DE2317253C3 - Eimerkettenschaltung - Google Patents

Description

geschlossen ist und daß das Ausgangssignal des Verstärkers kapazitiv dem KoHektoranschluß des gerad- oder ungeradzahligen Transistors während dessen gesperrten Zustandes zugeführt ist.

2. Eimerkettenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (Ta) über einen ersten Kondensator (C₁) und einen dazu in Serie liegenden zweiten Konden-

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Problem,

_w das bei EimerkettenschaJrungen, wie sie beispielsweise

Schluß eines gerad- oder ungeradzahligen Tran- ao aus »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Juni 1969, fistors (T_n) der Eingang eines Verstärkers (T_a) an- S. 131 bis 136, bekannt sind, pnzipiell auftritt. Solche

Eimerkettenschaltungen bestehen aus einer Vielzahl von gleichartigen Stufen, die jeweils aus einem Transistor und einem zwischen dessen Steueranschluß und dessen KoHektoranschluß liegenden Kondensator bestehen urd derart hintereinandergeschaltet sind, daß der KoHektoranschluß des einen mit dem Emitteranschluß des nächstfolgenden Transistors verbunden ist, wobei die Steueranschlüsse der ungerad/ahligen

sator (C₂) mit dem KoHektoranschluß des gerad- 30 Transistoren von einem ersten rechteckförmigen Taktoder ungeradzahligen Transistors (T_n) verbunden signal und die Steueranschlüsse der geradzahligen ist, daß der gemeinsame Verbindungspunkt der Transistoren von einem /weiten rechteckförmigen beiden Kondensatoren über den gesteuerten Strom- und gleichfrequenten Taktsignal gesteuert sind, dessen pfad eines Schalttransistors (T.) mit einem kon- wirksame Impulse in den Lücken zwischen den wirkstanten Potential (Ud₂) verbunden ist und daß die 35 samen Impulsen des ersten Taktsignals liegen. Der-Steuerelektrode des Schalttransistors von einem artige Eimerkettenschaltungen werden in der Literatur Hilfstaktsignal(0₂') gesteuert ist, das dem Takt- auch als Schieberegister oder Verzögerungsleitungen signal (Φ₂) des gcrxd- oder ungeradzahligen Tran- für Analogsignale bezeichnet,
sistors in seinem Verlauf entspricht, jedoch den Das solchen Eimerkcttenschaltungen inhärente

Schalttransistor erst nach dem Sperren des gerad- 40 Problem ist beispielsweise in »IEEE Transactions on oder ungerad/ahligen Transistors sperrt. Electron Devices«, Oktober 1971, S. 941 bis 950, und

3. Eimerkettenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Dezember 1971, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl des S. 391 bis 394, beschrieben und besteht darin, daß das Verstärkungsfaktors (<\) ein gewünschter Fre- zu verzögernde Signal mit wachsender Frequenz immer quenzgang eingestellt ist, bei dem z. ü. hohe Signal- 45 mehr gedämpft wird und bei der maximal Übertragfrequenzen besonders stark angehoben sind. baren Signalfrequenz, die nach dem Abtast-Theorem

gleich der halben Frequenz der Taktsignale ist, die größte Dämpfung erfährt. Der Grund dafür ist, daß bei dieser Frequenz im abgetasteten Signal die größten Potentialsprüngc auftreten. Die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung beschränkt die maximal nutzbare Stufenzahl der Eimerkettenschaltungen und damit auch die maximal erreichbare Verzögerungszeit.

Aus der eingangs zuerst genannten Literaturstelle sind zwar sogenannte Pegel-Regenerierungsschaltungen bekanntgeworden, die jedoch nur den Gleichpegel verändern und/oder das zu verzögernde Signal verstärken, ohne jedoch dessen Hochfrequenzende bevorzugt anzuheben.

Die Aufgabe der Erfindung, die nach dem Stand der Technik bisher noch nicht gelöst worden ist, besteht daher darin, eine Eimerkettenschaltung anzugeben, bei der das hochfrequente Ende des zu verzögernden Signals angehoben ist, d. h., bei der durch

4. Eimerkettenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine optimale Dämpfungskompensation bei halber Taktfrequenz (fe/2) die Bedingung erfüllt ist:

C_n + C₂

wobei χ den Verstärkungsfaktor des Verstärkers, C_n die Kapazität des zum gerad- oder ungeradzahligen Transistor (7"„) gehörenden Kondensators und d_max die ohne Zusatzschaltung auftretende Dämpfung bedeuten.
5, Eimerkettenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei

Betrieb der Eimerkettenschaltung mit veränder- 65 eine Zusatzschaltung eine frequenzabhängige Kompenlicher Taktfrequenz der Verstärkungsfaktor (λ) für sation der erwähnten Dämpfung erfolgt. Diese Aufoptimale Dämpfungskompensation geregelt ist. gäbe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene 6. Eimerkettenschaltung nach einem der An- Erfindung gelöst. Weiterbildungen und bevorzugte

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unter- Im Ausführungsbeispiel nach der Figur der Zeich-

aasprüchen gekennzeichnet und werden nun zusammen nung wird dieses der Erfindung zugrunde liegende

gjit der Erfindung an Hand der in der Zeichnung dar- Prinzip dadurch realisiert daß am Kollektoranschluß

gestellten Figur näher erläutert. des Transistors T_n die Steuerelektrode des Tran-

In der oberen Hälfte der Fjgur sind einige Stufen 5 sistors T_a angeschlossen ist, dessen Emitter am

f einer üblichen Eimerkettenschaltung EK gezeigt, die Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor über den

aus isolierten p-Kanal-Feldeffekttransistorec besteht, als Widerstand geschalteten Transistor Tb mit dem

was bei einem der Transistoren durch den bepfeilten Betriebspotential U_Dl verbunden ist. Der Transistor T_a

und mit dem Schaltungsnullpunkt verbundenen Sub- ist somit als Verstärker betrieben. Der KoUektoran-

ftratanschluß angedeutet isL Selbstverständlich kön- io Schluß des Transistors T_a ist über die Serienschaltung

uen auch isolierte n-Kanal-Feldeffekttransistoren oder aus dem ersten Kondensator C₁ und dem zweiten

= auch bipolare pnp- oder npn-Transistoren verwendet Kondensator C₂ mit dem Kollektoranschluß des

* werden. Bei isolierten Feldeffekttransistoren sind so- Transistors T_n verbunden.

wohl solche vom Anreicherungs- als auch solche vom Der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden

■■ Verarmungstyp anwendbar. Der Substratanschluß der 15 Kondensatoren C₁ und C₁ liegt über den gesteuerten

ί Transistoren kann auch auf einem von Null abweichen- Strompfad des Schalttransistors Ti am konstanten

den konstanten Potential liegen. Potential Ud₂, während dessen Steuerelektrode mit

Aus dem Verlauf der Eimerkettenschaltung, die dem Hilfstaktsignal Φ₂ verbunden ist. Das Hilfs-

bekanntlich eine in der Größenordnung von einigen taktsignal Φ₂ entspricht in seinem Verlauf dem zweiten

Hundest liegende Stufenanzahl aufweisen kann, wobei 20 Taktsignal Φ₂, steuert den Schalttransistor T₁ jedoch

die Stufenanzahl von der beabsichtigten Verzögerungs- derart, daß der Schalttransistor erst nach dem Sperren

zeit und der maximal zu übertragenden Signal- des Transistors T_n, jedoch vor dem öffnen des nächst-

frequenz abhängt, sind in der Figur die Transistoren folgenden Transistors T_{n + I} gespeirt wird. Das kann

Γη-ι. T_n, Tn+i und T"n+₂ gezeigt. Diese Transistoren durch geeignete Wahl der Größe des Schalttran-

sind mit den zugehörigen Kondensatoren C in der 25 sistors T_B erreicht werden.

eingangs geschilderten Art verknüpft und hinterein- Die Kompensationsschaltung hat folgende Wirkungsandergeschaltet. Für das Ausführungsbeispiel wird weise: Während das zweite Taktsignal mit seiner die Zahl η als gerade vorausgesetzt. Dann sind die Amplitude Uc an den entsprechenden Transistoren ungeradzahligen Transistoren T_n^₁ und T_n,_x mit ihren anliegt, arbeitet die Eimerkettenschaltung wie ohne Steuerelektroden an das erste Taktsignal, und die 30 Entdämpfungsschaltung. Lediglich die Kapazität des geradzahligen Transistoren T_n und T_n ,₂ mit ihren Kondensators C der Stufe η ist um die Kapazität C₂ Steuerelektroden an das zweite Taktsignal Φ₂ ge- auf C i C₂ vergrößert. Während dieser Zeit ist der schaltet. Schalttransistor T, leitend gesteuert und hält sorr.it Jedes Taktsignal besteht aus einer rechteckförmigen auf Grund seines niedrigen Durchlaßwiderüandes das und gleichfrequenten Spannung, die auf den Schal- 35 Potential U₂ am VerbindungspünKt der beiden Kontungsnullpunkt bezogen ist, wobei die Amplitude des densatoren C₁ und C₂auf dem konstanten Potential Ud₂ einen Taktsignals in der Lücke zwischen den wirk- fest. Während dieser Taktphase wird die Signalsamen Impulsen des anderen Taktsignals liegt und ladung Φ_χ vom Kondensator C der vorausgehenden umgekehrt. Das Tastverhältnis kann hierbei 0,5 be- Stufe auf die vergrößerte Kapazität C ^ C₂ übertragen. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, 40 tragen.

