DE2911329B1 - Filterschaltung fuer elektrische Wellen bestehend aus CTD-Leitungen - Google Patents

Description

• Von einer Filterschaltung der vorgenannten Art ausgehend, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an eine durchgehende CTD-Leitung ein in sich geschlossener, ebenfalls aus CTD-Elementen bestehender, resonanzfähiger Ring angeschaltet ist, daß die Ausgangsleitung des Resonators in zwei Teilleitungen aufgespalten ist, von denen eine zu einem ersten Ausgang führt, dem ein erster Verstärker vorgeschaltet ist, während die zweite Teilleitung über einen zweiten Verstärker zu einem weiteren Ausgang führt, daß parallel zum Signalweg über den Resonator von einem ersten Eingang eine CTD-Leitung führt, die mit der zum zweiten Verstärker führenden Teilleitung zusammengeschaltet ist, daß von einem zweiten Eingang einerseits ebenfalls parallel zum Signalweg über den Resonator eine weitere CTD-Leitung mit der zum ersten Verstärker führenden CTD-Teilleitung zusammengeschaltet ist und andererseits eine CTD-Leitung mit der vom ersten Eingang kommenden CTD-Leitung verbunden ist, und daß jeweils eines der Teilsignale, das aus dem von den Eingängen kommenden Signal entsteht, bei Einspeisung in die zugehörige CTD-Leitung eine Vorzeicheninversion erfährt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• in der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die CTD-Lei.ungen als doppelte Leitungszüge eingetragen sind, wobei die miteingezeichneten Pfeile die Übertragungsrichtung der CTD-Leitungen darstellen. Im Ausführungsbeispiel sind die Eingänge mit 1' und 4' bezeichnet, an denen beispielsweise eine Eingangsspannung ui bzw. u'4 anliegen kann. Die Ausgänge der Schaltung sind mit 2' und 3' bezeichnet, so daß dementsprechend die Ausgangsspannung ll'2 bzw. u'3 dort abgenommen werden kann. Gemäß den eingangs erwähnten Patentschriften beruht die Wirkungsweise solcher Schaltungen darauf, daß eine am Eingang 1' anliegende Spannung Ul bei der Resonanzfrequenz des CTD-Resonators 12 -der im Ausführungsbeispiel NR CTD-Elemente hat - als Ausgangsspannung u2 am Ausgang 2 auftritt, während am Ausgang 3' kein Signal erscheint. Mit zunehmender Abweichung von der Resonanzfrequenz des Resonators 12 erscheint zunehmend mehr Signalenergie am Ausgang 3' als Ausgangsspannung U'3, während die Signalenergie am Ausgang 2 abnimmt. In entsprechender Weise wird am Eingang 4' eingespeiste Signalenergie bei der Resonanzfrequenz des Resonators 12 als Ausgangsspannung U'3 am Ausgang 3 erhalten, während sie mit zunehmender Abweichung von der Resonanzfrequenz zunehmend stärker am Ausgang 2' erscheint. Der Resonator 12 selbst ist an eine durchgehende CTD-Leitung angeschaltet, die in diesem Bereich die Umladekapazität C2 aufweist. Dabei haben die weiteren CTD-Leitagen des in sich geschlossenen resonanzfähigen Ringes 12 die Umladekapazität C3. Die sich in den Resonator 12 anschließende Ausgangsleitung 14 mit der Umladekapazität 2(C, + C4) wird im Punkt 7 in zwei Teilleitungen 11b bzw. ll'b aufgespalten, die die Umladekapazität 2C1 bzw. 2C4 haben. Die Leitung 11'b führt zum ersten Ausgang 2', dem ein erster Verstärker Vl mit dem Verstärkungsfaktor 3 vorgeschaltet ist. Die zweite Teilleitung 11 b führt zum zweiten Ausgang 3' über einen zweiten Verstärker V2, der ebenfalls den Verstärkungsfaktor 3 hat. Vom ersten Eingang 1' wird das dort anliegende Signal über einen Leitungsabschnitt 1 1a mit der Umladekapazität 2C1 einem Verzweigungspunkt 8 zugeführt, von dem aus ein CTD-Leitungsabschnitt 15 mit der Umladekapazität 2(C1 + C4) zum Resonator 12 führt. Parallel zu diesem Signalweg liegt die weitere CTD-Leitung 10, deren unidirektionale Übertragungsrichtung ebenfalls durch den miteingezelchneten Pfeil kenntlich gemacht ist und die die Umladekapazität C1 hat. Im Verzweigungspunkt 5 wird diese Leitung 10 mit der vom Verzweigungspunkt 7 kommenden CTD-Leitung llb vereinigt Zur Erhaltung des richtigen Kapazitätsverhältnisses hat die zum Verstärker V3 führende CTD-Leitung nach dem Schaltungspunkt 5 die Umladekapazität 3C1. In entsprechender Weise wird auch der Signalweg Für ein vom zweiten Eingang 4' als Eingangsspannung u 4 kommendes Signal aufbereitet. Es wird dieses Signal einer CTD-Leitung ll'a zugeführt, die die Umladekapazität 2C, hat und die sich im Punkt 8 mit der vom Eingang 1' zum Ausgang 2' gewissermaßen durchgehen- den CTD-Leitung vereinigt. Auch hier wird das Signal parallel zum Signalweg über den Resonator 12 über eine weitere CTD-Leitung 10' mit der Umladekapazität C4 zum Punkt 6 geführt und dort mit der vom Resonator 12 kommenden Teilleitung 11'b vereinigt. Damit die eingestellten Kapazitätsverhältnisse richtig bleiben, muß im Ausführungsbeispiel die vom Punkt 6 zum Verstärker Vl führende CTD-Leitung die Umladekapazität 3C4 haben. Im Ausführungsbeispiel sind ferner als stark ausgezogene Punkte die Eingangsschaltungen 16 kenntlich gemacht Es handelt sich dabei um Eingangsschaltungen, die eine Vorzeicheninversion bewirken.
