DK154384B - Transversalfilter med mindst et analogt skifteregister - Google Patents

Description

1 DK 154384 B

Opfindelsen angår et transversalfilter med mindst ét analogt skifteregister med et antal lagerpladser, som optager ladningsmængder, der er afhængige af et signal, som skal filtreres. I

Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 2326875 kendes et transversalfilter med· et analogt skifteregister som forsinkelsesledning, hvilket filter har en serieindgang og et antal paralleludgange. Hvis man vil tage hensyn til positive og negative fortegn for filterkoefficienterne, skal der hertil findes en differensforstærker, som indtager en forholdsvis stor del af halvlederoverfladen. På den anden side kendes fra tysk fremlæggelsesskrift nr. 1774511 et digitalfilter, som får tilført et digitalt indgangssignal til bearbe-idnina. Her findes der multiDlikatorer. til væatnina af ind- I 1

DK 154384 B

2 , gangssignalet med binære koeffeerenter, hvis enkelte bit også kan have negative fortegn. Der kan ikke udledes nogen anvisning på et analogt transversalfilter, som på analog måde realiserer både po-setive og negative filterkoeffecienter.

Hidtil kendte transversalfiltre/ som er opbygget med analoge skifteregistre i form af ladningskoblede forskydningsindretninger, anvender enten "split electrode"-princippet eller også har forskydningsindretningen paralleludgange, hvorfra signalet kan udtages. Disse kendte udformninger er beskrevet f. eks. i publikationen "Charge Transfer" af N.F. Tompsett og C.H. Sequien i Academic Press Inc. New York, San Francisco, London 1975. Ifølge denne publikation realiseres "split electrode"-princippet ved opdeling af forskydningsindretningens enkelte elektroder, medens den ønskede filterfunktion ved det andet princip realiseres som impulssvar ved vægtning af paralleludgangene, dvs. at en kortvarig impuls som indgangssignal på udgangssiden leverer det ønskede impulssvar som udgangssignal.

Ved det foroven nævnte "split-electrode"-princip dannes udgangssignalet ud fra differencen mellem to store spændinger, hvilket i koblingsteknisk henseende skaber store problemer. Desuden ligger der et yderligere problem i at små ladningspakker i ugunstigste tilfælde er fordelt over store flader. I forbindelse med metoden med paralleludgange er det nødvendigt at have "floating gate"-forstærkere, der på grund af deres komplicerede opbygning f. eks. kræver flerlagsmetallisering, hvilket medfører problemer ved fremstillingen og yderligere problemer ved driften, f. eks. på grund af dæmpning hidrørende fra spændingsdeling.

Opfindelsen tager derfor sigte på at anvise et i forhold til kendte transversalfiltre af indledningsvis nævnte art forbedret transversalfilter.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at det analoge skifteregister har et antal parallelindgange og en serieudgang, at der findes et antal vægtningskredse, der hver har mindst én signalindgang til indføring af det signal, som skal filtreres, og mindst én udgang, at hver vægtningskreds ved udgangen leverer en ladningsmængde, som på nær en individiuel vægtfaktor er lig med den forskelsværdi, der fremkommer ved fra værdien af det signal, der skal filtreres, at subtrahere en på forhånd given mindsteværdi, der er mindre end eller lig med signalets mindsteværdi, eller som på nær den individuelle vægtfaktor er lig med den forskelsværdi, der fremkommer

5 DK 154384 B

ved fra en størsteværdi, der er større end eller lig med signalets størsteværdi, at subtrahere den pågældende signalværdi, at udgangen af hver vægtningskreds kan kobles til en tilhørende parallelindgang over et kobleelement (60, 901), og at kapaciteten af hver lagerplads i skifteregisteret i det mindste er så stor, at den altid kan optage den fra den modsat forskydningsretningen nærmest liggende lagerplads afgivne, maksimale ladningsmængde, og, når det drejer sig om en lagerplads med parallelindgang, tillige kan optage den af den eller de tilhørende vægtningskredse afgivne, maksimale ladningsmængde.

I en foretrukken udføre1sesform er der til hver parallelindgang kun knyttet en af vægtningskredsene.

