DE2718093A1

DE2718093A1 - Eingangsstufe fuer ein ladungsverschiebetiefpassfilter

Info

Publication number: DE2718093A1
Application number: DE19772718093
Authority: DE
Inventors: Roger Benoit-Gonin; Jean-Luc Berger; Sylvain Fontanes
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1977-11-03
Also published as: JPS52130264A; US4145676A; JPS6112405B2; DE2718093C3; DE2718093B2; FR2349236A1; GB1524664A; FR2349236B1

Description

Patentanvv, älto

Dip!-Ing Dipl-Chem Dipl-Ing. J7 18093

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergersi ras se 19

8 München 60

THOMSON - CSF 22. April 1977

173» Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 2176

Eingangsstufe für ein Ladungsverschiebetiefpaßfilter

Die Erfindung betrifft Tiefpaßfilter, bei welchen die Verschiebung von elektrischen Ladungen in einem Halbleiter ausgenutzt wird. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Eingangsstufe für ein solches Filter, welche die Dämpfung der Störfrequenzen bewirkt.

Bei der Schaffung von Ladungsverschiebetiefpaßfiltern, die oft auch als transversale Filter bezeichnet werden, stellt sich ein übliches Problem, das mit der Tatsache verknüpft

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ist,daß in der Eingangsstufe eine Abtastung vorgenommen wird. Wenn das Eingangssignal eine Komponente der Frequenz Fs enthält, die etwa gleich der Frequenz Fe der Abtastung ist, ergeben sich nämlich durch Mischung der Frequenzen zwei Störsignale bei den Spiegelfrequenzen Fe+Fs und Fe-Fs. Da es sich um die Schaffung eines Tiefpaßfilters handelt, wird die obere Spiegelfrequenz Fe+Fs zwar automatisch eliminiert, es besteht jedoch die Gefahr, daß die untere Spiegelfrequenz Fe-Fs durch das Filter übertragen wird und in dem Ausgangssignal erscheint, wenn gilt Fe-Fs<Fc, wobei Fc die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters ist.

Es ist bekannt, zur Lösung dieses Problems dem Transversalfilter ein Bandsperrzusatzfilter hinzuzufügen, welches in dem Eingangssignal alle Komponenten unterdrückt, deren Frequenzen zwischen Fe-Fc und Fe+Fc liegen. Ein solches Zusatzfilter befindet sich außerhalb des Transversalfilters, das im allgemeinen aus RC-Gliedern aufgebaut ist. Die Tatsache, daß es sich außerhalb des Tiefpaßfilters befindet, ist insbesondere hinsichtlich des Platzbedarfes ein Nachteil. Ein zweiter Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Dämpfung in dem zu eliminierenden Band unzureichend ist: sie überschreitet im allgemeinen ein Verhältnis von 4 nicht.

Ziel der Erfindung ist es, in die Eingangsstufe eines solchen Transversalfilters ein Bandsperrfilter zu integrieren, das unter Anwendung eines Cosinusfilterungsverfahrens realisiert wird.

Genauer gesagt, die Eingangsstufe besteht in einer Ausführungs-

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form aus:

- zwei parallelen Kanälen, an die gleichzeitig das Eingangssignal angelegt wird;

- herkömmlichen Abtasteinrichtungen an jedem der Kanäle, aber mit einer Relativphasenverschiebung zwischen den Kanälen von To ( wobei mit den vorstehenden Bezeichnungen

2 ,
gilt Te = -^);

- Einrichtungen zum Addieren der beiden Abtastwerte, wobei auf diese Weise die Komponenten mit Frequenzen in der Nähe von Fe eliminiert werden.

Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Ergebnisse der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 das Funktionsblockschaltbild eines

Ladungsverschiebetiefpaßfilters,

ein Frequenzdiagramm,

ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform von Fig. 5,

ein Frequenzspektrum,

eine erste Ausführungsform der Eingangsstufe nach der Erfindung,

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Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5

Fig. 6 ein Diagramm der an die Anordnung

nach der Erfindung angelegten Signale,

Fig. 7 ein Schema zur Erläuterung der Be

triebsweise der Anordnung von Fig. 5,

Fig. 8 · eine Variante der Anordnung von

Fig. 5,

die Fig. 10 und 9 eine zweite Ausführungsforra der

Anordnung nach der Erfindung bzw. ihr Ersatzschaltbild,

die Fig. 12 und 11 eine dritte Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung bzw. ihr Ersatzschaltbild, und

die Fig. 13 und 14 Schaltbilder von Ausführungsvarianten

der Anordnungen von Fig. 9 bzw. 11.