• Solche Eingangsschaltungen sind für sich bekannt, z. B.
• Seiten 48 bis 50 des eingangs erwähnten Buches, und haben den Vorteil, daß sie voll integriert in die Schaltung zur Umwandlung von Analogsignalen in für CTD-Leitungen geeignete Signale einbezogen werden können. Sie haben die Wirkung eines Verstärkers, an dessen Ausgang das Signal in Gegenphase zum Eingangssignal erscheint. Es muß dabei nicht zwingend die Vorzeicheninversion an den eingezeichneten Stellen erfolgen, sondern es könnte für den Eingang 1' die Vorzeicheninversion auch der CTD-Leitung 11 a vorgeschaltet sein und entsprechend für den Eingang 4' der CTD-Leitung 1 1'a.
• Bekanntlich sind zum Aufbau von Filterschaltungen im allgemeinen mehrere Filterglieder erforderlich, um die an eine derartige Filterschaltung gestellte Übertragungscharakteristik zu erfüllen. In diesem Fall werden mehrere in der Zeichnung dargestellte Filterglieder in Kette geschaltet, und es liegt bei dieser Kettenschaltung auch der besondere Vorteil der gezeigten Einzelglieder deshalb, weil nur zwei Verstärker V1 und V2 pro Filterglied erforderlich sind und die Verstärker in allen in Kette geschalteten Filtergliedern den konstanten Spannungsverstärkungsfaktor 3 haben können und die einzelnen Filterglieder sich kreuzungsfrei miteinander verkoppeln lassen.
• Für die Bemessung der Schaltung lassen sich folgende Beziehungen angeben: Phase bei Resonanz: Zahl der CTD-Elemente: NR NR Ulr-3, = U2,4, = 4 114'-2' Flächen der Elektroden: C2 = 2(C1 + C4) + C3, Verstärkungsfaktoren vl = V2 = 3.
• Dabei bedeuten noch fs bzw. fR die Sginalfrequenz bzw. die Resonanzfrequenz des Ringresonators 12 und fr ist die Taktfrequenz.
• Im folgenden sei zum besseren Verständnis die elektrische Wirkungsweise der Schaltung kurz erläutert.
• Gemäß der gezeigten Schaltung erzeugt eine SIgnalspannung u'i, (bzw. U4) am Eingangsknoten 1' (bzw. 4') jeweils zwei Ladungspakete, welche sich in der Phase um X und in der Größe um den Faktor 2 unterscheiden. Die beiden großen Ladungspakete - in Form solcher Ladungspakete erfolgt bekanntlich der Signaltransport auf CTD-Leitungen- werden im Knoten 8 in eine CTD-Leitung mit der Elektrodengröße 2(C, + C4) zusammengeführt, während die kleinen Ladungspakete getrennt zum Knoten 5 bzw. 6 transportiert werden. Zwischen den Punkten X und Y, Schaltungspunkten also, die den Resonator 12 einbeziehen, liegt die frequenzselektive Schaltung, deren Übertragungsfunktion mit Hxy(z bezeichnet wird. Für einen verlustlosen CTD-Resonator mit NR Elementen ist dabei Hxy(Z1) = 2 C + C3 C2 - C3Z-NR Im Knoten 7 wird die CTD-Leitung aufgespalten in einen Zweig der Größe 2C1, der im Knoten 5 mit der die kleinere Umladekapazität aufweisenden CTD-Leitung des Eingangs 1' zusammentrifft, und einen Zweig der Größe 2C4, welcher im Knoten 6 mit der direkten Leitung vom Eingang 4' zusammentrifft. Die beiden Verstärker V1 und V2 gleichen den durch die Vergrößerungen der Umladekapazität in den Knoten 8 und 6 bzw.
• 5 hervorgerufenen Abfall an Signalspannung des Ladungspakets 1' (bzw. 4') aus. Das Phasenmaß zwischen den Punkten 1' (4') und 3' (2') ist unabhängig vom Leitungsweg.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Filterschaltung für elektrische Wellen, bestehend aus CTD-Leitungen (Charge Transfer Devices), derart, daß an eine durchgehende CTD-Leitung ein in sich geschlossener, ebenfalls aus CTD-Elementen bestehender, resonanzfähiger Ring als Resonator angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung (14) des Resonators (12) in zwei Teilleitungen (11b, 11'b) aufgespalten ist, von denen eine (1 1'b) zu einem ersten Ausgang (2') führt, dem ein erster Verstärker (V1) vorgeschaltet ist, während die zweite Teilleitung (11 b) über einen zweiten Verstärker (V2) zu einem weiteren Ausgang (3') führt, daß parallel zum Signalweg (11 a; C2) über einen Resonator (12) von einem ersten Eingang (1') eine CTD-Leitung (10) führt, die mit der zum zweiten Verstärker (V2) führenden Teilleitung (11b) zusammengeschaltet (5) ist, daß von einem zweiten Eingang (4') einerseits ebenfalls parallel zum Signalweg (C2) über den Resonator (12) eine weitere CTD-Leitung (10') mit der zum ersten Verstärker (V,) führenden CTD-Teilleitung (il'b) zusammengeschaltet ist und andererseits eine CTD-Leitung (11'a) mit der vom ersten Eingang (1') kommenden CTD-Leitung (lla) verbunden ist, und daß jeweils eines der Teilsignale, das aus dem von den Eingängen (1' bzw. 4') kommenden Signal entsteht, bei Einspeisung in die zugehörige CTD-Leitung (z. B.