En fordelagtig udførelsesform er ejendommelig ved, at der til den første parallelindgang og til alle i forskydningsretningen efter denne følgende parallelindgange til og med en første forudgi-velig

4 DK 154384 B

parallelindgang er knyttet af en første gruppe omfattede vægtnings-kredse/ at der til en anden forudgivelig parallelindgang af de resterende og til alle i forskydningsretningen efter denne følgende paralle lindgange er knyttet af en anden gruppe omfattede vægtningskredse/ og at der foran signalindgangen til hver enkelt vægtningskreds i den første gruppe er koblet et tidsforsinkelsesled, som forsinker indgangssiganlet med den tid en ladningsmængde behøver for at blive forskudt fra den anden forudgivelige til den første forudgive-lige parallelindgang. Ved et ulige antal parallelindgange udgør fortrinsvis enten den i forskydningsretningen næstsidste parallelindgang den første forudgivelige parallelindgang og den første parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang, eller den sidste parallelindgang udgør den første forudgivelige parallelindgang og den anden parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang, hvorhos den sidste parallelindgang udgør den første forudgivelige og den første parallelindg.^ng den anden forudgivelige parallelindgang, når der foreligger et lige antal parallelindgange.

En anden fordelagtig udførelsesform er ejendommelig ved, at det har mindst et yderligere analogt skifteregister af samme art som det førstnævnte og et yderligere antal enkelte vægtningskredse af samme art som de førstnævnte, hvor udgangen af hver enkelt yderligere vægtningskreds kan sluttes til en tilknyttet parallelindgang på det yderligere skifteregister, at der foran hver vægtningskreds' subsidiært hver yderligere vægtningskreds1 signalindgang er koblet et tidsforsinkelsesled og/eller efter skifteregisterets subsidiært det yderligere skifteregisters serieudgang er koblet et yderligere tidsforsinkelsesled, hvorhos disse tidsforsinkelsesled tilsammen giver en forsinkelse, der er lig med den tid en ladningsmængde behøver for at blive forskudt fra den første til den sidste parallelindgang i det yderligere skifteregister subsidiært i skifteregisteret, idet begge skifteregistrene kan drives med den samme takt.

Et skifteregister findes fortrinsvis i form af en ladningskoblet forskydningsindretning, hvor der på en overflade af et med mindst ét tilslutning forsynet substrat af et doteret halvledermateriale af mindst én ledertype findes mindst én række af kondensatorelementer, med mindst én isolationslagskondensator og/eller mindst én spærrelagskondensator, hvilken indretning ved kondensatorelementer, som er bestemt til at blive drevet med samme forskydningstakt, har en parallel indgang.

Fortrinsvis er et skifteregister en ladningskoblet forskydnings-

5 DK 154384 B

indretning til 4-faset drift, der tillige ved hvert kondensatorelement med parallelindgang har en ekstra parallelindgang, at der til hver ekstra parallelindgang er knyttet en ekstra vægtningskreds, at samtlige vægtningskredses signaludgange er forbundet dels over et første koblelement dels over et andet kobleelemeht og et forsinkelsesled til en fælles signalindgang, og at forsinkelsesleddet giver en forsinkelse, der er lig med den tid en ladningsmængde behøver til forskydningen fra det første kondensatorelement med én af parallelindgangene til det sidste kondensatorélement med en af parallelindgangene .

Et tidsforsinkelsesled består fortrinsvis af et serielt skifteregister. Det serielle skifteregister er fortrinsvis en ladningkoblet forskydningsindretning.

