DE2718093C2 - Eingangsstufe für ein LadungsverschiebetiefpaQ filter - Google Patents
Eingangsstufe für ein LadungsverschiebetiefpaQ filterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Tiefpaßfilter, bei welchen die Verschiebung von elektrischen Ladungen in einem
Halbleiter ausgenutzt wird. Sie bezieht sich insbesondere re 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 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 Fcdie Grenzfrequenz des
Tiefpaßfilters ist.
Jl Transversalfilter ein Bandsperrzusatzfilter hinzuzufü-
:% gen, welches in dem Eingangssignal alle Komponenten
νξ unterdrückt deren Frequenzen zwischen Fe-Fc und
;g Fe+Fc liegen. Ein solches Zusatzfilter befindet sich
jr.i außerhalb des Transversalfilters, das im allgemeinen aus
f§ ÄC-Gliedern aufgebaut ist Die Tatsache, daß es sich
:, außerhalb des Tiefpaßfilters befindet, ist insbesondere
' hinsichtlich des Platzbedarfes ein Nachteil. Ein zweiter -v. Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Dämpfung
\: in dem zu eliminierenden Banc* unzureichend ist: sie
f. überschreitet im allgemeinen ein Verhältnis von 4 nicht ίΗ Ziel der Erfindung ist es, in die Eingangsstufe eines
i; solche« Transversalfilters ein Bandsperrfilter zu inte-
?' grieren, das unter Anwendung eines Cosinusfilterungsverfahrens
realisiert wird. Genauer gesagt, die Eingangsstufe besteht in einer
ψ Ausführungsform aus:
— zwei parallelen Kanälen, an die gleichzeitig das
Eingangssignal angelegt wird;
— herkömmlichen Abtasteinrichtungen an jedem der Kanäle, aber mit einer Relativphasenverschiebung
-- : Ti
zwischen den Kanälen von -y- (wobei mit den
vorstehenden Bezeichnungen gilt Te = -ψ- );
— 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 Zeichnungen. Es zeigt
F i g. 1 das Funktionsblockschaltbild eines Ladungsverschiebetiefpaß
filters,
F i g. 2 ein Frequenzdiagramm,
F i g. 3 ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform von Fig. 5,
F i g. 4 ein Frequenzspektrum,
F i g. 5 eine erste Ausführungsform der Eingangsstufe nach der Erfindung,
F i g. 6 ein Diagramm der an die Anordnung nach der Erfindung angelegten Signale,
F i g. 7 ein Schema zur Erläuterung der Betriebsweise der Anordnung von F i g- 5,
F i g. 8 eine Variante der Anordnung von F i g. 5, die
Fig. 10 und 9 eine zweite Ausführungsform 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 l· i g. 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 φ) wird an eine Abtasteinrichtung
1 angelegt, die mit der Periode Te arbeitet Das so
abgetastete Signal f(t) geht nacheinander durch eine
Reihe von //Elementen Rt ...Rnhindurch, 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 Ai... Λ^ durch Multiplizierelemente
Mi... Mn multipliziert zu werden, die an dem
Ausgang der Verzögerungselemente R\ bzw. Rz bzw....
Rn 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
Ladungsverschicbeanordnungen 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, welcher das
Problem der störenden Spiegelfrequenzen veranschaulicht In diesem Diagramm sind die Abtastfrequenz Fe
und das theoretische Durchlaßband 3 des Transversalfilters von Null bis zur Grenzfrequenz Fc dargestellt
Außerdem ist eine Komponente des Eingangssignals 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.
F i g. 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 Kar-He 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 Teil 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 hai,
für deren Absolutbetrag geschrieben werden kann:
= 2
E(F- k ■ Fe) ■ cos
(D
wobei Sund £die Fourier-Transformierten der Signale /
bzw, esind 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 \S(F)\ dtr Anordnung die Kurve von
so Fig.4, d.h. eine "requenzkurve, die sowohl für die
Frequenz Fttfk-O) und für die Frequenz F-O für- -1)
durch Null geht, mit einer wesentlichen Dämpfung in dem Band Δ Fum diese Frequenzen herum
Die Berechnung, die den in Fig.4 dargestellten
Ausdruck (}) 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 Pig.3 gestattet somit das Unterdrücken der Störkomponenten der Frequenz Null und das Dampfen der s
Störkomponenten der in dem Intervall AF-[O1Fc]
gelegenen Frequenzen, die von den Eingangssignalen herrühren, deren Frequenz zwischen Fe-Fc und
Fe+FcWegL
F i g. 5 2eigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Einjjangsstufe nach der Erfindung, die
dem Blockschaltbild von F i g. 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.
