DE2808604A1 - Aus ctd-leitungen bestehende koppelschaltung - Google Patents

Aus ctd-leitungen bestehende koppelschaltung

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DE2808604A1 DE19782808604 DE2808604A DE2808604A1 DE 2808604 A1 DE2808604 A1 DE 2808604A1 DE 19782808604 DE19782808604 DE 19782808604 DE 2808604 A DE2808604 A DE 2808604A DE 2808604 A1 DE2808604 A1 DE 2808604A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 78 P 5 5 5 3
Aus CTD-Leitungen bestehende Koppelschaltung
Die Erfindung betrifft eine aus CTD-Leitungen bestehende Koppelschaltung, deren einzelne CTD-Leitungen unidirektionales Übertragungsverhalten haben, und deren Wellenleitwert durch die Größe ihrer charakteristischen UmIadekapazitäten festgelegt ist.
Aus der deutschen Patentschrift 24 53 669 sind unter anderem elektrische Filterschaltungen bekannt geworden, zu deren Aufbau in sich geschlossene Leitungsschleifen mit unidirektionalem Übertragungsverhalten verwendet werden können. Als Leitungen können dabei auch die bekannten CTD-Leitungen (Charge transfer devices) in Frage kommen. Solche Leitungen sind für sich bekannt als sog. Eimerkettenschaltungen oder auch als sog. CCD (Charge coupled devices). Zum Betrieb solcher S dialtungsbauteile sind Taktgeneratoren erforderlich, wie dies im einzelnen ebenfalls in der deutschen Patentschrift 24 53 669 beschrieben ist. In dieser Patentschrift ist unter anderem bereits darauf hingewiesen, daß als unidirektionale Übertragungsleitungen vorteilhaft Eimerkettenschaltungen verwendet werden können, die beispielsweise in der Zeitschrift Hka lObh/20.2
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"IEEE Solid State Circuits", Vol. SC 4, Juni 1969, Heft 3, Seiten 131 bis 136, beschrieben sind. Anstelle von solchen Eimerkettenschaltungen können auch die erwähnten CCD-Leitungen verwendet werden, das sind Übertragungsleitungen, die nach dem Prinzip der gekoppelten Ladung arbeiten. Solche CCD-Leitungen sind beispielsweise in "BSTJ" Band 49, Seiten 589 bis 593, angegeben. Auch der Aufbau von Filterschaltungen wurde bereits angegeben. Bekanntlich ist es gerade für die Realisierung von FiI-terschaltungen zur Erzielung einer vorgegebenen Übertragungscharakteristik häufig von besonderer Bedeutung, in der Übertragungscharakteristik Dämpfungspole bei reellen oder komplexen Frequenzen vorzusehen, wodurch sich Versteilerungen in der Dämpfungscharakteristik oder die Beeinflussung der Laufzeit im Durchlaßbereich des Filters erzielen lassen. Zur Realisierung solcher versteuerter Schaltungen sind Koppelschaltungen vorteilhaft. Wegen der unidirektionalen Eigenschaften der hier zur Anwendung kommenden CTD-Leitungen lassen sich jedoch Koppelschaltungen im üblichen Sinn nicht ohne weiteres nachbilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von CTD-Koppelschaltungen anzugeben, bei denen das Übertragungsverhalten von nicht unidirektionalen Koppelschaltungen, wie beispielsweise Mikrowellenschaltungen, vollständig erhalten bleibt.
Ausgehend von einer aus CTD-Leitungen bestehenden Koppelschaltung, deren einzelne CTD-Leitungen unidirektionales Übertragungsverhalten haben und deren Wellenleitwert durch die Größe ihrer charakteristischen Umladekapazitäten festgelegt ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwei CTD-Leitungen mit zueinander entgegengesetzter Durchlaßrichtung zu einem Leitungs-
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* VPA 78P 85 5 3 BRD
paar zusammengefaßt sind, daß die Zusammenfassung der zu einem Leitungspaar gehörenden Leitungen durch deren Verbindung über eine weitere CTD-= Leitung erfolgt, deren Durchlaßrichtung von der zuführenden zur wegführenden Leitung des jeweiligen Leitungspaares gerichtet ist, und daß jede zuführende Leitung mit den wegführenden Leitun= gen der anderen Leitungspaare verbunden ist, und diese Verbindung aus wenigstens einem Absd&itt ©iner CTD-Leitung, einem Verstärker und ©iner galvanischen Leitung besteht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran= Sprüchen angegeben.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend di© Er= findung noch näher erläutert.