Hver vægtningskreds omfatter fortrinsvis et på en overflade af et med mindst én substrattilslutning forsynet substrat af et doteret halvledermateriale anbragt kondensatorpar bestående af en første isolationslags- eller spærrelagskondensator, der berører et med en tilslutningskontakt forsynet område, som befinder sig på substratets overflade, og som er doteret modsat af substratet, og af en tæt ved siden af den første anbragt anden isolationslags- eller spærrelagskondensator, hvor den anden isolationslags- eller spærrelagskonden-sator har en kapacitet, der er lig med den individuelle faktor, og hvor enten den anden isolationslags- eller spærrelagskondensators ydre elektrode er forbundet til signalindgangen og den første kon-: densators ydre elektrode er forbundet til en tilslutning, som er påtrykt en fast spænding lig med mindsteværdien, eller hvor den første isolationslags- eller spærrelagskondensators ydre elektrode er forbundet til signalindgangen og den anden kondensators ydre elektrode er forbundet til en anden tilslutning, som er påtrykt en anden fast spænding lig med størsteværdien, og hvor den anden isolationslagseller spærrelagskondensators modelektrode er forbundet til vægtningskredsens udgang.

Transversalfilteret er med fordel integreret på et fælles substrat af et doteret halvledermateriale.

Et kobleelement består herved fortrinsvis af et ladningsoverføringselement med mindst en gate-elektrode, som er forbundet med en tredje tilslutning.

Hvert skifteregister har med fordel en serieindgang til tilførsel af en grundladning.

Det første og det andet kobleelement omfatter herved fortrinsvis

6 DK 154384 B

hver en felteffekttransistor.

Hvert af de angivne transversalfiltre drives på en sådan måde, at de analoge skifteregistre drives på i og for sig kendt måde, at hver vægtningskreds * indgang til stadighed påtrykkes indgangssignalet direkte eller forsinket, at en vægtningskreds ved lukning af sit kobleelement i det mindste indlæses i skifteregisteret, når en ladningsmængde er forskudt fra en umiddelbart ved siden af liggende lagerplads med parallelindgang, hvortil der er forbundet mindst én vægtningskreds, til den tilhørende lagerplads med parallelindgang, og at det filtrerede signal udtages ved serieudgangen.

En vægtningskreds, der som nævnt i det foregående omfatter et kon-densatorpar^drives på en sådan måde, at enten påtrykkes den første isolationslagskondensators tilslutning den faste spænding, hvis værdi er lig med mindsteværdien, eller også påtrykkes den anden tilslutning til den anden isolationslags- eller spærrelagskondensator den anden faste spænding, hvis værdi er lig med størsteværdien, og at der indenfor den forskydningstid, der kræves til forskydning af en i skifteregisteret indlæst ladningsmængde til nabo-lagerpladsen med parallelindgang, påtrykkes en spænding, som er mindre end den spænding, der i dette tidsrum påtrykkes den første isolationslags-eller spærrelagskondensator, medens der ellers her påtrykkes en spænding, som til stadighed er større end sidstnævnte spænding.

Et transversalfilter af ovenfor angivne art med en ladningskoblet forskydningsindretning til 4-faset drift, bliver tillige drevet på en sådan måde, at det første kobleelement åbnes indenfor det tidsinterval, i hvilket den maksimale taktspændingsdifferens optræder o-ver et kondensatorelement med parallelindgang, og at det andet kobleelement følger efter i det tidsinterval/ i hvilket den maksimale taktspænding optræder over et kondensatorelement med en ekstra parallelindgang .

En særlig fordelagtig metode til drift af et transversalfilter af her omhandlet art udføres ved, at hver vægtningskreds ind læses to gange efter hinanden for hvert af tidsmæssigt på hinanden følgende aftastningsværdier af det signal, der skal filtreres, at der mellem to sådanne indlæsninger hver gang foretages en ladningsforskydning, og at der mellem den anden indlæsningsproces og den første indlæsningsproces for den næstfølgende aftastningsværdi ikke foretages nogen ladningsforskydning. En væsentlig fordel ved denne fremgangsmåde ligger i, at der til realisering af en på forhånd given

7 DK 154384 B

filterfunktion kan benyttes et transversalfilter af indledningsvis nævnte art med betydeligt mindre overfladebehov.

Særlige fordele ved et transversalfilter ligger i den simple opbygning, som er særlig nem at realisere i integreret teknik og i den problemløse, enkle driftsmåde.