In den verschiedenen Figuren tragen gleich Elemente gleiche Bezugszeichen.

Fig. 1 zeigt das Funktionsschaltbild eines auch als Transversalfilter bezeichneten Tiefpaßfilters, das mit Ladungsverschiebung arbeitet.

Ein Eingangssignal e(t) wird an eine Abtasteinrichtung 1 angelegt, die mit der Periode Te arbeitet. Das so abgetaste-

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te Signal f(t) geht nacheinander durch eine Reihe von N Elementen R....R-. hindurch, die jeweils eine Verzögerung hervorrufen, welche gleich einer ganzen Zahl von Perioden Te ist. An dem Ausgang jedes Verzögerungselements R wird das Signal entnommen, um mit einem Koeffizienten h....h durch Multiplizierelemente M,...R. multipliziert zu werden, die an dem Ausgang der Verzögerungselemente R, bzw. R_ bzw. ... R angeordnet sind. Die verschiedenen Signale, die von den Elementen M geliefert werden, werden anschließend durch eine Addierschaltung 2 summiert, die das Ausgangssignal S(t) abgibt.

Der Aufbau eines solchen Filters mit Hilfe von Ladungsverschiebeanordnungen ist bekannt und insbesondere in einem Aufsatz "Transversal filtering using charge-transfer devices", beschrieben, der durch die IEEE in Journal of Solid-State Circuits, April 1973, Band SC 8, Nr. 2, S. 138, veröffentlicht worden ist.

Fig. 2 zeigt ein Frequenzdiagramm, welches das Problem der störenden Spiegelfrequenzen veranschaulicht. In diesem Diagramm sind die Abtastfrequenz Fe und das theoretische Durchlaßband 3 der Transversalfilters von-Null bis zur Grenzfrequenz Fc dargestellt. Außerdem ist eine Komponente des EingangssignaIs der Frequenz Fs dargestellt, die etwa gleich der Abtastfrequenz Fe ist, d. h. zwischen Fe-Fc und Fe+Fc liegt, sowie die StörSpiegelfrequenz Fe-Fs, die durch das Filter vollständig übertragen wird, wenn keine Vorfilterung auf der Höhe seiner Eingangsstufe vorgenommen wird.

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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild, welches das Prinzip der Eingangsstufe nach der Erfindung veranschaulicht, in der das Cosinusfilterungsverfahren zur Anwendung kommt.

Das Eingangssignal e(t) wird gleichzeitig an zwei Kanäle 4 und 5 angelegt. In dem Kanal 4 wird das Signal durch ein Element 6 mit der Frequenz Fe abgetastet. In dem Kanal 5 wird es ebenfalls (durch ein Element 7) mit der Frequenz Fe abgetastet, aber mit einer Phasenverschiebung von Te/2 gegenüber dem Kanal 4. Der erste Abtastwert (Kanal 4) wird durch das Element 8 um eine Zeitdauer, die gleich Te/2 ist, verzögert, damit er zu dem vorhergehenden (in der Addierschaltung 9) addiert werden kann, um das Signal f(t) zu bilden, das zu dem eigentlichen Transversalfilter geleitet wird.

Die Berechnung zeigt, daß der Frequenzgang einer solchen Anordnung die Form einer Cosinusfunktion hat, für deren Absolutbetrag geschrieben werden kann:

S (F)

X E(F-k.Fe).cos ( - k.|-

(D

wobei S und E die Fourier-Transformierten der Signale f bzw. e sind und wobei k ein ganzzahliger Wert ist.

