WO2005111978A1 - Schaltkreis-anordnung - Google Patents

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WO2005111978A1
WO2005111978A1 PCT/DE2005/000876 DE2005000876W WO2005111978A1 WO 2005111978 A1 WO2005111978 A1 WO 2005111978A1 DE 2005000876 W DE2005000876 W DE 2005000876W WO 2005111978 A1 WO2005111978 A1 WO 2005111978A1
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sensor
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circuit arrangement
line group
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Alexander Frey
Meinrad Schienle
Roland Thewes
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
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    • G09G2310/02—Addressing, scanning or driving the display screen or processing steps related thereto
    • G09G2310/0264—Details of driving circuits
    • G09G2310/0297—Special arrangements with multiplexing or demultiplexing of display data in the drivers for data electrodes, in a pre-processing circuitry delivering display data to said drivers or in the matrix panel, e.g. multiplexing plural data signals to one D/A converter or demultiplexing the D/A converter output to multiple columns

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement.
  • sensor elements of identical or different types are often arranged in a field (array), for example in a matrix.
  • a field for example in a matrix.
  • such arrangements enable the determination of important additional information, such as the spatial resolution of sensor events.
  • Such arrangements also allow sensor processes to be parallelized over time.
  • the sensor element In order to read out the signal of a sensor element in an array, the sensor element is often coupled to peripheral circuits and interfaces. From a technical point of view, it is often not possible or not economically viable to connect each individual sensor element individually, that is, to wire it to the periphery using lines assigned to each individual sensor element.
  • the use of a switching matrix using row and column lines, which are assigned to a plurality of sensor elements and are controlled by row and column decoders makes it possible to use one or at least a reduced number of signal lines for the output signals of the individual sensors. by means of which the sensor array transmits the data of the sensor elements to the periphery.
  • Such a wiring architecture means that certain boundary conditions must be observed when reading out a sensor array.
  • a sensor arrangement known from the prior art is described below with reference to FIG. 1A.
  • a plurality of sensor elements 102 are arranged in matrix form on a substrate 101.
  • Each sensor element 102 is connected to a row line 103 and to a column line 104, a common row line 103 being provided for sensor elements 102 of a row and a common column line 104 each for sensor elements 102 of a column.
  • the row lines 103 are coupled to a row decoder 105, whereas the column lines 104 are coupled to a column decoder 106.
  • a switch element 110 of a sensor element 102 to be selected is closed by applying a suitable signal to the row line 103 belonging to a specific sensor element 102, as a result of which the sensor element 102 to be selected, associated sensor field 109 (for example a sensor electrode on which sensor events can take place) is coupled to the associated column line 104.
  • a sensor element selected in this way can be used if the selection switch 111 contained in the column decoder 106 has a corresponding one
  • the address of a sensor element 102 to be selected is given to the row decoder 105 and the column decoder 106 by means of an address generator 108.
  • the sensor arrangement 100 from FIG. 1A is a 4x4 sensor array.
  • a sensor element 102 of the sensor arrangement 100 is selected in that the column decoder 105 and the row decoder 106 provide control signals such that a specific sensor element 102a can be selected.
  • the sensor element 102 at the crossing point of an activated column and row is the selected sensor element 102a.
  • This selected sensor element 102a is coupled to the peripheral electronics 107 for reading out its sensor signal.
  • the selection switch 111 is coupled to an input of a first amplifier 151, which has a first and a second output.
  • the first output of the first amplifier is coupled to a first input of a comparator 153, the second input of which is coupled to a reference current source 152.
  • the second output of the first amplifier 151 is coupled to an input of a second amplifier 154.
  • the second amplifier 154 is controlled with a control signal which is supplied by an output of the comparator 153.
  • an output of the second amplifier 154 is coupled to an input of an analog-digital converter 155, the output of which, like the output of the comparator 153, is coupled to an output unit 156.
  • the so-called frame frequency results from the time it takes to completely read out the entire sensor arrangement.
  • the so-called pixel frequency is decisive for this. This is determined by the time required to read out an individual sensor element 102.
  • the frame frequency is the quotient of the pixel frequency and the number of sensor elements 102 of the sensor arrangement 100.
  • the frame frequency is inversely proportional to the number of sensor elements 102. In the case of a large sensor arrangement 100 with a large number of sensor elements 102, only a slower reading is possible if the pixel frequency is not can be enlarged accordingly.
  • a limitation for the pixel frequency results from the settling times of a sensor element 102 and the peripheral electronics 107 after selection of a sensor element 102a. These settling times often behave in opposite directions to the size of the sensor signal, so that with small signal amplitudes the settling times are often very long.
  • a large dynamic range of a sensor ie the range of signal amplitudes to be covered, can also lead to long settling times, in particular in the peripheral circuits 107, since the operating point must change within a large interval.
  • the relationships described can thus be insufficient, particularly in the case of a sensor arrangement 100, from a large number of sensor elements 102 which are intended to deliver a signal over a large dynamic range Lead reading speed. This problem is exacerbated if the dynamic range is to include very small signal amplitudes in particular.
  • a sensor arrangement is known from [2], in which the sensor devices are calibrated in columns before the actual measurement.
  • a column to be calibrated is selected by applying a control signal with the logical value "1" to a selection connection, and the calibration of a sensor device in the corresponding column is carried out with the aid of a readout or calibration circuit and a switchover element, which switching element is switched in such a way that a constant current is impressed into the sensor device to be calibrated.
  • a control signal with the logical value "1" is briefly applied to a calibration connection of the corresponding column.
  • a column is replaced by a
  • Selection connection selected, and the reading of a sensor device of the corresponding column is carried out with the aid of the above-mentioned read-out or calibration circuit and the above-mentioned switching element, which switching element is switched in such a way that a constant voltage in the sensor device to be read is impressed.
  • [3] describes a sensor array in which a plurality of sensor cells are arranged on a substrate and can be coupled to row lines and column lines.
  • Both the row lines and the column lines can each be coupled to at least two of the sensor cells.
  • the sensor cells can be
  • a sensor arrangement is known from [4], in which the individual sensors are provided with a potential before the measurement which is close to the measured value of the sensor element to be read.
  • [5] describes a sensor array in which the operating point of a sensor element is first set using a switch during an adjustment phase that precedes a measurement phase, and then the sensor element is read out using another switch.
  • the invention is based in particular on the problem of creating a circuit arrangement in which a signal transfer between a plurality of functional units and peripheral electronics can take place with sufficient speed.
  • the circuit arrangement according to the invention contains a substrate, a plurality of arranged on the substrate Functional units and a plurality of
  • Control line groups each control line group having at least two control lines, each of which can be coupled to at least two of the functional units. Furthermore, a plurality of signal line groups are provided, each signal line group having at least two signal lines, each of which can be coupled to at least two of the functional units. A buffer unit is provided for each signal line group. Furthermore, a control unit coupled to the control line groups is provided, which is set up in such a way that, by applying a control signal to the control lines of a control line group to be selected, the functional units coupled to the control lines of the selected control line group are coupled to the associated signal lines.
  • the circuit arrangement further includes a signal unit coupled to the signal lines, which is set up in such a way that it selects exactly one of the signal line groups in such a way that of the functional units that belong to both the selected control line group and the selected signal line group, exactly one functional unit each Signal transfer between this functional unit and the signal unit is selected.
  • the signal unit is also set up in such a way that it couples exactly one functional unit to the associated buffer unit from those functional units that belong to both the selected control line group and an unselected signal line group, which enables this functional unit to settle.
  • a basic idea of the invention is based on a
  • Functional unit are temporally upstream of the actual signal transfer between the functional unit and the signal unit.
  • such functional units that are intended for a signal transfer in the near future are already coupled to a buffer unit during the signal transfer of other functional units, so that the functional units pending for the early signal transfer can already settle. If the signal transfer of the upstream functional unit is then completed and the signal transfer of the functional unit which is now at least partially settled, the effective signal transfer time composed of the settling time and actual signal transfer time for the functional unit which is now subjected to a signal transfer is around the preceding one (already quite or partially completed) settling time reduced.
  • Signals are transferred between the functional units and the signal unit.
  • the circuit arrangement is configured as a sensor arrangement
  • sensor signals of the functional units formed as sensor elements are sent, for example, to a
  • Read further processing unit In the case of a circuit arrangement designed as a display unit, for example, those are implemented as display pixels Functional units supplied by a supply unit in such a way that the pixels are provided with the information required to display them
  • the circuit arrangement is not limited to the two implementers described as a sensor arrangement or display unit, but rather is in each arrangement with a plurality of
  • the circuit arrangement of the invention is suitable in particular in its embodiment as a sensor array to read sensor signals even with a small amplitude and a large dynamic range with sufficiently high "speed even with sensor arrangements with a large number of sensor elements.
  • An important aspect of the invention is to be seen in the fact that settling times of functional units in a data path from a circuit arrangement with a plurality of functional units, in particular sensor elements of a sensor arrangement, are clearly hidden by means of a suitable array architecture and thus the possible ones Reading speed of the sensor array is increased.
  • a sensor element to be read out later is selected at an early stage, so that it can complete settling processes up to the start of its readout and preferably has already completed it at the start of its readout.
  • the readout time of a sensor element is then only given by the actual data transfer time, whereas the settling time preceding the data transfer is eliminated.
  • they are Functional units are brought into an equilibrium state in a method section upstream of the actual reading, from which the actual reading can then take place without delay.
  • the following signal transfer strategy is preferably implemented: 1) The sequential signal transfer process (for example reading out) between the functional units (for example sensor fields) and the signal unit for the circuit arrangement (for example, sensor arrangement) is not optional, but rather defined (for Example of correspondingly increasing addresses, line by line). 2) Functional units that are implemented in a single signal line (e.g. column line) according to the prior art are implemented in two or more new sub-signal lines (e.g. sub-column lines).
  • Such sub-signal lines are combined into signal line groups.
  • Two or more control lines eg row lines
  • are selected simultaneously eg using a row decoder
  • selected control lines are combined into control line groups at the same time.
  • a selected control line e.g. Row line
  • Sub signal line can be coupled.
  • a certain functional unit is read out, that of both a selected control line group and a selected one
  • Signal line group is assigned.
  • Functional units of this type implemented as sensor elements, which are provided for reading out in subsequent cycles and belong to both a selected control line group and an unselected signal line group, are coupled to an associated buffer unit, so that they can already carry out settling processes, preferably over a plurality of Signal transfer cycles (e.g. read cycles) of upstream functional units (e.g. sensor elements).
  • An additional predecoder is provided in the readout path with downstream buffers.
  • Sensors belonging to one of the at least two selected control lines are then coupled either to the complete data path or to a buffer unit.
  • sensors of the selected control lines that are not being read out at a certain point in time can settle in this period. The resulting one
  • Gaining time leads to an increased pixel frequency and thus frame frequency and enables the circuit arrangement according to the invention to be read out more quickly.
  • Each control line group preferably has exactly two
  • each signal line group preferably has exactly two signal lines.
  • the circuit arrangement is preferably set up as a monolithically integrated circuit arrangement. If the circuit arrangement is provided monolithically integrated, in particular formed in a semiconductor substrate (e.g. silicon wafer, silicon chip), a miniaturized implementation of the circuit arrangement is possible. With the sophisticated processes in the context of silicon microelectronics, it is possible to manufacture the circuit arrangement in a technologically manageable manner. With an integrated implementation of the circuit arrangement, signal paths are also short and the read times that can be achieved are therefore short. Furthermore, due to the functional units dimensionable in the micrometer range and below, an excellent spatial resolution is possible.
  • a semiconductor substrate e.g. silicon wafer, silicon chip
  • the functional units can be sensor fields and can be set up such that a sensor signal of the selected functional unit configured as a sensor field can be read out by means of the signal transfer between the respectively selected functional unit and the signal unit.
  • the circuit arrangement is designed as a sensor arrangement.
  • a plurality of sensor fields are preferably arranged in a matrix, sensor signals of the sensor fields being read out in accordance with the architecture according to the invention, which leads to accelerated readability due to the elimination or reduction in transient processes.
  • the temporal resolution of the realized as a sensor arrangement is designed as a sensor arrangement.
  • Circuit arrangement can be improved.