Es zeigen in der Zeichnung
Fig. 1 das elektrisch® Ersatzschaltbild ®in©r allgemeinen Koppelschaltung in Form ©in©r Mikro° wellenleitungsv©rzw@igung mit nicht unidir©k~ tionalen Eigenschaftenι
Fig. 2 ein elektrfehss Ersatzschaltbild gemäß der Erfindung zur Realisierung einer Koppelsehaltung mit unidirektionalen Leitungen und Einzelheiten der Bemessungsbedinguagsn;
Fig. 3 die Streumatrix der KoppelsD haltung nach Fig„ Fig. 4 die Streumatrix d©r Koppslschaltung nach Figo
Fig. 5 den formalen Zusammenhang ©in@s Koeffizienten= Vergleiches der in d©n Figo 3 und 4 dargestell=
- K - VPA 78 P 6 5 5 3 BRD ten Streumatrizen;
Fig. 6 ein Schaltsymbol gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 mit
drei Leitungspaaren;
5
Fig. 7 eine mit einem Zweipol abgeschlossene Koppelschaltung;
Fig. 8 eine weitere Realisierungsmöglichkeit für FiI-terschaltungen mit Polstellen in der Dämpfurgsfnnktion;
Fig. 9. die Bedingungen und die Streumatrizen einer Zweitor-Koppelschaltung, die aus Fig. 1 hervorgegangen ist;
Fig. 10 die Streumatrix einer Zweitorkoppelschaltung, die aus Fig. 2 hervorgegangen ist;
Fig. 11 das elektrische Ersatzschaltbild einer Zweitor-Koppelschaltung gemäß der Streumatrix nach Fig. 10;
Fig. 12 eine Möglichkeit zur Wahl der Bemessungsgrößen einer Schaltung gemäß Fig. 11;
Fig. 13
und 14 die Streumatrizen einer Zweitorschaltung unter Einführung einer weiteren vereinfachenden Bedingung;
Fig. 15 das elektrische Ersatzschaltbild einer Zweitor-Koppelschaltung nach den Streumatrizen der Fig. 13 und 14;
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-#- VPA 78P 6 5 5 3 BRD
Fig. 16 einen Ausschnitt aus einer Filterschaltung mit CTD-Resonatoren, die über Zweitor-Koppelschaltungen verbunden sind;
Fig. 17 einen Ausschnitt aus einer Filterschaltung, bei der CTD-Resonatoren über eine Zweitor-Koppelschaltung mit einer CTD-Koppelschleife verbunden sind;
Fig. 18 eine Realisierungsmöglichkeit nach Fig. 2, jedoch unter Verwendung gleicher Wellenleitwerte für alle Leitungspaare;
Fig. 19 ein Beispiel für die Realisierung von Verstärkern in CCD-Technologie;
Fig. 20 einen Querschnitt durch einen integrierten Schaltungsabschnitt gemäß Fig. 19;
Fig. 21 einen Ausschnitt aus der Substratdraufsicht von Fig. 19, jedoch mit Transistorsymbolen als elektrisches Ersatzschaltbild.
Das in Fig. 1 dargestellte elektrische Ersatzschaltbild zeigt eine allgemeine Koppelschaltung 2, deren Verzweigungspunkte mit der Bezugsziffer 1 kenntlich gemacht sind. Für sich sind solche Leitungen aus der Mikrowellentechnik bekannt, und es lassen sich an sich beliebig viele Einzelleitungen in Punkt 1 miteinander verbinden. Zur einfacheren Darstellung sind in Fig. 1 und im folgenden nur drei Leitungen betrachtet. Entsprechend den üblichen Mikrowellenleitungen sind die auf den Verzweigungspunkt 1 zulaufenden Wellenanteile mit P1 bis p, und die vom Verzweigungspunkt 1 weglaufenden Wellenanteile mit q^
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28Ü8604 • λθ·
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bis q, verdeutlicht. Weiterhin sei zur einfacheren Darstellung davon ausgegangen, daß eine Leitung den Wellenleitwert c·, und die beiden anderen Leitungen davon abweichende Wellenleitwerte uc, bzw. ve, haben. Alle Leitungen haben das Phasenmaß ß/2.