Diese Anordnung enthält Einrichtungen für die Abtastung des Eingangssignal* eftl die aus folgenden
Elementen bestehen:
- zwei Dioden D* und Ds, welche aus dotierten Zonen
in dem Halbleitersubstrat gebildet sind; sie liefern elektrische Ladungen, welche longitudinal (d. h. in
Richtung einer Achse Oz in Fi g. 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 C<i und Gn
und über dem Kanal 5 die Elektroden Gn und Gn, jo
die auf Potentialen liegen, welche in der unten dargestellten Weise gewählt sind, damit die
elektrischen Ladungen, die sich in jedem der Kanäle 4 und S ausbreiten, Abtastwerte des Signals
e(t) darstellen, welche gegeneinander um Te/2 phasenverschoben sind, wie in dem Schaltbild von
Ober dem Kanal 4 sind ferner, wie die Elektroden G41
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 F i g. 3 entspricht).
Schließlich endigt die Eingangsstufe in F i g. 5 in einer Elektrode 12, die sich gleichzeitig über beide Kanäle
erstreckt und so die Summe der in jedem der Kanäle erzeugten Abtastwerte (Element 9 in Fig.3) bildet,
welche das Signa! ^darstellt
Nach der Elektrode 12 versinnbildlicht eine Achse A^die Grenze der Eingangsstufe des Filters (Element 1
in Fig. 1). Hinter dieser Achse XXsind Elektroden 13
und 14 angeordnet, die der Elektrode 12 analog sind, aber erste Elemente des eigentlichen Tiefpaßfilters
bilden, wie es in F i g. 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 F i g. 6 erläutert, die die Form der verschiedenen Signale
zeigt welche an die Anordnung angelegt werden, und anhand von F i g. 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-Ieitend ist.
Bei einem P-Ieitenden 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 Φ\, das an
den Elektroden 42,13 und 51 anliegt Es handelt sich um eine Rechteckimpulsfunktion der Periode Te, deren
Amplitude sich zwischen 0 und - Vflndert
Das Diagramm von Fig.6b zeigt in Abhängigkeit
von der Zeit die Änderung eines Potentials Φ7, das an die Elektroden 41, 12 und 14 angelegt ist. Es ist gleich
dem Potential Φι, aber gegenüber diesem um TdI
phasenverschoben.
Das dritte Diagramm in F i g. 6c zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Änderung eines Potentials $£ci,das an
die Elektrode G*\ des Kanals 4 angelegt ist. Es handelt sich um einen periodischen (Periode Te) Impuls mit
einer Amplitude — Vs der gegenüber dem Rechteckimpuls mit der Amplitude — Vdes Signals Φ\ verzögert ist.
Das vierte Diagramm in F i g. 6d zeigt die zeitliche Änderung eines an die Elektrode Gu des Kanals 5
angelegten Potentials Φεα- Es handelt sich um das
gleiche Signal wie Φ ecu es ist aber gegenüber letzterem
um Te/2 phasenverschoben.
In dieser Ausführungsform erfolgt die Injektion von Ladungen in den Halbleiter folgendermaßen.
Die Dioden D* und A sind mit einer Gleichspannungsquelle Vd und insbesondere mit einer positiven
Gleichspannungsquelle + Vp in dem Fall verbunden, in
welchem die Dioden aus einer P-leitenden Zone 15 in einem N-leitenden Substrat 11 bestehen, das dann auf
ein Potential + V3, welches größer als das Potential Vp
ist, gebracht wird, um zu vermeiden, daß die Dioden in Durchlaßrichtung betrieben werden (F i g. 7a).
