DE2808558B2

DE2808558B2 - Schaltung zur Unterdrückung von Störungen (Rauschen) auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen

Info

Publication number: DE2808558B2
Application number: DE2808558A
Authority: DE
Inventors: Susumu Kawasaki Kouyama; Yasoji Kanagawa Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2808558A1; JPS5617758B2; JPS53106552A; US4230951A; DE2808558C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Unterdrükkung von Störungen (Rauschen) auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen, mit einer Anzahl von Signalleitungen zur Abnahme mehrerer Signale mit verschiedenen Phasen und zur Übertragung dieser Signale zu einer kapazitiv aktiven, ladungsgekoppelten Vorrichtung, und mit mehreren an ein Bezugspotential angeschalteten Schalterkreisen, die durch die Signale mit verschiedenen Phasen ansteuerbar sind.

Aus der US-PS 35 67 968 ist bereits eine Schaltung zur Unterdrückung von Störungen auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen bekannt, die eine Anzahl von Signalleitungen zur Aufnahme mehrerer Signale mit verschiedenen Phasen und zur Übertragung dieser Signale zu einer kapazitiv aktiven Vorrichtung aufweist. Diese bekannte Schaltung enthält zwar auch Schaltkreise, die von den Signalen mit verschiedenen Phasen ansteuerbar sind, jedoch sind diese Schalterkreise nicht zwischen die betreffenden Signalleitungen und einem Bezugspotentialpunkt eingeschaltet, sondern sie sind in ein<;m Steuerkreis einer logischen Funktionsschaltung integriert. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung enthält jede Stufe zwei Schalterkreise in Form von zwei Transistoren. Dies bedeutet, daß für die Ansteuerung der zwei Schalterkreise zwei Steuerieitungen erforderlich sind Darüberhinaus ist diese bekannte Schaltungsanordnung auch nicht in der Lage, ein Übersprechen zwischen zwei benachbarten Leitungen vollständig -, auszuschalten, da die Schalterkreise der benachbarten Stufen, nicht aktiviert werden, wenn der Schilterkreis einer dieser Stufen durch ein entsprechendes Signal aktiviert wird.

Aus der DE-OS 27 34 008 ist ein Schaltkreis zur

κι Verminderung positiver Rauscheffekte am Ausgangsanschluß einer Signalerzeugungseinrichtung bekannt. Die Signalerzeugungseinrichtumg umfaßt ein Logikgatter mit einer Ausgangsleitung, an die ein Schalterkreis angeschlossen ist, der alleine 4 Transistoren und einen

Ii Kondensator enthält und darüberhinaus über zwei Eiiigangsanschlüsse angesteuert wird, so daß auch bei dieser Schaltungsanordnung zwei getrennte Steuerleitungen erforderlich sind. Die Funktion des bekannten Schalterkreises besteht auch nicht darin, benachbarte

2i) Eingangssignalleitungen an ein Bezugspotential anzulegen, um ein Übersprechen zu verhindern.

In jüngster Zeit sind für Speichervorrichtungen in zunehmendem Maß hochkapazitive Halbleiterspeicher, als /adungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) bezeichnet,

2> verwendet worden. Derartige Vorrichtungen übertragen die in ihnen enthaltenen elektrischen Ladungen in Abhängigkeit von der Anlegung von Taktsignalen mit verschiedenen Phasen an eine Anzahl von ladungsgekoppelten Elementen einer solchen CCD-Vorrichtung.

ίο Bei dieser Vorrichtung können sich die Taktsignale infolge der zwischen den mit den Taktsignalen gespeisten Elektroden entstehenden Überlappungskapazität und der zwischen den Elektroden und dem Bezugspotentialpunkt (Masse) erzeugten Elektrodenka-

i^ri pazität gegenseitig stören, wodurch als Übersprechspannung bezeichnete Störsignale erzeugt werden. Die genannten Kapazitäten entstehen unweigerlich aufgrund des Aufbaus der CCD-Vorrichtung. Im Fall von CCD-Vorrichtungen mit großer Kapazität betragen diese Kapazitäten jeweils ein Mehrfaches von 100 pF, so daß zwangsläufig die Übersprechspannung entsteht.