In Fig. 2 ist ein der Fig. 1 entsprechendes Schaltbild gezeigt, das dort ebenfalls mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist. Es sind u und ν charakteristische Bemessungsgrößen für die Koppelschaltung und bedeuten denjenigen Faktor, um den sich die Wellenleitwerte der unterschiedlichen Leitungen nach Fig. 1 unterscheiden. Im Unterschied zur Darstellung nach Fig. 1 ist nun in Fig. 2 davon ausgegangen, daß die dort verwendeten Leitungen unidirektionale Übertragungseigenschaften haben, wie dies für die eingangs bereits erwähnten CTD-Leitungen der Fall ist. Aus diesem Grund sind in Fig. 2 die Übertragungseinrichtungen dieser Leitungen durch jeweils zugeordnete Pfeile kenntlich gemacht, und es sind die auf die Koppelschaltung 2 zulaufenden Wellen mit p^,p2 und p,, und die von der Koppelschaltung 2 weglaufenden Wellen mit q^,q2 und q* bezeichnet. Zugleich werden diese Symbole hJa? und im folgenden auch für die Anschlußleitungen selbst verwendet. Entsprechend Fig. 1 hat das Leitungspaar V-ziQ-z den Wellenleitwert uc,, während die Leitungspaare P-)»<l·] bzw. P2,Q2 die Wellenleitwerte q bzw. vc^ haben. Die vorgenannten Wellenleitwerte ergeben sich dabei zugleich aus den charakteristischen Umladekapazitäten der CTD-Leitungen.
In Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß eine die Koppelschaltung 2 durchlaufende Welle die Phasendrehung ß erfährt. Um auf spätere Realisierungsmöglichkeiten Rücksicht zu nehmen, haben daher alle CTD-Leitungsabschnitte ein an sich beliebiges Phasenmaß ß.
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Vie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, ist jeweils jedes Leitungspaar über eine CTD-Leitung verbunden, die von der zuführenden zur wegführenden Leitung führt. Im Leitungspaar P1J1I-J ist der Wellenleitwert dieser Vetoindungsleitung mit c« bezeichnet, im Leitungspaar p2»<l2 isi; ^er Wellenleitwert der Verbindungsleitung mit xcp und im Leitungspaar V-x'Q-z mit wc2 bezeichnet. Ferner ist zu erkennen, daß jede zuführende Leitung mit den xvegführenden Leitungen der anderen Leitungspaare verbunden ist. Diese Verbindungen bestehen aus wenigstens einem Abschnitt einer CTD-Leitung, z.B. dem Abschnitt c^+c^« und dem Abschnitt JC1' bzw. C1 +C1 1 und Zo1 und weiterhin aus einem Verstärker Q1 bzw. Q1' und einer galvanischen Verbindung L^. Entsprechendes gilt für di© Verbindung zwi° sehen den Leitungen p, und q2 und p, und Q1 sowie zwischen den Leitungen p2 und q1 bzw. p2 und q,. Für den in Fig. 2 gezeigten allgemeinen Fall sind den Umladskapazitäten der CTD-Leitungen Multiplikationsfaktorsn zugeordnet, die mit x,y, w und ζ bezeichnet sind. Entsprechen- de Verstärker in den Übrigen Vsrbindungsleitungen sind mit Qp und Q2' und mit Q, und Q^" bezeiehnet., Zugehörig© galvanische Verbindungsleitungen mit L2 und L,o Als vor» teilhafte Ausgestaltung sind die mit gleichen Indizes bezeichneten Verstärker als Doppelverstärker ausgebildet, als Verstärker also mit nur einem Eingang und zwei Aus·= gangen.
Die CTD-Leitungen mit den Umladekapazitäten bzw» den Wellenleitwerten C1SyC1 1JZC1' in Fig. 2 im Inneren der Verzweigung dürfen nicht miteinander verbunden sein. Dies stellt hier kein Realisierungsproblem dar, weil ein Verstärkerausgang (z.B. von Q1') mit einer nachfolgenden CTD-Leitung (z.B. Vc1') durch eine galvanische Leiterbahn (z.B. L) verbunden ist, die über andere Leiterbah nen (z.B. L2,L,) isoliert hinweggeführt werden kann«,
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•/12.
