DE2723669A1

DE2723669A1 - Programmierbares filter

Info

Publication number: DE2723669A1
Application number: DE19772723669
Authority: DE
Inventors: Arnold London
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1976-05-27
Filing date: 1977-05-25
Publication date: 1977-12-08
Also published as: US4065736A; FR2353174B3; FR2353174A1; JPS52146146A; GB1525199A

Description

Dipl.-Ptiys. O.E. Weber

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HofbrunnstraBe 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber müncfien

We/Sv-M

MOTOROLA, INC. 1303 East Algonquin Road Schaumburg, 111. 60196, USA

Programmierbares Filter

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Die Erfindung betrifft allgemein eine integrierte programmierbare Oberflächenwelleneinrichtung zur Erzeugung und Abtastung zweiphasiger, kodierter Pseudozufalls-Wellenformen mit einem Halbleitersubstrat und bezieht sich insbesondere auf ein akustisches angepaßtes Oberflächenwellenfilter mit programmierbarer Amplitude und Phase.

Es besteht ein zunehmender Bedarf für akustische Bauteile, die in Mikrowellen-Nachrichteneinrichtungen und Radarsystemen verwendet werden, bei denen große Datenmengen verarbeitet werden. Diese akustischen Bauteile arbeiten mit einer großen Bandbreite, haben eine große Speicherverzögerungszeit und eine eingebaute Filter- oder Kodierfunktion. Vielfältige Anforderungen in bezug auf den Strom für Signalverarbeitungssysteme können erfüllt werden, indem akustische Oberflächenwelleneinrichtungen mit entsprechenden Abgriffen verwendet werden. Solche Einrichtungen können die Verarbeitungsschaltung vereinfachen und stellen eine Alternative zu gegenwärtig verwendeten elektronischen Schaltungen dar, die zuverlässig ist und mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Oberflächenwelleneinrichtungen können dazu verwendet werden, als angepaßte Filter in Nachrichtensystemen und in Radarsystemen zu arbeiten, wenn es erwünscht ist, Daten in eindeutiger Weise zu übertragen, obwohl Rauschen und/oder andere Störsignale vorhanden sind. Einrichtungen mit festem Kode werden gegenwärtig allgemein verwendet, wenn eine Reihe von ineinandergefügten Phasenelektroden aus Metall auf einem piezoelektrischen Substrat verwendet werden, um eine Pseudozufalls-Kodierung und -Dekodierung durchzuführen. Elektronische Schaltungsmaßnahmen und logische Funktionen in einer Schaltung mit konkreten Bauelementen und in einer Hybridschaltung sind mit fest kodierten Einrichtungen ausgeführt worden, um fest programmierbare Oberflächenwellenkodierer und -dekodierer zu entwickeln. Während integrierte Schaltungen in derartigen Hybrid-Konfigurationen verwendet werden können, verursacht die ge-

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trennte Herstellung und die Zusammenschaltung von akustischen und elektronischen Einrichtungen Kosten und Zuverlässigkeitsproblerne aufgrund der komplizierten Anordnung entsprechender Schaltungen. Da der Entwicklungstrend bei der Signalverarbeitung und insbesondere bei Untersystemen zu einem höheren Maß an Integration von Bauteilen geht, und zwar in miniaturisierter Form, und da schließlich erhebliche Stückzahlen benötigt werden, können monolithische Baublöcke, in welchen die Punktionen der akustischen Kodierung und Dekodierung mit elektronischen Funktionen wie Schaltfunktionen, Mischfunktionen und Verstärkungsfunktionen auf einem einzigen Substrat vereinigt werden können, zu erheblichen Kosteneinsparungen, zu einer verbesserten Zuverlässigkeit und zu einer Verminderung der Abmessung führen.

Eine vorteilhafte Möglichkeit, von welcher die Erfindung Gebrauch macht, besteht darin, daß ein Siliziumsubstrat mit aufgesprühtem oder in anderer Weise aufgebrachtem Zinkoxid verwendet wird, und zwar zur Erzeugung von Oberflächenwellen, wobei Silizium-MOSFET-Strukturen zum Abtasten un d Schalten eingesetzt werden.

Die Verwendung eines Siliziumeinkristall-Substrats mit einer entsprechenden MOSFET-Detektorgeometrie, wobei liezoresistive Oberflachenwellendetektoren und ein piezoelektrischer Filmübertrager verwendet werden, führt zu verschiedenen Vorteilen. Silizium ist ein Material mit geringen akustischen Verlusten und ist für die Mikroelektronik im Rahmen der Halbleiter-Industrie ein wesentlicher Faktor. Weiterhin erlaubt eine Technologie unter Verwendung einer SiIizium-MOSFET-ELnrichtung die Entwicklung der erforderlichen hohen Ausbeute und die Herstellung von integrierten Detektoren in großen Stückzahlen. Weiterhin ist es möglich, daß programmierte Phasenkodes auf demselben Silizium-Chip oder auf demselben Siliziumplättchen gespeichert werden, und zwar in einer Festspeicherschaltung, wobei die Auswahl durch eine entsprechende