   10, bzw. 10') eine Vorzeicheninversion (16) erfährt.
2. 2. Filterschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kettenschaltung mehrerer einzelner Grundglieder derart, daß die einzelnen Verstärker (Vl und V2) den Spannungsverstärkungsfaktor 3 haben.
3. 3. Filterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzeicheninversion (16) in der als integrierte Schaltung ausgebildeten CTD-Eingangsschaltung erfolgt.

   Die Erfindung betrifft eine Filterschaltung für elektrische Wellen, bestehend aus CTD-Leitungen (Charge Transfer Devices), derart, daß an eine durchgehende CTD-Leitung ein in sich geschlossener, ebenfalls aus CTD-Elementen bestehender, resonanzfähiger Ring als Resonator angeschaltet ist.

   Filterschaltungen der vorbezeichneten Art sind beispielsweise aus der DE-PS 25 55 83 und auch aus der DE-PS 26 08 540 bekanntgeworden. In diesen Druckschriften ist auch darauf hingewiesen, daß unter CTD-Leitungen einerseits sogenannte BBD-Anordnungen (Bucket Brigade Devices), also sogenannte Eimerkettenschaltungen, und andererseits auch sogenannte CCD-Anordnungen (Charge 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«-Einnchtung (Charge Transfer Devices) eingebürgert, und es ist für diese CTD-Leitungen chrakteristisch, daß sie aus einer größeren Anzahl, also beispielsweise n einzelnen CTD-Elementen bestehen, die als vollintegrierbare Gesamtanordnungen realisiert werden können. Bekanntlich müssen solche CTD-An- ordnungen über ein Taktsignal mit einer vorgebbaren Taktfrequenz frbetrieben 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 Umladekapazitäten mit phasenverschobenen Takten betrieben werden. Wenn man demzufolge ein sogenanntes RPhasentaktsystem (p = 2, 3, 4..) verwendet, dann besteht ein CTD-Element aus p benachbarten Umladekapazitäten. Einzelheiten hierüber finden sich z. B.

   außerdem in dem Buch »Charge Transfer Devices«, Academic Press Inc., New York, San Francisco, London 1975. Auch sind in diesem Buch, insbesondere Seiten 19 bis 30 und Seiten 47 bis 61 und den einleitend genannten Druckschriften Schaltungsmöglichkeiten dafür angegeben, wie Signale für die Weiterverarbeitung in einer CTD-Anordnung aufbereitet werden können bzw. wie umgekehrt über CTD-Anordnungen übertragene Signale in andere Signalformen, z. B. Analogsignale, rückver wandelt werden können. In den beiden vorgenannten Patentschriften 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 NR 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. In der DE-PS 2555 835 ist u. a. auch darauf hingewiesen, daß es möglich ist, Resonatoren der dort beschriebenen Art über CTD-Leitungen in Kette zu schalten, um dadurch mehrkreisige Filterschaltungen zu realisieren.

   Wie sich bei diesen bekannten Schaltungen zeigt, sind insbesondere bei Kettenschaltung drei Verstärker mit dem konstanten Verstärkungsfaktor -2 pro Resonatorreinheit erforderlich oder es ist bei Verwendung von nur zwei Verstärkern die erforderliche Verstärkung abhängig von der geforderten Bandbreite des Resonators.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Bandpaßschaltungen der vorerwähnten Art eine möglichst geringe Anzahl von Verstärkern vorzusehen, die einen konstanten Verstärkungsfaktor haben. Zugleich soll erreicht werden, daß erforderliche Phasenumkehrschaltungen in die Ein- bzw. Ausgangsschaltungen einbezogen werden können, um dadurch einen voll integrierten Aufbau möglichst zu vereinfachen.