DE2831398B1 - Filterschaltung mit aus einzelnen CTD-Elementen bestehenden CTD-Leitungen - Google Patents

Description

• Mit den Bezugsziffern 1 bzw. 2 sind der Filtereingang bzw. der Filterausgang bezeichnet. Das unidirektionale Verhalten der CTD-Leitungen wird durch die in die Figuren miteingetragenen Pfeile kenntlich gemacht.
• Zwischen dem Eingang t und dem Punkt 10 liegt eine CTD-Leitung mit der Umladekapazität Ci. Ebenso liegt zwischen dem Punkt 11 und dem Ausgang 2 eine Ausgangsleitung mit der Umladekapazität C1. Die Abnahmeleitung von Punkt 11 zum Ausgang 2 kann auch eine vom Wert Cl verschiedene Umladekapazität haben, jedoch auch unterschiedlich gegenüber den weiterhin noch zu erläuternden Umladekapazitäten, die in Fig. 1 mit C2 und C3 bezeichnet sind. Der Grundbaustein dieser Filterschaltung wird von einem in sich geschlossenen CTD-Ringresonator gebildet, der aus den Abschnitten 10-11-10 gebildet wird. Der Leitungsabschnitt 10-11 hat die Umladekapazitäten C3, der Leitungsabschnitt 11-10 dagegen die Umladekapazität C2. Die Resonanzfrequenz tR eines solchen Resonators hängt von der Anzahl der Ringelemente n und der Taktfrequenz für die CTD-Leitungen frab, und es gilt die Beziehung fR= fT/n. Wie aus Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, besteht der Leitungsabschnitt 10-11 aus nl CTD-Elementen, während der Leitungsabschnitt 11-10 aus n2 CTD-Elementen besteht, wobei n=nl +n2 jeweils eine ganzzahlige Zahl ist.
• Bei der Erfindung wird nun von der Überlegung ausgegangen, daß in der in sich geschlossenen Leiterschleife 10-11-10 eine umso größere Anzahl von CTD-Elementen eingesetzt werden müssen, je kleiner der Resonanzfrequenzunterschied zwischen den in einem Filter erforderlichen CTD-Resonatoren sein soll.
• Beispielsweise würde ein Unterschied in der Resonanzfrequenz zweier Ringresonatoren von einem Prozent in den in sich geschlossenen Leiterschleifen eine Anzahl von etwa 100 CTD-Elementen erfordern, was bei Filtern aus mehreren Ringresonatoren mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz wiederum zu verhältnismäßig hohen Taktfrequenzen führt.
• Spaltet man nun wenigstens einen Teil der in sich geschlossenen Leiterschleife als Mehrfachleitung auf, so erhält man für diesen gesamten resonanzfähigen Leitungsring dann eine unterschiedliche Resonanzfrequenz gegenüber einer in sich geschlossenen Leiterschleife mit nur einem resonanzfähigen Ring, wenn die einzelnen Teilleitungen aus einer unterschiedlichen Anzahl von CTD-Elementen bestehen. Als Beispiel sind in den F i g. 2, 3 und 4 Ausführungsformen gezeigt, bei denen Doppelleitungen verwendet sind, jedoch lassen sich die in diesem Zusammenhang angestellten Überlegungen auch auf Ausführungsformen anwenden, bei denen mehr als zwei Teilleitungen verwendet sind.
• In F i g. 2 sind für wirkungsgleiche Elemente die gleichen Bezugshinweise wie in F i g. 1 verwendet Unterschiedlich ist in der Ausführung nach Fig.2, daß zwischen den Verzweigungspunkten tl-10 eine weitere CTD-Leitung mit der Umladekapazität C2' geschaltet ist, die selbst n3 CTD-Elemente besitzt Es werden dabei also die einzelnen Mehrfachleitungen n2 bzw. n3 im gleichen Bereich 10 an die jeweilige Zuführungsleitung Cl und auch im gleichen Bereich 11 an die Abnahmeleitung angeschaltet Unter der Voraussetzung, daß die Leitung n3 ein CTD-Element mehr besitzt als die Leitung n2 gelten folgende Beziehungen C3=Cl+C2+C2' n=nl+n2 R1 = C2/C3 n3=n2+l R2 = C2'/C3 4= fl LifT fT = Taktfrequenz fs = Signalfrequenz ResonanzfrequenjfI(l + n) < fR -< fT/n Dabei bedeuten noch Q1 bzw. U 1 die komplexe Amplitude einer Ladungs- bzw. einer Spannungswelle am Eingang 1 und Q2 bzw. U2 die komplexe Amplitude einer Ladungs- bzw. einer Spannungswelle am Ausgang 2 des Filters.
