DE2938506C2 - Aus CTD-Elementen bestehende elektrische Filterschaltung mit wenigstens einem Resonator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus CTD-Elementen bestehende elektrische Filterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Filterschaltungen und Resonatorschaltungen der vorbezeichneten Art sind bereits aus den Deutschen Patentschriften 24 53 669, 25 55 835 und 26 08 582 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 η einzelnen CTD-Elementen bestehen, die als vollintegrierbare Gesamtanordnungen realisiert werden können. Bekanntlich müssen solche CTD-Anordnungen über ein "> Taktsignal mit einer vorgebbaren Taktfrequenz /> betrieben werden, wobei das Taktsignal den einzelnen Umladekondensatoren zugeführt wird. In der Praxis werden dabei sogenannte Mehrphasen-CTD-Anordnungen bevorzugt, deren Taktsignale zueinander ίο phasenverschoben sind, derart, daß benachbarte Umladekapazitäten mit phasenverschobenen Takten betrieben werden. Wenn man demzufolge ein sogenanntes p-Phasentaktsystem (p = 2, 3, 4 ...) verwendet, dann besteht ein CTD-Element aus ρ benachbarten Umladekapazitäten. Einzelheiten hierüber finden sich zum Beispiel außerdem in dem Buch »Charge Transfer Devices«, Academic Press Ine, New York, San Francisco, London 1975. Auch sind in diesem Buch 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 Signal in andere Signalformen, zum Beispiel Analogsignale, rückverwandelt werden können. In den bereits erwähnten Deutschen Patentschriften sind nun Filterschaltungen angegeben, bei denen solche CTD-Leitungen zu einem in sich geschlossenen resonanzfähigen Ring geschaltet sind, wobei die Resonanfrequenz dieser Ringe unmittelbar

so von der Anzahl η der für die in sich geschlossenen Leiterschleife verwendeten CTD-Leitungselemente und der Taktfrequenz bestimmt wird. Für die Filtercharakteristik ist mitbestimmend das Verhältnis der Umladekapazitäten der in der Ausgangsleitung verwendeten

J5 CTD-Anordnung zu der Umladekapazität der in der geschlossenen Leiterschleife verwendeten CTD-Anordnung.

Filterschaltungen nach den bereits erwähnten Deutschen Patentschriften haben deshalb gewissermaßen auch Leitungscharakter, weil die dort verwendeten CTD-Leitungen in der Übertragungseinrichtung im elektrischen Ersatzschaltbild als Leitungen darstellbar sind. Aus diesem Grund ist in den einleitend erwähnten Patentschriften auch darauf hingewiesen, daß bei der Übertragung elektrischer Signale diesen Leitungsabschnitten auch eine Phase zugeordnet werden kann.

Bekanntlich tritt bei Schaltungsrealisierungen immer wieder das Problem auf, die Dämpfungscharakteristik von Bandpaßfiltern zu versteuern, das heißt also,

Polstellen in der Übertragungsfunktion zu realisieren. Auch tritt das Problem auf, Allpaßschaltungen bzw. auch Bandsperrschaltungen herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen mit einer versteuerten BanJpaßcharakteristik bzw. mit Allpaß oder Bandsperrverhalten anzugeben und dabei gleichzeitig den Leitungscharakter hinsichtlich seiner unidirektionalen Übertragungseigenschaften solcher CTD-Leitungen sowie auch die Integrierbarkeit zu berücksichtigen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Mitteln gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, insbesondere auch zur Realisierung von Bandsperren und Allpaßschaltungen, sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend in den beigefügten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 ein Ausfuhrungsbeispiel für einen versteuerten Bandpaß in schematischer Darstellungsweise;