Wenn die Übersprechstörung in den Taktimpulsen auftritt, wird eine unerwünschte aktive Spannung an andere Elektroden als der Elektrode angelegt, die in der CCD-Operation aktiv ist. Infolgedessen stören sich Potentialsenken bei der Ladungsübertragungsoperation gegenseitig. Insbesondere wird ein Signal hohen Pegels an die Elektrode der CCD-Elemente, die auf niedrigem Pegel bleiben sollen, angelegt, so daß die Höhe der

so Sperrschicht verringert wird und somit die in einer Potentialsenke gespeicherten Ladungen zu angrenzenden Potentialsenken fließen. Die in diesen Potentialsenken enthaltenen Ladungen stören oder beeinflussen einander somit in komplexer Weise. Dies führt zu einer Minderung des Ladungsübertragungswirkungsgrads und, was noch nachteiliger ist, zu einer fehlerhaften Arbeitsweise der CCD-Vorrichtung.

Wenn aktive Vorrichtung mit kapazitivem Aufbau, etwa die CCD-Vorrichtungen, durch Mehrphasen-Taktsignale angesteuert werden, ist es allgemein notwendig, die Interferenz oder Störung der Potentialsenken mit der erzeugten Übersprechspannung möglichst zu verringern, um eine normale Arbeitsweise dieser Vorrichtungen sicherzustellen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltung zur Unterdrückung von Störungen der eingangs definierten Art zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, eine Interferenz oder Übersprechen

zwischen mehreren Signalleitungen vollständig bei einfachem Aufbau der Schaltung auszuschalten.

Ausgehend von der Schaltung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungspemäß dadurch gelöst, daß an jede der Signalleitungen wenigstens ein Schalterkreis direkt angeschlossen ist, der von wenigstens einer nicht zugeordneten Signalleitung aus ansteuerbar ist, derart, daß dann, wenn auf einer der Signalleitungen eines der Signale mit verschiedenen Phasen vorhanden ist, wenigstens die dieser Signalleitung benachbarten Signalleitungen über einen entsprechenden Schalterkreis an das feste Bezugspotential anlegbar sind.

Durch die Schaltung nach der vorliegenden Erfindung wird ein Übersprechen zwischen zwei benachbarten Leitungen vollständig ausgeschaltet, wobei die gesamte Schaltungsanordnung jedoch vergleichsweise einfach aufgebaut ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ladungsgekoppelten Vorrichtung,

F i g. 2 ein Zeitdiagramm der an die Vorrichtung von F i g. 1 anlegbaren mehrphasigen Taktimpulse,

F i g. 3 ein Äquivalentschaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1,

F i g. 4 ein Takt- oder Zeitdiagramm von Störsi^nale enthaltenden Taktimpulsen,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Wellenformerschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.6 bis 8 Schalterbilder abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung und

Fig.9 und 10 Schaltbilder von Abwandlungen einer in einem Impulsgenerator vorgesehenen Pufferschaltung.

F i g. 1 veranschaulicht schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (im folgenden auch als »CCD-Vorrichtung« abgekürzt). Diese CCD-Vorrichtung besteht aus einem Halbleitersubstrat 1, einer auf diesem ausgebildeten Isolierschicht 2, einer Reihe von getrennt in der Isolierschicht 2 angeordneten Innen-Elektroden 3|—3s und einer Reihe von Oberflächen-Elektroden 4| —4s, die schichtartig auf die Oberfläche der Isolierschicht 2 aufgetragen und gemäß F i g. 1 zwischen und über benachbarten inneren Elektroden angeordnet sind. Die Oberflächen-Elektroden 4|—45 und die Innen-Elektroden 3| —3s sind jeweils zusammengeschaltet, wobei die zusammengeschalteten Elektroden mit zugeordneten Außenanschlüssen 5i— 5s verbunden sind. Beispielsweise sind die Innen-Elektrode 3| und die Oberflächen-Elektrode 4| miteinander und mit dem Außenanschluß 5| verbunden. Innen- und Oberflächen-Elektrode 3; bzw. 4? sind ebenfalls zusammengeschaltet und mit dem Außenanschluß 5₂ verbunden. Die restlichen Innen- und Oberflächen-Elektroden sowie die anderen Außenanschlüsse sind auf ähnliche Weise geschaltet Die Ansteuerung einer CCD-Vorrichtung dieser Art erfolgt durch aufeinanderfolgende Anlegung mehrphasiger Taktimpulse Φ 1 —Φ 4 (F i g. 2) an die Außenanschlüsse 5| —5s.

