DE2728079C2 - Filter mit einer Ladungsverschiebeanordnung - Google Patents

Description

• Die Erfindung geht aus von einem Filter mit Ladungsverschiebeanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Filter, die z. B. aus IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-11, No. 1, Februar 1976, S. 88-92, bekannt sind, enthalten eine Eingangselektrode und mehrere weitere Elektroden sowie einen rekursiven Teil und einen nichtrekursiven Teil. Sie sind in zahlreichen elektronischen Geräten und insbesondere in Fernsprecheinrichtungen, besonders in mit Pulscode-Modulation (PCM) arbeitenden Einrichtungen verwendbar.
• Der Aufbau von Ladungsverschiebeanordnungen (im angelsächsischen Sprachgebrauch als Charge-Coupled Divece, CCD, oder Bucket Brigade Device, BBD, d. h. Eimerkettenanordnung bezeichnet) ist bekannt. Sie sind ausführlich in dem Aufsatz "Charge-Coupled Devices" von Gilbert F. Amelio in der Zeitschrift Scientific American, Bd. 230, Nr. 2, Februar 1974, beschrieben.
• Diese Ladungsverschiebeanordnungen können zum Aufbau von Filtern benutzt werden. Diese Filter arbeiten mit dem zu filternden Signal, das mit einer Frequenz abgetastet wird, die größer als die Nyquist-Frequenz ist, was sie, insbesondere für die Synthesemethoden, in die Nähe der bekannten Digitalfilter bringt. Die Abtastproben werden aber nicht digitalisiert, was dem Filter eine wichtige Analogeigenschaft bewahrt. Es werden zwei Methoden benutzt, um den Wert der Abtastproben zu messen, und zwar werden entweder geteilte Elektroden oder Verstärker mit bewerteter Verstärkung benutzt. Diese Methoden sind in dem Aufsatz "Transversal Filtering Using Charge-Transfer Devices" von Dennis B. Buss et al. in der Zeitschrift I. E. E. E. Journal of Solid-State Circuits, Bd. SC8, Nr. 2, April 1973, beschrieben.
• Solche Filter können rekursiv sein, dann ist aber eine sehr große Genauigkeit der Bewertung erforderlich, oder sie können nichtrekursiv sein, was in letzterem Fall eine sehr große Anzahl von Koeffizienten verlangt.
• Es sind bereits Hybriddigitalfilter hergestellt worden, in welchen ein rekursives Filter und ein nichtrekursives Filter in Reihe geschaltet sind, was ermöglicht, sowohl die Anzahl der Koeffizienten als auch die Genauigkeit der Bewertung zu verringern. Eine Methode zur Synthese solcher Filter und experimentelle Ergebnisse sind in dem Aufsatz "An Algorithmic Procedure for Designing Hybrid FIR/IIR Digital Filters" von M. R. Campbell et al. in der Zeitschrift The Bell System Technical Journal, Bd. 55, Nr. 1, Januar 1976, beschrieben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hybridfilter der eingangs angegebenen Art für geringe Anforderungen an die Filterung zu vereinfachen.
• Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Filter durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Bei dem erfindungsgemäßen Filter sind der rekursive und der nichtrekursive Teil des Filters miteinander verschachtelt. Es wurde gefunden, daß eine solche Lösung korrekt arbeitet, weil die Filterung sowohl kommutativ als auch assoziativ ist.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur ein Blockschaltbild des Filters zeigt.
• Das in der Zeichnung dargestellte Hybridfilter enthält eine einzige Ladungsverschiebeanordnung CCD und zwei Leseverstärker Q und P.
• Das Eingangssignal, ein pulsamplitudenmoduliertes und beispielsweise aus einem PCM-Dekodierer stammendes Fernsprechsignal, kommt an dem Eingang E des Leseverstärkers Q des rekursiven Teils des Filters an. Da der Ausgang dieses Verstärkers mit dem Eingang O der Ladungsverschiebeanordnung CCD verbunden ist, ist es nämlich einfacher, zum Eingeben des Signals in das Filter einen mit 1 bewerteten Eingang des Verstärkers Q zu benutzen, als noch einen Summierverstärker hinzuzufügen, um das Eingangssignal E und das Ausgangssignal des Verstärkers Q zu addieren.
• Die Ladungsverschiebeanordnung CCD ist hier in sehr vereinfachter Weise dargestellt, da sie in herkömmlicher Weise arbeitet. Sie enthält in diesem Beispiel fünf Elektroden, die von 0 bis 4 numeriert sind. Jede so dargestellte Elektrode entspricht tatsächlich einer Gruppe von zwei oder drei Elektroden, die einem vollständigen Taktzyklus entspricht. Sie empfängt Taktsignale, bei welchen es sich je nach der benutzten Technologie um 2- oder 3-Phasen-Signale handelt. Diese Signale weisen die Taktfrequenz des PAM-Eingangssignals auf, was den Aufbau des Filters noch vereinfacht.