Für die Überprüfung, ob die Dämpfung der Komponenten bei den Spiegelfrequenzen erreicht wird, wird ein Eingangssignal e(t) betrachtet, dessen Frequenzspektrum mit Hilfe einer Torfunktion ausgedrückt werden kann, d.h. mit einer Bandbreite AF um die Abtastfrequenz Fe herum. Man erhält dann als Frequenzgang IS (F)I der Anordnung die Kurve von Fig.4,

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.γ.

d. h. eine Frequenzkurve, die sowohl für die Frequenz Fe (k=0) und für die Frequenz F=O (k=-l) durch Null geht, mit einer wesentlichen Dämpfung in dem Band 4F um diese Frequenzen herum.

Die Berechnung, die den in Fig.4 dargestellten Ausdruck

(1) zu erhalten gestattet, wird für den Fall von vollkommenen,

d. h. unendlich dünnen Abtastelementen (6 und 7) ausgeführt.

Man stellt fest, daß für wirkliche Abtastelemente die Dämpfung in dem Intervall AF um die Frequenz F=O herum nicht wesentlich beeinflußt wird.

Eine Eingangsstufe gemäß dem Blockschaltbild von Fig. 3 gestattet somit das Unterdrücken der Störkomponenten der Frequenz Null und das Dämpfen der Störkomponenten der in dem Intervall AF= [o,Fc] gelegenen Frequenzen, die von den EingangsSignalen herrühren, deren Frequenz zwischen Fe-Fc und Fe+Fc liegt.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Eingangsstufe nach der Erfindung, die dem Blockschaltbild von Fig. 3 entspricht.

Die Anordnung besteht in der für Ladungsverschiebeanordnungen üblichen Weise aus einem Halbleitersubstrat, beispielsweise aus Silicium, das mit einer Isolierschicht 10 (beispielsweise Siliciumoxid) und mit auf der Schicht 10 angebrachten Elektroden bedeckt ist.

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-y-

Diese Anordnung enthält Einrichtungen für die Abtastung des EingangssignaIs e(t), die aus folgenden Elementen bestehen:

- zwei Dioden D, und D-, welche aus dotierten Zonen In dem Halbleitersubstrat gebildet sind; sie liefern elektrische Ladungen, welche longitudinal (d. h. in Richtung einer Achse Oz in Fig. 5) in zwei parallelen und elektrisch gegeneinander isolierten Kanälen 4 bzw. 5 verschoben werden können;

- vier Elektroden, die quer auf den Kanälen angeordnet sind, und zwar hintereinander angeordnet über dem Kanal 4 die

Elektroden G., und G.„ und über dem Kanal 5 die Elektroden 41 42

Gc₁ und G₁-„, die auf Potentialen liegen, welche in der unten dargelegten Weise gewählt sind, damit die elektrischen Ladungen,die sich in jedem der Kanäle 4 und 5 ausbreiten, Abtastwerte des Signals e(t) darstellen, welche gegeneinander um Te/2 phasenverschoben sind, wie in dem Schaltbild von Fig. 3 dargestellt.

Über dem Kanal 4 sind ferner, wie die Elektroden G,. und G,„, zwei weitere Elektroden 41 und 42 mit derselben Breite angeordnet, während der Kanal 5 auf derselben Höhe nur eine einzelne Elektrode 51 aufweist, die die doppelte Breite wie die vorgenannten hat. Auf diese Weise wird mittels der angelegten Potentiale, wie weiter unten erläutert, eine Verzögerung, die gleich Te/2 ist, in dem Kanal 4 hervorgerufen ( der dem Element 8 in Fig. 3 entspricht).

Schließlich endigt die Eingangsstufe in Fig. 5 in einer Elektrode 12, die sich gleichzeitig über beide Kanäle erstreckt und so die Summe der in jedem der Kanäle erzeugten

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Abtastwerte (Element 9 in Fig. 3) bildet, welche das Signal f(t) darstellt.

Nach der Elektrode 12 versinnbildlicht eine Achse XX die Grenze der Eingangsstufe des Filters (Element 1 in Fig. 1). Hinter dieser Achse XX sind Elektroden 13 und 14 angeordnet, die der Elektrode. 12 analog sind, aber erste Elemente des eigentlichen Tiefpaßfilters bilden, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Es kann in jeder bekannten Technik aufgebaut sein, vorzugsweise ist es aber in der Technik der Ladungsverschiebeanordnungen oder der Eimerkettenleitungen aufgebaut.

Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird anhand von Fig. 6 erläutert, die die Form der verschiedenen Signale zeigt, welche an die Anordnung angelegt werden, und anhand von Fig. 7, welche eine Schnittansicht zeigt, die die Verschiebungen von elektrischen Ladungen veranschaulicht, welche in dem Kanal 5 im Verlauf von verschiedenen Betriebsphasen erfolgen.

In der gesamten folgenden Beschreibung wird angenommen, daß das Halbleitersubstrat N-leitend ist. Bei einem P-leitenden Substrat genügt es dann, die Polarität aller angelegten Potentiale umzukehren.

Das Diagramm von Fig. 6a zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung eines Potentials 0,,das an den Elektroden 42, 13 und 51 anliegt. Es handelt sich um eine Rechteckimpuls-

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funktion der Periode Te, deren Amplitude sich zwischen 0 und -V ändert.

Das Diagramm von Fig. 6b zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung eines Potentials 0₂, das an die Elektroden 41, 12 und 14 angelegt ist. Es ist gleich dem Potential 0 , aber gegenüber diesem um Te/2 phasenverschoben.

Das dritte Diagramm in Fig. 6c zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung eines Potentials 0_FC-i» das an die Elektrode G,. des Kanals 4 angelegt ist. Es handelt sich um einen periodischen (Periode Te) Impuls mit einer Amplitude -Vp, der gegenüber dem Rechteckimpuls mit der Amplitude -V des Signals 0, verzögert ist.

Das vierte Diagramm in Fig. 6d zeigt die zeitliche Änderung eines an die Elektrode G₁... des Kanals 5 angelegten Potentials 0„__o. Es handelt sich um das gleiche Signal wie 0,^₁, es ist aber gegenüber letzterem um Te/2 phasenverschoben.

In dieser Ausführungsform erfolgt die Injektion von Ladungen in den Halbleiter folgendermaßen.

Die Dioden D, und D^ sind mit einer Gleichspannungsquelle V_ und insbesondere mit einer positiven Gleichspannungsquelle +V in dem Fall verbunden, in welchem die Dioden aus einer P-leitenden Zone 15 in einem N-leitenden Substrat 11 bestehen, das dann auf ein Potential +V , welches größer als das

Potential V ist, gebracht wird, um zu vermeiden, daß die

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Dioden in Durchlaßrichtung betrieben werden (Fig. 7a).

Betrachtet man den Kanal 5, so ist zu erkennen, daß in einer ersten Phase, die durch Fig. 7a veranschaulicht wird, die Gateelektrode G₁-, auf ein Potential 0-,„~ gebracht wird, das gleich -V_F ist und durch eine gestrichelte Linie 16 in dem Substrat 11 unter der Elektrode G₁-, dargestellt ist. In demselben Zeitpunkt hat das an die Gateelektrode Gr« angelegte Eingangssignal e(t) einen Wert, der durch die Linie 17 dargestellt ist. Die Elektrode 51 wird auf einem Potential 0^ = 0 gehalten (Linie 19). Die Ladungsträger, die durch die Diode Dc- geliefert werden, werden somit entsprechend einem in den Ladungsverschiebeanordnungen üblichen Prozeß in die benachbarten Zonen unter die Elektroden G₁-, und G,- verschoben, bis unter diesen Elektroden eine Zone mit gleichförmigem Potential (Linie 18) gebildet ist, das durch das Vorspannungspotential der Diode D,- festgelegt ist.

In einer zweiten Phase, die durch Fig. 6b veranschaulicht wird, ist das Potential 0. immer Null, aber das Potential 0_.„_ ist ebenfalls Null. Es bleiben dann unter der einzelnen Elektrode G₁-- elektrische Ladungen, deren Menge von der Vorspannung V„ der Diode D- und von dem Wert des Eingangssignals e(t) während der Dauer eines Impulse 0_Fr« abhängig ist. Das Signal e(t) wird auf diese Weise abgetastet.

Das dritte Diagramm in Fig. 7c veranschaulicht die Verschiebung der Ladungen, die zuvor unter der Elektrode G,-~ gehal-

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ten wurden, unter die Elektrode 51 während einer Phase, in welcher 0,=-V gilt. Es sei angemerkt, daß in diesem Zeitpunkt die Elektrode G₁._ von dem Signal e(t) durch einen Schalter 53 isoliert ist, der in Synchronismus mit dem Signal 0₁ gesteuert wird, wie in Fig. 5 dargestellt.