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Im Schaltbild von Fig. 2 sind ferner Verstärker erkennbar, die mit den Bezugsziffern K^,K^', Kg und Kg' bezeichnet sind und die in den jeweils zu einem Leitungspaar zusammengefaßten zu- bzw. wegführenden Leitungen eingeschaltet sind. Dabei sollte das Produkt der Verstärkungsfaktoren vorzugsweise Κ^·Κ^'=Kg'Kgf=1 sein.
Die in Fig. 2 ebenfalls angegebenen Bedingungen sagen nun aus, daß an den Stellen, an denen eine oder mehrere CTD-Leitungen zu einer gemeinsamen Umladekapazität geführt sind, von der wiederum mehrere oder eine CTD-Leitung wegführen, die Summe der charakteristischen Umladekapazitäten der zuführenden CTD-Leitungen gleich ist der Summe der charakteristischen Umladekapazitäten der wegführenden CTD-Leitungen.
In Fig. 3 ist die Streumatrix der Koppelschaltung von Fig. 1 angegeben,und in Fig. 4 die Streumatrix für die Ladungswellen P1 ,q^ ,P2»CU'P3'C13 der Koppelschaltung von Fig. 2. Durch Koeffizientenvergleich ergeben sich die Dimensionierungsvorschriften in Fig. 5 als Sonderfall aus vielen Möglichkeiten. Abweichend von der Empfehlung für die Verstärker Κ^·κ^'=1 wurde hier K^,K^'=-1 angenommen. Dies ist dann zulässig, wenn in dem vorgesehenen Filter ein Schaltungsabschnitt zu der Koppelschaltung in Kette geschaltet ist, mit dem das Produkt aller Verstärkungsfaktoren gleich 1 ist innerhalb der durch die Kettenschaltung entstandenen Leiterschleife.
Bei einer anderen von möglichen weiteren Dimensionierungen kann auch die Bedingung Κ^·Κ^'=+1 vorgegeben werden, indem die Vorzeichen der Elemente der mittleren Zeile oder der mittleren Spalte in der Streumatrix Fig. 3 entgegengesetzt gewählt werden. Unter der Voraussetzung u>v+1 ist es bei einer weiteren Dimensionierung zweck-
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mäßig, die Vorzeichen in der dritten Zeile oder Spalte in Fig. 3 umzukehren, um die Bedingung Kg,Kgf=1 zu erfüllen.
Durch die vorgeschlagenen Vorzeichenvertauschungen bleibt eine danach realisierte Koppelschaltung für den Einsatz in Reaktanz-Abzweigschaltungen geeignet, da dies lediglich eine Phasendrehung um,180° in der betreffenden Leitung bedeutet.
Es sei hier noch darauf hingewiesen, daß bei den mit K bezeichneten Verstärkern das Verstärkungsmaß K als Spannungsverstärkungsfaktor aufzufassen ist, während es bei den mit Q bezeichneten Verstärkern als Ladungsverstärkungsfaktor anzusehen ist.
Wie aus Fig. 5 noch erkennbar, ergibt sich eine vereinfachende Schreibweise mit der Beziehung c2/c-*=r, die auch noch in den nachfolgenden Figuren von Bedeutung ist.
In Fig. 6 ist ein mit V bezeichnetes Schaltsymbol gezeigt, dessen Funktion nach der in Fig. 2 bereits beschriebenen Weise abläuft. Auch die ein- und ausfallenden Wellen, die Wellenleitwerte und die Phasenbeziehungen sind mit den gleichen Symbolen wie in Fig. 2 bezeichnet.
Die Fig. 7 und 8 zeigen Ausschnitte von Filterschaltungen, in denen das in Fig. 6 beschriebene Schaltsymbol V verwendet ist. Schaltungen dieser Art sind bereits in der älteren Anmeldung P 27 04 318.1 angegeben. Wie aus Fig. 7 zu erkennen, ist die Koppelschaltung V einseitig mit einem Zweipol Z abgeschlossen,und es können z.B. Dämpfungspole erzeugt werden, wenn dieser Zweipol Z als Reaktanzzweipol aus gekoppelten CTD-Resonatoren ausge-
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- γο - VPA 78Ρ 65 5 3 BRO
bildet ist. Solche CTD-Resonatoren sind für sich ebenfalls bereits bekannt.