ein von diesem Tastverhältnis abweichendes Tast- Kurz nach dem Zurückfallen des zweiten Taktverhältnis derart zu wählen, daß zwischen den wirk- signals auf Null wird das Potential U₂ vom Schaltsamen Impulsen der beiden Taktsignale Lücken auf- transistor 7*_s noch festgehalten. Kurze Zeit später, treten, währrnd derer beide Taktsignale Null sind. wenn das Hilfstaktsignal ebenfalls auf Null zurück· Die Wirkungsweise einer solchen Eimerketten- 45 geht, wird der Schalttransistor T₈ gesperrt, und das schaltung besteht bekanntlich darin, daß am Ende Potential U₂ wird jetzt über den Kondensator C₁ vom eines Taktimpulses jede zweite Stufe, also jede unge- Verstärkerausgang gesteuert. Über den Kondenradzahlige oder jede geradzahlige Stufe, eine Signal- sator C₂ werden nun Änderungen des Kollektorinformation in Form einer im zugehörigen Konden- potentials U_n des Transistors T_n auf dieses Potential sator C gespeicherten Ladungsmenge enthält, während 50 zurückgekoppelt. Die folgende Anstiegsflanke des die Kondensatoren der dazwischenliegenden Stufen ersten Taktsignals wirkt sich auf das Potential U_n keine Informationen enthalten. Die Potentiale an den nicht aus.

entsprechenden Knotenpunkten sind nämlich alle auf Bei der Übertragung der in der vergrößerten

denselben Wert U_mat Uc Ur hochgelaufen, wo- Kapazität C f C₂ enthaltenen Signalladung auf den

durch die Entladung über den jeweils rechts liegenden 55 Kondensator Gn, der nächstfolgenden Stufe steigt

Transistor zum Stillstand gekommen ist. Mit U_T ist das Potential U_n gegen Uc Ut an. Da dieser An-

hierbei die zwischen dem Steueranschluß und dem stieg über die Verstärkerstufe, die Kondensatoren C₁ Emitteranschluß des jeweiligen Transistors auftretende und C₁ invertiert wieder auf den Kollektoranschluß

Schwellspannung und mit U₀ die Amplitude des Takt- des Transistors T_n übertragen wird, ist durch diese

signals bezeichnet. 60 negative Rückkopplung die Gesamtkapazität der

Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip zur Stufe größer als ursprünglich, nämlich
frequenzabhängigen Dämpfungsanhebung besteht nun

darin, daß die die Information darstellende Signal- q q

ladung während der einen Taktphase aus der vorher- C =·- C + (1 + α) ~~~ > (1)

gehenden Stufe unbeeinflußt aufgenommen wird, in 65 C₁ + C₂

der anderen Taktphase dagegen, mittels negativer _{woraus sich für den Fa}„ _c ^ _{Cj ergibt:}

Rückkopplung von ihrem eignen Wert gesteuert, auf

die folgende Stufe übertragen wird. C = C + C, + α C₈. (2)

5 6

Hierbei ist mit λ der Verstärkungsfaktor des Ver- liehen Höhe vorhanden sein. Es läßt sich zeigen, daß

stärkers bezeichnet, der größer als Null ist. für diesen Fall die Bedingung erfüllt sein muß

Weil der Gesamtspannungshub bei der Entladung

in dieser Taktphase durch die vorher bei niedrigerer C₂ d_max

Kapazität eingeflossene Signalladung und die durch 5 * ~ρΓ~7"^Γ ⁼ "^ ~\ · ^

sie am Kollektoranschluß des Transistors T_n ver- C_n + C₂ l - d_max
ursachte Spannung sowie durch das signalunabhängige

Potential Uc — Ut gegeben ist, ist die nun auf den Der Verstärker ist daher für optimale Dämpfungsnachfolgenden Kondensator übertragene Ladung kompensation so zu dimensionieren, daß der Vergrößer als die aus dem vorangehenden Kondensator io Stärkungsfaktor \ die Gleichung (3) erfüllt. Dies kann eingeflossene. beispielsweise durch entsprechende Arbeitspunktein-