  • the circuit arrangement is preferably implemented as a biosensor arrangement.
  • a plurality of nerve cells can be grown on the surface of the biosensor arrangement, and the electrical impulses of the nerve cells can be detected by biosensors.
  • capture molecules can be immobilized on the sensor fields of the circuit arrangement designed as a biosensor arrangement, which molecules can hybridize with macromolecular biopolymers contained in an analyte to be examined. Hybridization events can then be detected electrically and / or optically, for example, by means of a sensor signal.
  • Such a biosensor arrangement is particularly advantageous in the area of high-throughput screening.
  • the functional units can be memory cells and can be set up such that an information signal of the selected functional unit configured as a memory cell can be read out by means of the signal transfer between the respectively selected functional unit and the signal unit.
  • each functional unit is a memory cell, for example a DRAM memory cell or an EPROM memory cell.
  • Access time is reduced by carrying out settling processes before the actual readout process and the individual memory cells at the beginning of a readout cycle are already in a state ready for reading, that is to say in one or at least close to one
  • the programming of the memory cells can also be carried out in an accelerated manner, i.e. a signal transfer from a control unit to the memory cells, since transient processes when programming the memory cells can be effectively switched off or reduced by performing the transient processes before the actual storage without influencing the functionality of the other programming.
  • the functional units can alternatively be display fields and can be set up in such a way that, by means of the signal transfer between the respectively selected functional unit and the signal unit, a signal to be reproduced from the selected one designed as a display field
  • the circuit arrangement is, for example, a display device, for example an LCD device or another display device with pixel elements.
  • the reproduction of optically perceptible or other information on the circuit arrangement can be accelerated by means of the principle according to the invention, so that the frequency with which new images are on the
  • Display unit are built, is increased.
  • the circuit arrangement can thus be set up as a display arrangement.
  • the circuit arrangement can have an amplifier unit which is used to amplify one of the selected ones
  • the signals obtained are often of very small amplitude and are preferably amplified before they are made available to external further processing electronics.
  • the circuit arrangement can have a further processing subcircuit for processing a signal to be transferred, which further processing
  • Subcircuit can be at least partially contained in a respective buffer unit of a respective signal line group.
  • a part of the components (e.g. amplifier, comparator, analog-digital converter, reference current source etc.) of peripheral electronics can be integrated in each of the buffer units (or a part thereof).
  • This has the advantage that when a functional unit settles, it is already coupled to the components of the further processing subcircuit contained in the buffer unit, so that the settling time of these components can also be preceded by the actual signal transfer. This leads to an additional increase in the readout rate.
  • FIG. 1B shows another sensor arrangement according to the prior art
  • FIGS. 2A, 2B are schematic representations on the basis of which an aspect of the invention is explained.
  • FIG. 3A shows a sensor arrangement according to a first exemplary embodiment of the invention in a first operating state
  • FIG. 3B shows the sensor arrangement according to the first exemplary embodiment of the invention in a second operating state
  • FIG. 4 shows a detailed view of a signal unit of the circuit arrangement according to the invention in accordance with an embodiment of the invention
  • FIGS. 5 and 6 are schematic representations which are used to explain the reading of sensor elements according to the invention.
  • FIG. 7 shows a schematic view of a circuit arrangement designed as a biosensor arrangement according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a sensor arrangement according to a third exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a sensor arrangement according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 10 shows a sensor arrangement according to a fifth embodiment of the invention.
  • the same or similar components in different figures are provided with the same reference numbers.
  • FIG. 2A The principle of reading out sensor elements of a sensor arrangement according to the prior art is shown schematically in FIG. 2A.
  • a column line 104 is shown with a plurality of sensor elements 102 and a selected sensor element 102a. Row lines 103 are also shown.
  • the selected sensor element 102a is arranged in an intersection area of a selected row line 103 and the selected column line 104, a sensor signal of the selected sensor element 102a being provided to the column decoder 106. If the sensor element 102a is selected, it must, before the actual selection process, the signal transmission that is to column decoder 106, the selected sensor element to complete 102a transient until it into a for 'reading out sufficiently stable state is brought. Therefore the pixel frequency is low and the reading is slow.
  • FIG. 2B The implementation according to the invention is shown schematically in FIG. 2B.
  • a plurality of sensor elements 200 are shown, each sensor element 200 being coupled to an associated row line 201 and an associated column line 202.
  • each sensor element 200 being coupled to an associated row line 201 and an associated column line 202.
  • selected a single row line but two
  • Row lines 201 also called drive lines
  • drive lines of a selected drive line group 203
  • a selected sensor element 200a is ready to be read out soon.
  • This selected sensor element 200a which is due to be read out soon, belongs to both the selected control line group 203 and the selected signal line group 204.
  • a switch element 207 of a predecoder 205 is switched such that the sensor element 200a, which is selected for the soon readout, has a buffer unit 206 is coupled.
  • the selected sensor field 200a has already started settling before the actual readout process takes place.
  • Signal line group 204 is adjusted in this way and the peripheral electronics (not shown in FIG. 2B) are switched in such a way that the selected and settled sensor element 200a is now to release its sensor signal for reading out to the peripheral electronics.
  • 2A read time shortened by the settling time. 2B, it is possible to read out the sensor elements 200 in an accelerated manner due to the increased pixel frequency.
  • FIG. 3A a sensor arrangement 300 according to a first exemplary embodiment of FIG Described invention, wherein the sensor arrangement 300 in
  • the sensor arrangement 300 is monolithically integrated in a silicon substrate 301.
  • the sensor arrangement 300 has a plurality of sensor elements 302 arranged on the silicon substrate 301.
  • a plurality of drive line groups are provided, each drive line group having at least two of a plurality of drive lines 303 (row lines according to FIG. 3A), each of which is coupled to four of the sensor elements 302.
  • a plurality of signal line groups are provided, each signal line group having two signal lines 305 (according to FIG. 3A column lines), each of which is coupled to two of the sensor elements 302.
  • An assigned buffer unit 307 is provided for the signal line group. Furthermore, a control unit 308 coupled to the control line groups is shown, which is set up in such a way that by means of a control signal to the
  • Control lines 303 one to be selected
  • the sensor elements 302 coupled to the drive lines 303 of the selected drive line group 304 are coupled to the associated signal lines 305 (as shown in the enlarged representations of FIG. 1A).
  • the sensor arrangement 300 contains a signal unit 309 coupled to the signal lines 305.
  • the signal unit 309 is set up in such a way that it selects exactly one of the signal line groups 306 in such a way that of those sensor elements 302 that both the selected control line group 304 and also belong to the selected signal line group 306, in each case exactly one read-out selected sensor element 302b for Signal transfer between this selected sensor element 302b and the signal unit 309 is selected.
  • the signal unit 309 is set up in such a way that it couples exactly one transient selected sensor element 302a from the sensor elements 302 which belong to both the selected control line group 304 and a non-selected signal line group, with which the transient unit 307 settles transient selected sensor element 302a is enabled.
  • An address generator 314 provides the signal unit 309 and the control unit 308 with control signals for addressing the sensor elements 302.
  • the signal unit 309 is formed from a predecoder 310 with first switch elements 311, the buffer units 307 and the signal decoder 312.
  • the signal decoder 312 is followed by peripheral electronics 313 which are used to amplify a sensor selected from a readout.
  • Element 302b read sensor signal is set up.
  • the sensor arrangement 300 is a 4x4 sensor array, a first operating state of the sensor arrangement 300 being shown in FIG. 3A.
  • the row lines 303 addressed by the control unit 308, which can also be referred to as a row decoder, are those which are assigned to the selected control line group 304.
  • the currently read sensor element is referred to as the read selected sensor element 302b.
  • the sensor elements 302 of the upper row line 303 selected according to FIG. 3A become read out in order. After the end of each
  • Control line 303 connected to the associated buffer 307 and can begin to settle.
  • settling-selected sensor elements 302a those sensor elements that have already started to settle and are due to be read out in the upcoming readout cycles are referred to as settling-selected sensor elements 302a.
  • the numbers in the transient-selected sensor elements 302a in FIG. 3A symbolize the time in units of the inverse pixel frequency that the respective transient-selected sensor element 302a has already settled.
  • the read-out selected sensor element 302b connected to the data path 311-307-315-313 had the greatest time period for settling (four time units). The next sensor element to be read out has accordingly spent the second largest period of time when settling, namely three time units.
  • the settling-selected sensor element 302a to be read out has settled at this point in time for the duration of an inverse pixel frequency. If all sensor elements of the upper selected control line 303 have been read out, the sensor elements of the lower selected control line 303 of the selected control line group 304 according to FIG. 3A are next read out. In addition, the previously selected upper control line 303 is deselected and an additional new control line 304 is addressed by means of the control unit 308. In the following, a second is made with reference to FIG. 3B
  • the same drive lines 303 and thus the same drive line group 304 are selected as in FIG. 3A.
  • the pair of signal lines 305 which is assigned to the now selected signal line group 306, is now shifted to the right by one column according to FIG. 3B.
  • the sensor signal of the now selected sensor element 302b is now read out, which according to the operating state of FIG. 3A was the transient selected sensor element 302a, which had already settled for three time units in the operating state of FIG. 3A.
  • that sensor element of the sensor elements 302 which, according to FIG. 3A, is located in the same control line as the settling-selected sensor element 302a marked with the time unit "1" in FIG. 3A, is now offset by one position to the right also selected to settle.
  • the transient-selected or read-out selected sensor elements 302a, 302b are successively shifted from left to right. After such a shift cycle has expired, a new pair of drive lines 303 is selected to form the selected drive line group 304.
  • a detailed view of a circuitry configuration of the signal unit 309 is described below with reference to FIG.
  • a function block 400 is provided in the signal unit 309 for each group of two signal lines 305.
  • the function blocks 400 are each essentially identical in construction, so that the detailed structure of the function block 400 is described only for the pair of signal lines 305 on the left in FIG.
  • the pair of signal lines 305 assigned to the function block 400 is formed from a first signal line 401a and a second signal line 401b.
  • the first signal line 401a is coupled to a first source / drain region of a first switching transistor 402.
  • the second source / drain region of the first switching transistor 402 is coupled to a first source / drain region of a second switching transistor 403, the second source / drain connection of which is coupled to the second signal line 401b.
  • the second source / drain region of the first switching transistor 402 and the first source / drain region of the second switching transistor 403 are coupled to an input of the buffer 307 assigned to the signal lines 401a, 401b.
  • the output of the buffer 307 is coupled to a first source / drain region of a third switching transistor 404.
  • the second source / drain region of the third switching transistor 404 is coupled to the peripheral electronics 313, which is only indicated schematically in FIG.
  • a pointer circuit 405 is provided in common for all function blocks 400 and is provided with a clock signal CLK at an input 406.
  • Pointer circuit 405 is coupled to the gate region of third switching transistor 404 and to a first input of a flip-flop 408.
  • a first output of the flip-flop 408 is with the gate terminal of the first switching transistor
  • a second output of the flip-flop 408 is coupled to the gate connection of the second switching transistor 403, to a second input of the flip-flop 408 and to a first source / drain connection of a fourth switching transistor 409.
  • the second source / drain connection of the fourth switching transistor 409 is brought to the electrical ground potential 410.
  • the gate connection of the fourth switching transistor 409 can be controlled with a signal INIT.
  • the clock signal CLK drives the pointer circuit 405, so that all column addresses (or addresses of the signal lines 305) are addressed successively.
  • the two states of the toggle flip-flop 408 correspond to the selection of a sub-column (sub-signal line) which is connected to an even or odd address line or control line.
  • all the toggle flip-flops 408 of all function blocks 400 can be set to a defined initial state, so that the addressing of the sensor is clear.
  • the buffer units 307 are located between predecoder 310 and signal decoder 312. Accordingly, it is possible to limit the influence, the settling time of the sensor elements 302 to the pixel
  • FIG. 5 schematically shows the principle with which the pixel frequency can be increased by means of the transient response prior to the actual reading of a sensor element, that is to say by means of effective elimination of the transient response t 0 .
  • the readout time t P i xe ⁇ for reading out a pixel is the reciprocal of the pixel frequency fpj , xe ⁇ and is composed of the settling time and the actual readout time.