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Allpaß bzw. eine Bandsperrenschaltung.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Übertragungsrichtungen der CTD-Leitungen unmittelbar durch die miteingetragenen Pfeile kenntlich gemacht, so daß Einzelheiten über die Taktversorgung zur besseren Obersicht nicht mehr dargestellt sind. Der Eingang der Filterschaltung ist mit E, der Ausgang mit Λ ίο bezeichnet. Zwischen dem Eingang E und dem Schaltungspufikt 1 und auch zwischen dem Schaltungspunkt 2 und dem Ausgang A liegt jeweils eine CTD-Leitung, deren Umladekapazität den Wert CO hat. Durch den kreisförmigen Pfeil wird kenntlich gemacht, daß die Schaltung zwischen den Punkten Γ, 2', Γ Resonatorverhalten zeigt, wie dies im einzelnen in den einleitend genannten Patentschriften und auch in der älteren Anmeldung P 28 36 901.9 bereits beschrieben ist. Es bildet nämlich dieser Leitungsabschnitt eine in sich geschlossene Leiterschleife und es enthält die CTD-Leitung zwischen den Punkten Γ und 2' /7 3 CTD-Eiemente mit der Umladekapazität C3. Ferner wird, in Übertragungsrichtung betrachtet, zwischen den Punkten 2' und Γ die Leitungsschleife von einer CTD-Leitung mit π 4 CTD-Elemente gebildet, die die Umladekapazität C4 haben. Es ist ferner erkennbar, daß zwischen den Schaltungspunkten 1 und Γ bzw. 2' und 2 CTD-Leitungsabschnitte mit der Umladekapazität C2 liegen, und es sind diese Leitungsabschnitte hier als Zufüh- jo rungsleitung bzw. als Abnahmeleitung bezeichnet. Zwischen den Punkten 1 und Γ hat die CTD-Leitung r 2 CTD-Elemente, zwischen den Punkten 2' und 2 hat die CTD-Leitung η 5 CTD-Elemente. Weiterhin ist zwischen den Schaltungspunkten 1 und 2 eine CTD-Überbrückungsleitung mit η 1 CTD-Elementen vorgesehen, die die Umladekapazität C1 hat.

Es ist also in jedem Fall die Überbrückungsleitung CI derart angeschaltet, daß zwischen den Schaltungspunkten 1 und Γ bzw. 2' und 2 wenigstens ein CTD-Element liegt. Wie in den vorstehend genannten Patentschriften bereits erläutert ist, wird die Resonanzfrequenz durch die Zahl der CTD-Elemente in der in sich geschlossenen Leiterschleife Γ, 2', Γ in bezug auf die Taktfrequenz mitbestimmt und für die Filtercharakteristik ist von Bedeutung, daß die Umladekapazitäten in der Abnahmeleitung π 5 bzw. auch in der Zuführungsleitung unterschiedlich sind gegenüber den Umladekapazitäten der die geschlossenen Leiterschleife Γ, 2', 1' bildenden CTD-Leitungen. Es sind deshalb in den Ausführungsbei- so spielen lediglich der Einfachheit halber die Zuführungsund die Abnahmeleitung mit gleichen Umladekapazitäten C2 versehen, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.

Im Ausführungsbeispiel von F i g. 1 ist nun die Überbrückungsleitung CX so gewählt, daß das von ihr übertragene Signal am Schaltungspunkt 2 in Gegenphase ist zu dem vom Schaltungspunkt 2' unmittelbar kommenden Signal. Dem Betrag nach müssen die Amplituden der sich im Punkt 2 überlagernden Signale gleich groß sein, was sich durch eine geeignete Wahl der Umladekapazität Cl deshalb erreichen läßt, weil im Schaltungspunkt 1 die Ladungen der CTD-Leitung CO entsprechend dem Teilungsverhältnis der Umladekapazitäten C2 und Cl aufgeteilt werden. Durch die Zahl t>5 der CTD-Elemente η 1 bzw. die Zahl der CTD-Elemente η 2 und π 5 kann die vorstehend genannte Phasenbedin-Eune erreicht werden.

Es stellt demzufolge die in F i g. 1 gezeichnete Schaltung einen versteuerten Bandpaß dar, das heißt eine Bandpaßschaltung, in deren Übertragungscharakteristik ein Dämpfungspol bei derjenigen Frequenz auftritt, bei der die vorstehend erläuterten Phasen- und Amplitudenbedingungen erfüllt sind.

Bei CTD-Leitungen ist nun zu berücksichtigen, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Signals durch die in der Regel starre Taktfrequenz festgelegt ist. Aus diesem Grund wird auch die Lage des Dämpfungspoles durch diese Taktfrequenz mitbestimmt und es können gewissermaßen beim Schaltungsentwurf die Polste'len nur nach Art eines Frequenzrasters auftreten.

Wenn es darauf ankommt Dämpfungspole an eine exakt vorgegebene Frequenz zu legen, dann ist auch dies mit einer Schaltungskonfiguration gemäß Fig. 1 dann möglich, wenn die Zuführungs- und/oder Abnahmeleitung als Mehrfachleitung ausgebildet sind. In F i g. 1 ist dies als Beispiel lediglich durch eine Doppelleitung dargestellt, deren zweite Teiileitung entsprechend mit 4 bzw. 4' kenntlich gemacht ist. Es ist dabei darauf zu achten, daß in den Teilieitungen 4 bzw. 4' die Zahl der CTD-Elemente unterschiedlich ist gegenüber der Anzahl η 2 bzw. π 5 der anderen Teilleitung. Es ergibt sich dadurch nämlich, wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen gezeigt haben, eine gewisse Frequenzverschiebung der Dämpfungspolstelle, wobei von der Überlegung ausgegangen wird, daß jede CTD-Leitung nur aus einer ganzzahligen Anzahl von CTD-Elementen bestehen kann.

