JPS598919B2 - バケツト・ブリゲ−ド・シフト・レジスタ装置 - Google Patents

バケツト・ブリゲ−ド・シフト・レジスタ装置

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JPS598919B2
JPS598919B2 JP51128421A JP12842176A JPS598919B2 JP S598919 B2 JPS598919 B2 JP S598919B2 JP 51128421 A JP51128421 A JP 51128421A JP 12842176 A JP12842176 A JP 12842176A JP S598919 B2 JPS598919 B2 JP S598919B2
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JP
Japan
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electrode
input
node
capacitance
fet
Prior art date
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JP51128421A
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JPS5261935A (en
Inventor
フオービン・ユイン
マケツシユ・ピー・ペイテル
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS5261935A publication Critical patent/JPS5261935A/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/04Shift registers

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディジタル回路に関する。
更に具体的に言うならば本発明は、パケット・ブリゲー
ド・シフト・レジスタ装置に関する。パケット・ブリゲ
ード装置はアナログ信号の処I理のために用いられてき
ておυ、ここでは信号は入力に入れられそしてパケット
・ブリゲード装置で構成される一連のシフト・レジスタ
を経て出力ヘ伝播する。
パケット・ブリゲード装置は、一連の貯蔵コンデンサ及
び電荷転送回路より成るアナ・ ログ・シフト・レジス
タである。米国特許第3745383号で示されている
如く、従来のパケット・ブリゲード・アナログ・シフト
・レジスタは入力信号に加えられるサンブリング周波数
に等しい周波数の2つの相補的クロックを用いる。フか
くして信号遅延は正確に制御され、又もしも所望される
ならば電子的に変化され得る。DCゲート電流が存在し
ないので、数百ステージ通過後でさえも信号の減衰は無
視することができ、従つて増巾器は必要でない。5 第
1図に示す如き従来の回路では、入力信号源EinはF
ET装置4のソースに於てパケット・ブリゲード回路に
接続されている。
FET装置4は第2図に示す如きV1クロツク・パルス
により制御される。クロツク・パルスはFET4のゲー
トを駆動する。入力信号源2からの入力信号Elnは一
単位の電荷としてFET装置4を経て接続点18へ転送
される。接続点18はFET4のドレインをFET6の
ソースへ接続する。FET6のゲートは第2図に示され
る如き第2クロツク波形V2へ接続される。入力信号E
inを表わす電荷の単位は、FETのゲートにクロツク
・パルスV1及びV2が印加されこれらが交互に働くこ
とにより一連のFET4、6、8、10及び12を伝播
する。入力信号Einを表わす電荷単位は最終的には出
力点26に到達する。FET型のバケツト・プリゲード
装置は標準のMOSFET処理技法を用いて製造され得
る。バケツト・ブリゲード装置の設計に於て、転送効果
及びダイナミツク・レンジは重要な基準である。
第1図の従来の回路に示されている如く、各FET装置
に関連するのは、4つの特性キヤパシタンス即ちゲート
−ソース・キヤパシタンスCOs、ソース一基板キヤパ
シタンスCS8、ドレイン一基板キャパシタンスC。8
及びゲート−ドレイン・キヤパシタンスC。
Oである。第1図の従来のバケツト・ブリゲード装置の
接続点18に於けるキヤパシタンスに基づき、この接点
18の入力信号を表わす電荷は、V1クロツク・パルス
の降下時間の間の電荷の再分布及び電圧プルーバツクに
基づき最適レペルに維持されることができない。従つて
、後続の任意の接続点に於ける相時間終了時の電圧は入
力接続点18のと比べて低くされる。接続点18に於け
る電荷の再分布及び電圧プルーパツクの問題は次のよう
に説明することができる。FETのソースからドレイン
に効率良く電荷を転送するためには、ゲート電圧は、ソ
ースに印加される電圧よりも一閾値電圧V,(基板のボ
デイ効果を含む)だけ高くなければならない。
このことは第1及び2図で次のように示される。V1=
EiO+V,(1) 位相V1時間の間、入力信号EinはFET4を介して
接続点4に完全に転送される。
接続点の電圧は、FET4のCDS及びC。O及びFE
T6のC。S及びC88より成る接続点キヤパシタンス
に貯蔵される電荷によつて表わされる。CGDは又クロ
ツクV1及び接続点18の間の結合キヤパシタとしても
働く。かくして、接続点の電荷はV1の変動により影響
される。クロツクV1がプルーバツクする即ち降下する
時、接続点の電荷はV1がEinよりも降下する迄は実
際には変化せずに留まる。次いで接続点電荷は流れ出し
そして結合キヤパシタンスCGOを通してV1のプルー