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Eingabelogik getroffen wird. Ea ist auch möglich, einen beliebigen gewünschten Phasenkode einzuführen, indem andere geeignete Einrichtungen wie ein digitales Schieberegister verwendet werden. Durch die Verwendung der Fabrikation von monolithischen integrierten Sdaaltungen können eine Kettenschaltung oder eine andere Ladungsübertragungseinrichtung dazu dienen, die Phasensteuerschaltung in der Weise zu beaufschlagen, daß sowohl hinsichtlich der Phase als auch in bezug auf die Amplitude eine Programmierbarkeit erreicht wird. Eine Einrichtung dieses Typs wäre für Sichtlinien-Mikrowellen-Kommunikationskanäle außerordentlich nützlich, wobei die Ausbreitungseffekte sowohl Amplituden- als auch Phasen-Verzerrungen bei einem PN-modulierten Signal hervorrufen. Indem eine Amplituden- und eine Phasen-Steuerung vorgesehen wird, könnten die Kanalverzerrungen oder Kanalstörungen auf ein Minimum gebracht werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein monolithisches, elektronisch programmierbares, angepaßtes akustisches Oberflächenwellenfilter zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß eine Kodierschaltung vorgesehen ist, welche auf angelegte Eingangssignale anspricht, um N Paare von vorgegebenen Vorspannungskodiersignalen zu erzeugen, welche den entsprechenden von N Paaren von piezoresistiven Detektoren zugeführt werden, daß weiterhin eine Amplituden-Wichtungsschaltung mit der Kodierechaltung verbunden ist und auf einen vorgegebenen Satz von Eingangssignalen anspricht, um N Ausgangssignale vorgegebener Größen zu erzeugen, um die Amplitude von entsprechenden der N Paare von

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Kodiersignalen zu ändern, daß jedes Paar der N Paare von piezoresistiven Betektoren auf entsprechende, in der Amplitude veränderte Kodiersignale anspricht, welche von einer Kodierschaltung zugeführt werden, um Ausgangssignale zu erzeugen, die eine vorgegebene Phase und Amplitude haben, und daß eine Summierschaltung vorgesehen ist, welche mit jedem Ausgang der N Paare von Detektorschaltungen verbunden ist.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß auch eine Phasenprogrammierung möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird somit ein angepaßtes monolithisches Filter für akustische Oberflächenwellen geschaffen, welches sowohl hinsichtlich der Amplitude als auch in bezug auf die Phase programmierbar ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen angepaßten Filters,

Fig. 2 ein Diagramm der Anordnung der MOSFET-Detektoren der Filtereinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Zelle der Festspeicherschaltung einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung und ein Paar von Detektoren der FiItereinrichtung,

Fig. H- eine schema tische Darstellung zur Erläuterung der erfindungs gemäß en Anordnung,

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines angepaßten Filters, welches eine Amplitudensteuerschaltung enthält,

Fig. 6 ein Schaltechema der Amplitudensteuerschaltung einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 7 Vellenformen zum Betrieb der Schaltung nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Blockdiagramm des angepaßten Filters einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ,

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer einzelnen Schieberegisterstufe des angepaßten Filters gemäß Fig. 8 und

Fig.10 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Filters gemäß Fig. 8.

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Die Pig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des hinsichtlich der Amplitude und der Phase programmierbaren angepaßten akustischen Oberflächenwellenfilters 10 gemäß der Erfindung. Das Filter 10 ist zum Erzeugen und zum Abtasten doppelphasiger, kodierter Pseudorausch-Wellenformen geeignet. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Einrichtung zur Amplitudenwichtung der Pseudorausch-Wellenformen geeignet.

Die Eigenschaften des Filters 10, hinsichtlich seiner Phase programmierbar zu sein, sind in einer Arbeit von A. London et al unter dem Titel "An Integrated surface Wave Device Using Silicon MOSFETs And ZnO Film Transducers" beschrieben worden. Diese Arbeit ist veröffentlicht in der Ausgabe 1975 von IEDM Technical Digest, Seiten 620-623« Somit genügt eine kurze Diskussion des Programmierbarkeits-Merkmals bei dem Filter 10 gemäß der Erfindung.

Das Filter 10 weist gemäß der Darstellung in der Zeichnung Eingangsklemmen 12 und 14- auf, denen ein elektrisches Eingangssignal zugeführt wird, welches eine vorgegebene Trägefrequenz hat, um dem Übertrager 16 zugeführt zu werden. Der Übertrager 16 kann ein piezoelektrischer Übertrager mit einer Zinkoxidschicht (ZnO) sein, der ein fingerartig verschachteltes Metallmuster aufweist, welches auf einer Siliziumdioxidschicht angeordnet ist, die ihrerseits auf einem Halbleitersubstrat 18 angeordnet ist. Das Substrat 18 kann ein Siliziumeinkristall sein. Der übertrager 16 dient dazu, akustische Wanderwellen entlang der Oberfläche des Substrats 18 in Reaktion auf das angelegte Trägersignal zu erregen.

Die Wanderwelle wird abgetastet und durch eine Mehrzahl von MOSFET-Einrichtungen oder Piezowiderstands-Detektoren verarbeitet, welche den Detektorbereich 20 aufweisen. Die MOSFET-Detektoren werden in der Weise hergestellt, daß sie als monolithische MOS-Einrichtungen ausgebildet sind, und

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sie können beispielsweise als P-Kanal-Einrichtungen ausgebildet sein. Die akustische Welle wird durch jeden N-ten oder eine einzelne Detektorzelle verarbeitet, um ein Ausgangssignal zu liefern. Das Phänomen der Erzeugung eines elektrischen Signals in Reaktion auf die akustische Welle ist an sich bekannt. Wenn beispielsweise die akustische Welle durch den Kanalbereich einer leitenden MOSFET-Detektoreinrichtung hindurchgeht, so ändert sich die Beweglichkeit der Minoritätsträger mit der mechanischen Spannung oder Dehnung, welche durch die akustische Welle hervorgerufen wird. Somit wird eine Wechselstrom-Modulation des Drain-Stroms erreicht und abgetastet. Die Drain jedes der MOSFET-Detektoren ist mit der gemeinsamen Ausgangsleitung 22 verbunden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird die Programmierbarkeit in Phase und Amplitude durch eine Festspeicheranordnung 24 sowie durch eine Kettenanordnuqg 26 erreicht, welche in das Substrat 18 integriert sind.