  • the time tpi xe ⁇ _ new compared to t P i xe ⁇ required to read out a pixel is around Settling time t 0 is shortened, which a sensor element coupled to a readout path requires to achieve an equilibrium state.
  • Such transient processes are, according to the invention, preceded by the actual reading of a sensor field.
  • Circuit arrangement of a specific geometry and a scaled version of this circuit arrangement for: _ fpixel _ fPixel, ⁇ ⁇ fFrame - —— - ⁇ ⁇ ()
  • N is the number of positions of a sensor arrangement
  • # R is the number of lines.
  • s # is the number of columns of a scaled sensor arrangement with a scaling factor s
  • s # R is the number of rows of the scaled sensor arrangement.
  • N * Ns 2 is the number of positions in the scaled sensor arrangement
  • f * pi xe ⁇ is the pixel frequency in a conventional scaled sensor arrangement
  • f * Frme is the frame frequency in a conventional scaled sensor arrangement
  • f * pi xe ⁇ _ne is the pixel frequency in a scaled sensor arrangement according to the invention
  • f * Frame_new is the frame frequency in a scaled sensor arrangement according to the invention
  • FIG. 6 shows characteristic values of the pixel frequency and the frame frequency for the conventional and the sensor array architecture according to the invention with N positions with # c column or signal lines and # R line or control lines, and for a scaled array with s # c column or signal lines and s # R row or control lines.
  • the parameters relating to the scaled array are marked with a superscript "*".
  • the array is identified in FIG. 6 with reference number 600, the scaled array with reference number 601.
  • a biosensor arrangement 700 according to a second exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG.
  • the biosensor arrangement 700 is shown schematically in FIG.
  • the detection of certain DNA sequences with the biosensor arrangement 700 is based on the detection of electrochemically generated, time-varying electrical currents at the individual sensor positions.
  • the necessary readout speed is thus determined by the time constants of the electrochemical reactions or the physical processes correlated with them (for example diffusion).
  • Such time constants of the order of 500 ms are compared to those in the Electronics usual reciprocal frequencies large.
  • the current signals are in a dynamic range of approximately lpA to lOOnA.
  • a driver current I has to charge a capacitance C (for example the gate capacitance of a MOS transistor) by a certain voltage swing ⁇ U.
  • C for example the gate capacitance of a MOS transistor
  • ⁇ U the gate capacitance of a MOS transistor
  • the value for the capacitance used in the example is rather small if one thinks of the achievable statistical accuracies of circuit components in the sub-threshold current range associated therewith.
  • biosensor elements 701 provided, in which biosensor elements 702 are arranged in a matrix. Of these biosensor elements
  • a sensor current Ise n r occurs, which is typically of the order of magnitude between lpA and lOOnA. This is done using a sensor field Amplifier element 703 amplified.
  • Switch positions of a row selection switch 704 and a column selection switch 705 can be the sensor signal
  • the peripheral electronics 313 according to the exemplary embodiment in FIG. 7 has a first peripheral amplifier element 706 with one input and two outputs.
  • the sensor signal Isen s or of the biosensor element 702 can be provided at the input.
  • Peripheral amplifier element 706 is coupled to an input of a second peripheral amplifier element 707.
  • a second output of the first peripheral amplifier element 706 is coupled to a first input of a comparator 712, the second input of which is connected to a
  • Reference current source 711 is coupled to provide a reference current I Ref .
  • the output of the comparator 712 is coupled to an input of a latch 713, which latch 713 is controlled with a control signal Comp_Valid.
  • the output of latch 713 controls the second
  • Peripheral amplifier element 707 and is provided at a first input of a transfer element 709.
  • An output of the second peripheral amplifier element 707 is coupled to an input of an analog-digital converter 708, the output of which is coupled to a second input of the transfer element 709.
  • the transfer element 709 is controlled with a control signal Data_Valid.
  • An output of the transfer gate 709 is coupled to an input of an output register 710.
  • FIG. 7 shows a data path for reading out the electronic DNA sensor array 700 in a schematic manner.
  • Sensor field area 701 and are shown separately as blocks the peripheral circuit 313.
  • the biosensor element 702 is shown as an example, which can be coupled to the peripheral circuit 313 via the row and column selection switches 704, 705.
  • the primary sensor signal Ise n so r is already preprocessed in the biosensor element 702 with a first amplification A 0 using the sensor field amplifier element 703.
  • the signal is then amplified with an amplification AI using the first peripheral amplifier element 706 and copied.
  • a sensor arrangement 800 according to a third exemplary embodiment of the invention in which the peripheral circuit 801 is implemented in a manner similar to that shown in FIG.
  • a column line 305 of a selected sensor element 302b is coupled to an input of the first peripheral amplifier element 706, which takes over the functionality of the buffer unit 307 shown in FIG. 3A.
  • the first peripheral amplifier element 706 has two outputs. A first output of the first peripheral amplifier element 706 is coupled to an input of the second peripheral amplifier element 707, the output of which is coupled to an input of the analog-to-digital converter 708. An output of the analog-to-digital converter 708 is coupled to an input of an output block 802. Furthermore, a second output of the first peripheral amplifier element 706 is coupled to a first input of the comparator 712, the second input of which is coupled to the reference current source I Ref (ln) 711. The output of the comparator 712 is coupled to a control input (for providing a control signal) of the second peripheral amplifier element 707 and is coupled to the output block 802.
  • Post-amplifier stage AI 706 is arranged in a plane between the predecoder 310 and the signal decoder 803.
  • a biosensor arrangement 900 according to a fourth exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG.
  • the biosensor arrangement 900 shown in FIG. 9 differs from the biosensor arrangement 800 shown in FIG. 8 in that the peripheral electronics 901 in FIG. 9 is modified compared to FIG. 9, reference current sources 711 and comparators 712 are shown in FIG.
  • Readout speed is further increased by including such components in the hidden transient processes.
  • a biosensor arrangement 1000 according to a fifth exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG.
  • the biosensor arrangement 1000 shown in FIG. 10 differs from the biosensor arrangement 900 shown in FIG. 9 in that, in addition to the components of the peripheral electronics 1001 in FIG. 9 that have already been moved into the plane between components 310 and 803 10 additionally the second peripheral amplifier elements 707 are also connected between components 310 and 803. This further increases the reading speed.
  • sensor arrangement 101 substrate 102 sensor element 102a selected sensor element 103 row lines 104 column lines 105 row decoder 106 column decoder 107 peripheral electronics 108 address generator 109 sensor field 110 switch element 111 selection switch 150 sensor arrangement 151 first amplifier 152 reference current source 153 comparator 154 second amplifier 155 analog / digital converter 156 output unit 200 sensor element 200a selected sensor element 201 row lines 202 column lines 203 selected control line group 204 selected signal line group 205 predecoder 206 buffer unit 207 switch element 300 sensor arrangement 301 silicon Substrate 302 sensor elements 302a transient selected sensor element 302b selected sensor element 303 control lines

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltkreis-Anordnung mit einem Substrat, mit einer Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Funktionseinheiten, mit einer Mehrzahl von Ansteuerleitungsgruppen aus Ansteuerleitungen, mit einer Mehrzahl von Signalleitungsgruppen aus Signalleitungen, mit einer Puffereinheit für jede Signalleitungsgruppe, mit einer mit den Ansteuerleitungsgruppen gekoppelten Ansteuereinheit, und mit einer mit den Signalleitungen gekoppelten Signaleinheit.

Description

Beschreibung
Schaltkreis-Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaltkreis-Anordnung.
In Sensor-Arrays werden Sensor-Elemente identischen oder auch unterschiedlichen Typs häufig in einem Feld (Array) , zum Beispiel matrixförmig, angeordnet. Solche Anordnungen ermöglichen im Gegensatz zu Einzelsensoren das Ermitteln wichtiger zusätzlicher Informationen, wie beispielsweise die räumliche Auflösung von Sensorereignissen. Solche Anordnungen erlauben auch eine zeitliche Parallelisierung von Sensorvorgänge .
Um das Signal eines Sensor-Elements in einem Array auszulesen, wird das Sensor-Element häufig mit peripheren Schaltungen und Schnittstellen gekoppelt. Oft ist es aus technischer Sicht nicht möglich oder ökonomisch nicht sinnvoll, jedes einzelne Sensor-Element individuell anzuschließen, das heißt mit der Peripherie unter Verwendung von jedem einzelnen Sensor-Element separat zugeordneten Leitungen zu verdrahten. Der Einsatz einer Schaltmatrix unter Verwendung von jeweils einer Mehrzahl von Sensor-Elementen gemeinsam zugeordneten Zeilen- und Spaltenleitungen, die von Zeilen- und Spaltendecodern angesteuert werden, erlaubt es, eine oder zumindest eine verringerte Anzahl von Signalleitungen für die Ausgangssignale der Einzelsensoren gemeinsam zu verwenden, mittels welcher das Sensor-Array die Daten der Sensor-Elemente an die Peripherie übermittelt. Eine solche Verdrahtungsarchitektur führt dazu, dass beim Auslesen eines Sensor-Arrays bestimmte Randbedingungen beachtet werden müssen. Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.lA eine aus dem Stand der Technik bekannte Sensor-Anordnung beschrieben.
Bei der Sensor-Anordnung 100 aus Fig.lA sind auf einem Substrat 101 eine Mehrzahl von Sensor-Elementen 102 matrixförmig angeordnet. Jedes Sensor-Element 102 ist an eine Zeilenleitung 103 und an eine Spaltenleitung 104 angeschlossen, wobei für Sensor-Elemente 102 einer Zeile jeweils eine gemeinsame Zeilenleitung 103 und für Sensor- Elemente 102 einer Spalte jeweils eine gemeinsame Spaltenleitung 104 vorgesehen ist. Die Zeilenleitungen 103 sind mit einem Zeilendecoder 105 gekoppelt, wohingegen die Spaltenleitungen 104 mit einem Spaltendecoder 106 gekoppelt sind. Wie in den vergrößerten Darstellungen einzelner Sensor- Elemente 102 in Fig.lA gezeigt ist, wird mittels Anlegens eines geeigneten Signals an die einem bestimmten Sensor- Element 102 zugehörige Zeilenleitung 103 ein Schalter-Element 110 eines auszuwählenden Sensor-Elements 102 geschlossen, wodurch das dem auszuwählenden Sensor-Element 102 zugehörige Sensor-Feld 109 (beispielsweise eine Sensor-Elektrode, an der Sensorereignisse stattfinden können) mit der zugehörigen Spaltenleitung 104 gekoppelt wird. Ein derart ausgewähltes Sensor-Element kann dann, wenn der in dem Spaltendecoder 106 enthaltene Auswahl-Schalter 111 eine entsprechende
Schalterstellung aufweist, mit der Peripherie-Elektronik 107 gekoppelt werden, wodurch das Sensorsignal des ausgewählten Sensor-Elements 102 an einem Ausgang der Peripherie- Elektronik bereitgestellt wird. Mittels eines Adress- Generators 108 wird die Adresse eines auszuwählenden Sensor- Elements 102 dem Zeilendecoder 105 und dem Spaltendecoder 106 vorgegeben. Die Sensor-Anordnung 100 aus Fig.lA ist ein 4x4 Sensor-Array.
Ein Sensor-Element 102 der Sensor-Anordnung 100 wird ausgewählt, indem der Spaltendecoder 105 und der Zeilendecoder 106 derartige Steuersignale bereitstellen, dass ein bestimmtes Sensor-Element 102a ausgewählt werden kann. Das Sensor-Element 102 an dem Kreuzungspunkt einer aktivierten Spalte und Zeile ist das ausgewählte Sensor- Element 102a. Dieses ausgewählte Sensor-Element 102a ist zum Auslesen seines Sensorsignals mit der Peripherie-Elektronik 107 gekoppelt.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.lB eine Sensor- Anordnung 150 gemäß dem Stand der Technik beschrieben, bei der die Peripherie-Elektronik 107 aus Fig.lA detailliert gezeigt ist .