For at tage de bestræbelser med i betragtning, som går ud på at holde et her beskrevet transversalfilter så lille som muligt i arealmæssigt henseende, er et sådant filter med fordel udformet på en sådan måde, at det analoge skifteregister er en ladningsforskydningsindretning, hvor der på en overflade af et af et doteret halvledermateriale fremstillet substrat findes mindst én række kondensatorelementer, der hver består af mindst én isolationslags- og/eller spærrelagskondensator, til drift af hvilke ethvert kondensatorelements ydre elektroder kan påtrykkes hver en ud af et antal på mindst to indbyrdes faseforskudte følger af forskydningsimpulser, at der på hvert kondensatorelement findes en parallelindgang, at der findes så mange kondensatorelementer subsidiært vægtningskredse til realisering af en enkelt filterfunktion, som der findes vægtningskredse subsidiært konaensatorelementer til realisering af filterfunktionen, og at hver parallelindgang er forbundet til en udgang af en vægtningskreds. Herved er det muligt at mindske transversalfilterets flade- eller arealbehov betydeligt, da der ikke længere således som i forbindelse med de foroven nævnte udførelsesformer til realisering af blot én filterfunktion kun findes parallelindgange ved de kondensatorelementer, som er bestemt for en og samme forskydningstakt. Dette gælder også for den i det foregående nævnte variant, i hvilken der anvendes et skifteregister til 4-faset drift, og hvor der tillige hos de kondensatorelementer, som er bestemt for hveranden af de fire forskydningstakter, findes ekstra parallelindgange. Desuden kan der uden yderligere flade- eller arealbehov anvendes flere vægtningskredse end hos de tidligere nævnte transversalfiltre til realisering af en ønsket filterfunktion.

Det sidstnævnte transversalfilter drives på en sådan måde, at det signal, der skal filtreres, påtrykkes indgangene af samtlige vægtningskredse, at vægtningskredsene ved hver takt i forskydningstaktsignal, hvormed informationen forskydes fra kondensato relement til kondensatorelement, indlæses i ladningsforskyd-x^gsindretningen, 0g at (jet filtrerede signal udtages ved serieudgangen .

En anden væsentlig fordel ved det sidst anviste transversalfilter

8 DK 154384 B

består i forbindelse med den angivne driftsmåde i, at flere filteregenskaber kan realiseres med forudgivelige vægtningskredse til realisering af e,n på forhånd given filterfunktion. Således egner et filter af ovenfor citerede art sig fremragende som lavpasfilter.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser den principielle opbygning af enasærlig simpel udførelsesform af et transversalfilter ifølge opfindelsen, fig. 2 en realisering af det i fig. 1 viste transversalfilter, hvor skifteregisteret er udformet som en ladningskoblet forskydningsindretning til 3-faset drift og hvor vægtningskredsene er opbygget i form af kondensatorpar, fig. 3 et snit igennem den i fig. 2 viste realisering taget langs linien A-A, og herunder ved hjælp af diagrammer I-VI lokale potentialforløb af overfladepotentialet i substratet for forskellige driftsmåder og -tilstande, fig. 4 hvordan det filtrerede signal fremkommer i en indretning af den i fig. 2 viste art, fig. 5 og 6 hver især opbygningen af et transversalfilter med to skifteregistre, fig. 7 et transversalfilter, hvor der til hver parallelindgang i skifteregisteret er knyttet to vægtningskredse, fig. 8 en realisering af et transversalfilter med en ladningkoblet forskydningsindretning for. 4-faset drift, fig. 9 til sammenligning yderligere varianter I'-III' af forskellige transversalfiltre, hvilke varianter er vist mere skematisk, fig. 10 i et diagram IV forskydningstaktsignaler som funktion af tiden t og derunder i et diagram V' det tidslige forløb af det signal, der skal filtreres, fig. 11-15 hver især et matrixformet skema, og fig. 16 ved hjælp af tre diagrammer VI* - VIII, som funktion af tiden udgangssignalerne fra forskellige filtervarianter.