In einem gerätetechnischen Muster enthielt der Detektorbereich 20 31 einzelne piezoresistive Detektorzellen 28, die jeweils einen Abstand von 10 Λ voneinander hatten (bei der Betriebsfrequenz), wie es in der Fig. 2 veranschaulicht ist. Es ist zu bemerken, daß eine beliebige Anzahl von Zellen gewählt werden kann, um beliebig vorgegebene Kriterien zu erfüllen. Jede einzelne Detektorzelle 28 weist zwei MOSFET-Detektoren 30 und 32 auf, deren Gate-Bereiche einen Abstand von 4 in der Richtung der Ausbreitung der akustischen Welle haben. Die Source-Elektroden beider Detektoren sind an eine gemeinsame Masseklemme 34- geführt, während die Drain-Elektrode mit der Ausgangsleitung 22 gekoppelt ist. Die Gate-Elektroden der Detektoren 3O und 32 sind mit entsprechenden Ausgängen des Festspeicherbereiches 24 verbunden. Der Festspeicherbereich 24 dient zur Erzeugung eines kodierten

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Vorspannungsausgangssignals, welches dazu verwendet wird, einen der Detektoren in den durchlässigen Zustand zu versetzen, und zwar in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Kode. Der Festspeicher 24 ist derart ausgebildet, daß er eine mit Hilfe eines bestimmten Kodes ausgewählte Spannung an ausgewählten Eingangsklemmen 35 aufnimmt, so daß gemäß der Darstellung sechs verschiedene Kodes verwendet werden können.

In der Fig. 3 ist eine einzelne Pestspeicherzelle 36 des Festspeicherbereiches 24 dargestellt, welche eine entsprechende Detektorzelle 28 treibt. Die Pestspeicherzelle 36 weist sechs parallel geschaltete MOSFET-Treiber 38-48 auf. Die Gate-Elektrode jeder Treibereinrichtung ist derart ausgebildet, daß sie mit entsprechenden Kode-Auswahlklemmen 30-60 verbunden ist. Sine Last-MOSFET-Einrichtung 61 verbindet an der Klemme 66 widerstandsmäßig mit der Spannungsversorgungseinrichtung V_DD eine beliebige Treibereinrichtung 38-48, welche zu einer beliebigen Zeit durch eine kodierte Spannung in den leitenden Zustand versetzt werden kann, welche an entsprechenden Kode-Auswahlklemmen angelegt wird. Das Ausgangssignal von der Festspeicherzelle 36 wird (über 63) direkt mit der Gate-Elektrode der Detektoreinrichtung 32 und mit dem Eingang der Treibereinrichtung verbunden (durch die Lasteinrichtung 64 vorgespannt), und zwar bei einem MOSFET-Inverter 69« Somit erscheint ein komplementäres Ausgangssignal an der Gate-Elektrode des Detektors 30 über den Inverter 69.

Die Kode-Auswahlklemmen 30-60 sind mit jeder Festspeicherzelle 36 des FestSpeicherbereiches 24 verbunden und werden normalerweise auf Massepotential gehalten, mit der Ausnahme der einen Klemme, welche dem gewünschten Kode entspricht, welche auf die Aktivierungsspannung gebracht ist, die in der bevorzugten Aueführungsform etwa -5 bis -10 Volt beträgt. Zugleich werden die Lasteinrichtungen 61 und 64 bei

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einer vorgegebenen Drain-Spannung (V_DD) sowie einer vorgegebenen Gate-Spannung (Vqq) von den entsprechenden Vorspannungsklemmen 66 und 68 vorgespannt. Ein bestimmter Kode wird jeder einzelnen Festspeicherzelle 36 einprogrammiert, indem entweder ein dünnes Gate-Oxid oder ein dickes Gate-Oxid unter dem Gate-Metall jeder Treibereinrichtung 38-48 verbleibt. Deshalb kann die Schwellenspannung einer bestimmten Treibereinrichtung größer oder kleiner als die Aktivierungsspannung gemacht werden. Wenn beispielsweise in einer bestimmten !Festspeicherzelle 36 nur die Einrichtung 46 ein dünnes Gate-Oxid hat, während die anderen Einrichtungen ein dickes Gate-Oxid haben, wird diese Einrichtung in Reaktion auf die an die Klemme 38 angelegte Aktivierungsspannung aktiviert. Wenn jedoch eine andere Festspeicherzelle, wobei die Treibereinrichtung der Einrichtung 46 entspricht, eine Dickfeldeinrichtung ist, wird sie durch die Spannung nicht aktiviert, welche von der Klemme 58 dem entsprechenden Gate zugeführt wird« Somit würde die vorhergehende Treibereinrichtung die zugehörige Detektoreinrichtung 32 veranlassen, daß sie gesperrt wird, während die Einrichtung 30 über den Inverter 69 in den durchlässigen Zustand versetafc wird. Jedoch würde die letztere Treibereinrichtung die zugehörige Detektoreinrichtung 3O sperren und die Einrichtung 32 in den durchlässigen Zustand vorspannen. Alle aktivierten Detektoreinrichtungen haben eine Festspeicherversorgungsspannung V_DD, welche ihren Gate-Elektroden zugeführt wird. Somit wird durch Aktivierung einer Detektoreinrichtung wie 30 oder 32 die Phase der Ausgangsspannung von der Detektorzelle 28 um 180° verschoben, welche mit der Drain-Ausgangsklemme 22 verbunden ist.