Fig. 8 zeigt die Möglichkeit, einen Filterabschnitt zu überbrücken, wodurch sich Pole der Dämpfungsfunktion bei physikalischen und komplexen Frequenzen erzeugen lassen. Dies hat zu bedeuten, daß mit solchen Schaltungen entweder die Dämpfungscharakteristik versteuert oder· das Laufzeitverhalten im Durchlaßbereich beeinflußt werden kann. Auch in Fig. 8 sind an die Zu- und Wegführungsleitungen die gleichen Symbole angeschrieben, die im Zusammenhang mit Fig. 2 bereits erläutert wurden. Wie Fig. 8 weiter zu entnehmen ist, sind dort zwei Koppelschaltungen V und V miteinander verbunden, und.es sind zur einfachen Unterscheidung die Ausgangsgrößen gegenüber den Eingangsgrößen mit einer Apostrophierung versehen. Auch ist zu erkennen, daß an das mit q~ und P2 bezeichnete Leitungspaar der ersten Verzweigung V ein FiIterabschnitt angeschaltet ist, der aus CTD-Leitungen realisiert ist.
An das weitere Leitungspaar p^ und q, der Verzweigung V ist eine Überbrückung 5 angeschaltet, und es ist davon auszugehen, daß auch diese Überbrückung 5 aus CTD-Leitungen besteht. Die Filterschaltung 4 und die Überbrükkungsschaltung 5 sind ausgangsseitig an der zweiten Koppelschaltung V* wieder vereinigt, so daß also das Leitungspaar p..' und q^ · des Filterabschnittes 4, sowie das Leitungspaar p,' und q*f der Überbrückung 5 in der Koppelschaltung V vereinigt werden. Der Ausgang der Koppelschaltung V ist mit q2 f und p«1 bezeichnet. Die ebenfalls an die jeweiligen Leitungsabschnitte angeschriebenen Faktoren u, ν wurden im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 ebenfalls bereits erläutert. Hinsichtlich der Berechnung kann hier auf die bekannten Regeln der Betriebsparametertheorie verwiesen werden, die es auch bei diesen aus CTD-Leitungen bestehenden Filtern gestattet, die
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- yi - VPA 78p 65 5 3 BRD
Lage der Dämpfungspole und die Beeinflussung des Laufzeitverhaltens in freier Weise zu wählen.
Wenn nach den Regeln dieser Theorie in den Zweipol Z nach Fig. 7 bzw. die Überbrückungsschaltung 5 nach Fig. reelle Widerstände eingeführt werden, dann lassen sich mit Hilfe der dort angegebenen Schaltungen auch Entzerrerschaltungen zur Beeinflussung des Dämpfungsganges realisieren.
In den Fig. 9 bis 12 sind Sonderfälle einer Koppelschaltung dargestellt, bei denen die ein Leitungspaar charakterisierenden Bemessungsgrößen den Wert Null haben. Im Beispiel der Fig. 9 entfällt das Leitungspaar p,,q^, wenn die dort angegebenen Bedingungen erfüllt sind. Unter diesen Bedingungen ergibt sich die Streumatrix S'a analog zu Fig. 1 bzw. den in Fig. 3 angegebenen Beziehungen. In Analogie dazu zeigt Fig. 10 die Streumatrix S! b für Schaltungen nach Fig. 2 mit den in Fig. 4 angegebenen Beziehungen.
Die in Fig. 11 gezeigte Schaltung ist unmittelbar das Ergebnis der in Fig. 10 dargestellten Streumatrix. Aus einem unmittelbaren Koeffizientenvergleich der Streumatrizen für Sa f und S^' folgen die in Fig. 12 angegebenen Beziehungen, die gleichzeitig die Dimensionierungsvorschriften für die in Fig. 11 angegebene Schaltung sind. Wie vorstehend bereits erwähnt, wurde die Spannungsverstärkung mit K und die Ladungsverstärkung mit Q be- zeichnet. Die Beziehung zwischen diesen beiden Größen ist in Fig. 11 zusäztlich angegeben.