Selbstverständlich erfolgt die Injektion der elektrischen Ladungen in den Kanal 4 in derselben Weise, aber mit einer Voreilung um Te/2 gegenüber dem Kanal 5.

In dem Schaltbild von Fig. 5 ist zu erkennen, daß die Ladungen des Kanals 4 zu der gemeinsamen Elektrode 12 mit Hilfe von zwei Elektroden 41 und 42 verschoben werden, welche die Signale 0, bzw. 0~ empfangen, während die Ladungen des Kanals 5 auf ihrem Weg zu der Elektrode 12 nur auf eine einzige Elektrode 51 treffen, was bedeutet, daß der in dem Kanal 4 gebildete Abtastwert und der mit einer Verzögerung von Te/2 in dem Kanal 5 gebildete Abtastwert gleichzeitig unter der Elektrode 12 ankommen, wo sie somit addiert werden.

Fig. 8 zeigt eine Variante der Anordnung von Fig. 5, in der die Durchführung der Abtastung sich durch die angelegten Signale unterscheidet, in der aber die Struktur (Substrat, Dioden und Elektroden) unverändert bleibt.

Wenn die Signale 0_vn, und 0,,^₀ immer an den Elektroden G.. bzw. Gr-, anliegen, werden nämlich die einerseits an die Dioden D, und D,- und andererseits an die Elektroden G,~ und

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Ge« angelegten Signale vertauscht. In Fig. 8 liegt an den Dioden D, und D₅ das Eingangssignal e(t) über Umschalter 43 bzw. 53 an, die synchron mit den Signalen 0. und 0₂ gesteuert werden, wie in Fig. 5 angegeben.

Die Betriebsweise ist der oben beschriebenen analog.

Es sind noch weitere Methoden zur Durchführung der Abtastung des Eingangssignals bekannt, wie beispielsweise die Potentialausgleichsmethode, die in der Anordnung nach der Erfindung benutzt werden können, ohne deren Prinzip (Fig. 3) oder deren Aufbau aus zwei parallelen Kanälen, die gegenphasig arbeiten, eine ungleiche Anzahl von Elektroden tragen und durch ein und dieselbe Summierelektrode verbunden sind, zu verändern.

Oben ist eine Eingangsstufe beschrieben worden, die eine sogenannte Elementarzelle aufweist, welche eine (cos —5— )· oder Cosinusfilterung vornimmt. Es ist möglich, zur Verbes-

0 TT T? ¹To

serung der Wirksamkeit der Filterung eine (cos s ) -

oder Cosinusquadratfilterung oder allgemeiner eine (cos —s—^:— )-Filterung oder Filterung im Cosinus n-ter Potenz durchzuführen. Es ergibt sich.dadurch eine Verbesserung der Dämpfung für die Frequenzen in der Nähe der gesperrten Frequenz Fe.

Zur Durchführung einer Cosinusquadratfilterung können zwei gleiche Elementarzellen, die aber gegenphasig arbeiten, parallel angeordnet werden, wie das Blockschaltbild von Fig. 9 zeigt.

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Die erste Zelle ist wie die Zelle von Fig. 3 aufgebaut, trägt die gleichen Bezugszeichen und gibt aufgrund des EingangssignaIs e(t) ein Signal e,(t) am Ausgang der Addierschaltung 9 ab.

Die zweite Zelle ist in derselben Weise aus zwei Kanälen aufgebaut: der erste Kanal 61, der dem Kanal 4 der ersten Zelle entspricht, enthält ein Abtastelement 64 und ein Element 63, welches eine Verzögerung Te/2 einführt. Der zweite Kanal 62 enthält ein Abtastelement 65, das aufgrund des EingangssignaIs e(t) ein Signal liefert, welches gegenüber dem des Kanals 61 um Te/2 phasenverschoben ist. Die von beiden Kanälen gelieferten Signale werden durch ein Element 66 addiert, das ein Signal e~(t) liefert, welches in Gegenphase zu dem Signal e.(t) ist.

