ist, versehen ist, Fig. 3(b) ist eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die CTD besteht, und Fig. 3(c) bzw. 3(d) zeigen jeweils die Potentialverteilungsdiagramme.
• In Fig. 3 werden unter den Elektroden 10, 13 und 14 Ladungen verschoben. Auf Floating-Gateelektroden 13 und 14 werden Signale mit einer Zeitdifferenz dazwischen erzeugt, nachdem sich die Spannung proportional zu verschobenen Ladungen ändert. Die erzeugten Spannungen werden von der Ausgangsschaltung 17 und 18 erfaßt. Eines der Signale auf den Floating-Gateelektroden 13 und 14 wird von Schaltern 19 und 20 ausgewählt. Das so ausgewählte Signal wird als ein Ausgangssignal V&sub0; abgegeben. Jedoch hat die so konfigurierte CTD das Problem zur Folge, daß wie oben angegeben, Nebensprechen auftreten würde. Zum Beispiel werden in der in Fig. 3 gezeigten Schaltung Signale, die von beiden Floating-Gateelektroden 13 und 14 erfaßt worden sind, übertragen, wenn sie gerade die Schalter 19 und 20 erreicht haben. Nachdem nämlich diese zwei Signale auf demselben Substrat übertragen werden, interferieren sie miteinander, was ein Phänomen, das als Nebensprechen bezeichnet wird, zur Folge hat, derart, daß eine Signalkomponente auf das andere Signal als Rauschen überlagert wird. Die Ursache hierfür liegt darin, weil beide Signalübertragungssysteme durch Drain-Source-Kapazitäten eines Elements wie zum Beispiel eines MOSFETs, etc. aus denen die Schaltung besteht, einer Kapazität durch das Substrat oder dergleichen kapazitiv gekoppelt sind. Wie oben beschrieben, tritt in der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ein Nebensprechen-Phänomen so auf, daß ein nicht ausgewähltes Signal als Rauschen auf ein ausgewähltes Signal überlagert wird, und es ist schwierig, die Rauschkomponenten aufgrund des nicht ausgewählten Signals auf einen Wert zu unterdrücken, der niedriger als ein vorgegebener Wert (zum Beispiel niedriger als -60 dB) ist. Dementsprechend tritt für den Fall einer Verarbeitung von Video-Signalen etc. das Problem auf, daß Nebensprech-Komponenten auf dem Bildschirm erscheinen werden.
• Nun wird das Prinzip der Erfindung beschrieben. Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das das Prinzip der Erfindung zeigt. In Fig. 4 wird eine Leseelektrode 600 zwischen Verschiebungselektroden 700 gebildet. Eine Anordnung in dieser Figur enthält eine Erfassungseinrichtung 200, die in einer zerstörungsfreien Art und Weise eine Potentialänderung aufgrund von unter der Leseelektrode 600 gespeicherten Ladungen erfassen kann, wenn sich die Leseelektrode 600 in der Schwimm-Bedingung befindet, und eine Verschiebungseinrichtung 300, die eine Spannung oder einen Impuls anlegen kann, so daß mit der Leseelektrode 600 als einzige Verschiebungselektrode ein Potential unter der Elektrode gebildet werden kann. Diese Einrichtungen 200 und 300 sind mit der Leseelektrode 600 verbunden. Durch die Auswähleinrichtung 400 wird entweder die Erfassungseinrichtung 200 oder die Verschiebungseinrichtung 300 entsprechend der Notwendigkeit ausgewählt. Die Leseelektrode 600 wird nämlich durch die Auswahleinrichtung 400 auf entweder den Verschiebungsmodus oder den Ladungs-Erfassungsmodus eingestellt. Somit wird nur dann, wenn sich die Elektrode 600 in dem Ladungs-Erfassungsmodus befindet, einer Ausgangs-Verarbeitungsschaltung 500 ein Erfassungssignal zugeführt.
• Fig. 5 ist ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem der in Fig. 4 gezeigte Block mit tatsächlichen Komponenten aufgebaut ist. Die Erfassungseinrichtung 200 besteht aus einer Referenz-Energiequelle 201, einem Schalter 202 und einem Step-Up-Kondensator 203. Die Verschiebungseinrichtung 300 umfaßt eine Versorgungsquelle für Verschiebungstakt . Wenn die Auswahleinrichtung 400 die Erfassungseinrichtung 200 auswählt, ist ersichtlich, daß die Vorrichtung denselben Betrieb wie derjenige der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung bewirkt, wodurch der Ausgangsschaltung 500 ein Erfassungssignal zugeführt wird. Es wird auch ersichtlich, daß die Elektrode 600 nur als eine Verschiebungselektrode dient, wenn die Auswahleinrichtung 400 die Verschiebungseinrichtung 300 auswählt.