Wenn gemäß Fig. 4 jede einzelne Festspeicherzelle 36 identisch kodiert ist, wird entweder die Detektoreinrichtung 30 oder die Detektoreinrichtung 32 jeder Detektorzelle durch die Aktivierungsspannung in den leitenden Zustand versetzt, welche den Kode-Auswahlklemmen zugeführt wird. Wenn dies der Fall wäre,

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während die Wanderwelle durch die entsprechende aktivierte Detektoreinrichtung hindurchgeht, wird ein Ausgangssignal an ihrem Abgriff erzeugt, wie es durcn die Wellenform 70 dargestellt ist. Wenn somit N-Bits oder Detektorzellen verwendet werden, werden N Ausgangssignale an der Klemme 22 in einer entsprechenden zeitliben Beziehung zueinander erzeugt· Wenn jedoch jede Festspeicherzelle anders kodiert ist, können die Ausgangssignale des Filters 10 (siehe Wellenform 72) zweiphasig kodiert sein, um ein Pseudozufalls-Wellenform-Muster zu liefern (siehe Weilenform 72).

Obwohl gemäß der Darstellung das Filter 10 sechs vorgegebene Kodes aufweist, und zwar durch die Festspeicheranordnung 24 mit 6x31 Bit, ist zu bemerken, daß auch mehrere oder weniger Kodes programmiert werden könnten, indem die Anzahl der Treibereinrichtungen von jeder einzelnen Festspeicherzelle 36 geändert wird. Weiterhin können auch mehrere oder weniger Bits abgeleitet werden, indem die Anzahl der Detektorzellen und der zugehörigen Festspeicherzellen verändert wird.

Die Leistung des angepaßten Filters 10 kann dadurch weiter verbessert werden, daß an jedem Abgriff zusätzlich zu der oben beschriebenen Fhasenprogrammierbarkeit eine Amplitudenprogrammierbarkeit vorgesehen wird. Ein solches Filter wäre in analogen Signalanpasseinrichtungen zur Kanalglattung oder für Mittelungsfunktionen in Empfängern mit breitem Spektrum anwendbar.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm für das Filter 10, und zwar in modifizierter Form, um sowohl eine Amplituden- als auch eine Phasenprogrammierung veranschaulichen zu können. Eine analoge Verzögerungsleitung 26, welche in das Substrat 18 integriert sein kann, wird dazu verwendet, die Festspeicheranordnung 24 zu treiben, um die Amplituden der Ausgangssignale zu verändern, welche an den Abgriffen auftreten und der gemeinsamen Ausgangsleitung 22 von dem Detektorbereich 20 zuge-

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führt werden. Durch Veränderung der Größen der Gate-Spannung (V_GG) für die Lasteinrichtungen 61 und 64 (Fig. 3) kann die Größe der Ausgangssignale, welche am Abgriff 22 des Ausgangs des Detektors 28 auftreten, variiert werden, um die Amplituden-Programmierung zu ermöglichen. Wenn die Größe von V_&G geringer ist als die Größe der Energieversorgungsspannung V_DD + V^ (Vm = Schwellenspannung der MOSFET-Lasteinrichtung), so ist die Spannung V , welche an den Ausgängen der Lasteinrichtungen 61 und 64 auftritt (Klemmen 65 bzw. 67) etwa:

^Vo - ^VDD-^VT

Durch Veränderung der Gate-Vorspannung wird die den Gate-Elek troden der Einrichtungen 3° und 32 zugeführte Spannung ebenfalls verändert, wodurch wiederum die Größe des Ausgangssignals verändert wird, welches am Ausgang 22 von entsprechenden Detektorzellen vorhanden ist, die mit einem Abgriff versehen sind.

Im Betrieb kann ein gewünschtes Muster von Gleichspannungen, welche einem gewünschten Amplitudenkode entsprechen, in einer entsprechenden zeitlichen Weise einer analogen Verzögerungsleitung 26 an der Eingangsklemme 80 zugeführt werden, und zwar mit einer sehr hohen Folgefrequenz, indem komplementäre Taktsignale A und B den Klemmen 82 und 84 zugeführt werden. Das Eingangs-Gleichspannungsmuster entspricht einer gewünschten Gate-Spannung, welche den entsprechenden Lasteinrichtungen einer zugehörigen Festspeicherzelle zugeführt werden soll. Wenn alle gewünschten Spannungen den entsprechenden Stufen zugeführt sind, wird die Schwingung der Taktsignale beendet, so daß feste Spannungswerte den Taktklemmen 82 und 84 zugeführt bleiben und ein gewünschtes Spannungsmuster (Vq₀) den entsprechenden Lasteinrichtungen jeder Festspeicherzelle 36 zugeführt bleibt. Die akustische Welle wird dann erregt und breitet sich durch den angepaßten Filterbereich aus« wobei die Wellenformen an den entsprechenden Abgriffen zu der gemeinsamen Ausgangsleitung 22 auftreten, wobei diese Wellen-

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formen sowohl hinsichtlich der Amplitude als auch in bezug auf die Phase nach einem vorgegebenen Kode gewichtet sind.