Betrachtet man den Kanal 5, so ist zu erkennen, daß in einer ersten Phase, die durch Fig.7a veranschaulicht
wird, die Gateelektrode Gs\ auf ein Potential Φεα
gebracht wird, das gleich - Vf ist und durch eine gestrichelte Linie 16 in dem Substrat 11 unter der
Elektrode Gn dargestellt ist In demselben Zeitpunkt
hat das an die Gateelektrode G52 angelegte Eingangssignal eft) einen Wert, der durch die Linie 17 dargestellt
ist. Die Elektrode 51 wird auf einem Potential Φ\ = 0 gehalten (Linie 19). Die Ladungsträger, die durch die
Diode Ds geliefert werden, werden somit entsprechend
einem in den Ladungsverschiebeanordnungen üblichen Prozeß in die benachbarten Zonen unter die Elektroden
G$\ und G52 verschoben, bis unter diesen Elektroden
eine Zone mit gleichförmigem Potential (Linie 18) gebildet ist, das durch das Vorspannungspotent .1 der
Diode Ds festgelegt ist
In einer zweiten Phase, die durch F i g. 6b veranschaulicht wird, ist das Potential Φ\ immer Null, aber das
Potential Φεοί ist ebenfalls Null. Es bleiben dann unter
der einzelnen Elektrode Gs2 elektrische Ladungen,
deren Menge von der Vorspannung Vf der Diode Ds
und von dem Wert des Eingangssignals e(t) während der Dauer eines Impulses Φεοτ 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 G52 gehalten wurden, unter die Elektrode 51
während einer Phase, in welcher Φι= —Vgilt Es sei
angemerkt, daß in diesem Zeitpunkt die Elektrode G52
von dem Signal e(t) durch einen Schalter 53 isoliert ist der in Synchronismus mit dem Signal Φι gesteuert wird,
wie in F i g. 5 dargestellt
Selbstverständlich erfolgt die Injektion der elektrischen Ladungen in den Kanal 4 in derselben Weise, aber
mit einer Voreilung um 7>/2 gegenüber dem Kanal 5.
In dem Schaltbild von F i g. 5 ist zu erkennen, daß die Ladungen des Kanals 4 zu der gemeinsamen Elektrode s
12 mit Hilfe von zwei Elektroden 41 und 42 verschoben werden, welche die Signale Φι bzw. Φι empfangen,
während die Ladungen des Kanals S auf ihrem Weg zu der Ek-iC'rode 12 nur auf eine einzige Elektrode Sl
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.
F i g. 8 zeigt eine Variante der Anordnung von F i g. 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 Φεει und Φεα immer an den
Elektroden Üt\ bzw. 651 anliegen, werden nämlich die
einerseits an die Dioden D* und Di und andererseits an
die Elektroden Gn und Gn angelegten Signale
vertauscht. In F i g. 8 liegen an den Dioden D< und Ds das
Eingangssignal φ) über Umschalter 43 bzw. 53 an, die synchron mit den Signalen Φ\ und Φ2 gesteuert werden,
wie in F i g. 5 angegeben.
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 (F i g. 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 Elerneniarzeile aufweist, welche eine
(cos )- oder Cosinusfilterung vornimmt Es ist möglich, zur Verbesserung der Wirksamkeit der
Filterung eine (cos* )- oder Cosinusquadratfilterung oder allgemeiner eine (cos"-i—=—^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 F i g. 9 zeigt
Die erste Zelle ist wie die Zelle von F i g. 3 aufgebaut trägt die gleichen Bezugszeichen und gibt aufgrund des
Eingangssignals 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 $4 so
und ein Element 63, welches eine Verzögerung Te/2 einführt Der zweite Kanal 62 enthält ein Abtastelement
65, das aufgrund des Eingangssignals eft) ein Signal liefert welches gegenüber dem des Kanals 61 um Te/2
phasenverschoben ist Die von beiden Kanälen geüefer- «5
ten Signale werden durch ein Element 66 addiert, das ein
Signal e^t) liefert welches in Gegenphase zu dem Signa]
Das Signal ti(l) wird daher um Teil 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 F ig. 9.