• Fig. 6(a) ist ein Schaltbild, daß eine Erfassungseinheit einer CTD entsprechend eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 6(b) ist eine Querschnittsansicht von Elementen, aus denen die Erfassungseinheit besteht, und Fig. 6(c) bzw. 6(d) zeigen jeweils die Potentialverteilungen. In diesem Beispiel dient die Schaltung 100 als die Erfassungseinrichtung 200, die Verschiebungseinrichtung 300 und die Auswahleinrichtung 400, die in Fig. 4 gezeigt sind. Wenn die Vorrichtung in Fig. 6 mit derjenigen in Fig. 1 verglichen wird, werden die Merkmale dieser Vorrichtung klar ersichtlich.
• Diese Vorrichtung ist nämlich dadurch gekennzeichnet, daß parallel mit dem Step-Up-Kondensator 1 in der in Fig. 1 gezeigten Floating-Gate-Ladungs- erfassungsschaltung ein Schalter 31 vorgesehen ist, und dadurch, daß der Schalter 32 in einem Weg zum Laden des Step-Up-Kondensators in der obigen Erfassungsschaltung vorgesehen ist. In dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schalter 32 zwischen dem Schalter 4 und der Referenzspannungsquelle 3 vorgesehen. Zusätzlich können reziproke Konfigurationen der Schalter 4 und 32 eingebaut sein. Der Schalter 31 ist immer einer Ein-Aus-Steuerung entgegengesetzt zu derjenigen für den Schalter 32 ausgesetzt.
• Nun wird der Betrieb dieser Vorrichtung beschrieben. Als erstes wird Bezug genommen auf den Fall, bei dem der Ladungserfassungsmodus ausgewählt ist. In diesem Modus befindet sich der Schalter 31 in seinem Aus-Zustand, wohingegen sich der Schalter 32 in seinem Ein-Zustand befindet. In diesem Zustand die Schaltung die gleiche wie die Vorrichtung in Fig. 1. Eine Potentialänderung proportional zu der in den Abschnitt unter die Floating-Gateelektrode 6 verschobene Ladung 9 wird erzeugt. Diese Potentialänderung wird der Ausgangsverarbeitungsschaltung 8 zugeführt und darin erfaßt. Nun wird Bezug genommen auf den Fall, bei dem der Verschiebungsmodus ausgewählt wird. In diesem Modus befindet sich der Schalter 31 in seinem Ein-Zustand, wohingegen sich der Schalter 32 in seinem Aus-Zustand befindet. Nachdem sich der Schalter 31 in seinem Ein-Zustand befindet, wird der Floating-Gateelektrode 6 der Verschiebungstakt zugeführt. Somit arbeitet die Elektrode 6 allein als eine Ladungsverschiebungselektrode. Durch umgekehrtes Steuern der Schalter 31 und 32 in der oben beschriebenen Art, kann der Ladungserfassungsmodus und der Ladungsverschiebungsmodus umgeschaltet werden.
• Es soll nun angenommen werden, daß zum Beispiel die in Fig. 6 gezeigte Erfassungseinheit auf die CTD angewendet wird, die sowohl die Operation des Floating-Gate-Systems als auch die Operation des Floating-Diffusions-Systems bewirken kann. Um zu bewirken, daß die CTD aufgrund des Floating-Gate-Systems arbeitet, ist es ausreichend, daß sich die Schalter 31 und 32 in ihrem Aus- bzw. Ein-Zustand befinden, wodurch ermöglicht wird, daß die Erfassungseinheit auf der Basis des Ladungserfassungsmodus arbeitet. Durch Schaffung einer Ladungserfassungseinheit (nicht gezeigt) des Floating-Diffusions-Systems in der letzten Verschiebungsstufe (der rechten in Fig. 6(b)) wird ein Ladungserfassungssignal davon abgegeben. Dabei besteht keine Möglichkeit, daß Nebenprechen auftritt, nachdem von der Ausgangsschaltung 8 kein Signal abgegeben wird.
• Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung angewendet wird, die selektiv zwei Signale mit einer Zeitdifferenz dazwischen wie in Fig. 3 gezeigt erfaßt. Durch Steuern der Schalter 41 und 42, und 43 und 44 in einer reziproken Art und Weise auch in diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, zur Realisierung der Ladungserfassung Signale auszuwählen, die unter den Floating-Gateelektroden 13 und 14 erzeugt werden. Um eine derartige Auswahl zu treffen, ist es ausreichend, eine Logikschaltung zu verwenden, wie zum Beispiel in Fig. 8 gezeigt, um Steuerimpulse S und und Abtasthalteimpulse SH&sub1; und SH&sub2; zu erzeugen. Wenn derartige Impulse verwendet werden, ist es möglich, eine der Floating-Gateelektroden 13 und 14 auf den Ladungs-Verschiebungsmodus einzustellen, und die andere Elektrode auf den Ladungs-Erfassungsmodus einzustellen. Zum Beispiel werden in der Logikschaltung aus Fig. 8 erhaltene Impulse S und wie folgt verwendet. Die Impulse S und werden nämlich S&sub1; des Schalters 41 bzw. des Schalters 42 zugeführt, und Impulse und S werden S&sub2; des Schalters 43 bzw. des Schalters 44 zugeführt. Wenn dann der Impuls einen hohen Pegel darstellt, werden die Schalter 41, 42, 43 und 44 jeweils in den Ein-, bzw. Aus-, bzw. Aus-, und bzw. Ein-Zustand geschaltet. Zusätzlich werden die Floating-Gateelektroden 13 und 14 in den Ladungs-Verschiebungsmodus bzw. Ladungs-Erfassungsmodus gebracht. Nachdem der Abtastwert-Halteimpuls SH&sub1; den niedrigen Level wie in Fig. 9 gezeigt verschiebt, wird dabei der Schalter 20 ausgeschaltet. Der Abasthalteimpuls SH&sub2; erlaubt, daß sich der Schalter 19 in Ein- und Aus-Zuständen befindet. Somit wird ein Ausgangssignal von der Ausgangsschaltung 17 in einer Abtasthaltebedingung gehalten. Wenn der Impuls S andererseits einen niedrigen Pegel darstellt, werden die Floating-Gateelektroden 13 und 14 in einer Art und Weise umgekehrt zu dem obigen Betrieb, in den Ladungs-Erfassungsmodus bzw. den Ladungs-Verschiebungsmodus gebracht. Zusätzlich wird der Schalter 19 augeschaltet. Somit wird das Abtasthalten von dem Schalter 20 durchgeführt.
• Fig. 10 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel zeigt, in dem die Vorrichtung aus Fig. 7 mit einer tatsächlichen Transistorschaltung aufgebaut ist. In diesem Beispiel bezeichnen FETs, deren Gateabschnitte durch durchgezogene Linien angedeutet sind, Verarmungstyp-Transistoren und die übrigen FETs bezeichnen Anreicherungstyp-Transistoren. Nachdem Eingangskontakte 55 und 56 der Step-Up-Kondensatoren 11 und 12 als Ausgangskontakte von Invertern 51 bzw. 52 dienen, wird ein bezüglich der Phase von φ&sub2; 180º phasenverschobenes Signal, das heißt der Takt φ&sub1; geliefert. Somit entsprechen Takte und φ in Fig. 7 den Takten φ&sub1; bzw. φ&sub2; in Fig. 10. Die Schalter 15, 16, 41, 42, 43, 44, 19 und 20 in Fig. 7 entsprechen MOSFETs 15, 16, 41, 42, 43, 44, 19 und 20 in Fig. 10, die jeweils dieselben Bezugszeichen aufweisen wie diejenigen der Schalter. Konstantspannungsquellen 61 und 62 in Fig. 7 entsprechen jeweils den Konstantspannungsquellen 61 und 62 in Fig. 10. Die Ausgangssignal-Verarbeitungsschaltungen 17 und 18 in Fig. 7 entsprechen den Source-Folgern, die aus MOSFETs 45 und 46 und 47 und 48 in Fig. 10 bestehen, in denen eine Impedanzwandlung eines Ausgangssignals durchgeführt wird. Das Ausgangssignal 21, das eine Abtasthaltung in Fig. 7 unterlaufen hat, entspricht einer Spannung V&sub0;, die einen aus MOSFETs 49 und 50 aufgebauten Verstärker passiert hat, um eine Impedanzwandlung durch die aus MOSFETs 53 und 54 aufgebauten Source-Folger zu unterlaufen, wonach es nach außen abgegeben wird.