• Bei der Anordnung nach F i g. 3 liegt zwischen den Verzweigungspunkten 10 und 11 eine CTD-Leitung mit n 2 CTD-Elementen, deren Umladekapazität den Wert C3 hat Zwischen den Punkten 11 und 10 liegt eine Leitung mit der Umladekapazität C2 und n3 CTD-Elementen. Zusätzlich liegt zwischen den Punkten 10 und 11 eine Leitung mit nl CTD-Elementen, deren Umladekapazität mit C3' bezeichnet ist.
• Diese Leitung hat also zwischen den Punkten 10 und 11 genau das gleiche unidirektionale Verhalten - wie durch den Pfeil kenntlich gemacht - wie die Leitung n2.
• Für die nachfolgenden Berechnungen sei auch hier angenommen, daß die Leitung nl um ein CTD-Element länger ist als die Leitung n2. Hierfür gelten folgende Beziehungen: C1+C2=C3+C3' n=n2+n3 R = Ct(C3 + C3') nl=n2+1 b=C3/(C3+C3') 'I = n .fslfT Für die Resonanzfrequenz fR gilt die gleiche Beziehung wie für F i g. 2.
• Die vorstehenden Überlegungen lassen sich analog auch auf das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel anwenden. Die in sich geschlossene resonanzfähige Leitungsschleife setzt sich dabei zusammen aus einem Abschnitt mit nl Elementen der Umladekapazität C3, an den sich - in Umlaufrichtung der unidirektionalen CTD-Leitung betrachtet - ein Leitungsabschnitt mit n2 CTD-Elementen der Umladekapazität C2, ein Leitungsabschnitt mit n4 Cm-Elementen der Umladekapazität C4 und schließlich ein Leitungsabschnitt mit n2' Cm-Elementen der Umladekapazität C2 anschließen.
• Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Verzweigungspunkte mit der Bezugsziffer 10 und 11 kenntlich gemacht, und es ist daraus zu ersehen, daß eine der Mehrfachleitungen unmittelbar in die in sich geschlossene Leitungsschleife geschaltet ist Im Ausführungsbeispiel ist dabei wiederum nur eine CTD-Leitung mit n4' CTD-Elementen der Umladekapazität C4' verwendet, und es ist auch hier darauf zu achten, daß die Anzahl n4 unterschiedlich ist gegenüber der Anzahl n4' der Cm-Teilleitungen.
• In welcher Weise für ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Verzweigungsbereiche 10 und 11 ausgebildet sein können, ist in Fig 5 unmittelbar dargestellt. Die Umladekapazitäten der einzelnen Cm-Teilleitungen sind ebenso wie im vorstehenden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet Auch ist die Zahl der CTD-Schaltelemente unmittelbar aus F i g. 5 erkennbar.
• In den Verzweigungspunkten 10 und 11 wird also jeweils die erste und letzte Umladekapazität C3 durch eine entsprechende Aufteilung der Kapazitätsbeläge auf dem Substrat aufgespalten in die Kapazitätsbeläge C2 und C2'. Durch die Doppelpfeile und die Produkthinweise nl C3bzw.n2. C2bzw.