Das Äquivalentschaltbild der CCD-Vorrichtung nach Fig. 1 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Dabei werden Überlappungskondensatoren bzw. -kapazitäten OP \Φ 2—OP 2Φ 4 zwischen den benachbarten Klemmen oder Anschlüssen gebildet, während Elektrodenkondensatoren bzw. -kapazitäten CgΦ X-CgP* weils zwischen den Klemmen und Masse gebildet werden. Taktimpulse Φ \ — Φ 4 stören einander über diese ■■> Kondensatoren unter Bildung von Taktimpulsen Φ 10— Φ40, die gemäß Fig.4 als Übersprechspannung bezeichnete Störsignale (noise) enthalten. Wenn solche Impulse zur Ansteuerung der CCD-Vorrichtung benutzt werden, stören sich die in den Potentialsenken dieser

ι» Vorrichtung gespeicherten Ladungen auf vorher beschriebene Weise gegenseitig. Aus diesem Grund wird eine Wellenformerschaltung gemäß F i g. 5 verwendet.

Gemäß F i g. 5 erzeugt ein Impulsgenerator 9 die vier Taktimpulse Φ 1 — Φ 4, die an Pufferschaltungen 10, 20,

i'i 30 bzw. 40 angelegt werden, die jeweils einen ρ Kanal-MOSFET (MOS-Feldeffekttransistor) und einen n-Kanal-MOSFET aufweisen, welche in Reihe zwischen zwei Stromquellen bzw. -klemmen Vdd und Vss geschaltet sind. Die MOSFETs jeder Pufferschal-

2u tung sind mit der Bezugsziffer der zugehörigen Pufferschaltung, zuzüglich des Buchstabens »a« oder »b« bezeichnet. Beispielsweise sind die MOSFETs der Pufferschaltung 10 mit 10a und 10b bezeichnet. Die Ausgänge der Pufferschaltungen 10—40 sind über

2> Signalleitungen lla—41a mit Klemmen 11, 21, 31 bzw. 41 verbunden, die an die Anschlüsse 5|— 54 der CCD-Vorrichtung angeschlossen sind. Die Signalleitungen lla—41a sind über Schalterkreise 12—41 mit einer Stromquelle Vsso verbunden. Jeder Schalterkreis

i" enthält drei n-Kanal-MOSFETs 12a—12c, 22a-22c, 32a-32c bzw. 42a—42c. Die Gate-Elektroden der betreffenden MOSFETs 12a-12c sind mit Signalleitungen 21a, 31a und 41a verbunden, während diejenigen der MOSFETs 22a-22c mit Signalieitungen Ua, 31a und

>> 41a und diejenigen der MOSFETs 32a-32c mit den Signalleitungen 11 a, 21a und 31 a verbunden sind.

Im Betrieb werden die erzeugten Taktimpulse Φ 1 — ΦΑ über die Signalleitungen lla, 21a, 31 a und 41a sowie die Klemmen 11—41 zu den Anschlüssen 5i— 54

·»<> geleitet. Durch die CCD-Operation werden die Taktimpulse Φ 1— Φ 4 in Störsignale enthaltende Taktimpulse Φ 1°—Φ 4° geändert. Der Taktimpuls Φ 1 mit aktivem, d. h. hohem Pegel wird an die Klemme U und dann an die CCD-Vorrichtung angelegt und gleichzeitig den

■»i Gate-Elektroden der MOSFETs 22a, 32a und 42a aufgeprägt. Bei Eingang des Aktivpegel-lmpulses schalten diese MOSFETs durch, so daß die Leitungen 21a, 31a, 41a, die diesen Impuls hohen Pegels nicht erhalten, an das Bezugspotential VssO gelegt werden.

w Wenn daher das Störsignal an die Signalleitungen 22a, 31a und 41a angelegt wird, wird es durch die MOSFETs 22—42 absorbiert. Infolgedessen wird nur der Taktimpuls Φ 1 über die betreffenden Eingangsklemmen 5i und 5s der CCD-Vorrichtung dieser eingespeist. Ebenso wird der Taktimpuls Φ 2 mit hohem Pegel an die Signaileitung 21a angelegt, so daß dieser einen hohen Pegel besitzende Impuls den MOSFETs 32a und 42a der den Signalleitungen lla, 31a und 41a entsprechenden Schalterkreisen 12,32 und 42 aufgeprägt wird und diese

bo MOSFETs daher durchgeschaltet werden. Infolgedessen werden diese Leitungen Ha, 31a und 41a an das Bezugspotential Vsso gelegt, wobei das ihnen aufgeprägte Störsignal durch die MOSFETs 21a, 32a und 42a absorbiert oder unterdrückt wird. Auf diese Weise wird

fc^r> das Potential der anderen Signalleitungen als der den Impuls hohen Pegels aufnehmenden Signalleitung auf das Bezugspotential eingestellt, so daß nur der gewünschte Impuls zur CCD-Vorrichtung geleitet wird.