Um die gewünschte Programmierbarkeit für die Amplitude zu erreichen, kann die Verzögerungsleitung 26 eine Kettenanordnung 86 aufweisen, wie sie in der Fig. 6 dargestellt ist. Es könnte jedoch auch eine beliebige analoge Verzögerungsleitung oder ein Schieberegister verwendet werden. Die Kettenanordnung 86 ist eine Ladungsubertragungseinrichtung. Andere Typen von Ladungsübertragungseinrichtungen mit einem Abgriff, beispielsweise eine ladungsgekoppelte Einrichtung, könnten verwendet werden, um die Programmierbarkeit für die Amplitude zu gewährleisten. Gemäß derDarsteilung weist die Kettenschaltung 86 einzelne Stufen oder Kettenglieder auf, so daß für 31 Ausgangsabgriffe (Detektorbereich mit 31 Bit) die Beziehung M=62 gilt. Abwechselnde Kettenglieder oder Schaltungsstufen haben einen Abgriff, um die Gate-Elektroden der Lasteinrichtungen 61 und 64 jeder zugehörigen Pestspeicherzelle 36 zu treiben. Eine Kettenanordnung wie die Schaltung 86 ist an sich bekannt. Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 die Arbeitsweise der Schaltung 86 kurz erläutert, um in der Amplitude mit einer Wichtung versehene Vorspannungen für entsprechende Festspeicherzellen zu erreichen. Es ist zu bemerken, daß jede zweite Stufe der Schaltung 86 direkt mit den Gate-Elektroden der Iesteinrichtungen 61 und 64 verbunden sein kann, welche als Quellenfolger arbeiten, und zwar bei jeder entsprechenden Festspeicherzelle, oder es kann die Anordnung gemäß Fig. 6 auch über einen Quellenfolger mit diesen Einrichtungen verbunden sein.

Ein geeignetes Muster von abgetasteten Spannungen kann der Schaltung 86 in rascher Folge zugeführt werden, beispielsweise mit einem MHz, bis das gewünschte Muster an abwechselnden Abgriffknoten auftritt. Somit ist die Periode (T) des Taktsignals A oder des Taktsignal.^ B (Wellenformen 90 und 92) eine Mikrosekunde. Die Wellenform 94 veranschaulicht die Taktsteuerung eines Gleichspannungssignals in die Kettenanordnung, welches am Knoten 0 auftritt. Gemäß der Darstellung wird im Zeit-

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punkt Tq das Taktsignal A negativ, so daß jeder der Feldeffekt-Transistoren, der mit dieser Stelle gekoppelt ist, durchlässig wird. Gleichzeitig wird das Taktsignal B positiv, um die übrigen Feldeffekt-Transistoren zu sperren. Somit wird eine Spannung, welche einem Abschnitt 96 der Wellenform 94 entspricht, an der Eingangsklemme 80 angelegt und zwischen T_Q und T dem Knoten 0 zugeführt, wobei der Transistor Tj^ durchlässig wird. Wenn angenommen wird, daß vor dem Zeitpunkt Tq die anderen Eingangsspannungen der Schaltung 86 zugeführt wurden, dann wird gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannung 96 an den Knoten 0 der Transistor T2, welcher zugleich in Reaktion auf das Taktsignal A durchlässig wird, auf einen Anfangswert aufgeladen, welcher für die Große des Taktsignals repräsentativ ist, und er wird dann auf einen Wert entladen, welcher für die Spannung repräsentativ ist, die am Knoten 1 vor der Zeit Tq gespeichert war (Abschnitt 98 der Wellenform 100). Diese Spannung erscheint dann am Knoten 2. Deshalb wird die Spannung am Kondensator am Knoten 1 (Wellenform 102) mit derselben Geschwindigkeit entladen wie der Kondensator am Knoten 2 aufgeladen wird, bis die Spannung, welche dem Transistor T„ vom Knoten 1 zugeführt wird, diesen Transistor nicht mehr im durchlässigen Zustand halten kann und somit dieser Transistor gesperrt wird. Dann wird in Reaktion darauf, daß das Taktsignal B negativ wird, im Zeitpunkt T. der Transistor T durchlässig, um diejenige Energie zu übertragen, welche im Kondensator C^_n gespeichert ist und zwar zum Knoten 1, wie es durch den Abschnitt 106 der Wellenform IO2 veranschaulicht ist. Somit wird im Zeitpunkt T₂ der Knoten 1 auf einen Spannungswert aufgeladen, welcher für die Spannung V repräsentativ ist. In ähnlicher Weise wird im Zeitpunkt Tp, wenn das Taktsignal A negativ wird, die Spannung V- am Knoten 1 zu dem Knoten 2 übertragen, wenn der Transistor Tp durchlässig wird. Dieser Zyklus wird in Reaktion auf die Taktsignale wiederholt, bis die gewünschten Muster (V -, Vp, V-, usw.) durch entsprechende zeitliche Steuerung den ent-

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- Vr-

sprechenden Stufen oder Gliedern der Schaltung 86 zugeführt sind. Zu dieser Zeit werden die Taktsignalspannungen auf ihren jeweiligen Werten gehalten, und gemäß der obigen Bescfrreibung wird eine akustische Welle erregt bzw. angeregt, welche sich durch den angepaßten Filterbereich ausbreitet. Das Ausgangssignal der Detektoreinrichtungszelle 28 an der Klemme 22 hat eine Amplitude, welche dem Wert des Drain-Gleichstroms Ijj proportional ist, welcher durch die leitende Detektoreinrichtung 30 oder 32 fließt. Der Wert von Ip steht in einer Beziehung zu Vo (welche von dem entsprechenden Ausgangsabgriff der Schaltung 86 abgeleitet wurde» auf welchen in der Gleichung (1) Bezug genommen wurde), und diese Beziehung lautet:

I_D = k (Vo-V₁,)² (2)

wobei k von den Dimensionen und physikalischen Parametern der MOSFET-Detektoranordnung abhängt.