バツクにフオロ一する。位相時間の終了時に於ける結果
的な接続点電圧は、全てのキャパシタの間の電荷の再分
布に基づき低下される。電荷の再分布に基づく電圧損失
の大きさは次の如くに計算される。かくして、位相時間
の終了時に於ける結果的な接続点電圧は次の如くになる
CODはFET装置に於て常に存在するので結果的な電
圧は常にEiOより小さいことは明らかである。
このことは、クロツク・プルーバツクに基づく電荷再分
布の結果としてダイナミツク・レンジが減少しそして最
適の転送が達成され得ないことを示す。かくして、この
分野で嘱望されているのは高い転送効率及びダイナミツ
ク・レンジを有するバケツト・プリゲード装置であるこ
とは明らかである。
従つて本発明の主な目的は、電荷転送効率の改善された
バケツト・ブリゲード・シフト・レジスタ装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は、ダイナミツク・レ
ンジの改良されたバ・ゲット・プリゲード・シフト・レ
ジスタ装置を提供することである。
本発明のFETバケツト・ブリゲード・シフトレジスタ
装置は第1の入力FET装置を有し、そしてこれのゲ・
一トは第1の位相クロツク波形へ接続されており、又第
1接続点にゲート−ドレイン間の特性キヤパシタンスが
接続され、又第2位相クロツク波形・\の接続がなされ
ている。
この回路に対する改良点は、バケツト・プリゲード・チ
ェーンの中の第1のFETスイツチング装置の特性ゲー
ト−ドレイン・キヤパシタンスに等しい大きさのキヤバ
シタを第1接続点及び第1位相クロツク波形の反転波形
源の間に接続することである。このようにして、第1位
相クロツク波形の降下時間の間のバケツト・プリゲード
回路の第1接続点に於ける電圧のプルーバツク及び電荷
の再分布をなくすることができる。このことは、バケツ
ト・プリゲード装置の回路の電荷転送効率及びダイナミ
ツク・レンジを著しく向上する。本発明は又、バイポー
ラ・トランジスタを用いるバケツト・ブリゲード回路に
応用できる。第1図に於ては従来のバケツト・ブリゲー
ド装置が示され、これは、接続点18に於ける電荷の再
分布及び電圧プルーアツプ現象に基づき電荷転送効率及
びダイナミツク・レンジが低いという欠点を有する。
第3図はこのような電圧プルーバツク及び電荷再分布の
問題を解決した本発明の装置を示している。第3図のバ
ケツト・ブリゲード回路は5つの一連のFET装置(F
ET)4、6、8、10及び12を有して卦り、そして
第1FETのドレインは接続点16で第2FETのソー
スへというように順次接続点18乃至24に於て接続さ
れている。
この例に於ては、バケツト・ブリゲート柵路はN1チヤ
ネルのLSIMOS回路である。各(FETのゲート巾
対長さの比は2.12である。各FETのゲート−ソー
ス・キヤパシタンスCGSは0.089DFである。各
FETのソース一基板キヤパシタンスCS8は0.01
75pFである。FET6.8及び10のゲート−ドレ
イン・キヤパシタンスC1は0.284pFである。F
ET6.8及び10のドレイン一基板キヤパシタンスは
0.05pFである。入力FET4のゲート−ドレイン
・キヤバシタンスはC2でありこれは0.1216pF
に等しい。
入力FET4のドレイン一基板キヤパシタンスはC1で
あり、これは0.284pFに等しい。出力FETl2
の場合、ゲート−ドレイン・キヤパシタンスC3は0.
089pFに等しく、そしてドレイン一基板キヤパシタ
ンスC。
8は、0.05pFに等しい。
これらの値は第1図の従来の装置及び第3図の本発明の
装置に共通である。第2図に示す如く6入力信号の大き
さEinが+5ボルトで基板電位が−5ボルトで、そし
てV1及びV2クロツク波形が8.5ボルトの場合の接
続点18、20、22及び24に於ける電圧の大きさは
次の表1に示す如くである。
接続点18に於ける電圧を見るとV1パルスの終了時で
はEiO=5ボルトであるのに比べわずか3.84ボル
トである。
この電圧振巾の損失はクロック1のプルーバックに基づ
く。かくして、後続の接続点は絶対にEinの値になら
ない。従来のバケツト・ブリゲード回路に於ける出力接
続点26の信号振巾E。l,tはわずか3・62ポルト
である。第1FET装置4の特性ゲート−ドレイン・キ
ャバシタンスC2に等しいキヤパシタンスを有するキヤ
パシタ30を第1接続点18に接続し、そしてこのキヤ
パシタ30の他の端子を第1位相クロツク波形V1の反
転信号源に接続することにより、第1位相クロツク波形
1の降下時間の間に第1接続点18で生じる電圧プルー
バツク及び電荷再分布現象は排除される。
このことは第3図のバケツト・プリゲード回路の電荷転
送効率及びダィナミツク・レンジを著しく改善する。信
号反転装置40はFET42及び44を有しV1信号の
反転信号を端子32に与える。接続点18の電圧ブルー
バツク及び電荷再分布特性を改善する土でのキヤパシタ
30の動作は次のように説明することができる。クロツ
ク信号の降下時間の間に電荷が接続点18から吸い出さ
れる(プル−アウト)ことは前に説明した。
キャパシタ30がCGOに等しくされそして第3図に示
す如くにV1の反転信号源及び接続点18の間に接続さ
れているので、クロツクV1の降下に対応してクロツク
反転信号が上昇することによりキヤパシタ30を通して
電荷が接続点に補充される。V1及びV1の立上り及び
降下時間が互いに正確に相補的ならば、キヤパシタ30
及びC。Oを夫々経て接続点へ流れ込む又流れ出す電荷
は同じとなり、そして接続点に於けるクロツク・パルス
の終了時の総電荷量は位相パルス継続中のと同じになる
。従つて、接続点18に於ける電圧は一定に留まりそし
て位相時間の終了時に於てEi。と等しくなる。このこ