Infolgedessen wird die unerwünschte Interferenz bzw. Störung zwischen den Potentialsenken in der CCD-Vorrichtung vermieden, wodurch eine fehlerhafte Arbeitsweise dieser Vorrichtung sicher verhindert wird.

Eine Abwandlung des drei MOSFETs verwendenden Schalterkreises ist in Fig. 6 dargestellt. Dabei enthält jeder Schallerkreis einen MOSFET und ein ODER Glied. Beispielsweise umfaßt der Schalterkreis 12 einen MOSFET 12c/und ein ODER-Glied 12c. Die Signalleitungen lla-41a sind dabei über MOSFETs \2d-A1d an das Bezugspotential Vsso angeschlossen. Die Gate-Elektroden der MOSFETs sind gemäß F i g. 6 mit den betreffenden Ausgängen der ODER-Glieder verbunden. Das ODER-Glied 12e ist mil seinen Eingängen an die Signalleitungen 21a, 31a und 41a angeschlossen; die Eingänge des ODER-Glieds 22e liegen an den Signalleitungen 11a, 31a und 41a; die Eingänge des ODER-Glieds 32esind mit den Signalleitungen 11a, 21a und 41a verbunden, während die Eingänge des ODER-Glieds 42e mit den Signalleitungen 11a, 21a und 31a verbunden sind. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel ein Impuls hohen Pegels an die Leitung Ua angelegt wird, gelangt er über die den Signalleitungen 21a—41a zugeordneten ODER-Glieder 22e—42e zu den Gate-Elektroden der MOSFETs 22d-42d Infolgedessen schalten die MOSFETs 22d— 42c/ durch, so daß die Signalleitungen 21a—41a an das Bezugspotential Vsso gelangen und das Störsignal von den MOSFETs 22c/—42c/ absorbiert bzw. unterdrückt wird. Dieselbe Arbeitsweise gilt entsprechend auch für die anderen Schalterkreise 22,32 und 42.

Eine weitere Abwandlung des Schalterkreises ist in F i g. 7 dargestellt. Dabei werden nur die Signalleitungen neben der mit dem impuis hohen Pegels beaufschlagten Signalleitung an das Bezugspotential gelegt, während bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen die anderen Signalleitungen als die das Signal hohen Pegels aufnehmende Signalleitung sämtlich an das Bezugspotential angeschlossen werden. Gemäß Fig. 7 ist eine Signalleitung 21a an die Gate-Elektroden der MOS-FETs 12/" und 32/ in den Schalterkreisen 12 und 32 angeschlossen, weiche den Signalleitungen 11a und 21a neben der Leitung 31a entsprechen, jedoch nicht mit dem der Leitung 41a, welche von der Leitung 21a entfernt ist, zugeordneten Schalterkreis. Ebenso ist die Signalleitung 13a mit den Gate-Elektroden der MOSFETs 22/und 42i jedoch nicht mit dem Schalterkreis 12 verbunden. Die Leitung 41 a ist mit den Gate-Elektroden der MOSFETs 32^und 12^-entsprechend den Leitungen 31a und 11a neben der Leitung 41a verbunden. Die Klemme 11 ist an die Gate-Elektroden der MOSFETs 22g und 42g der Schalterkreise 22 bzw. 42 angeschlossen.

Wenn im Betrieb ein Impuls hohen Pegels an die Leitung 21a angelegt wird, wird das Bezugspotential Ks.vO über die MOSFETs 12/und 32fden Signalleitun gen lla und 31a aufgeprägt. Infolgedessen wird das an den benachbarten Leitungen lla und 31a erscheinende . Störsignal durch die MOSFETs 12/"und 32f absorbiert An die Signalleitung 14a wird kein Bezugspotenlial V_sst angelegt, so daß das Störsignal über die Klemme 41 zum CCD-Element gelangt. Auch bei Ansteuerung dei CCD-Vorrichtung durch das Störsignal überträgi

in jedoch das durch den vorgesehenen Impuls angesteuerte CCD-Element in normaler Weise die Ladungen, da sich die CCD-Elemente zu seinen beiden Seiten in einer unwirksamen Zustand befinden. Demzufolge arbeitci die Vorrichtung einwandfrei.