Weitere Dimensionierungen von Resonatorkopplungen zeigen die Fig. 13 bis 17. In Fig. 13 ist die Streumatrix der Schaltung von Fig. 15 angegeben, in der ausschließlich
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/ 78P 65 5 3 BRD Verstärker K vorgesehen sind, die eingangs- und ausgangsseitig an CTD-Leitungen gleichen Wellenleitwertes C^ angeschlossen sind. Ein Koeffizientenvergleich zwischen Fig. 13 und 14 ergibt die Dimensionierungsgrößen von Fig. 15.
In den Fig. 13 und 15 wurde nicht mit Ladungswellen ρ und q sondern mit Spannungswellen ^,V1;U2,V2 gerechnet, um eine weitere Variante für die Dime ns. ons ierung von Koppelschaltungen aufzuzeigen, mit denen sich Filterstrukturen mit verstärkerfreien CTD-Leiterschleifen gewinnen lassen.
Die Schaltung von Fig. 15 geht hervor aus der Schaltung von Fig. 11, wenn dort die Dimensionierungsgröße v=1 gesetzt wird. Damit werden auch die Verstärkungsfaktoren K^ und K^'=1, und es können somit diese Verstärker entfallen.
Fig. 16 zeigt ein Beispiel für die Verkopplung von drei Resonatoren R1,R2,FU, wobei noch durch eine einfache Umwandlung in den Koppelgliedern die beiden Verstärker K1 und Κ« jeweils in einem einzigen Verstärker Κ-.'·Κ_ zusam mengefaßt sind, so daß nur in einem Absdnitt C1 dieser Koppelschaltung der nicht zugleich Bestandteil des Resonators R1 bzw. R2 bzw. R, ist, dieser einzige Verstärker K1^k2 liegt.
Die Schaltung in Fig. 17 zeigt eine Verkopplung zweier Resonatoren R1,R2 über eine zusätzliche Koppelschleife mit dem Phasenmaß (^ - ß), womit sich die Größe der Verstärkungsfaktoren K1'-K2 reduzieren läßt. Physikalisch hängt dies damit zusammen, daß sich unter Beibehaltung der Bandbreite die Größe der Wellenwiderstandssprünge reduzieren läßt.
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Pig. 18 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel eine CCD-Koppelschaltung entsprechend Fig. 2 der Einfachheit halber jedoch mit u=v=1 und ohne die äußeren Verstärker K# 6»Κλ*6· Diese Darstellung muß deshalb als schematisch bezeichnet werden, weil der platzsparenden und übersichtlicheren Darstellung wegen die Verhältnisse von Länge a zu Schlitzbreite s sowie von Länge a zu Breite b der leitenden Belegungsflächen der Umladekapazitäten CpC2JC, kleiner gewählt wurden als bei einer wirklichen Realisierung. So sind auch die Doppelverstärker Q ,Q' mit gemeinsamem Eingang (2c>|) und zwei Ausgängen (L ^jC1) lediglich als schraffierte Dreiecke dargestellt. Dabei • bedeutet eine die Indizes bezeichnende ganze Zahl 1 bzw. 2 bzw. 3.
Die in Fig. 18 dargestellten galvanischen Leitungen L1 bis L, können dabei in der gleichen Weise hergestellt sein wie es bei der Realisierung von CTD-Schaltungen üblich ist. Beispielsweise können die Leitungen in Form von aufgedampften leitenden Belägen auf ein Substrat aufgebracht werden, also in der gleichen Weise wie beispielsweise die Belegungen für die Umladekapazitäten c,j bis c,. Auch läßt sich in der Art der CCD-Technologie leitend dotiertes Silizium als Leiterbahn verwenden. Wie auch Fig. 2 erkennen läßt, dürfen die Leitungen L-, bis L, an den Überkreuzungsstellen nicht elektrisch verbunden sein. Solche sich Kreuzenden Leiterbahnen stellen auch in der Technologie kein Problem deshalb dar, weil dafür gesorgt werden kann, daß ein dielektrischer Belag zwischen sich überkreuzende Leiterbahnen eingebracht werden kann.