• Die Elektrode 0 ist hier die Injektionselektrode, die das Injizieren der Ladungen in die Ladungsverschiebeanordnung CCD gestattet. Sie empfängt das Ausgangssignal des Leseverstärkers Q, dessen Ausgangsstufe dieser Funktion angepaßt ist.
• Die durch die Elektrode 0 injizierten Ladungen bewegen sich in der Ladungsverschiebeanordnung CCD von dieser Elektrode 0 bis zu der Elektrode 4 mit der Frequenz der Taktsignale weiter. Bei jeder Weiterbewegung von einer Elektrode zur nächsten bilden sie an diesen Elektroden Spannungen, die durch die Leseverstärker P und Q abgenommen werden. Diese Erläuterung ist absichtlich schematisch, denn die Leseverstärker P und Q sind tatsächlich relativ komplexe Schaltungen, die außer der Verstärkung eines Integration des Ladestroms der Elektroden nach einem bekannten Verfahren vornehmen.
• Die Spannung, die schließlich an jeder Elektrode abgelesen wird, wird mit einem Koeffizienten bewertet, der für die Kennlinie des Filters kennzeichnend ist. Die Gesamtheit dieser Koeffizienten wird nach einem Syntheseverfahren berechnet, von denen es mehrere gibt.
• Der rekursive Teil des Hybridfilters weist einen einzigen Koeffizienten auf, wogegen sein nichtrekursiver Teil vier Koeffizienten aufweist. Es sind nicht alle Einzelheiten der Elektroden und der Steueranschlüsse dargestellt worden, sondern es ist vielmehr ausführlich die Anordnung gezeigt, die das Bewerten der unter jede Elektrode transportierten Ladungen gestattet.
• Diese Bewertung erfolgt in diesem Fall nach dem Verfahren der geteilten oder geschlitzten Elektroden. Ein Beispiel der Verteilung der Schlitze in den Elektroden 1 bis 4 ist in der Zeichnung gezeigt. Der Leseverstärker P des nichtrekursiven Teils des Filters ist mit diesen Elektroden verbunden.
• Die Eingangssignale des Filters werden an den Eingang des Leseverstärkers Q des rekursiven Teils angelegt.
• Dieser Leseverstärker ist aber nur mit einer einzigen Elektrode verbunden, in dem beschriebenen Beispiel mit der Elektrode 3. In einem rekursiven Filter sind nämlich die in Frage kommenden Parameter einerseits die Gegenkopplungsverstärkung und andererseits die Verzögerung derselben. In dem vorliegenden Fall kann die gewünschte Verzögerung gewählt werden, indem die dieser Verzögerung entsprechende Elektrode benutzt wird. Selbstverständlich entspricht diese Elektrode einem bereits für den nichtrekursiven Teil verwendeten Koeffizienten, aber, da nur eine benutzt wird, ist es leicht, die erforderliche Gegenkopplungsverstärkung zu erzielen, indem die Verstärkung des Verstärkers Q genau eingestellt wird und indem an dem Eingang E ein angemessener Eingangswert benutzt wird, beispielsweise mittels eines Dämpfungsgliedes. Das wirkt sich zwar auf die Gesamtverstärkung des Filters aus, was aber ohne Bedeutung ist.
• Man kann sich fragen, ob eine solche Verschachtelung der beiden Teile, nämlich des rekursiven und des nichtrekursiven Teils, gegenüber der Lösung, die darin besteht, sie in Reihe zu schalten, korrekt arbeitet. Versuchsergebnisse zeigen, daß das der Fall ist, übrigens aus dem Grunde, daß der Filterungsvorgang, da er pegelmäßig linear ist, kommutativ und assoziativ ist.

Claims (2)

1. Filter mit einer Ladungsverschiebeanordnung, die eine Eingangselektrode und mehrere weitere Elektroden aufweist sowie einen rekursiven Teil und einen nichtrekursiven Teil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Elektroden (1, 2, 3, 4) zur Wichtung mit den Wichtungskoeffizienten des nichtrekursiven Teiles gespalten sind, daß der rekursive Teil einen Leseverstärker (Q) umfaßt, der einen ersten, mit einer (3) der gespaltenen Elektroden, die für den nichtrekursiven Teil benutzt wird, verbundenen Eingang und einen zweiten, mit dem Eingang (E) des Filters verbundenen Eingang sowie einen Ausgang aufweist, der mit der Eingangselektrode (0) verbunden ist, und daß der rekursive Teil einen einzigen Koeffizienten aufweist, der durch die Verstärkung des ersten Einganges des Leseverstärkers (Q) bestimmt ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtrekursive Teil vier Koeffizienten aufweist.