Der Auswahl-Schalter 111 ist mit einem Eingang eines ersten Verstärkers 151 gekoppelt, der einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist . Der erste Ausgang des ersten Verstärkers ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 153 gekoppelt, dessen zweiter Eingang mit einer Referenzstromquelle 152 gekoppelt ist. Der zweite Ausgang des ersten Verstärkers 151 ist mit einem Eingang eines zweiten Verstärkers 154 gekoppelt . Der zweite Verstärker 154 wird mit einem Steuersignal gesteuert, das von einem Ausgang des Komparators 153 geliefert wird. Ferner ist ein Ausgang des zweiten Verstärkers 154 mit einem Eingang eines Analog-Digital- Wandlers 155 gekoppelt, dessen Ausgang wie der Ausgang des Komparators 153 mit einer Ausgabe-Einheit 156 gekoppelt ist.
Hinsichtlich der erreichbaren zeitlichen Auflösung, welche eine Sensor-Anordnung 100 bzw. eine Sensor-Anordnung 150 liefern kann, ist die sogenannte Frame-Frequency maßgeblich. Die Frame-Frequency ergibt sich aus der Zeit, die benötigt wird, um die gesamte Sensor-Anordnung einmal vollständig auszulesen. Hierfür maßgeblich ist die sogenannte Pixel- Frequency. Diese ist bestimmt durch die Zeit, welche zum Auslesen eines einzelnen Sensor-Elements 102 benötigt wird. Für die Array-Architektur aus Fig.lA ergibt sich somit, dass die Frame-Frequency der Quotient aus der Pixel-Frequency und der Anzahl der Sensor-Elemente 102 der Sensor-Anordnung 100 ist.
Bei konstanter Pixel-Frequency ist die Frame-Frequency umgekehrt proportional zur Anzahl der Sensor-Elemente 102. Bei einer großen Sensor-Anordnung 100 mit einer großen Anzahl von Sensor-Elementen 102 ist somit nur ein langsameres Auslesen möglich, wenn die Pixel-Frequency nicht entsprechend vergrößert werden kann.
Eine Limitierung für die Pixel-Frequency ergibt sich aus den Einschwingzeiten eines Sensor-Elements 102 und der Peripherie-Elektronik 107 nach Auswahl eines Sensor-Elements 102a. Diese Einschwingzeiten verhalten sich häufig gegenläufig zu der Größe des Sensorsignals, so dass bei kleinen Signalamplituden die Einschwingzeiten oft sehr groß sind. Auch ein großer Dynamikbereich eines Sensors, d.h. der Bereich abzudeckender Signalamplituden, kann zu großen Einschwingzeiten führen, insbesondere in den peripheren Schaltungen 107, da sich der Arbeitspunkt innerhalb eines großen Intervalls ändern muss. Die beschriebenen Zusammenhänge können somit insbesondere bei einer Sensor-Anordnung 100 aus einer großen Anzahl von Sensor-Elementen 102, die ein Signal über einen großen 'Dynamikbereich liefern sollen, zu einer ungenügenden Auslesegeschwindigkeit führen. Dieses Problem verschärft sich zusätzlich, wenn der Dynamikbereich insbesondere auch sehr kleine Signalamplituden beinhalten soll.
In [1] ist ein elektronisches DNA-Sensor-Array offenbart.
Aus [2] ist eine Sensor-Anordnung bekannt, bei dem die Sensor-Einrichtungen vor der eigentlichen Messung spaltenweise kalibriert werden. Eine zu kalibrierende Spalte wird durch Anlegen eines Steuersignals mit dem logischen Wert "1" an einen Auswahl-Anschluss ausgewählt, und die Kalibrierung einer Sensor-Einrichtung der entsprechenden Spalte erfolgt mit Hilfe einer Auslese- bzw. Kalibrier- Schaltung sowie eines Umschalt-Elementes, welches Umschalt- Element derart geschaltet ist, dass ein konstanter Strom in die zu kalibrierende Sensor-Einrichtung eingeprägt wird. Ferner wird zur Kalibrierung der Sensor-Einrichtungen einer Spalte kurzzeitig ein Steuersignal mit dem logischen Wert "1" an einen Kalibrier-Anschluss der entsprechenden Spalte gelegt. Während der Messung wird eine Spalte durch einen
Auswahl-Anschluss ausgewählt, und das Auslesen einer Sensor- Einrichtung der entsprechenden Spalte erfolgt mit Hilfe der oben erwähnten Auslese- bzw. Kalibrier-Schaltung sowie des oben erwähnten Umschalt-Elementes, welches Umschalt-Element derart geschaltet ist, dass eine konstante Spannung in die auszulesende Sensor-Einrichtung eingeprägt wird.
In [3] ist ein Sensor-Array beschrieben, bei dem auf einem Substrat eine Mehrzahl von Sensorzellen angeordnet sind, die an Zeilenleitungen und Spaltenleitungen koppelbar sind.
Sowohl die Zeilenleitungen als auch die Spaltenleitungen sind jeweils mit mindestens zwei der Sensorzellen koppelbar. Die Sensorzellen lassen sich mit Hilfe eines Zeilenauswahl-
Registers und eines Spaltenauswahl-Registers einzeln auswählen. Ferner weist die in [3] beschriebene Anordnung eine mit den Sensorzellen gekoppelte Multiplex- und Verstärkungs-Schaltung auf, welche durch ein zweites
Spaltenauswahl-Register angesteuert wird. Mit Hilfe der
Multiplex- und Verstärkungs-Schaltung sowie des zweiten
Spaltenauswahl-Registers werden die AusgangsSignale einzelner
Sensorzellen verstärkt und sequentiell als Ausgangssignal des Sensor-Arrays zur Verfügung gestellt.
Aus [4] ist eine Sensor-Anordnung bekannt, bei dem die einzelnen Sensoren vor der Messung mit einem Potential versehen sind, das sich nahe an dem Messwert des auszulesenden Sensorelements befindet.
In [5] wird ein Sensor-Array beschrieben, bei dem zunächst der Arbeitspunkt eines Sensorelementes über einen Schalter während einer Einstellphase, die einer Messphase vorausgeht, eingestellt wird, und danach das Sensorelement über einen anderen Schalter ausgelesen wird.
Der Erfindung liegt insbesondere das Problem zugrunde, eine Schaltkreis-Anordnung zu schaffen, bei der ein Signaltransfer zwischen einer Mehrzahl von Funktionseinheiten und einer Peripherie-Elektronik mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen kann.
Das Problem wird durch eine Schaltkreis-Anordnung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung enthält ein Substrat, eine Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Funktionseinheiten und eine Mehrzahl von
Ansteuerleitungsgruppen, wobei jede Ansteuerleitungsgruppe mindestens zwei Ansteuerleitungen aufweist, von denen jede mit mindestens zwei der Funktionseinheiten koppelbar ist. Ferner ist eine Mehrzahl von Signalleitungsgruppen bereitgestellt, wobei jede Signalleitungsgruppe mindestens zwei Signalleitungen aufweist, von denen jede mit mindestens zwei der Funktionseinheiten koppelbar ist. Für jede Signalleitungsgruppe ist eine Puffereinheit bereitgestellt. Ferner ist eine mit den Ansteuerleitungsgruppen gekoppelte AnSteuereinheit bereitgestellt, die derart eingerichtet ist, dass mittels Anlegens eines Ansteuersignais an die Ansteuerleitungen einer auszuwählenden Ansteuerleitungsgruppe die mit den Ansteuerleitungen der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe gekoppelten Funktionseinheiten mit den zugehörigen Signalleitungen gekoppelt werden. Die Schaltkreis-Anordnung enthält ferner eine mit den Signalleitungen gekoppelte Signaleinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie jeweils genau eine der Signalleitungsgruppen auswählt derart, dass von denjenigen Funktionseinheiten, die sowohl der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe als auch der ausgewählten Signalleitungsgruppe angehören, jeweils genau eine Funktionseinheit zum Signaltransfer zwischen dieser Funktionseinheit und der Signaleinheit ausgewählt wird. Die Signaleinheit ist ferner derart eingerichtet, dass sie von denjenigen Funktionseinheiten, die sowohl der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe als auch einer nicht ausgewählten Signalleitungsgruppe angehören, jeweils genau eine Funktionseinheit mit der zugehörigen Puffereinheit koppelt, womit ein Einschwingen dieser Funktionseinheit ermöglicht wird. Eine Grundidee der Erfindung beruht darauf, bei einer
Schaltkreis-Anordnung mit einer Mehrzahl von
Funktionseinheiten einen Signaltransfer zwischen einer ausgewählten Funktionseinheit und einer Signaleinheit gegenüber dem Stand der Technik dadurch in beschleunigter
Weise durchzuführen, dass die, die Pixel-Frequency verringernden, Einschwingvorgänge einer jeweiligen
Funktionseinheit zeitlich dem eigentlichen Signaltransfer zwischen der Funktionseinheit und der Signaleinheit vorgelagert werden. Mit anderen Worten werden solche Funktionseinheiten, die in näherer Zukunft für einen Signaltransfer vorgesehen sind, schon während des Signaltransfers anderer Funktionseinheiten mit einer Puffereinheit gekoppelt, so dass die zum baldigen Signaltransfer anstehenden Funktionseinheiten bereits einschwingen können. Ist der Signaltransfer der vorgelagerten Funktionseinheit dann abgeschlossen, und beginnt der Signaltransfer der mittlerweile bereits in einem zumindest teilweise Eingeschwungen-Zustand befindlichen Funktionseinheit, so ist die aus Einschwingzeit und tatsächlicher Signaltransferzeit zusammengesetzte effektive Signaltransferzeit für die nunmehr einem Signaltransfer unterzogene Funktionseinheit um die vorgelagerte (bereits ganz oder teilweise absolvierte) Einschwingzeit verkürzt.
Zwischen den Funktionseinheiten und der Signaleinheit werden Signale transferiert. Bei einer Konfiguration der Schaltkreis-Anordnung als Sensor-Anordnung werden Sensorsignale der als Sensor-Elemente gebildeten Funktionseinheiten zum Beispiel an eine
Weiterverarbeitungseinheit ausgelesen. Bei einer als Anzeigeeinheit ausgestalteten Schaltkreis-Anordnung beispielsweise werden die als Anzeigepixel realisierten Funktionseinheiten von einer Versorgungseinheit derart versorgt, dass den Pixeln die erforderliche Information bereitgestellt wird, welche diese zum Anzeigen der
Pixelinformation benötigen. Die Schaltkreis-Anordnung ist auf die beiden beschriebenen Realisierenden als Sensor-Anordnung beziehungsweise Anzeigeeinheit nicht beschränkt, vielmehr ist bei jeder Anordnung mit einer Mehrzahl von
Funktionseinheiten, die mit Signalen versorgt werden oder aus denen Signale herausgeführt werden, die Architektur der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung einsetzbar.
Die Schaltkreis-Anordnung der Erfindung ist insbesondere bei ihrer Ausgestaltung als Sensor-Anordnung geeignet, Sensorsignale selbst bei kleiner Amplitude und großem Dynamikbereich mit ausreichend hoher' Geschwindigkeit auch bei Sensor-Anordnungen mit einer großen Anzahl von Sensor- Elementen auszulesen.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass Einschwingzeiten von Funktionseinheiten in einem Datenpfad von einer Schaltkreis-Anordnung mit einer Mehrzahl von Funktionseinheiten, insbesondere Sensor-Elemente einer Sensor-Anordnung, mittels einer geeigneten Array-Architektur anschaulich versteckt werden und somit die mögliche Auslesegeschwindigkeit des Sensor-Arrays erhöht wird. Ein später auszulesendes Sensor-Element wird schon frühzeitig ausgewählt, so dass dieses bis zu dem Anfangszeitpunkt seines Auslesens Einschwingvorgänge absolvieren kann und diese vorzugsweise beim Beginn seines Auslesens bereits abgeschlossen hat. Die Auslesezeit eines Sensor-Elements ist dann nur noch durch die tatsächliche Datentransferzeit gegeben, wohingegen die den Datentransfer vorgeschaltete Einschwingzeit eliminiert ist. Anders ausgedrückt werden die Funktionseinheiten in einem dem eigentlichen Auslesen vorgelagerten Verfahrensabschnitt in einen Gleichgewichtszustand gebracht, ausgehend von welchem das eigentliche Auslesen dann unverzögert erfolgen kann.