Es wurde oben ein in seiner Amplitude und Phase programmierbares angepaßtes Filter beschrieben, welches vorteilhaft anwendbar ist zur Kanalglättung oder für Mittelungsfunktionen, bei analogen adaptiven Signalprozessoren oder bei Empfängern mit breitem Spektrum. Die Abgriffe des angepaßten Filterbereiches sind sowohl in der Amplitude als auch in der Phase mit einer Wichtung versehen und sind unter Anwendung der MOS-Technologie hergestellt.

Obwohl oben die Filtereinrichtung in der Weise beschrieben wurde, daß sie eine Kettenanordnung in Verbindung mit einer Festspeicheranordnung aufweist, um die Programmierbarkeit in Amplitude und Phase zu erreichen, sei darauf hingewiesen, daß die Festspeicheranordnung 24 auch durch ein monolithisches digitales Schieberegister ersetzt werden könnte* wie es in den Fig. 8 und 9 veranschaulicht ist, um ein hohes Maß an

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Programmierbarkeit auf einem Chip zu erreichen. Die Arbeitsweise würde ähnlich sein wie bei der oben beschriebenen Einrichtung.

In der Fig. 8 ist ein angepaßtes Filter 10 beschrieben, welches eine Puffer-Gate-Schaltung 110 und ein digitales Schieberegister 112 anstatt eines FestSpeicherbereichs 24- aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte eine analoge Verzögerungsleitung 26 eine Kettenschaltung wie 86 aufweisen, und die Amplitudenkodxerungsdaten würden entsprechenden Ausgangsabgriffen zugeführt, wie es oben anhand der Fig. 10 beschrieben wurde. Die Ausgangssignale von der Kettenschaltung (ν_βΒΝ), welche vorgegebene Größen haben, werden der Puffer-Gate-Schaltung 110 zugeführt. Wenn beispielsweise eine Folge von 31 Bit gewünscht wird, werden 31 V-g^-Ausgangssignale von der Kettenschaltung 86 abgeleitet (N=31).

Die Puffer-Gate-Schaltung 110, die auch als logische Pufferschaltung 110 bezeichnet werden könnte, kann derart ausgebildet sein, daß die Eingabe der Amplitudendaten in die Schaltung 86 gegenüber der Eingabe der Phasenkodierungsdaten in das digitale Schieberegister 112 isoliert ist. Die Eingabe der Amplitudendaten in die Kettenschaltung 86 sowie der Phasenkodierungsdaten in das Schieberegister 112 kann gleichzeitig erfolgen, und zwar mit derselben Geschwindigkeit, obwohl dies nicht notwendig ist. Die logische Pufferschaltung 110 weist eine Mehrzahl (N) von MOS-UND-Gattern auf. Jedes UND-Gatter hat wenigstens zwei Eingangsklemmen, von denen eine derart ausgebildet ist, daß sie eine Spannung Vq aufnimmt, während die andere Eingangsklemme ein entsprechendes Ausgangesignal von der Kettenschaltung 86 empfängt. Nachdem die Amplitudenkodierungsdaten und die Phasenkodierungsdaten den entsprechenden Stufen der Stufenschaltung oder Kettenschaltung 86 bzw. des Schieberegisters 112 zugeführt sind, wird das Signal V_G angelegt, um die Ausgangssignale der Schaltung 86 den Gate-Elektroden der entsprechenden Lasteinrichtungen bei den ent-

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sprechenden Stufen des Schieberegisters 112 zuzuführen. Sie hinsichtlich der Amplitude mit einer Wichtung versehenen Ausgangssignale vom Schieberegister 112 wurden die Gate-Elektroden der ausgewählten Detektoreinrichtung 30 oder 32 in der Weise beaufschlagen, daß ein Amplituden- und ein Phasen-Pseudorausch-Signal als Ausgangssignal an der Klemme 22 erhalten würde, welches dem oben beschriebenen Signal ähnlich ist.

In der Pig. 9 ist eine einzelne Stufe 118 des Schieberegisters 112 beschrieben. Die Stufe 118 weist eine Mehrzahl von MOSFET-Übertragungsgattern und von an sich bekannten Invertern auf, welche in einer Konfiguration angeordnet sind, in welcher ein praktisch unabhängiger Hauptteil und ein von dem Hauptteil gesteuerter Nebenteil vorhanden ist. Der Hauptteil 119 weist ein Übertragungsgatter 120 auf, welches seriell zu dem Inverter 124 angeordnet ist, und eine Auffrischungsschaltung 126. Die Auffrischungsschaltung 126 weist einen Inverter 128 in Reihe zu den Übertragungsgatter 13O zwischen dem Inverter 124 und dem Ausgang des Übertragungsgatters 120 auf. Ein Ausgangssignal von einer vorhergehenden Stufe wird dem Eingang des Übertragungsgatters 120 bei der Klemme 122 zugeführt und über den Ausgang des Inverters 124 weitergeführt, und zwar unter der Steuerung des Taktsignals ßL. Das Ausgangssignal vom Inverter 124 wird der Gate-Elektrode der Detektoreinrichtung 30 zugeführt, dem Eingang des Nebenteils 132 und der Auffrischungsschaltung 126. Der Nebenteil 132 ist identisch mit dem Hauptteil 119 und weist ein Übertragungsgatter auf, welches mit dem Inverter 136 gekoppelt ist, und eine Auffrischungsschaltung I38, welche parallel zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Inverters 136 angeordnet ist. Das Ausgangssignal von de«'Hebenteil 132 (Inverter 136) wird der nächsten Schieberegisterstufe zugeführt und der Gate-Elektrode der Detektoreinrichtung 32, welche derselben Stufe entspricht.