In Fig.2 sind Realisierungsmöglichkeiten für eine Allpaßschaltung bzw. eine Bandsperrenschaltung gezeigt. Es werden dabei invertierende Verstärker V 2 bzw. Vl verwendet. Der invertierende Verstärker kann in der Überbrückungsleitung Cl liegen, er ist dort mit V2 bezeichnet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der invertierende Verstärker entweder in der Zuführungsleitung mit der Elementezahl η 2 oder in der Abnahmeleitung mit der Elementezahl η 5 liegt. Diese Möglichkeiten sind gestrichelt eingezeichnet und es sind die Verstärker mit Kl bezeichnet. Wenn also von dieser zweiten Möglichkeit Gebrauch gemacht wird, dann ist darauf zu achten, daß der Verstärker VI nicht zwischen den Schaltungspunkten Γ und 2' angeordnet wird, auch darf der Verstärker Vl nicht in einer der mit CO bezeichneten Leitungsabschnitte liegen. Weiterhin sind noch folgende Bedingungen zu beachten. Es muß nämlich die überbrückte Leitung die gleiche Zahl an CTD-Elementen haben wie die Überbrückungsleitung, so daß also die Beziehung gilt

Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß die überbrückte Leitung um die Zahl der CTD-Elemente, die in der geschlossenen Leiterschleife vorgesehen sind, länger ist als die Überbrückungsleitung. In diesem Fall gilt also die Bedingung

Der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen haben gezeigt, daß der Verstärkungsfaktor frei gewählt werden kann, beispielsweise kann er den Wert — I haben. Wenn man hierzu ein bestimmtes Ladungsaufteilungsverhältnis C2/C1 der Umladekapazitäten wählt, dann wirkt die Schaltung als Bandsperre. Ändert man das Verhältnis C2/C1 bzw. auch den Verstärkungsfaktor, dann wird schließlich erreicht, daß diese Bandsperrencharakteristik in eine Allpaßcharakteristik überge-

führt wird. Man kann also sowohl durch Rechnung als auch gegebenenfalls rein empirisch wählen, ob man der Schaltung von Fig. 2 eine Übertragungscharakteristik mit Bandsperrenverhalten oder mit Allpaßverhalten geben will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Aus CTD-Eiementen bestehende elektrische Filterschaltung mit wenigstens einem Resonator in Form einer in sich geschlossenen Lekerschleife unidirektionalen Übertragungsverhaltens, an die wenigstens eine als CTD-Leitung ausgebildete Abnahmeleitung angeschaltet ist und bei der die Umladekapazität der in sich geschlossenen Schleife unterschiedlich ist gegenüber der Umladekapazität in der Zuführungs- bzw. der Abnahmeleitung, und bei der eine Überbrückungsleitung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltpunkte (1, 2) der Überbrückungsleitung (Cl) durch wenigstens ein CTD-Element (z.B. π 2, /?5) von den beiden Anschaltpunkten (V, 2') der in sich geschlossenen Leiterschleife (C3, C 4) getrennt sind, derart, daß der erste Anschaltpunkt (1) der Überbrückungsleitung (Cl) in Signalflußrichtung vor dem ersten Anschaltpunkt (V) der in sich geschlossenen Leiterschleife (C3, C4) liegt, während der zweite Anschaltpunkt (2) der Überbrükkungsleitung (Cl) hinter dem zweiten Anschaltpunkt (2') der in sich geschlossenen Leiterschieife (C3.C4) liegt.

2. Filterschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungs- und/oder die .Abnahmeleitung (C2) als Mehrfachleitung (Doppelleitung) mit wenigstens zwei Teilleitungen (1 — 1',4; 2—2', 4') ausgebildet ist, derart, daß in den einzelnen Teilleitungen (i — V, 4 bzw. 2'—2, 4') die Zahl der CTD-EIemente unterschiedlich ist.

3. Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder in der Überbrükkungsleitung (C 1) oder in der Zu- bzw. Abnahmeleitung (C2) ein invertierender Verstärker (V2 bzw. Vl) liegt und dieser Verstärker zwischen den Anschlußpunkien (1, 2) der Überbrückungsleitung (Cl) und der in sich geschlossenen Leitungsschleife (V, 2') liegt und daß entweder die Überbrückungsleitung (Cl) und die überbrückte Leitung (i — V— 2'-2) die gleiche Zahl an CTD-Elementen haben oder die überbrückte Leitung (1 — V—2'—2) um die Zahl der CTD-EIemente (n 3 + η 4) in der geschlossenen Leiterschleife (V—2'— V) länger ist als die Überbrückungsleitung (C I)(F ig. 2).