Eine der Erfindung zugrundeliegende grundsätzliche Idee bei der Ausgestaltung der Schaltkreis-Anordnung als Sensor- Anordnung besteht darin, die Pixel-Frequency zu erhöhen, indem Einschwingvorgänge zeitlich effektiv versteckt werden. Das im Stand der Technik auftretende Problem einer zu geringen Auslesegeschwindigkeit ist somit gelöst oder zumindest stark reduziert.
Vorzugsweise wird die folgende Signaltransfer-Strategie implementiert: 1) Der sequentielle Signaltransfervorgang (z.B. Auslesen) zwischen den Funktionseinheiten (z.B. Sensor- Felder) und der Signaleinheit der Schaltkreis-Anordnung (z.B, Sensor-Anordnung) ist nicht wahlfrei, sondern definiert festgelegt (zum Beispiel entsprechend ansteigender Adressen, zeilenweise) . 2) Funktionseinheiten, die gemäß dem Stand der Technik in einer einzigen Signalleitung (z.B. Spaltenleitung) realisiert sind, werden in zwei oder mehr neuen Sub- Signalleitungen (z.B. Sub-Spaltenleitungen) realisiert.
Solche Sub-Signalleitungen werden zu Signalleitungsgruppen zusammengefasst . 3) Es werden simultan zwei oder mehr Ansteuerleitungen (z.B. Zeilenleitungen) ausgewählt (z.B. mittels eines Zeilendecoders) bzw. zu einer Ansteuerleitungsgruppe zusammengefasst . Anders ausgedrückt werden gleichzeitig ausgewählte Ansteuerleitungen zu Ansteuerleitungsgruppen zusammengefasst. Eine ausgewählte Ansteuerleitung (z.B. Zeilenleitung) kann exklusiv mit Funktionseinheiten einer
Sub-Signalleitung gekoppelt werden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird jeweils eine bestimmte Funktionseinheit ausgelesen, die sowohl einer ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe als auch einer ausgewählten
Signalleitungsgruppe zugeordnet ist. Solche als Sensor- Elemente realisierte Funktionseinheiten, die in nachfolgenden Zyklen zum Auslesen vorgesehen sind, und sowohl einer ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe als auch einer nicht ausgewählten Signalleitungsgruppe angehören, werden mit einer zugehörigen Puffereinheit gekoppelt, so dass diese bereits Einschwingvorgänge absolvieren können, vorzugsweise über eine Mehrzahl von Signaltransferzyklen (z.B. Auslesezyklen) vorgeschalteter Funktionseinheiten (z.B. Sensor-Elemente) hinweg. 4) Es wird ein zusätzlicher Predecoder im Auslesepfad mit nachgeschalteten Puffern bereitgestellt.
Sensoren, die zu einer der zumindest zwei ausgewählten Ansteuerleitungen (Zeilenleitungen) gehören, sind dann entweder mit dem vollständigen Datenpfad oder mit einer Puffereinheit gekoppelt. Mit anderen Worten können solche Sensoren der ausgewählten Ansteuerleitungen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade nicht ausgelesen werden, in dieser Periode einschwingen. Der hieraus resultierende
Zeitgewinn führt zu einer erhöhten Pixel -Frequency und somit Frame-Frequency und ermöglicht ein schnelleres Auslesen der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung .
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Jede Ansteuerleitungsgruppe weist vorzugsweise genau zwei
Ansteuerleitungen auf. Ferner weist jede Signalleitungsgruppe vorzugsweise genau zwei Signalleitungen auf.
Die Schaltkreis-Anordnung ist vorzugsweise als monolithisch integrierte Schaltkreis-Anordnung eingerichtet. Ist die Schaltkreis-Anordnung monolithisch integriert vorgesehen, insbesondere in einem Halbleiter-Substrat (z.B. Silizium- Wafer, Silizium-Chip) gebildet, ist eine miniaturisierte Realisierung der Schaltkreis-Anordnung möglich. Mit den ausgereiften Prozessen im Rahmen der Silizium-Mikroelektronik ist ein technologisch gut handhabbares Herstellen der Schaltkreis-Anordnung möglich. Bei einer integrierten Realisierung der Schaltkreis-Anordnung sind ferner Signalwege kurz und somit die erreichbaren Auslesezeiten gering. Ferner ist aufgrund der im Mikrometerbereich und darunter dimensionierbaren Funktionseinheiten eine hervorragende räumliche Auflösung möglich.
Die Funktionseinheiten können Sensor-Felder sein und derart eingerichtet sein, dass mittels des Signaltransfers zwischen der jeweils ausgewählten Funktionseinheit und der Signaleinheit ein Sensorsignal der als Sensor-Feld ausgestalteten ausgewählten Funktionseinheit auslesbar ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung wird die Schaltkreis-Anordnung als Sensor-Anordnung ausgeführt . Bei dieser sind eine Mehrzahl von Sensor-Feldern vorzugsweise matrixförmig angeordnet, wobei Sensorsignale der Sensor-Felder gemäß der erfindungsgemäßen Architektur ausgelesen werden, was wegen dem Eliminieren bzw. Verringern von Einschwingvorgängen zu einer beschleunigten Auslesbarkeit führt . Somit kann die zeitliche Auflösung der als Sensor-Anordnung realisierten
Schaltkreis-Anordnung verbessert werden.
Vorzugsweise ist die Schaltkreis-Anordnung als Biosensor- Anordnung realisiert. Zum Beispiel können auf der Oberfläche der Biosensor-Anordnung eine Mehrzahl von Nervenzellen aufgewachsen werden, und die elektrischen Impulse der Nervenzellen biosensorisch detektiert werden. Alternativ können auf den Sensor-Feldern der als Biosensor-Anordnung ausgestalteten Schaltkreis-Anordnung Fängermoleküle immobilisiert werden, die mit in einem zu untersuchenden Analyten befindlichen makromolekularen Biopolymeren hybridisieren können. Hybridisierungsereignisse können dann mittels eines Sensorsignals zum Beispiel elektrisch und/oder optisch nachgewiesen werden. Eine solche Biosensor-Anordnung ist insbesondere im Bereich des High-Throughput-Screening vorteilhaft .
Die Funktionseinheiten können Speicherzellen sein und derart eingerichtet sein, dass mittels des Signaltransfers zwischen der jeweils ausgewählten Funktionseinheit und der Signaleinheit ein Informationssignal der als Speicherzelle ausgestalteten ausgewählten Funktionseinheit auslesbar ist. Bei dieser Ausgestaltung ist jede Funktionseinheit eine Speicherzelle, beispielsweise eine DRAM-Speicherzelle oder eine EPROM-Speicherzelle. Beim Auslesen des Speicherinhalts aus den Speicherzellen führen Einschwingvorgänge der einzelnen Speicherzellen ebenfalls zu einer Erhöhung der Auslesezeit und somit zu verschlechterten Zugriffszeiten. Erfindungsgemäß ist die Auslesezeit erniedrigt und die
Zugriffszeit reduziert, indem Einschwingvorgänge vor dem eigentlichen Auslesevorgang durchgeführt werden und die einzelnen Speicherzellen zu Beginn eines Auslesezyklus bereits in einem zum Auslesen bereiten Zustand befindlich sind, das heißt in einem oder zumindest nahe einem
Gleichgewichtszustand.
Es ist ferner anzumerken, dass bei einer Ausgestaltung der Schaltkreis-Anordnung als Speicherzellen-Anordnung auch das Programmieren der Speicherzellen in beschleunigter Weise durchgeführt werden kann, d.h. ein Signaltransfer von einer Steuereinheit hin zu den Speicherzellen, da auch Einschwingvorgänge beim Programmieren der Speicherzellen effektiv ausgeschaltet oder reduziert werden können, indem die Einschwingvorgänge vor dem eigentlichen Speichern ohne Beeinflussung der Funktionalität der sonstigen Programmierung absolviert werden.
Die Funktionseinheiten können alternativ Wiedergabefelder sein und derart eingerichtet sein, dass mittels des Signaltransfers zwischen der jeweils ausgewählten Funktionseinheit und der Signaleinheit ein wiederzugebendes Signal der als Wiedergabefeld ausgestalteten ausgewählten
Funktionseinheit bereitgestellt wird.
Bei dieser Ausgestaltung der Funktionseinheiten als Wiedergabefelder ist die Schaltkreis-Anordnung beispielsweise eine Anzeigevorrichtung, zum Beispiel eine LCD-Vorrichtung oder eine andere Anzeigevorrichtung mit Pixelelementen. Das Wiedergeben von optisch wahrnehmbarer oder sonstiger Information auf der Schaltkreis-Anordnung kann mittels des erfindungsgemäßen Prinzips beschleunigt vorgenommen werden, so dass die Frequenz, mit der neue Bilder auf der
Anzeigeeinheit aufgebaut werden, erhöht wird. Somit kann die Schaltkreis-Anordnung als Anzeige-Anordnung eingerichtet sein.
Ferner kann die Schaltkreis-Anordnung eine Verstärkereinheit aufweisen, die zum Verstärken eines von der ausgewählten
Funktionseinheit der Signaleinheit bereitgestellten Signals eingerichtet ist. Insbesondere bei einer Ausführung der Schaltkreis-Anordnung für biosensorische Anwendungen sind die erhaltenen Signale häufig von sehr kleiner Amplitude und werden vorzugsweise verstärkt, bevor sie einer externen Weiterverarbeitungselektronik bereitgestellt werden.
Die Schaltkreis-Anordnung kann einen Weiterverarbeitungs- Teilschaltkreis zum Verarbeiten eines zu transferierenden Signals aufweisen, welcher Weiterverarbeitungs-
Teilschaltkreis zumindest teilweise in einer jeweiligen Puffereinheit einer jeweiligen Signalleitungsgruppe enthalten sein kann. Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Teil der Komponenten (z.B. Verstärker, Komparator, Analog-Digital- Wandler, Referenzstromquelle etc.) einer Peripherie- Elektronik in jeder der Puffereinheiten (oder einem Teil davon) integriert werden. Dies hat den Vorteil, dass beim Einschwingen einer Funktionseinheit diese mit den in der Puffereinheit enthaltenden Komponenten des Weiterverarbeitungs-Teilschaltkreis bereits gekoppelt ist, so dass auch die Einschwingzeit dieser Komponenten dem eigentlichen Signaltransfer zeitlich vorgelagert werden kann. Dies führt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Ausleserate.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1A eine Sensor-Anordnung gemäß dem Stand der Technik,
Figur 1B eine andere Sensor-Anordnung gemäß dem Stand der Technik,
Figuren 2A, 2B schematische Darstellungen, anhand welcher ein Aspekt der Erfindung erläutert wird,
Figur 3A eine Sensor-Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Betriebszustand,
Figur 3B die Sensor-Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem zweiten Betriebszustand,
Figur 4 eine Detailansicht einer Signaleinheit der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figuren 5 und 6 schematische Darstellungen, anhand welcher das erfindungsgemäße Auslesen von Sensor-Elementen erläutert wird,
Figur 7 eine schematische Ansicht einer als Biosensor- Anordnung ausgestalteten Schaltkreis-Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 8 eine Sensor-Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 9 eine Sensor-Anordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 10 eine Sensor-Anordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.2A, Fig.2B eine Grundidee der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung beschrieben.
In Fig.2A ist das Prinzip des Auslesens von Sensor-Elementen einer Sensor-Anordnung gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Gezeigt ist eine Spaltenleitung 104 mit einer Mehrzahl von Sensor-Elementen 102 und einem ausgewähltem Sensor-Element 102a. Ferner sind Zeilenleitungen 103 gezeigt. Das ausgewählte Sensor-Element 102a ist in einem Kreuzungsbereich einer ausgewählten Zeilenleitung 103 und der ausgewählten Spaltenleitung 104 angeordnet, wobei ein Sensorsignal des ausgewählten Sensor-Elements 102a an den Spaltendecoder 106 bereitgestellt wird. Wird das Sensor- Element 102a ausgewählt, so muss vor dem eigentlichen Ausleseprozess, d.h. der Signalübertragung an Spaltendecoder 106, das ausgewählte Sensor-Element 102a Einschwingvorgänge absolvieren, bis es in einen für' das Auslesen ausreichend stabilen Zustand gebracht ist. Deshalb ist die Pixel- Frequency gering und das Auslesen langsam.