Zur Verdeutlichung der Verstärkersymbole in den Fig. 2, und 15 bis 18, zeigt Fig. 19 ein Beispiel für die Realisierung von Verstärkern in CCD-Technologie mit einer sogenannten "floating gate" Auskopplung, wie u.a. auch von
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D.D. ¥en unter dem Titel "Design and operating of a floating gate amplifier" in "IEEE Journal of Solidstate Circuitä1, Vol. SC 9, Nr. 6, Dec. 1974, Seiten 410 bis 414 beschrieben. Fig. 20 stellt den Querschnitt A-Af längs der eine "floating gate" Elektrode (FG) enthaltenden CCD-Leitung in Fig. 19 dar. Der FG-Elektrode wird keine der Taktspannungen 0^ bis 0, zugeführt, sie ist vielmehr mit dem Gate G^ eines Feldeffekt-Transistors verbunden, der als Source-Folger arbeitet, wobei der Source-Widerstand R durch einen weiteren Feldeffekt-Transistor mit dem Gate G2 realisiert ist. Fig. 21 zeigt diesen Ausschnitt aus der Substratdraufsicht von Fig. 19 mit Transistorsymbolen.
Um den Ladungstransport längs der CCD-Leitung mit den Umladekapazitäten c und c nicht zu stören, ist die CCD-Elektrode für die Taktspannung 02 oberhalb der FG-Elektrode angeordnet. Die sich an der FG-Elektrode einstellende Spannung steuert den Stromfluß durch beide Feldeffekt-Transistoren und damit die Spannung an der Source/Drain (S/D)-Elektrode, mit der die Umladekapazitäten Cj£ und Cg' aufgeladen werden. Mit c^ bzw. C ist eine Ladungsverstärkung gegeben, mit Cg^c und wird die Ladungsverstärkung in eine Spannungsver-Stärkung umgewandelt. Dabei sind c und c die Umladekapazitäten zweier weiterer CCD-Leitungen. Das Aufladen der Kapazitäten cR bzw. c^1 mit Hilfe der Dioden D bzw. D und damit das Einspeisen eines Signales in eine CCD-Leitung ist von CM. Sequin und A.M. Mohsen unter dem Titel "Linearity of electrical charge injection into charge-coupled devices" in "IEEE Journal of Solid-State Circuits", Vol. SC-10, No. 2, April 1975, Sexten 81 bis 92, beschrieben.
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Ein Doppelverstärker z.B. Q1JQ1 1 in Fig. 2 bzw. Fig. 18 ergibt sich mit Cx=C1 +Cj' bzw. 2C1 ;c =zc.j bzw. C1 und C2=YC1' bzw. σ,.. Außerdem muß die zur Umladekapazität cQ gelangende Ladung nach jedem Umladevorgang abgeleitet (vernichtet) werden, um für das nächstfolgende Ladungspaket aufnahmebereit zu sein. Dies trifft auch für die Realisierung z.B. des Verstärkers K^ in Fig. 2 zu, wofür c =c =vc, und c sCtj-'sO zu setzen sind.
15 Patentansprüche
21 Figuren
909835/0458

Claims (15)

  1. 78P 65 5 3 BRD Patentansprüche
    ',1.J Aus CTD-Leitungen bestehende Koppel schaltung, deren einzelne CTD-Leitungen unidirektionales Übertragungsverhalten haben und deren Wellenleitwert durch die Größe ihrer charakteristischen Umladekapazitäten festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei CTD-Leitungen mit zueinander entgegengesetzter Durchlaßrichtung (P1 ,q-j JP2Jq2JP-^q*) 2U einem Lei~ tungspaar zusammengefaßt sind, daß die Zusammenfassung der zu einem Leitungspaar (z.B. O^q1) gehörenden Leitungen durch deren Verbindung über eine weitere CTD-Leitung (z.B. Cp) erfolgt, deren Durchlaßrichtung von der zuführenden (z.B. P1) zur wegführenden (z.B. q1) Leitung des jeweiligen Leitungspaares (z.B. p^,q^) gerichtet ist, und daß jede zuführende Leitung (z.B. P1) mit den wegführenden Leitungen (z.B. q2,q-z) der anderen Leitungspaare (z.B. Po»qp»PvQ^) ver*Dun<ien ist, und diese Verbindung aus wenigstens einem Abschnitt (z.B. C1+C1', ZC1 bzw. VC1') einer CTD-Leitung, einem Verstärker (Q1 bzw. Q1 1) und einer galvanischen Leitung (z.B. L1) besteht.