Hinsichtlich der Kanäle 4 und 5 ist die Ausführung gleich der von der F i g. 5, und es wird ein Signal eiftjan
dem Ausgang einer Elektrode 69 erhalten, die sich über die Gesamtanordnung aus den beiden Kanälen 4 und 5
erstreckt, wie die Elektrode 12 von F i g. 5.
Die Kanäle 61 und 62 tragen Elektroden, welche in
analoger Weise angeordnet sind, um ein Signal ejftlam
Ausgang einer Elektrode 70 zu erzeugen, die der Elektrode 12 analog ist.
Zur Erzeugung einer Verzögerung des Signals ei(t),
die gleich Te/2 ist (Element 67 von F i g. 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 7ö und 7i auf dem Weg
des Signals ejffjl die gegenphasig mit Spannung versorgt
werden (Signale Φι und Φι in F i g. 10).
Die Signale ei und ej werden mit Hilfe einer einzigen
Elektrode 72 addiert, die sich über die Gesamtanordnung der Kanäle 4,5,61 und 62 erstreckt und das Signal
/i (/,/liefert
Wie zuvor, markiert die Achse XX die Grenze zwischen der Eingangsstufe und dem Transversalfilter.
Die Fig. Π und 12 sind Schemata einer weiteren
Ausführungsform der Eingangsstufe nach der Erfindung, in der noch eine Cosinusquadratfilterung durchgeführt
wird, die folgendermaßen geschrieben werden kann:
FTe
pi
+ e-y-
-1
d.h. man kann eine (cos2
r F Te
)-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 Φεα (Element 20) und unverzögert
abgetastet wird;
- den Kanal 28, in welchem das Signal e(t) gemäß dem Signal Φεα (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 Φεο\ (Eelement 24) abgetastet und um
Te verzögert wird (Element 25).
Die durch die drei Kanäle erzeugten Signale werden anschließend addiert (Element 26), um das Eingangssignal 6ftjdes 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 das Abtastsignal (Φεε\ oder Φεα je
nach dem Kanal) bzw. das Eingangssignal (e) empfangen, sowie Elektroden, deren Breite in der Ausbrei- s
tungsrichtung 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.
einer Eingangsstufe, in welcher eine (cos3 ^Filterung entweder mit Hilfe von parallelgeschalteten
Elementarzeiien (Fig. i3) oder durch Zerlegen des m
Ausdrucks des Cosinus wie bei der Ausführung der F i g. 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 Teil einführt. Die beiden Kanäle endigen in einem Addierglied 5.
Die Anordnung von Fig. 13 enthält vier Elementar- 30 ist
zellen, welche paarweise gegenphasig arbeiten und
durch ein Addierglied S verbunden sind, wobei eine
Verzögerung um Teil in einem der Kanäle eingeführt wird (Element R) Schließlich sind die beiden Gruppen
aus zwei Zellen miteinander in derselben Weise verbunden, um das Ausgangssignal h(t) der Stufe zu
erzeugen.
Gemäß F i g. 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 Addiergleid R, nachdem es mit einem Faktor 3 multipliziert worden ist und eine
Verzögerung von Teil (Element R) erhalten hat. Der dritte Kanal 39 überträgt das abgetastete Signal zu den1
Addierglied 5, nachdem es mit einem Faktor 3 multipliziert worden ist und eine Verzögerung von Te
(Eleiiieni Äi) erhalten hat. Der vierte Kanal 40 überträgt
das abgetastete Signal 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 F i g. 9 und 11.
die eine (cos" - F Te *
-)-Filterung vornehmen, wobei n>
3
Claims (7)
1. Eingangsstufe für ein LadungsverschiebetiefpaßfQter, 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, die sich
gleichzeitig Ober 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 än'ert, deren Periode
gleich der Abtastperiode ist, und daß der zweite
Kanal (5) eine einzelne E'rektrc. "e (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 Elementarzellen zu bilden.
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 Summierelektrode 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
Summierelektrode miteinander verbunden sind.
6. Eingangsstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal, der zwei
is 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 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 Kanais 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
fl-ter Potentz durch Reihenzerlegung des Cosinus vornimmt und zu diesem Zweck mehrere Kanäle
enthält von denen jeder einem Glied der Reihenzer
legung 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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