In Fig.2B ist die erfindungsgemäße Realisierung schematisch dargestellt. Es sind eine Mehrzahl von Sensor-Elementen 200 gezeigt, wobei jedes Sensor-Element 200 mit einer zugehörigen Zeilenleitung 201 und einer zugehörigen Spaltenleitung 202 gekoppelt ist. Erfindungsgemäß wird nun nicht, wie in Fig.2A, eine einzige Zeilenleitung ausgewählt, sondern zwei
Zeilenleitungen 201 (auch Ansteuerleitungen genannt) einer ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 203. Ferner wird im
Unterschied zu Fig.2A gemäß Fig.2B nicht eine einzige Spaltenleitung 202 ausgewählt, sondern zwei einer ausgewählten Signalleitungsgruppe 204 zugeordnete
Spaltenleitungen 202 (auch Signalleitungen genannt) .
Ein ausgewähltes Sensor-Element 200a steht zum baldigen Auslesen an. Dieses zum baldigen Auslesen anstehende ausgewählte Sensor-Element 200a gehört sowohl zu der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 203 als auch zu der ausgewählten Signalleitungsgruppe 204. Ein Schalter-Element 207 eines Predecoders 205 ist derart geschaltet, dass das zum baldigen Auslesen ausgewählte Sensor-Element 200a mit einer Puffereinheit 206 gekoppelt ist. Somit hat in dem in Fig.2B gezeigten Betriebszustand das ausgewählte Sensor-Feld 200a bereits mit Einschwingvorgängen begonnen, bevor der eigentliche Ausleseprozess stattfindet. Wird die ausgewählte Ansteuerleitungsgruppe 203 und die ausgewählte
Signalleitungsgruppe 204 derart justiert und die in Fig.2B nicht gezeigte Peripherie-Elektronik derart geschaltet, dass nunmehr das ausgewählte und eingeschwungene Sensor-Element 200a sein Sensorsignal zum Auslesen an die Peripherie- Elektronik freigeben soll, so ist für dieses tatsächliche Auslesen eine gegenüber Fig.2A um die Einschwingzeit verkürzte Auslesezeit erreicht. Somit ist es gemäß Fig.2B ermöglicht, aufgrund der erhöhten Pixel-Frequency die Sensor- Elemente 200 beschleunigt auszulesen.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.3A eine Sensor- Anordnung 300 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei die Sensor-Anordnung 300 in
Fig.3A in einem ersten Betriebszustand gezeigt ist.
Die Sensor-Anordnung 300 ist in einem Silizium-Substrat 301 monolithisch integriert. Die Sensor-Anordnung 300 weist eine Mehrzahl von auf dem Silizium-Substrat 301 angeordneten Sensor-Elementen 302 auf. Ferner sind eine Mehrzahl von Ansteuerleitungsgruppen vorgesehen, wobei jede Ansteuerleitungsgruppe mindestens zwei von einer Mehrzahl von Ansteuerleitungen 303 (gemäß Fig.3A Zeilenleitungen) aufweist, von denen jede mit vier der Sensor-Elemente 302 gekoppelt ist . Ferner sind eine Mehrzahl von Signalleitungsgruppen bereitgestellt, wobei jede Signalleitungsgruppe zwei Signalleitungen 305 (gemäß Fig.3A Spaltenleitungen) aufweist, von denen jede mit zwei der Sensor-Elemente 302 gekoppelt ist. Für jede
Signalleitungsgruppe ist eine zugeordnete Puffereinheit 307 vorgesehen. Ferner ist eine mit den Ansteuerleitungsgruppen gekoppelte Ansteuereinheit 308 gezeigt, die derart eingerichtet ist, dass mittels eines Ansteuersignais an den
Ansteuerleitungen 303 einer auszuwählenden
Ansteuerleitungsgruppe 304 die mit den Ansteuerleitungen 303 der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 304 gekoppelten Sensor-Elemente 302 mit den zugehörigen Signalleitungen 305 gekoppelt werden (wie in den vergrößerten Darstellungen von Fig.lA gezeigt). Darüber hinaus enthält die Sensor-Anordnung 300 eine mit den Signalleitungen 305 gekoppelte Signaleinheit 309. Die Signaleinheit 309 ist derart eingerichtet, dass sie jeweils genau eine der Signalleitungsgruppen 306 auswählt derart, dass von denjenigen Sensor-Elementen 302, die sowohl der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 304 als auch der ausgewählten Signalleitungsgruppe 306 angehören, jeweils genau ein ausleseausgewähltes Sensor-Element 302b zum Signaltransfer zwischen diesem ausleseausgewählten Sensor- Element 302b und der Signaleinheit 309 ausgewählt wird. Ferner ist die Signaleinheit 309 derart eingerichtet, dass sie von denjenigen Sensor-Elementen 302, die sowohl der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 304 als auch einer nicht ausgewählten Signalleitungsgruppe angehören, jeweils genau ein einschwingausgewähltes Sensor-Element 302a mit der zugehörigen Puffereinheit 307 koppelt, womit ein Einschwingen dieses einschwingausgewählten Sensor-Elements 302a ermöglicht ist.
Mittels eines Adress-Generators 314 werden der Signaleinheit 309 und der Ansteuereinheit 308 Ansteuersignale zum Adressieren der Sensor-Elemente 302 bereitgestellt.
Die Signaleinheit 309 ist gebildet aus einem Predecoder 310 mit ersten Schalter-Elementen 311, den Puffereinheiten 307 und dem Signaldecoder 312. Dem Signaldecoder 312 nachgeschaltet ist eine Peripherie-Elektronik 313, die zum Nachverstärken eines aus einem ausleseausgewählten Sensor-
Element 302b ausgelesenen Sensorsignals eingerichtet ist.
Im Weiteren wird die Funktionalität der Sensor-Anordnung 300 näher beschrieben. Die Sensor-Anordnung 300 ist ein 4x4 Sensor-Array, wobei in Fig.3A ein erster Betriebszustand der Sensor-Anordnung 300 gezeigt ist. Die von der Ansteuereinheit 308, die auch als Zeilendecoder bezeichnet werden kann, angesprochenen Zeilenleitungen 303 sind jene, die der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 304 zugeordnet sind. Das aktuell ausgelesene Sensor-Element wird als das ausleseausgewählte Sensor-Element 302b bezeichnet. In dem in Fig.3A gezeigten Betriebszustand werden die Sensor-Elemente 302 der gemäß Fig.3A oberen ausgewählten Zeilenleitung 303 der Reihe nach ausgelesen. Nach dem Ende jedes
Auslesevorgangs, der dem Beginn des Auslesevorgangs des
Sensorsignals des nachfolgenden Sensor-Elements entspricht, werden die entsprechenden Schalter-Elemente 311 des Predecoders 310 umgeschaltet. Als Ergebnis davon wird ein
Sensor-Element der gemäß Fig.3A unteren ausgewählten
Ansteuerleitung 303 an den zugehörigen Puffer 307 geschaltet und kann mit dem Einschwingen beginnen. Gemäß Fig.3A sind diejenigen Sensor-Elemente, die bereits mit dem Einschwingen begonnen haben und in demnächst anstehenden Auslesezyklen zum Auslesen anstehen, als einschwingausgewählte Sensor-Elemente 302a bezeichnet. Die Ziffern in den einschwingausgewählten Sensor-Elementen 302a in Fig.3A symbolisieren die Zeit in Einheiten der inversen Pixel-Frequenz, die das jeweilige einschwingausgewählte Sensor-Element 302a bereits eingeschwungen ist. Das an den Datenpfad 311-307-315-313 angeschlossene ausleseausgewählte Sensor-Element 302b hat hierbei die größte Zeitperiode zum Einschwingen zur Verfügung gehabt (vier Zeiteinheiten) . Das nächste zum Auslesen anstehende Sensor-Element hat entsprechend die zweitgrößte Zeitperiode beim Einschwingen verbracht, nämlich drei Zeiteinheiten. Das zuletzt auszulesende einschwingausgewählte Sensor-Element 302a ist zu diesem Zeitpunkt für die Dauer einer inversen Pixel-Frequenz eingeschwungen. Sind alle Sensor-Elemente der oberen ausgewählten Ansteuerleitung 303 ausgelesen, werden als nächstes die Sensor-Elemente der gemäß Fig.3A unteren ausgewählten Ansteuerleitung 303 der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 304 ausgelesen. Außerdem wird die bisher obere ausgewählte Ansteuerleitung 303 deselektiert und dafür eine zusätzliche neue Ansteuerleitung 304 mittels der Ansteuereinheit 308 angesprochen. Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.3B ein zweiter
Betriebszustand der in Fig.3A gezeigten Sensor-Anordnung 300 beschrieben.
In dem zweiten Betriebszustand gemäß Fig.3B sind weiterhin die gleichen Ansteuerleitungen 303 und somit die gleiche Ansteuerleitungsgruppe 304 ausgewählt wie gemäß Fig.3A. Allerdings ist nunmehr das Paar von Signalleitungen 305, das der nunmehr ausgewählten Signalleitungsgruppe 306 zugeordnet ist, gemäß Fig.3B um eine Spalte nach rechts verschoben. Gemäß dem Betriebszustand von Fig.3B wird nunmehr das Sensorsignal des nunmehr ausleseausgewählten Sensor-Elements 302b ausgelesen, das gemäß dem Betriebszustand von Fig.3A das einschwingausgewählte Sensor-Element 302a war, das zum Betriebszustand von Fig.3A bereits für drei Zeiteinheiten eingeschwungen war. Ferner ist nun dasjenige Sensor-Element der Sensor-Elemente 302, das gemäß Fig .3A in derselben Ansteuerleitung wie das in Fig.3A mit der Zeiteinheit "1" gekennzeichnete einschwingausgewählte Sensor-Element 302a um eine Position nach rechts versetzt befindlich ist, 'nunmehr ebenfalls zum Einschwingen ausgewählt.
Anschaulich werden, wie beim Übergang in Fig.3A nach Fig.3B gezeigt, die einschwingausgewählten beziehungsweise ausleseausgewählten Sensor-Elemente 302a, 302b sukzessive von links nach rechts verschoben. Nachdem ein solcher Verschiebezyklus abgelaufen ist, wird ein neues Paar von Ansteuerleitungen 303 zum Bilden der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe 304 ausgewählt.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.4 eine Detailansicht einer schaltungstechnischen Ausgestaltung der Signaleinheit 309 beschrieben. Für jede Gruppe von zwei Signalleitungen 305 ist in der Signaleinheit 309 ein Funktionsblock 400 vorgesehen. Die Funktionsblöcke 400 sind jeweils im Wesentlichen baugleich, so dass nur für das gemäß Fig.4 linke Paar von Signalleitungen 305 der detaillierte Aufbau des Funktionsblocks 400 beschrieben wird.
Das dem Funktionsblock 400 zugeordnete Paar von Signalleitungen 305 ist aus einer ersten Signalleitung 401a und einer zweiten Signalleitung 401b gebildet. Die erste Signalleitung 401a ist mit einem ersten Source-/Drain-Bereich eines ersten Schalt-Transistors 402 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt-Transistors 402 ist mit einem ersten Source-/Drain-Bereich eines zweiten Schalt- Transistors 403 gekoppelt, dessen zweiter Source-/Drain- Anschluss mit der zweiten Signalleitung 401b gekoppelt ist. Der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt- Transistors 402 und der erste Source-/Drain-Bereich des zweiten Schalt-Transistors 403 sind mit einem Eingang des den Signalleitungen 401a, 401b zugeordneten Puffers 307 gekoppelt. Der Ausgang des Puffers 307 ist mit einem ersten Source-/Drain-Bereich eines dritten Schalt-Transistors 404 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des dritten Schalt-Transistors 404 ist mit der Peripherie-Elektronik 313 gekoppelt, die in Fig.4 nur schematisch angedeutet ist.