• Wie oben beschrieben kann durch Steuerung des Impulses S eine Einstellung derart vorgenommen werden, daß sich nur eine notwendige Floating-Gateelektrode oder Elektroden in dem Ladungs-Erfassungsmodus und die übrigen Floating-Gateelektroden in dem Ladungs-Verschiebungsmodus befindet, wodurch es möglich wird zu verhindern, daß ein nicht benötigtes Signal in die Ausgangs-Signalverarbeitungsschaltung gemischt wird. Nachdem somit nur ein erforderliches Erfassungssignal an die Signalverarbeitungsschaltung geliefert wird, besteht keine Möglichkeit, daß Nebensprechen wie in der herkömmlichen Vorrichtung auftritt.
• Es ist möglich, die Reihenfolge der Schalter 42 und 44 und der Schalter 15 und 16 in Fig. 7 und 10 umgekehrt zu ändern. Zusätzlich ist es auch möglich, die Schalter 15 und 16 oder die Schalter 16 und 44 als einen Einheits-Schalter auszuführen, wodurch es möglich wird, sie jeweils logisch zu steuern. Zum Beispiel zeigt Fig. 11 ein Schaltbild, das einen Einheits-Schalter zeigt, der die Schalter 15 und 42 umfaßt und Fig. 12 zeigt eine Betriebsfunktions-Tabelle. Durch Steuerung eines Schalters 100 unter Verwendung eines Impulses &sub1;φ in der oben beschriebenen Art können die Schalter 15 und 42 in Fig. 7 durch den Einheits-Schalter 110 ersetzt werden.
• Es ist oben beschrieben worden, daß Verschiebung in den obigen Ausführungsbeispielen unter Verwendung des Zweiphasen-Taktimpulses durchgeführt wird. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auch auf die Verschiebung unter Verwendung eines Einzelphasen-Taktimpulses anwendbar. Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf die Einzelphasen-CTD angewendet ist. In der Einzelphasen-CTD wird die Verschiebung unter der Bedingung ausgeführt, daß ein Elektrodenpaar auf einem festen Zwischenpotential VM gehalten wird, und an das andere ein Impuls φ angelegt wird. Dabei wird durch einen Schalter 112 eine Referenzspannungsquelle 111 an eine Leseelektrode 113 angeschlossen und der Schalter 112 wird von einem Zeitimpuls S+ φ mit einer Betriebsfunktion wie in Fig. 14 gezeigt gesteuert. Wenn sich der Schalter 112 in einem Ein-Zustand befindet, wird eine Spannung VH, die bezüglich des Verschiebungsimpulses φ einen Zwischenpegel annimmt, der Elektrode 113 von der Referenzenergiequelle 111 zugeführt. Somit dient die Elektrode 113 nur als die Verschiebungselektrode. Demgegenüber ist die Elektrode 113 im Schwimm-Zustand, wenn sich der Schalter 112 in seinem Aus-Zustand befindet. Somit arbeitet sie als eine Erfassungselektrode zum Erfassen von Ladungen, die von der vorhergehenden Stufe davon verschoben sind, um ein Erfassungssignal an die Ausgangsschaltung 8 zu liefern.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Vorrichtungen beschränkt, die mit zwei Leseelektroden wie in den oben erwähnten Ausführungsbeispielen verwenden, sondern sie ist auch auf Vorrichtungen anwendbar, die ganz allgemein mit einzelnen oder mehreren Leseelektroden versehen ist, um davon Ladungen selektiv zu erfassen. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auch auf Vorrichtungen anwendbar, um eine beliebige Anzahl von Ausgängen von einer Vielzahl von Elektroden zu erzeugen, um verschiedene Operationen darauf anzuwenden. Wenn eine Auswahl getroffen wird, so daß sich nicht ausgewählte Elektroden in dem Verschiebungsmodus befinden, besteht keine Möglichkeit des Auftretens von Nebensprechen aufgrund von Signalkomponenten, die für ein Erfassungssignal von einer ausgewählten Elektroden unnötig sind.
• Wie durch die vorhergehende Beschreibung ersichtlich, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Ladungs-Verschiebungseinrichtung, die mit einer Ladungs-Erfassungseinrichtung ausgerüstet ist, geschaffen, um entweder den Ladungs-Erfassungsmodus oder den Ladungs-Verschiebungsmodus auszuwählen, wodurch ermöglicht wird, daß die Leseelektrode in einem ausgewählten Modus arbeiten kann. Somit kann ein Nebensprechen aufgrund eines von der Erfassungsschaltung erhaltenen Signals unterdrückt werden.