i^r> Fig. 8 zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung mit solchem Aufbau, daß das Störsignal, wie beim Beispiel von F i g. 7, nur von den Schalterkreisen entsprechend den benachbarten Klemmen absorbier! wird. Die Schaltung gemäß Fig.8 verwendet Schalter-

2» kreise 12,22,32 und 42 mit ähnlichem Schaltungsaufbai wie in Fig. 6. Bei dieser Abwandlung sind jedoch die ODER-Glieder 22e—42e mit jeweils zwei Eingangs klemmen an die Eingangsklemmen der benachbarter ODER-Glieder angeschlossen. Die Arbeitsweise diesel

-^>r> Schaltung nach F i g. 8 ist ähnlich wie bei der Schaltung gemäß F i g. 7.

Die Schaltungen gemäß F i g. 7 und 8 sind denen nach F i g. 5 und 6 insofern überlegen, als Verdrahtunger und/oder Elemente eingespart werden.

!» Obgleich die Erfindung vorstehend in Anwendung aul die CCD-Vorrichtung beschrieben ist, ist sie auch aul durch mehrphasige Taktimpulse angesteuerte MOS Schaltungen, auf eine Schaltung zur Ansteuerung aktiver Vorrichtungen mit kapazitiver Struktur, wU

J"' Bucket-Brigade-Vorrichtungen, und dgl. anwendbar Außerdem kann die erfindungsgemäße Wellenformer Schaltung jede beliebige Art von Mehrphasenimpulser mit entsprechender Zahl von Schalterkreisen verwenden. Die in den Schalterkreisen vorgesehenen n-Kanal

-¹¹¹ MOSFETs sind durch p-Kanal MOSFETs austauschbar Der komplementäre MOSFET-Kreis in der Pufferschal tung kann gemäß den Fig.9 und 10 durch MOSFET: derselben Polarität ersetzt werden. Bei der Pufferschal tung gemäß F i g. 9 sind zwei MOSFETs in Reihe

4^Γ' geschaltet, wobei die Gate-Elektrode des einer MOSFETs einen Taktimpuls abnimmt, während dei andere mit der Verzweigung zwischen beiden MOS FETs und der Klemme (z. B. 11) verbunden ist. Bei dei Anordnung nach Fig. 10 wird die eine Gate-Elektrode

■'" der in Reihe geschalteten MOSFETs mit einerr Taktimpuls Φ beaufschlagt, während die andere mi einer Stromquelle Vcc verbunden ist. Die Verzweigung zwischen beiden MOSFETs ist z. B. an die Klemme 11 angeschlossen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Unterdrückung von Störungen (Rauschen) auf Mehrphasen-Taktsignalleitungen, mit einer Anzahl von Signalleitungen zur Abnahme mehrerer Signale mit verschiedenen Phasen und zur Übertragung dieser Signale zu einer kapazitiv aktiven, ladungsgekoppelten Vorrichtung, und mit mehreren an ein Bezugspotential angeschalteten Schalterkreisen, die durch die Signale mit verschiedenen Phasen ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jede der Signalleitungen (Ua, 21a, 31a, 4Ia^ wenigstens ein Schalterkrcis (12, 22, 32, 42) direkt angeschlossen ist, der von wenigstens einer nicht zugeordneten Signalleitung aus ansteuerbar ist, derart, daß dann, wenn auf einer der Signalleitungen eines der Signale mii verschiedenen Phasen vorhanden ist, wenigstens die dieser Signalleitung benachbarten Signalleitungen über einen entsprechenden Schalterkreis an das feste Bezugspotential anlegbar sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale Taktsignale sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterkreise (12, 22, 32, 42) jeweils aus einer Anzahl von MOSFETs bestehen, die parallel zwischen die betreffenden Signalleitungen (Ha, 21a, 31a, 41 aj und das Bezugspotential eingeschaltet ist, und daß die Gate-Elektroden der MOSFETs mit zumindest den benachbarten Signalleitungen verbunden sind.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterkreise jeweils aus einem zwischen die betreffenden Signalleitungen (Wa, 21a, 31a, 4IaJ und das Bezugspotential eingeschalteten MOSFET und einem ODER-Glied (12e, 22e. 32e, 42e) mit mehreren Eingangsklemmen, die zumindest mit den benachbarten Signalleitungen verbunden sind, und einer Ausgangsklemme bestehen, die mit der Gate-Elektrode des MOSFETs verbunden ist.