(l+n2) C2' wird unmittelbar die für ein Ausführungsbeispiel nach Fig.2 erforderliche Zahl von CTD-Elementen kenntlich gemacht. Diese Art der Aufspaltung läßt sich in entsprechender Weise auch auf die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 3 und 4 anwenden. Bei dem erfindungsgemäßen Filter läßt sich also durch die Verwendung einer Mehrfachleitung, wie beispielsweise einer Doppelleitung, deren Einzelleitung sich in ihrer Länge um wenigstens ein CTD-Element unterscheiden, im sogenannten rekursiven (vgl. F i g. 2) oder auch im sogenannten nichtrekursiven (vgl. F i g. 3) Teil der in sich geschlossenen resonanzfähigen CTD-Leitungsschleife durch geeignete Bemessung erreichen, daß die Resonanzfrequenz zB. im Fall des so entstehenden Doppelringresonators jeden Wert zwischen f7/(nl +n2) und fi/(nl +n3) annehmen kann, vgl. Fig2. Ein solcher Resonator enthält dann zwei bzw. mehr geschlossene Leitungswege, die sich in ihrer Leitungslänge wenigstens um ein CTD-Element unterscheiden.
• Zwar haben die im vorstehenden beschriebenen CTD-Resonatoren, deren Enden wieder zusammengeführt werden, eine frequenzabhängige Dämpfung, die aber bei der praktischen Realisierung durchaus in Kauf genommen werden kann, da nämlich die Taktfrequenz für die CTD-Leitungen auch dann bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen liegen kann, wenn Filter aus resonanzfähigen CTD-Ringen mit einem nur geringen Unterschied der Resoanzfrequenzen hergestellt werden sollen.
• Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Filterschaltung mit aus einzelnen CTD-Elementen bestehenden CTD-Leitungen, bei der an eine Zuführungs- (cit) und eine Abnahmeleitung (C 1) eine in sich geschlossene Leitungsschleife (C2, C3) mit unidirektionalem Übertragungsverhalten angeschaltet ist, deren Umladekapazität unterschiedlich gegenüber der Umladekapazität der Zu- bzw. der Abnahmeleitung (cit) ist. Aufgabe der Erfindung ist es, auch solche Filterschaltungen einer Realisierung in CTD-Technik zugänglich zu machen, bei deren theoretischem Entwurf Schaltungen aus entkoppelt in Kette geschalteten Einzelresonanzkreisen bzw.
• Einzelresonatoren mit geringfügig unterschiedlicher Resonanzfrequenz zu Grunde gelegt werden. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise, daß wenigstens ein Teil der in sich geschlossenen Leiterschleife als Mehrfachleitung (C2, C2'; C3, C3'; C4, C4') ausgebildet ist, und daß deren einzelne Teilleitungen aus einer unterschiedlichen Anzahl von CTD-Elementen bestehen.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Filterschaltung mit aus einzelnen CTD-Elementen bestehenden CTD-Leitungen, bei der an eine Zuführungs- und eine Abnahmeleitung eine in sich geschlossene Leitungsschleife mit unidirektionalem Übertragungsverhalten angeschaltet ist, deren Umladekapazität unterschiedlich gegenüber der Umladekapazität der Zu- bzw. der Abnahmeleitung ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der in sich geschlossenen Leiterschleife als Mehrfachleitung (C2, C2'; C3, C3'; C4, C4') ausgebildet ist, und daß deren einzelne Teilleitungen aus einer unterschiedlichen Anzahl von CTD-Elementen bestehen und dabei die einzelnen Teilleitungen (C2, C2', C3') die gleiche Übertragungsrichtung haben wie die ursprüngliche Leitungsschleife (C2, C3) (Fig. 2,3,4).
2. 2. Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Mehrfachleitungen (Cl bzw. C2') etwa im gleichen Bereich (10, 11) an die jeweilige Zuführungs- bzw. Abnahmeleitung angeschaltet sind (F i g. 2,3,4).
3. 3. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Mehrfachleitungen (C4') unmittelbar in die in sich geschlossene Leitungsschleife (C3, C2) geschaltet ist (F i g. 4).
4. 4. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachleitung als Doppelleitung ausgebildet ist, deren eine Leitung (C2' bzw. C4') um ein CTD-Element länger ist als die andere Leitung (C2 bzw. C4) (Fig.2bzw.Fig.4).