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Gemäß der Darstellung in dem Zeitdiagramm der Fig. 10 werden die Ubertragungsgatter 120 und 140 durch das Taktsignal 0^ durchlässig, während das Komplement 0„ die Übertragungsgatter 130 und 134 in den durchlässigen Zustand versetzt. Weiterhin können die Inverter Jeder Stufe mit dem Inverter 69 identisch sein (siehe Fig. 3)» und sie sind derart ausgebildet, daß sie die entsprechenden Amplitudenkodiersignale aufnehmen, und zwar von der Kettenschaltung 86, wobei diese Signale über die Pufferschaltung 110 geführt werden.

Im Betrieb wird ein vorgegebener Phasenkode in zeitlicher Beziehung zu den Taktsignalen 0,. und 0~ erzeugt, so daß vorgegebene logische Ausgangssignale an den entsprechenden Gate-Elektroden der Einrichtungen 3O und 32 gebildet werden, um die ausgewählte Einrichtung wie zuvor in den durchlässigen Zustand zu versetzen. Gleichzeitig werden die Amplituden der logischen Ausgangssignale durch die Größe der amplitudenkodierten Sjjjiale gesteuert, weiche den Invertern 124 und I36 zugeführt werden, so daß das Ausgangssignal an der Klemme 22 sowohl hinsichtlich der Amplitude als auch hinsichtlich der Phase mit einer Wichtung versehen ist, wie es oben bereits erläutert wurde.

Wenn das Ubertragungsgatter 120 durch das Taktsignal 0>i eingeschaltet wird (Zeitpunkt To), werden die Phasendaten an der Klemme 122 dem Eingang des Inverters 124 zugeführt und invertiert, um an der Klemme X aufzutreten. Zu dieser Zeit wird das Ubertragungsgatter 134 abgeschaltet, so daß das Ausgangssignal, welches an der Klemme Yvorhanden war, seinen Zustand nicht ändert. Dieser Zustand wird gewährleistet, wenn das Übertragungsgatter 140 des Nebenteils 132 durch das Taktsignal 0^ eingeschaltet ist. Deshalb wird das Ausgangssignal an der Klemme Y invertiert und durch die Auffrischungsschaltung I38 dem Eingang des Inverters 136 zugeführt. Dieses Signal wird dann erneut in seinen ursprünglichen Zustand invertiert. Somit ändert sich der logische Zustand an der Klemme Y während des Zeitinter-

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vails TO-TI nicht. Zur Zeit T1 wird das Übertragunggatter 134 durch 0o eingeschaltet, und der logische Zustand, welcher an der Klemme X auftritt, wird über den Inverter 136 an die Klemme Y übertragen. Gleichzeitig wird das Übertragungsgatter 13O eingeschaltet, und die Auffrischungsschaltung 126 hält die Klemme X in demselben logischen Zustand, der zuvor dort bis zum Zeitpunkt T^ vorhanden war. Zur Zeit Tp werden die Übertragungsgatter 120 und 14-0 erneut eingeschaltet, so daß der obige Zyklus wiederholt wird. Wenn jedoch das Eingangssignal an der Klemme 122 in einem entgegengesetzten logischen Zustand ist, wird das Ausgangssignal an der Klemme X dazu gebracht, daß es sich ändert, wobei das Ausgangssignal an der Klemme Y konstant bleibt. In dieser Weise wird ein programmierter Phasenkode dem entsprechenden Hauptteil und dem entsprechenden Nebenteil jeder einzelnen Stufe 118 des Schieberegisters 112 zugeführt. Gemäß den obigen Ausführungen wird die Größe des bestimmten logischen Ausgangszustandes von dem Haupt- und dem Nebenteil hinsichtlich der Amplitude durch das amplitudenkodierte Ausgangssignal von der Kettenschaltung 86 mit einer Wichtung versehen.

Obwohl sich die obige Beschreibung darauf bezieht, entsprechende Amplitudendaten den Ausgangsabgriffen einer Ladungsübertragungseinrichtung zuzuführen, welche dann über entsprechende logische Verknüpfungsschaltungen einem digitalen Schieberegister zugeführt werden, wobei gleichzeitig auch Phasendaten zugeführt werden, so daß entsprechende Phasen- und Amplitudendaten den entsprechenden Detektoreinrichtungsgattern zugeführt werden, sei darauf hingewiesen, daß auch andere Nethoden angewandt werden können. Beispielsweise besteht eine solche andere Methode darin, die Ladungsübertragungseinrichtung und das digitale Schieberegister unabhängig zu betätigen und dann die Ausgangssignale der entsprechenden Ausgangsstufen in einer geeigneten MOSFET-Misenschaltung miteinander zu kombinieren, um Phasen- und Amplitudendaten zu erhalten. Diese Daten würden wie zuvor die Gate-Elektroden geeigneter Detektoreinrichtungen treiben.

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Es wurde somit ein angepaßtes akustisches Wellenfilter beschrieben, welches in Phase und Amplitude programmierbar ist, um Pseudorausch-Wellenformen zu erzeugen.