Das Signal e„(t) wird daher um Te/2 verzögert (Element 67), um zu dem Signal e.(t) addiert zu werden (Element 68), damit ein Signal f,(t) abgegeben wird, welches das Eingangssignal des Tiefpaßfilters darstellt.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Schaltung von Fig. 9.

Hinsichtlich der Kanäle 4 und 5 ist die Ausführung gleich der von Fig. 5 und es wird ein Signal e,(t) an dem Ausgang einer Elektrode 69 erhalten, die sich über die Gesamtanordnung aus den beiden Kanälen 4 und 5 erstreckt, wie die Elektrode 12 von Fig. 5.

Die Kanäle 61 und 62 tragen Elektroden, welche in analoger

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Weise angeordnet sind, um ein Signal e_(t) am Ausgang einer Elektrode 70 zu erzeugen, die der Elektrode 12 analog ist.

Zur Erzeugung einer Verzögerung des Signals e_(t), die gleich Te/2 ist (Element 67 von Fig. 9) wird in der gleichen Weise wie zuvor vorgegangen: man benutzt eine einzige Elektrode 69 auf dem Weg des Kanals e (t) und zwei getrennte Elektroden 70 und 71 auf dem Weg des Signals e_?(t), die gegenphasig mit Spannung versorgt werden (Signale 0₁ und 0₂ in Fig. 10).

Die Signale e, und e_ werden mit Hilfe einer einzigen Elektrode 72 addiert, die sich über die Gesamtanordnung der Kanäle 4, 5, 61 und 62 erstreckt und das Signal f,(t) liefert.

Wie zuvor, markiert die Achse XX die Grenze zwischen der Eingangsstufe und dem Transversalfilter.

Die Fig. 11 und 12 sind Schemata einer weiteren Ausführungsform der Eingangsstufe nach der Erfindung, in der noch eine Cosinusquadratfilterung durchgeführt wird, die folgendermas-

f FTe

sen geschrieben werden kann:

4 TF Te

2 1t F Te

+ e

Te

D ir F Te

1 + e

-j ff F Te

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-j Λ" F Te -2j ir F Te

1+2 e +e

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d. h. man kann eine (cos —s )-Filterung erhalten,

indem man das nichtverzögerte Signal zu dem gleichen Signal addiert, das um Te/2 verzögert ist, versehen mit einem Faktor 2, und schließlich zu dem gleichen Signal, das um Te verzögert ist.

Das Funktionsblockschaltbild ist in Fig. 11 angegeben. Es enthält drei Kanäle:

- den Kanal 27, in welchem das Signal e(t)gemäß dem Signal

0„_,.. (Element 20) und unverzögert abgetastet wird; EC I

- den Kanal 28, in welchem das Signal e(t) gemäß dem Signal 0_EC2 (Element 22) abgetastet, dann um Te/2 (Element 23) verzögert und mit zwei multipliziert wird (Element 21);

- den Kanal 29, in welchem das Signal e(t) gemäß dem Signal 0_Ί (Element 24) abgetastet und um Te verzögert wird (EIement 25).

Die durch die drei Kanäle erzeugten Signale werden anschlies· send addiert (Element 26), um das Eingangssignal f_?(t) des Filters zu erzeugen.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform einer solchen Schaltung.

Fig. 12 zeigt wieder drei voneinander isolierte Kanäle 27, 28 und 29, von denen einer,der Kanal 28, eine doppelte Breite hat, um den Faktor 2 auszudrücken.

Die Kanäle enthalten jeweils Einrichtungen zum Abtasten des Signals, nämlich eine Diode D und zwei Elektroden, welche

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das Abtastsignal (0_Eoi oder 0_F~~ je nach dem Kanal) bzw.

das Eingangssignal (e) empfangen, sowie Elektroden, deren Breite in der Ausbreitungsrichtung Oz der Ladungen in der Anordnung wie zuvor von der Verzögerung abhängig ist, die dem Signal zu geben ist. Das wird durch eine einzelne Elektrode 30 für den Kanal 27, zwei Elektroden 31 und 32 von halber Breite für den Kanal 28 und drei Elektroden 33, 34 und 35, deren Breite dreimal kleiner ist als die der Elektrode 30, für den Kanal 29 ausgedrückt.