Auch mit der Kompensationsschaltung ist die stellung oder dadurch erreicht werden, daß der Wider-Eimerkettenschaltunggleichstrommäßigabgeschlossen. standswert des als Lastwiderstand betriebenen Tran-Daher entsteht in der Stufe η ein Ladungsdefizit, wenn sistors Tb durch entsprechende Spannungsvariation während des Taktsignals Φι mehr Ladung abfließt, 15 an dessen Steuerelektrode eingestellt wird,
als während des Taktsignals Φ_% zugeflossen ist. Dieses Die einmal dimensionierte optimale Dämpfungs-Ladungsdefizit addiert sich zu der nächsten aus dem anhebung gilt zwar nur für die fest vorgegebene Taktvorangehenden Kondensator zufließenden Ladung, frequenz f_c, jedoch kann der Verstärkungsfaktor λ wodurch am Kollektoranschluß des Transistors T_n bei variabler Taktfrequenz entsprechend nachgeführt ein neues Signal entsteht, das einen Anteil des vor- 20 werden, wie dies beispielsweise in der gleichzeitig herigen Ladungsdefizits enthält. eingereichten Anmeldung P 23 17 251.2-53 der An-

Da die eigentliche Ursache für die frequenzab- melderin gezeigt ist.

hängige Dämpfung der Eimerkettenschaltung darin Die Erfindung ist jedoch mit Vorteil auch ohne diese

besteht, daß das nachfolgende Signal vom vorher- Nachführung des Verstärkungsfaktors bei kleinen

gehenden bei jeder Umladung eine bestimmte La- 25 Taktfrequenzen, also z. B. bei der Verzögerung von

dungsmenge übernimmt, die proportional der Differenz akustischen Signalen, anwendbar, da bei kleinen Takt-

der beiden Signalwerte und so gerichtet ist, daß der frequenzen die maximale Dämpfung d_max nur sehr

nachfolgende sich dem vorhergehenden anzunähern wenig von der Taktfrequenz f_c abhängig ist

versucht, kann eine optimale Bemessung der obigen Da bei Ansteuerung der Eimerkettenschaltung mit

Gleichung (2) angegeben werden, d. h., es können 30 einem Gleichspannungssignal sich ein stationärer

Kombinationen von «, C_t und C angegeben werden, und stabiler Zustand einstellt, bei dem das Ausgangs-

mit denen über das erwähnte Ladungsdefizit die signal gleich dem Eingangssignal ist, ergibt sich eine

Signalangleichung gerade wieder rückgängig gemacht Gesamtdämpfung der Eimerkettenschaltung, die so-

werden kann. wohl für die Signalfrequenz Null als auch für die

Hierzu wird der ungünstigste Fall betrachtet, 35 Signalfrequenz /_c/2 gleich Null ist. Zwischen diesen nämlich daß als zu verzögerndes Signal ein Signal mit beiden Extremwerten der verarbeitbaren Signalder halben Taktfrequenz /_e/2 die Eimerkettenschal- frequenzen tritt möglicherweise eine geringe Vertung durchläuft, was bedeutet, daß alternierende Stärkung oder Dämpfung auf, die jedoch um so Signalwerte die Leitung durchlaufen. Die Dämpfung geringer ist, je öfter die /c/2-Dämpfung durch eine dieses /_c/2-Signals beträgt nach η-Stufen d_max und 40 erfindungsgemäße Zusatzschaltung kompensiert wird, soll durch die Zusatzschaltung kompensiert werden, d. h., je geringer der Abstand zwischen zwei kompend. h., im Kondensator C₄, der nächstfolgenden sierenden Schaltungen im Verlauf der Eimerketten-Stufe sollen wieder die Signalladungen in der Ursprung- schaltung ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 23 17

   Patentansprüche:

   1. Eimerkettenschaltung mit einer Vielzahl von gleichartigen Stufen, die jeweils aus einem Tran- «stör und einem zwischen dessen Steueranschluß end dessen KoUektoranschiuß liegenden Kondensator bestehen und derart hintereinandergeschaltet sind, daß der KoHektoranschluß des einen mit dem Emitteranschluß des nächstfolgenden Transistors verbanden ist, wobei die Steueranschlüsse der ungeradzahligen Transistoren von einem ersten rechteckförmigen Taktsignal und die Steueran- «chlüsse der geradzahligen Transistoren von einem rweiten rechteckförmigen und gleichfrequenten Taktsignal gesteuert sind, dessen wirksame Impulse in den Lücken zwischen den wirksamen Impulsen des ersten Taktsignals liegen, dadurch gekennzeichnet, daß am Kollektoran-

   sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren von derselben Leitungsart sind.

   7. Eimerkettenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistoren integrierte Üsolierschicht-Feldeffekttransistoren des Anreicherungs- oder Verarmuagstyps und als Kondensatoren entsprechende integrierte Kapazitäten dienen.