Claims (5)

1. Ladungs-Verschiebungsvorrichtung umfassend:

einen Ladungs-Verschiebungsweg;

eine Vielzahl von Verschiebungselektroden (7; 10; 114; 700), die auf dem Ladungs-Verschiebungsweg vorgesehen sind;

wenigstens eine erste Leseelektrode (600; 13) und eine zweite Leseelektrode (14), die in ersten und zweiten Abschnitten auf dem Ladungs-Verschiebungsweg vorgesehen sind;

eine Takteinrichtung (φ, ), um den Verschiebungselektroden (7; 10; 114; 700) ein Taktsignal zuzuführen, um auf dem Ladungs-Verschiebungsweg eine Verschiebung zu bewirken;

eine Erfassungseinrichtung (11, 15, 61; 12, 16, 62; 200), die für jede Leseelektrode (600; 13, 14) vorgesehen ist, zum Erfassen von Signalkomponenten einer Ladung (9) unter den Leseelektroden (6; 13, 14; 113; 600) ohne eine auf dem Ladungs-Verschiebungsweg verschobene Ladung zu beeinflussen; und

eine Verschiebungseinrichtung (300), die für jede Leseelektrode (600; 13, 14) vorgesehen ist, zum Zuführen eines vorgegebenen Signals an die Leseelektroden (13, 14), wodurch erlaubt wird, daß eine Ladung unter der Leseelektrode (13, 14) verschoben wird;

gekennzeichnet durch

eine Auswahleinrichtung (400), um zu erlauben, daß die Erfassungseinrichtung nur für die erste Leseelektrode (13) arbeitet und die Verschiebungseinrichtung (300) nur für die zweite Leseelektrode (14) oder umgekehrt (Fig. 5, 7) arbeitet.

2. Ladungs-Verschiebungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseelektroden (13, 14) an einer Vielzahl von Abschnitten auf dem Ladungs-Verschiebungsweg vorgesehen sind.

3. Ladungs-Verschiebungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (200) mit einer Erfassungsschaltung (201, 202, 203) vom Floating-Gatesystem-Typ versehen ist.

4. Ladungs-Verschiebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung (300) an die Leseelektrode oder Elektroden (13; 14) ein in der Takteinrichtung verwendetes Taktsignal ( ) zuführt.

5. LadungsVerschiebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung (300) der Leseelektrode oder Elektroden (113) ein Spannungssignal (VM) eines Zwischenpegels zwischen den in der Takteinrichtung verwendeten hohen und niedrigen Pegels zuführt.