  2. 2. Koppelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an den Stellen, an denen eine (z.B. P1) oder mehrere CTD-Leitungen zu eiaer gemeinsamen Umladekapazität (z.B. c-z) geführt sind, von der wiederum mehrere (z.B. C1+C1' und C2) oder eine CTD-Leitung wegführen, die Summe der charakteristischen Umladekapazitäten (z.B. c,) der zuführenden CTD-Leitungen (z.B. P1) gleich ist der Summe der charakteristischen Umladekapazitäten (z.B. ^+C1'+C2) der wegführenden CTD-Leitungen (z.B, C1+^' und C2), (Fig. 2).
    9098T*/(H R6 OPiGiNAL INSPECTED
  3. 3. Koppelschaltung nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der CTD-Leitungen (z.B. p2) wenigstens ein integrierter Verstärker (z.B. K^) vorgesehen ist (Fig. 2).
  4. 4. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einer Zuführungsleitung (z.B. c-j+c,.1) ein Doppelverstärker (Q^,Q^f) mit einem Eingang und zwei Ausgängen gespeist wird (Fig. 2).
  5. 5. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil einer elektrischen Filterschaltung ist (Fig. 7, Fig. 8).
  6. 6. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Leitungspaare (z.B. p-z,q^) mit einem aus CTD-Leitungen bestehenden Zweipol (Z) abgeschlossen ist (Fig. 7).
  7. 7. Koppelschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Zweipol (Z) als aus CTD-Leitungen bestehender Reaktanzzweipol ausgebildet ist.
  8. 8. Koppelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß an ein Leitungspaar (P2»<l2^ dieser Koppelschaltung (V) eine aus CTD-Leitungen bestehende Filterschaltung (4) angeschaltet ist, daß an ein weiteres Leitungspaar (p-z,q-*) weiterführende CTD-Leitungen (5) angeschaltet sind, und daß die Filterschaltung (4) ausgangsseitig an ein Leitungspaar (p^ f, q-j') einer weiteren Koppelschaltung (V1) angeschaltet
    90983 5/0456
    - 3 - VPA 78 P 6 5 5 3 BRD
    ist und die CTD-Leitungen (5) ausgangsseitig an ein weiteres Leitungspaar (p^',q,') dieser weiteren Koppelschaltung (V) angeschaltet sind (Fig. 8).
  9. 9. Koppelschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der CTD-Leitungen (5) ein aus CTD-Leitungen bestehender Impedanz-Vierpol eingeschaltet ist.
  10. 10. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (z.B. K^,K» ') der zu- und wegführenden Leitungen (z.B. p2,q2) eines Leitungspaares zueinander reziproke Verstärkungsfaktoren (Κ^·Κλ'=1) haben.
  11. 11. Koppelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Leitungspaar (z.B. p-r,q^) charakterisierenden Bemessungsgrößen (z,w,Kg,Kg',0^,Q2 1,Q,,Q,') den Wert Null haben (Fig. 9 bis 12).
  12. 12. Koppelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärker (K^, K,1) in einem Leitungspaar (p2,q.2) den Verstärkungsfaktor eins haben (Fig. 13 bis 15).
  13. 13. Koppelschaltung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte dieser Koppelschaltung (c2) zugleich Bestandteil von wenigstens einem zugeschalteten, aus CTD-Leitungen bestehenden Resonator (R^ ,R2,fU) sind (Fig. 16).
  14. 14. Koppelschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß nur in einem Abschnitt (c^ ) dieser Koppelschaltung,der nicht zugleich
    909835/0456
    - 4 - VPA TSR 65 5 3 BRD
    Bestandteil des Resonators ist, ein Verstärker (K., '·κ«) liegt (Fig. 16).
  15. 15. Koppelschaltung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte dieser Koppelschaltung (c2) zugleich Bestandteil von wenigstens einer in sich geschlossenen Koppelschleife (6) sind, die ebenfalls aus CTD-Leitungen besteht (Fig. 17).
    909835/0456
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