   Die Erfindung betrifft eine Filterschaltung mit aus einzelnen CTD-Elementen bestehenden CTD-Leitungen, bei der an eine Zuführungs- und eine Abnahmeleitung eine in sich geschlossene Leitungsschleife mit unidirektionalem Übertragungsverhalten angeschaltet ist, deren Umladekapazität unterschiedlich gegenüber der Umladekapazität der Zu- bzw. Abnahmeleitung ist.

   Filterschaltungen der vorbezeichneten Art sind beispielsweise aus der DE-PS 2453669 und auch aus der DE-AS 2555 835 bekanntgeworden. In diesen Druckschriften ist auch darauf hingewiesen, daß unter CTD-Leitungen einerseits sogenannte BBD-Anordnungen (Bucked Brigade Devices), also sogenannte Eimerkettenschaltungen, und andererseits auch sogenannte CCD-Anordnungen (Charged Coupled Devices) zu verstehen sind. CCD-Schaltungen sind solche Einrichtungen, die nach dem Prinzip der gekoppelten Ladungen arbeiten. Als übergeordneter Begriff für diese beiden Schaltungsarten hat sich die Bezeichnung »CTD«-Einrichtung (Charge Transfer Devices) eingebürgert, und es ist für diese CTD-Leitungen charakteristisch, daß sie aus einer größeren Anzahl, also beispielsweise n einzelnen CTD-Elementen bestehen, die als vollintegrierbare Gesamtanordnungen realisiert werden können. Bekanntlich müssen solche CTD-Anordnungen über ein Taktsignal mit einer vorgebbaren Taktfrequenz fTbetrieben werden, wobei das Taktsignal den einzelnen Umladekondensatoren zugeführt wird. In der Praxis werden dabei sogenannte Mehrphasen-CTD-Anordnungen bevorzugt, deren Taktsignale zueinander phasenverschoben sind, derart, daß benachbarte Umla- dekapazitaten mit phasenverschobenen Takten betrieben werden. Wenn man demzufolge ein sogenanntes pPhasentaktsystem (p=2, 3, 4..) verwendet, dann besteht ein CTD-Element aus p benachbarten Umladekapazitäten Einzelheiten hierüber finden sich z. B. in dem Buch »Charge Transfer Devices«, Academic Press Incv New York, San Francisco, London 1975. In der DE-PS 2453669 und insbesondere in der DE-AS 2555835 sind nun Filterschaltungen angegeben, bei denen solche CTD-Leitungen zu einem in sich geschlossenen resonanzfähigem Ring geschaltet sind, wobei die Resonanzfrequenz dieser Ringe unmittelbar von der Anzahl n der für die in sich geschlossene Leiterschleife verwendeten CTD-Leitungselemente und der Taktfrequenz bestimmt wird. Für die Filtercharakteristik ist mitbestimmend das Verhältnis der Umladekapazitäten der in der Ausgangsleitung verwendeten CTD-Anordnung zu der Umladekapazität der in der geschlossenen Leiterschleife verwendeten CTD-Anordnung.

   Beim Entwurf von solchen Filterschaltungen, die aus konzentrierten Schaltelementen bestehen, tritt bekanntlich häufig die Aufgabe auf, auch solche Filterschaltungen zu realisieren, die aus entkoppelt in Kette geschalteten Einzelresonanzkreisen bzw. Einzelresonatoren bestehen, deren Resonanzfrequenz geringfügig unterschiedlich ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filterschaltungen der vorerwähnten Art in CTD-Technik zu realisieren, wobei gleichzeitig eine einheitliche und verhältnismäßig niedrige Taktfrequenz für die CTD-Leitungen verwendet werden kann.

   Ausgehend von den einleitend genannten Filtern, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der in sich geschlossenen Leiterschleife als Mehrfachleitung ausgebildet ist, und daß deren einzelne Teilleitungen aus einer unterschiedlichen Anzahl von CTD-Elementen bestehen und dabei die einzelnen Teilleitungen die gleiche Übertragungsrichtung haben wie die ursprüngliche Leitungsschleife.

   Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

   Es zeigt in der Zeichnung Fig 1 schematisch das Grundkonzept einer Filterschaltung, wie sie durch die DE-AS 25 55835 bekanntgeworden ist, Fig.2 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung unter Verwendung von zwei Teilleitungen für die in sich geschlossene Leitungsschleife, F i g. 3 eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung unter Verwendung einer Teilleitung, deren unidirektionale Durchlaßrichtung vom Filtereingang zum Filterausgang zeigt, F i g. 4 eine weitere erfindungsgemäße Realisierungsmöglichkeit, bei der eine Teilleitung unmittelbar in die in sich geschlossene Leitungsschleife geschaltet ist, F i g. 5 die Ausgestaltung einer Leitungsverzweigung, die vorteilhaft unmittelbar in der Anordnung nach F i g. 2 verwendet werden kann.

   Wie bereits erwähnt, ist in F i g. 1 eine Filterschaltung schematisch dargestellt, die dem Grundkonzept nach bereits durch die DE-AS 2555835 bekannt geworden ist, und deren Wirkungsweise zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes kurz erläutert werden soll.