とは、クカツクのプルーバツクに基づく電荷の再分布を
なくする。従つて、最適の電荷転送が得られそしてダイ
ナミツク・レンジが著しく改善?れる。FETのゲート
の巾対長さの比、キヤパシタンス、入力信号、クロツク
波形及び基板電圧の夫々を第1図の従来の回路と同じに
した場合の第4図の入力信号を用いる第3図の本発明の
回路の電荷転送特性を次の表2に示す。
かくして、本発明の如くに、キヤパシタ30を第1接続
点18及び信号V1の反転信号源へ接続することにより
、信号V1の降下時間の間の接続点18に於ける電圧ブ
ルーバツク及び電荷再分布二現象は全く生じていないこ
とが明らかである。
本発明により、入力接続点から接続点18へ又後続の各
接続点へ電圧信号が減少することなく次々と転送される
ことが明らかである。この結果、バケツト・プリゲード
回路の電荷転送効率は増大され.そしてダイナミツク・
レンジが改善される。本発明は、電界効果型バケツト・
プリゲード装置にのみ限定されるものではなく、米国特
許第3546480号に示されている如きバイポーラ・
トランジスタを用いるバケツト・ブリゲード装置5に於
ける電圧プルーバツク及び電荷再分布の問題を解決する
ために用いられ得る。バイポーラ・トランジスタの場合
には、端子32を第3図のV1へ接続されているキヤパ
シタ30は、第1即ち入力バイポーラ・トランジスタの
コレクタ並びに第2バイポーラ・トランジスタのエミツ
タ(これはこのバケツト・ブリゲード装置の第1バイポ
ーラ・トランジスタに直列に接続されている)の間の接
続点へ接続?れ2る。又、バイボーラ・トランジスタの
場合入力電極はエミツタであり、出力電極はコレクタで
あり、そして制御電極はベースである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のバケツト・プリゲード装置を示す図,第
2図は第1図の従来の回路に印加されるクロツク・パル
ス入力を示す波形図、第3図は本発明のバケツト・ブリ
ゲード装置を示す図、並びに第4図は第3図の回路の装
置へ印加されるクロツク波形を示す図である。 6、8、10.12・・・・・・FET、4・・・・・
・入力FET(入カスイツチ装置)、18・・・・・・
接続点、40・・・・・・信号反転装置、30・・・・
・・キヤパシタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力電極、出力電極及び制御電極を有し該制御電極
    は第1位相クロック波形源へ接続され、上記出力電極が
    接続される接続点に制御電極−出力電極間の特性キャパ
    シタンスを有する入力スイッチ装置並びに上記接続点へ
    入力電極を接続され且つ制御電極を第2位相クロック波
    形源へ接続されたスイッチ装置を含むバケット・ブリゲ
    ート・シフト・レジスタ装置に於て、上記入力スイッチ
    装置の上記制御電極−出力電極間の特性キャパシタンス
    に等しい大きさのキャパシタが上記第1位相クロック波
    形の相補信号源及び上記接続点の間に接続されているこ
    とを特徴とする上記バケット・ブリゲード・シフト・レ
    ジスタ装置。 2 上記入力スイッチ装置はバイポーラ・トランジスタ
    であり、上記入力電極はエミッタであり、上記出力電子
    はコレクタであり、上記制御電極はベースである特許請
    求の範囲第1項記載のバケット・ブリゲード・シフト・
    レジスタ装置。 3 上記入力スイッチ装置は電界効果トランジスタであ
    り、上記入力電極はソースであり、上記出力電極はドレ
    インであり、上記制御電極はゲートであり特許請求の範
    囲第1項記載のバケット・ブリゲード・シフト・レジス
    タ装置。 4 上記接続点に於ける上記電界効果トランジスタのゲ
    ート−ドレイン間のキャパシタンスは約0.1pFであ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載のバケッ
    ト・ブリゲード・シフト・レジスタ装置。
JP51128421A 1975-11-17 1976-10-27 バケツト・ブリゲ−ド・シフト・レジスタ装置 Expired JPS598919B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US63274775A 1975-11-17 1975-11-17

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Publication Number Publication Date
JPS5261935A JPS5261935A (en) 1977-05-21
JPS598919B2 true JPS598919B2 (ja) 1984-02-28

Family

ID=24536780

Family Applications (1)

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JP51128421A Expired JPS598919B2 (ja) 1975-11-17 1976-10-27 バケツト・ブリゲ−ド・シフト・レジスタ装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4130766A (ja)
JP (1) JPS598919B2 (ja)
DE (1) DE2651422C2 (ja)
IT (1) IT1075851B (ja)
NL (1) NL7612812A (ja)

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