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Is·

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Claims

Patentansprüche :

1. Integrierte programmierbare Oberflächenwelleneinrichtung zur Erzeugung und Abtastung zweiphasiger kodierter Pseudozufalls-Wellenformen, mit einem Halbleitersubstrat, mit einer Erregungseinrichtung, welche auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, um Oberflächenwellen in Reaktion auf zugeführte Eingangssignale anzuregen, und mit einer Anzahl von N Paaren von piezoresistiven Detektoren, welche in das Halbleitersubstrat integriert sind und welche auf die Oberflächenwellen ansprechen, um in zeitlicher Beziehung zu den Oberflächenwellen entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kodierschaltung (24-) vorgesehen ist, welche auf angelegte Eingangssignale anspricht, um N Paare von vorgegebenen Vorspannungskodiersignalen zu erzeugen, welche den entsprechenden von N Paaren von piezoresistiven Detektoren zugeführt werden, daß weiterhin eine Amplituden-Wichtungsschaltung (26) mit der Kodierschaltung verbunden ist und auf einen vorgegebenen Satz von EingangsSignalen anspricht, um N AusgangssignaIe vorgegebener Größen zu erzeugen, um die Amplitude von entsprechenden der N Paare von Kodiersignalen zu ändern, daß jedes Paar der N Paare von piezoresistiven Detektoren auf entsprechende, in der Amplitude veränderte Kodiersignale anspricht, welche von einer Kodierschaltung zugeführt werden, um Ausgangssignale zu erzeugen, die eine vorgegebene Phase und Amplitude haben, und daß eine Summierschaltung (22) vorgesehen ist, weiche mit jedem Ausgang der N Paare von Detektorschaltungen verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Amplitudenwichtung eine analoge Verzögerungsleitung aufweist, die eine Eingangsklemme, N-Ausgangsklemmen, eine erste und eine zweite Taktsignal-Eingangs-

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ORIGINAL INSPECTED

klemme aufweist, daß die Eingangsklerame derart ausgebildet ist, daß sie N Bits mit entsprechenden Gleichspannungsootentialen aufnimmt, die vorgegebene Amplituden haben, daß die Taktsignal-Eingangsklemmen derart ausgebildet sind, daß sie komplementäre Taktsignale aufnehmen, um die Gleichspannungen zeitlich auf entsprechende Klemmen der N Ausgangsklemmen zu steuern, und daß die Verzögerungsleitung in das Substrat integriert ist.

j>. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Verzögerungsleitung eine Kettenschaltung aufweist, welche 2(N) Stufen hat, wobei jede zweite Stufe einen Abgriff aufweist, um die N Ausgangsklemmen zu bilden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierschaltung einen Festspeicherbereich aulweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festspeicherbereich N Festspeicherzellen hat, die zwischen der Schaltung zur Wichtung der Amplituden und den N Paaren von piezoresistiven Detektoren jeweils an den Eingangsund den Ausgangsklemmen angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß jede der N Festspeicherzellen folgende Teile aufweist: eine Mehrzahl von MOSFET-Treibereinrichtungen, wenigstens zwei MOSFET-Lasteinrichtungen und eine MOSFET-Inverter-Treibereinrichtung, wobei jede der MOSFET-Lasteinrichtungen eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode hat, wobei die erste Elektrode mit einem Energieversorgungspotential verbunden ist, wobei die Steuerelektrode mit der Eingangsklemme verbunden ist und wobei die zweite Elektrode einer der MOSFET-Lasteinrichtungen eine erste Ausgangsklemme ist, wobei weiterhin die MOSFET-Inverter-Treibereinrichtung eine erste,

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eine zweite und eine Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode der anderen der IK)SPET-Lasteinrichtungen verbunden ist und derart ausgebildet ist, daß ein zweiter Ausgang gebildet wird, wobei die Steuerelektrode mit der zweiten Elektrode der einen der MOSFET-Lasteinrichtungen verbunden ist, wobei weiterhin die zweite Elektrode an Nasse gelegt ist, und wobei weiterhin jede der Vielzahl von MOSFET-Treibereinrichtungen eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode hat, wobei die Steuerelektroden derart ausgebildet sind, daß sie die angelegten Signale aufnehmen, wobei die ersten Elektroden mit jeweils der zweiten Elektrode der ersten MOSFET-Lasteinrichtung verbunden sind und wobei die zweiten Elektroden mit einer Masse-Bezugsklemme verbunden sind.

7· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der N Paare von piezoresistiven Detektoren um eine vorgegebene elektrische Wellenlänge voneinander entfernt angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der N Paare von piezoresistiven Detektoren folgende Teile aufweist: eine erste MOSFET-ELnrichtung, die eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode hat, wobei die erste Elektrode mit einem Massebezugspotential verbunden ist, wobei die zweite Elektrode mit der Ausgangsklemme verbunden ist und wobei die Steuerelektrode mit einer ersten Ausgangsklemme der Kodiereinrichtung verbunden ist, und weiterhin eine zweite MOSFET-Einrichtung, die um eine vorgegebene elektrische Wellenlänge auf Abstand von der ersten MOSFET-Einrichtung angeordnet ist und eine erste, eine zweite und eine Steuerelektrode aufweist, wobei die Steuerelektrode mit einer zweiten Ausgangsklemme der Kodiereinrichtung verbunden ist, wobei die erste Elek-r trode mit dem Massebezugspotential verbunden ist und wobei die zweite Elektrode mit der Ausgangsklemme verbunden ist.

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9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierschaltung ein digitales Schieberegister aufweist, welches eine Vielzahl (N) von einzelnen Stufen hat.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Wichtung der Amplitude eine
Kettenschaltungsanordnung aui'weist, welche dazu dient, N Ausgangsspannungen zu liefern.

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