Für alle Funktionsblöcke 400 gemeinsam ist eine Pointer- Schaltung 405 vorgesehen, welcher an einem Eingang 406 ein Taktsignal CLK bereitgestellt ist. Ein Ausgang 407 der
Pointer-Schaltung 405 ist mit dem Gate-Bereich des dritten Schalt-Transistors 404 und mit einem ersten Eingang eines Flip-Flops 408 gekoppelt. Ein erster Ausgang des Flip-Flops 408 ist mit dem Gate-Anschluss des ersten Schalt-Transistors
402 gekoppelt. Ferner ist ein zweiter Ausgang des Flip-Flops 408 mit dem Gate-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 403, mit einem zweiten Eingang des Flip-Flops 408 und mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines vierten Schalt- Transistors 409 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Anschluss des vierten Schalt-Transistors 409 ist auf das elektrische Massepotential 410 gebracht. Der Gate-Anschluss des vierten Schalt-Transistors 409 ist mit einem Signal INIT steuerbar.
Im Weiteren wird die Funktionalität der schaltungstechnischen Realisierung der Signaleinheit 309 aus Fig.4 beschrieben.
Fig.4 zeigt ein Beispiel für die Realisierung des Predecoders 310 und des Signaldecoders 312 der Sensor-Anordnung 300. Das Taktsignal CLK steuert die Pointer-Schaltung 405 an, so dass sukzessive alle Spaltenadressen (beziehungsweise Adressen der Signalleitungen 305) angesprochen werden. Bei jedem Wechsel einer Spalte 305 wird die fallende Flanke der die Schalt- Transistoren (im Beispiel Aktiv-High) ansteuernden Pointer- Schaltung-Ausgangssignale in dem Toggle-Flip-Flop 408 im Predecoder 310 detektiert und zum Schalten der Sub-Spalten 305 verwendet. Die beiden Zustände des Toggle-Flip-Flops 408 entsprechen der Auswahl einer Sub-Spalte (Sub-Signalleitung) , die mit einer Zeile beziehungsweise Ansteuerleitung gerader oder ungerader Adresse verschaltet ist. Mit Hilfe des Steuersignals INIT lassen sich alle Toggle-Flip-Flops 408 aller Funktionsblöcke 400 in einen definierten Anfangszustand versetzen, so dass die Sensoradressierung eindeutig ist.
In dem erläuterten Beispiel befinden sich die Puffereinheiten 307 zwischen Predecoder 310 und Signaldecoder 312. Dementsprechend ist es möglich, den limitierenden Einfluss, den die Einschwingzeit der Sensor-Elemente 302 auf die Pixel-
Frequenz hat, zu reduzieren.
Häufig sind auch Einschwingzeiten in den peripheren Schaltungen 313 im nachgeschalteten Datenpfad maßgeblich. Um die Pixel-Frequenz zusätzlich zu erhöhen, ist es prinzipiell möglich, Funktionalitäten dieser peripheren Schaltungen 313 zumindest teilweise (zum Beispiel die Signalverstärkungs- Komponenten) in eine Ebene zwischen Predecoder 310 und Signaldecoder 312 zu verschieben. Eine solche Realisierung erfolgt unter Abwägung zwischen der Erhöhung der Auslesegeschwindigkeit und dem erforderlichen Flächenaufwand.
Im Weiteren wird basierend auf der schematischen Darstellung von Fig.5, Fig.6 nochmals der Vorteil der erfindungsgemäßen Architektur hinsichtlich skalierter Arrays erläutert.
In Fig.5 ist schematisch das Prinzip dargestellt, mit dem die Pixel-Frequency mittels des erfindungsgemäß dem eigentlichen Auslesen eines Sensor-Elements vorgelagerten Einschwingens, das heißt mittels effektiven Eliminierens der Einschwingzeit t0, vergrößert werden kann.
In Fig.5 schematisch dargestellt ist die erreichbare Auslesezeit bei einer herkömmlichen Realisierung 500 einer Sensor-Anordnung, verglichen mit der erfindungsgemäßen Realisierung 501. Bei der herkömmlichen Realisierung ist die Auslesezeit tPixeι zum Auslesen eines Pixels das Reziproke der Pixel-Frequenz fpj.xeι und setzt sich zusammen aus der Einschwingzeit und der tatsächlichen Auslesezeit.
Dagegen ist erfindungsgemäß die zum Auslesen eines Pixels erforderliche Zeit tpixeι_new gegenüber tPixeι um die Einschwingzeit t0 verkürzt, die ein mit einem Auslesepfad gekoppeltes Sensor-Element zum Erreichen eines Gleichgewichtszustands benötigt. Solche Einschwingvorgänge werden erfindungsgemäß dem eigentlichen Auslesen eines Sensor-Feldes vorgelagert.
Gemäß Fig.5 gilt folgender Zusammenhang:
_ 1 _ • tpixel ~ ~ - to + fcPixel new d > tpixel
Die maximal mögliche Zeit t0, welche mittels des erfindungsgemäßen Schemas beim Auslesen eines Pixels eingespart werden kann, hängt von der Anzahl der Spalten #c in der Sensor-Anordnung ab: o = (ttc-1-) tpi el _ new (2)
Aus Gleichungen (1) , (2) ergibt sich für die Pixel-Frequenz fpixei_new des erfindungsgemäßen Schemas:
fpixel new =#C fPixel (3)
Mit der Nomenklatur gemäß Fig.5, Fig.6 ergeben sich die Frame-Frequency für das herkömmliche Schema 500, fFrae/ und für das erfindungsgemäße Schema 501, fFrame_new für eine
Schaltkreis-Anordnung einer bestimmten Geometrie sowie einer skalierten Version dieser Schaltkreis-Anordnung zu: _ fpixel _ fPixel , Λ \ fFrame - —— - ~^ ( )
rame new - „ ~#C ^Frame (5) #R fpixel _ rame f Frame ( 6 ) s N sz i Frame new - — tFrame (7) — s
Hierbei ist N die Anzahl der Positionen einer Sensor- Anordnung, #R ist die Anzahl der Zeilen. Ferner ist s# die Anzahl der Spalten einer skalierten Sensor-Anordnung bei einem Skalierungsfaktor s, s#R ist die Anzahl der Zeilen der skalierten Sensor-Anordnung. Ferner ist N*=Ns2 die Anzahl von Positionen in der skalierten Sensor-Anordnung, f*pixeι ist die Pixel-Frequency in einer herkömmlichen skalierten Sensor- Anordnung, f* Frme ist die Frame-Frequency in einer herkömmlichen skalierten Sensor-Anordnung, f*pixeι_ne ist die Pixel-Frequency in einer erfindungsgemäßen skalierten Sensor- Anordnung, f*Frame_new ist die Frame-Frequency in einer erfindungsgemäßen skalierten Sensor-Anordnung
In Tab.l sind die berechneten Werte für das herkömmliche Schema 500 und für das erfindungsgemäße Schema 501 zusammengefasst. Es ist aus Tab.l entnehmbar, dass unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schemas ein Absenken der Array-Auslesegeschwindigkeit bei Skalierung der Anzahl der Spalten und Zeilen mit jeweils einem Faktor s mit Hilfe der Spaltenzahl #c kompensiert werden kann.
Figure imgf000029_0001
gemäß skaliertes s N S #c f Pixel S #c f Frame Array
Tabelle 1
Zusammenfassend ist aus Fig.5 das Prinzip der Erhöhung der Pixel -Frequency mittels Versteckens der Einschwingzeit t0 auf einen vorgelagerten Einschwing-Abschnitt erkennbar. Aus Fig.6 sind Kenngrößen der Pixel -Frequency und der Frame-Frequency für die herkömmliche und die erfindungsgemäße Sensorarray- Architektur mit N Positionen bei #c Spalten- beziehungsweise Signalleitungen und #R Zeilen- beziehungsweise Ansteuerleitungen gezeigt, sowie für ein skaliertes Array mit s#c Spalten- beziehungsweise Signalleitungen und s#R Zeilenbeziehungsweise Ansteuerleitungen. Die Parameter, die sich auf das skalierte Array beziehen, sind mit einem hochgestellten "*" gekennzeichnet. Das Array ist in Fig.6 mit Bezugszeichen 600 gekennzeichnet, das skalierte Array mit Bezugszeichen 601.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.7 eine Biosensor- Anordnung 700 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Biosensor-Anordnung 700 ist in Fig.7 schematisch dargestellt.
Der Nachweis bestimmter DNA-Sequenzen mit der Biosensor- Anordnung 700 beruht auf der Detektion von elektrochemisch generierten zeitlich veränderlichen elektrischen Strömen an den einzelnen Sensor-Positionen. Die notwendige Auslesegeschwindigkeit ist somit von den Zeitkonstanten der elektrochemischen Reaktionen beziehungsweise den damit korrelierten physikalischen Vorgängen (zum Beispiel Diffusion) bestimmt. Solche Zeitkonstanten von größenordnungsmäßig 500ms sind im Vergleich zu den in der Elektronik üblichen reziproken Frequenzen groß. Ferner ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Stromsignale in einem Dynamikbereich von etwa lpA bis lOOnA liegen.
Ein wichtiger Mechanismus, der die Geschwindigkeit in elektronischen Schaltungen bestimmt, besteht darin, dass ein Treiberstrom I eine Kapazität C (zum Beispiel die Gate- Kapazität eines MOS-Transistors) um einen bestimmten Spannungshub ΔU umladen muss. Solche UmladeVorgänge finden zum Beispiel während der Einschwingphasen von Schaltungen statt. Die hierfür erforderliche Zeit Δt ergibt sich zu Δt=ΔU*C/l. Betrachtet man beispielsweise den unteren Bereich möglicher Sensorströme, ergibt sich mit I=lpA, ΔU=1V, C=lpF bereits eine Zeit von Δt=1000ms. Der im Beispiel verwendete Wert für die Kapazität ist eher klein gewählt, wenn man an damit verknüpfte erzielbare statistische Genauigkeiten von Schaltungskomponenten im Unterschwellstrombereich denkt.
Diese Abschätzungen zeigen, dass das DNA-Sensor-Array trotz der auf den ersten Blick scheinbar geringen Anforderungen hinsichtlich der Auslesegeschwindigkeit ein geeignetes System ist, die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung zu implementieren.
Bei der Biosensor-Anordnung 700 ist ein Sensorfeld-Bereich
701 bereitgestellt, in dem Biosensor-Elemente 702 matrixförmig angeordnet sind. Von diesen Biosensor-Elementen
702 ist in Fig.7 zum Zwecke der Vereinfachung nur ein einziges dargestellt. Bei einem Sensorereignis an dem Biosensor-Element 702 tritt ein Sensorstrom Isensor auf, der typischerweise in der Größenordnung zwischen lpA und lOOnA ist. Dieser wird unter Verwendung eines Sensorfeld- Verstärker-Elements 703 verstärkt. Bei entsprechenden
Schalterstellungen eines Zeilenauswahl-Schalters 704 und eines Spaltenauswahl-Schalters 705 kann das Sensorsignal
Isensor in die Peripherie-Elektronik 313 eingekoppelt werden.
Die Peripherie-Elektronik 313 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig.7 weist ein erstes Peripherie-Verstärker-Element 706 mit einem Eingang und zwei Ausgängen auf. An dem Eingang kann das Sensorsignal Isensor des Biosensor-Elements 702 bereitgestellt werden. Ein erster Ausgang des ersten
Peripherie-Verstärker-Elements 706 ist mit einem Eingang eines zweiten Peripherie-Verstärker-Elements 707 gekoppelt. Ein zweiter Ausgang des ersten Peripherie-Verstärker-Elements 706 ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 712 gekoppelt, dessen zweiter Eingang mit einer
Referenzstromquelle 711 zum Bereitstellen eines Referenzstroms IRef gekoppelt ist . Der Ausgang des Komparators 712 ist mit einem Eingang eines Latch 713 gekoppelt, welcher Latch 713 mit einem Steuersignal Comp_Valid gesteuert wird. Das Ausgangssignal des Latch 713 steuert das zweite
Peripherie-Verstärker-Element 707 und ist an einem ersten Eingang eines Transfer-Glieds 709 bereitgestellt. Ein Ausgang des zweiten Peripherie-Verstärker-Elements 707 ist mit einem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 708 gekoppelt, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des Transfer-Gliedes 709 gekoppelt ist. Das Transfer-Glied 709 wird mit einem Steuersignal Data_Valid gesteuert. Ein Ausgang des Transfer- Glieds 709 ist mit einem Eingang eines Ausgabe-Registers 710 gekoppelt .