Die durch die verschiedenen Kanäle erzeugten Signale werden durch eine Elektrode 36 addiert, die sich über die Gesamtanordnung der Kanäle erstreckt.

Die Fig. 13 und 14 zeigen Funktionsblockschaltbilder einer

Eingangsstufe, in welcher eine (cos —~ )-Filterung

entweder mit Hilfe von parallel geschalteten Elementarzellen (Fig. 13) oder durch Zerlegen des Ausdrucks des Cosinus wie bei der Ausführung der Fig. 11 und 12 vorgenommen wird.

In Fig. 13 ist jede Elementarzelle in der in Fig. 3 gezeigten Weise aufgebaut, d.h. aus zwei Kanälen, welche jeweils ein mit E bezeichnetes Abtastelement aufweisen, die gegenphasig arbeiten und von denen einem ein Element R nachgeschaltet ist, das eine Verzögerung Te/2 einführt. Die beiden Kanäle endigen in einem Addierglied S.

Die Anordnung von Fig. 13 enthält vier Elementarzellen, welche paarweise gegenphasig arbeiten und durch ein Addierglied

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S verbunden sind, wobei eine Verzögerung um Te/2 in einem der Kanäle eingeführt wird (Element R). Schließlich sind die beiden Gruppen aus zwei Zellen miteinander in derselben Weise verbunden, um das Ausgangssignal fo(t) der Stufe zu erzeugen.

Gemäß Fig. 14 ergibt die Zerlegung des Cosinus eine Anordnung mit vier Kanälen 37-40, welche jeweils ein Abtastelement E enthalten, das wie zuvor mit einer derartigen Phase gesteuert wird, daß die zu addierenden Signale in Phase sind Der erste Kanal 37 überträgt das abgetastete Signal direkt zu einem Addierglied S, und zwar ohne Verzögerung. Der zweite Kanal 38 überträgt das abgetastete Signal zu dem Addierglied R, nachdem es mit einem Faktor 3 multipliziert worden ist und eine Verzögerung von Te/2 (Element R) erhalten hat. Der dritte Kanal 39 überträgt das abgetastete Signal zu dem Addierglied S, nachdem es mit einem Faktor 3 multipliziert worden ist und eine Verzögerung von Te (Element R,) erhalten hat. Der vierte Kanal 40 überträgt das abgetastete Sig-

3Te nal zu dem Addierglied S, nachdem es um —γ- (Element R₂ verzögert worden ist.

Die praktische Ausführung ergibt sich aus den Fig. 13 und 14 in analoger Weise wie bei den Fig. 10 und 12 aufgrund der Fig. 9 und 11.

Schließlich ist es möglich, Eingangsstufen zu schaffen, die eine (cos —s )-Filterung vornehmen, wobei n>3 ist.

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Claims

Patentanwälte Dipl-lnfl Dipl-Chem Dipl.-Ing 27 T 8093 E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 THOMSON - CSP 22. April 1977 173, Bd. Haussmann 75008 PARIS / Frankreich Unser Zeichen: T 2176 PATENTANSPRÜCHE:

1.) Eingangsstufe für ein Ladungsverschiebetiefpaßfilter, mit einem Halbleitersubstrat, mit einer auf das Substrat aufgebrachten Isolierschicht und mit Einrichtungen zum Abtasten eines elektrischen Eingangssignals, welche eine in dem Substrat gebildete Diode und zwei auf der Isolierschicht angeordnete Abtastelektroden aufweisen, wobei die Abtastwerte aus elektrischen Ladungen bestehen, die sich in dem Substrat bewegen können, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens zwei isolierte Kanäle (4,5) aufweist, von denen jeder das Eingangssignal (e) empfängt und Abtasteinrichtungen (6,7) enthält, wobei die in einem Kanal vorgenommene Abtastung gegenüber der anderen eine Phasenverschiebung aufweist, die im wesentlichen gleich der halben Periode (Te/2) der Abtastung ist, daß Elektroden (41, 42, 51) auf jedem der Kanäle angeordnet sind, um den in einem der Kanäle erzeugten Abtastwert um eine Dauer zu verzögern, die gleich der Phasenverschiebung ist, und daß die Kanäle durch eine einzelne Summierelektrode (13) miteinander verbunden sind,

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die sich gleichzeitig über die beiden Kanäle (4,5) erstreckt und die Summe der in den beiden Kanälen gebildeten Abtastproben bildet.

2. Eingangsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal (4) außer den Abtasteinrichtungen zwei Elektroden (41,42) enthält, die gegenphasig mit einem Potential versorgt werden, dessen Wert sich mit der Zeit nach einer Rechteckimpulsfunktion ändert, deren Periode gleich der Abtastperiode ist, und daß der zweite Kanal (5) eine einzelne Elektrode (51) aufweist, die mit dem Potential in Phase mit der zweiten Elektrode (42) des ersten Kanals (4) versorgt wird, wobei die Summierelektrode (13) mit dem Potential in Phase mit der ersten Elektrode (51) des zweiten Kanals (5) versorgt wird.

3. Eingangsstufe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Elementarzellen, die aus zwei Kanälen bestehen, welche durch eine Summierelektrode miteinander verbunden sind, wobei die Elementarzellen paarweise gegenphasig arbeiten und im Bereich ihrer Ausgangswege über eine Summierelektrode miteinander verbunden sind, wobei durch ein Element auf einem der Ausgangswege eine Verzögerung hervorgerufen wird, die gleich der Phasenverschiebung ist, und wobei die Ausgänge dieser Gruppierungen miteinander in analoger Weise in aufeinanderfolgenden Stufen verbunden sind, um schließlich einen einzigen Ausgang für die Gesamtanordnung der Eleraentarzellen zu bilden.

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4. Eingangsstufe nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element, welches auf einem Ausgangsweg eine Verzögerung hervorruft, die gleich der Phasenverschiebung ist, aus zwei Elektroden besteht, die mit dem Potential gegenphasig versorgt werden, wobei die Summierelektrode, die nachgeschaltet ist, mit dem Potential in Phase mit der ersten der beiden vorgenannten Elektroden versorgt wird, und wobei der andere der beiden Ausgangswege, die mit der betreffenden Sununierelektrode verbunden sind, eine einzelne Elektrode trägt, die mit dem Potential gegenphasig zu der Summierelektrode versorgt wird.

5. Eingangsstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal (28), der zwei Elektroden (31,32) trägt, die doppelte Breite hat wie der zweite Kanal (27), der eine einzelne Elektrode (30) trägt, und daß ein dritter Kanal (29) vorgesehen ist, dessen Breite gleich der des zweiten Kanals (27) ist und der drei Elektroden (33,34,35) trägt, welche mit dem Potential nacheinander gegenphasig versorgt werden, wobei die dritte Elektrode (35) mit der zweiten Elektrode(32) des ersten Kanals (28) in Phase ist und wobei die drei Kanäle durch die Summier elektrode miteinander verbunden sind.

6. Eingangsstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal, der zwei Elektroden trägt, dreimal so breit ist wie der zweite Kanal, der eine einzelne Elektrode trägt, und daß ein dritter und ein vierter Kanal vorgesehen sind, wobei der dritte Kanal, dessen Breite gleich

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der des ersten Kanals ist, drei Elektroden trägt, die mit dem Potential nacheinander und gegenphasig versorgt werden, wobei die dritte in Phase mit der zweiten Elektrode des ersten Kanals ist, und wobei der vierte Kanal eine Breite hat, die gleich der des zweiten Kanals ist, und vier Elektroden trägt, die mit dem Potential nacheinander und gegenphasig versorgt werden, wobei die vierte in Phase mit der zweiten Elektrode des ersten Kanals ist und wobei die vier Kanäle durch die Summierelektrode miteinander verbunden sind.

7. Eingangsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Filterung im Cosinus n-ter Potenz durch Reihenzerlegung des Cosinus vornimmt und zu diesem Zweck mehrere Kanäle enthält, von denen jeder einem Glied der Reihenzerlegung entspricht, wobei jeder der Kanäle eine Breite hat,die von dem Multiplikationsfaktor des Gliedes abhängig ist, dem er entspricht, und eine Anzahl von Elektroden trägt, die von der Phasenverschiebung des Gliedes gegenüber den anderen Gliedern abhängig ist, und wobei die Kanäle durch die Summierelektrode miteinander verbunden sind.

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