Fig.7 zeigt einen Datenpfad zum Auslesen des elektronischen DNA-Sensor-Arrays 700 in schematischer Weise. Separat dargestellt sind als Blöcke der Sensorfeld-Bereich 701 und die Peripherie-Schaltung 313. Im Sensorfeld-Bereich 701 ist exemplarisch das Biosensor-Element 702 dargestellt, das über die Zeilen- und Spaltenauswahl-Schalter 704, 705 mit der peripheren Schaltung 313 koppelbar ist. Das primäre Sensorsignal Isensor wird schon im Biosensor-Element 702 mit einer ersten Verstärkung A0 unter Verwendung des Sensorfeld- Verstärker-Elements 703. vorverarbeitet. In dem peripheren Schaltungsblock 313 wird das Signal dann mit einer Verstärkung AI unter Verwendung des ersten Peripherie- Verstärker-Elements 706 nachverstärkt und kopiert. Da es nicht in jedem Fall vorteilhaft ist beziehungsweise schwierig sein kann, einen Analog-Digital-Wandler 708 für den gleichen Dynamikbereich auszulegen wie von dem primären Sensorsignal Isensor vorgegeben, ist im Beispiel aus Fig.7 eine Bereichsanpassung vorgesehen. So lassen sich die fünf Dekaden des primären Sensorsignals (lpA bis lOOnA) auf einen entsprechend geringen Dynamikbereich am Eingang des Analog- Digital-Wandlers 708 abbilden. Dazu wird eine Kopie des Sensor-Signals nach der Verstärkung AI einer KomparatorSchaltung 712 (oder mehrerer Komparatorschaltungen) zugeführt und dort mit einem Referenzstrom IRef verglichen. Als Ergebnis dieser Operation werden Bereichsauswahlbits erhalten, die einer konfigurierbaren Nachverstärkung A2 unterzogen werden, realisiert mittels des zweiten Peripherie- Verstärker-Elements 707. Das Ergebnis der A/D-Wandlung unter Verwendung des Analog-Digital-Wandlers 708 wird gemeinsam mit den Bereichsauswahlbits in ein Ausgangs-Register 710 geschrieben und kann dort ausgelesen werden. Um notwendige Einschwingzeiten klein zu halten, werden die digitalen Daten mit Hilfe der Steuersignale Comp_Valid, Data_Valid gelatcht .
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.8 eine Sensor-Anordnung 800 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei der die Peripherie-Schaltung 801 ähnlich wie in der in Fig.7 gezeigten Weise realisiert ist.
Gemäß Fig.8 ist eine Spaltenleitung 305 eines ausleseausgewählten Sensor-Elements 302b mit einem Eingang des ersten Peripherie-Verstärker-Elements 706 gekoppelt, welcher die Funktionalität der in Fig.3A gezeigten Puffereinheit 307 übernimmt. Das erste Peripherie-Verstärker- Element 706 weist zwei Ausgänge auf. Ein erster Ausgang des ersten Peripherie-Verstärker-Elements 706 ist mit einem Eingang des zweiten Peripherie-Verstärker-Elements 707 gekoppelt, dessen Ausgang mit einem Eingang des Analog- Digital-Wandlers 708 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Analog- Digital-Wandlers 708 ist mit einem Eingang eines Ausgabeblocks 802 gekoppelt. Ferner ist ein zweiter Ausgang des ersten Peripherie-Verstärker-Elements 706 mit einem ersten Eingang des Komparators 712 gekoppelt, dessen zweiter Eingang mit der Referenzstromquelle IRef(l-n) 711 gekoppelt ist. Der Ausgang des Komparators 712 ist mit einem Steuereingang (zum Bereitstellen eines Steuersignals) des zweiten Peripherie-Verstärker-Elements 707 gekoppelt und ist mit dem Ausgabeblock 802 gekoppelt.
Fig.8 zeigt eine Implementierung entsprechend der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Architektur, wobei die
Nachverstärkerstufe AI 706 in einer Ebene zwischen dem Predecoder 310 und dem Signaldecoder 803 angeordnet ist.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.9 eine Biosensor- Anordnung 900 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die in Fig.9 gezeigte Biosensor-Anordnung 900 unterscheidet sich von der in Fig.8 gezeigten Biosensor-Anordnung 800 dadurch, dass die Peripherie-Elektronik 901 in Fig.9 verglichen mit Fig.8 modifiziert vorgesehen ist. In Fig.9 sind Referenzstromquellen 711 und Komparatoren 712 in die
Ebene zwischen Signaldecoder 803 und Predecoder 310 verschoben. Mittels Verschiebens von Funktionalitäten in die
Ebene zwischen Komponenten 310 und 803 wird die
Auslesegeschwindigkeit zusätzlich erhöht, indem solche Komponenten in die versteckten Einschwingvorgänge miteinbezogen werden.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig.10 eine Biosensor- Anordnung 1000 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die in Fig.10 gezeigte Biosensor-Anordnung 1000 unterscheidet sich von der in Fig.9 gezeigten Biosensor-Anordnung 900 dadurch, dass zusätzlich zu den bereits in Fig.9 in die Ebene zwischen Komponenten 310 und 803 verschobenen Komponenten der Peripherie-Elektronik 1001 in Fig.10 zusätzlich auch noch die zweiten Peripherie-Verstärker-Elemente 707 zwischen Komponenten 310 und 803 geschaltet sind. Dadurch ist die Auslesegeschwindigkeit weiter vergrößert .
Es ist anzumerken, dass ähnlich einer in Fig.9 und Fig.10 gezeigten Weise auch andere Komponenten der Peripherie- Elektronik in die Ebene zwischen Signaldecoder 803 und Predecoder 310 verschoben werden können. In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] Thewes, R et al . "Sensor arrays for fully electronic DNA detection on CMOS", in Proc. ISSCC 2002, p.350
[2] DE 102 47 889 AI
[3] EP 1 217 364 A2
[4 ] WO 01/75462 AI
[5 ] DE 101 33 363 AI
Bezugszeichenliste
100 Sensor-Anordnung 101 Substrat 102 Sensor-Element 102a ausgewähltes Sensor-Element 103 Zeilenleitungen 104 Spaltenleitungen 105 Zeilendecoder 106 Spaltendecoder 107 Peripherie-Elektronik 108 Adress-Generator 109 Sensor-Feld 110 Schalter-Element 111 Auswahl-Schalter 150 Sensor-Anordnung 151 erster Verstärker 152 Referenzstromquelle 153 Komparator 154 zweiter Verstärker 155 Analog-Digital-Wandler 156 Ausgabe-Einheit 200 Sensor-Element 200a ausgewähltes Sensor-Element 201 Zeilenleitungen 202 Spaltenleitungen 203 ausgewählte Ansteuerleitungsgruppe 204 ausgewählte Signalleitungsgruppe 205 Predecoder 206 Puffereinheit 207 Schalter-Element 300 Sensor-Anordnung 301 Silizium-Substrat 302 Sensor-Elemente 302a einschwingausgewähltes Sensor-Element 302b ausleseausgewähltes Sensor-Element 303 Ansteuerleitungen
304 ausgewählte Ansteuerleitungsgruppe 305 Signalleitungen
306 ausgewählte Signalleitungsgruppe
307 Puffereinheit
308 Ansteuereinheit
309 Signaleinheit
310 Predecoder
311 erste Schalter-Elemente
312 Signaldecoder
313 Peripherie-Elektronik
314 Adress-Generator
315 zweites Schalter-Element 400 Funktionsblock
401a erste Signalleitung 401b zweite Signalleitung
402 erster Schalt-Transistor
403 zweiter Schalt-Transistor
404 dritter Schalt-Transistor
405 Pointer-Schaltung
406 Eingang
407 Ausgang
408 Flip-Flop
409 vierter Schalt-Transistor
410 Massepotential
500 herkömmliche Realisierung
501 erfindungsgemäße Realisierung
600 Array
601 skaliertes Array
700 Biosensor-Anordnung
701 Sensorfeld-Bereich
702 Biosensor-Element
703 Sensorfeld-Verstärker-Element 704 Zeilenauswahl-Schalter 705 Spaltenauswahl-Schalter
706 erstes Peripherie-Verstärker-Element
707 zweites Peripherie-Verstärker-Element
708 Analog-Digital-Wandler
709 Transfer-Glied
710 Ausgabe-Register
711 Referenzstromquelle
712 Komparator
713 Latch
800 Biosensor-Anordnung
801 Peripherie-Elektronik
802 Ausgabeblock 803 Signaldecoder
900 Biosensor-Anordnung
901 Peripherie-Elektronik
1000 Biosensor-Anordnung
1001 Peripherie-Elektronik

Claims

Patentansprüche:
1. Schaltkreis-Anordnung
• mit einem Substrat; • mit einer Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Funktionseinheiten;
• mit einer Mehrzahl von Ansteuerleitungsgruppen, wobei jede Ansteuerleitungsgruppe mindestens zwei Ansteuerleitungen aufweist, von denen jede mit mindestens zwei der Funktionseinheiten koppelbar ist;
• mit einer Mehrzahl von Signalleitungsgruppen, wobei jede Signalleitungsgruppe mindestens zwei Signalleitungen aufweist, von denen jede mit mindestens zwei der Funktionseinheiten koppelbar ist; • mit einer Puffereinheit für jede Signalleitungsgruppe;
• mit einer mit den Ansteuerleitungsgruppen gekoppelten Ansteuereinheit, die derart eingerichtet ist, dass mittels Anlegens eines Ansteuersignais an die Ansteuerleitungen einer auszuwählenden Ansteuerleitungsgruppe die mit den Ansteuerleitungen der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe gekoppelten Funktionseinheiten mit den zugehörigen Signalleitungen gekoppelt werden;
• mit einer mit den Signalleitungen gekoppelten Signaleinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie o jeweils genau eine der Signalleitungsgruppen auswählt derart, dass von denjenigen Funktionseinheiten, die sowohl der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe als auch der ausgewählten Signalleitungsgruppe angehören, jeweils genau eine Funktionseinheit zum Signaltransfer zwischen dieser Funktionseinheit und der Signaleinheit ausgewählt wird; o von denjenigen Funktionseinheiten, die sowohl der ausgewählten Ansteuerleitungsgruppe als auch einer nicht ausgewählten Signalleitungsgruppe angehören, jeweils genau eine Funktionseinheit mit der zugehörigen Puffereinheit koppelt, womit ein Einschwingen dieser Funktionseinheit ermöglicht ist .
2. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 1, bei der jede Ansteuerleitungsgruppe genau zwei Ansteuerleitungen aufweist.
3. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jede Signalleitungsgruppe genau zwei Signalleitungen aufweist .
4. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die als monolithisch integrierte Schaltkreis-Anordnung eingerichtet ist.
5. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Funktionseinheiten Sensor-Felder sind und derart eingerichtet sind, dass mittels des Signaltransfers zwischen der jeweils ausgewählten Funktionseinheit und der Signaleinheit ein Sensorsignal der als Sensor-Feld ausgestalteten ausgewählten Funktionseinheit auslesbar ist.
6. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eingerichtet als Biosensor-Anordnung.
7. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Funktionseinheiten Speicherzellen sind und derart eingerichtet sind, dass mittels des Signaltransfers zwischen der jeweils ausgewählten Funktionseinheit und der
Signaleinheit ein Informationssignal der als Speicherzelle ausgestalteten ausgewählten Funktionseinheit auslesbar ist .
8. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Funktionseinheiten Wiedergabefelder sind und derart eingerichtet sind, dass mittels des Signaltransfers zwischen der jeweils ausgewählten Funktionseinheit und der Signaleinheit ein wiederzugebendes Signal der als Wiedergabefeld ausgestalteten ausgewählten Funktionseinheit bereitstellbar ist.
9. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8 , eingerichtet als Anzeige-Anordnung.
10. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Verstärkereinheit, die zum Verstärken eines von der ausgewählten Funktionseinheit der Signaleinheit bereitgestellten Signals dient.
11. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Weiterverarbeitungs-Teilschaltkreis zum Verarbeiten eines zu transferierenden Signals, welcher zumindest teilweise in einer jeweiligen Puffereinheit einer jeweiligen Signalleitungsgruppe enthalten ist.
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