I fig. 1 er et analogt skifteregister betegnet med 1. De enkelte lagerpladser i dette skifteregister er betegnet med henholdsvis Ills, parallelindgangene med henholdsvis 110-180 og skifteregisterets udgang med 19. Vægtningskredsene er forsynet med henvisningstallene fra 21 til 28. Hver vægtningkreds har en indgang for tilførsel af det signal, der skal filtreres, samt en udgang. Disse indgange er forsynet med henvisningtallene fra 210 til 280 og udgangene med henvisningstallene fra 211 til 281. Vægtningskredsenes

9 DK 154384 B

individuelle vægtfaktorer er symbolsk betegnet med , ..., oLg og skrevet ind i vægtningskredsene. Hver enkelt vægtningskreds1 udgang er forbundet med en tilhørende parallelindgang i skifteregisteret via et kobleelement, der for simpelheds skyld ikke er vist i figuren. Signalindgangene er forbundet med en fælles signalindgang 20. Kapaciteten af hver enkelt lagerplads i skifteregisteret skal mindst være så stor, at den altid kan optage den fra den modsat for-skydningsretningen nærmest liggende lagerplads afgivne, maksimale ladningsmængde, og når det drejer sig om en lagerplads med parallel-indgang, tillige kan optage den af den eller de tilhørende vægtningskredse afgivne, maksimale ladningsmængde. I fig. 1 er hver lagerplads forsynet med en parallelindgang, og til hver parallelindgang er der kun knyttet én vægtningskreds.

I fig. 1 er den nødvendige kapacitet for hver enkelt lagerplads vist symbolsk ved hjælp af et areals størrelse. I almindelighed fremkommer den nødvendige kapacitet for en lagerplads som summen af alle individuelle faktorer, der hører til de vægtningskredse, der er knyttet til den pågældende lagerplads og alle de, der ligger før denne, multipliceret med den forskelsværdi, der fremkommer ved fra størsteværdien at subtrahere mindsteværdien, såfremt skifteregisteret drives med en grundladning eller baggrundsladning, skal hver eneste lagerplads' kapacitet udvides til at rumme denne grundladning.

Ved funktionering af det i fig. 1 viste transversalfilter drives skifteregisteret på sædvanlig vis, og det signal, der skal filtreres, føres til den fælles signalindgang 20. Ved samtidig åbning af samtlige kobleelementer læses de af vægtningskredsene leverede ladningsmængder, som svarer til den øjeblikkelige signalværdi, parallelt ind i skifteregisteret. Efter forskydningen af disse ladningsmængder én lagerplads i retning ad serieudgangen foretages der en fornyet indlæsning og så fremdeles.

Hvis der som det signal, der skal filtreres, anvendes en kortvarig impuls, hvis impulstid er mindre end forskydningstiden fra en lagerplads til den efterfølgende, får man på serieudgangen 19 en impulsfølge, hvor - idet der findes lige så mange impulser ved siden af hinanden som der er parallelindgange - impulsamplituderne afviger fra en jævnværdi. I tidsmæssig rækkefølge svarer afvigelsen til de individuelle faktorer & g- 0(^, dvs. at den førstoptrædende impuls med afvigende amplitude afviger med en faktor fra jævnværdien, den , 8 næste impuls afviger med faktoren C\ ^ og så fremdeles . Om disse bidrag skal adderes eller subtraheres jævnværdien, afhænger af arten

10 DK 154384B

af den tilhørende vægtningskreds. Såfremt den tilhørende vægtningskreds leverer en ladningsmængde, der på nær den individuelle vægtfaktor er lig med den forskelsværddi, der fremkommer ved fra den pågældende signalværdi af det filtrerede signal at subtrahere mindsteværdien , adderes bidraget,medens det i andre tilf aside subtraheres. Herefter kan et på forhånd givet impulssvar realiseres med et transversalfilter af den i fig. 1 viste art på meget enkel måde, som følger: Impulssvaret er repræsenteret ved en tidsmæssig koefficientrække. Hver koefficient angiver impulssvarets amplitude i et bestemt støttepunkt. Koefficienterne tilknyttes lige så mange nabo-lagerpladser med parailelindgang i skifteregisteret. Til hver parallelindgang knyttes der en vægtningskreds, hvor der til hver enkelt kreds som den individuelle vægtfaktor vælges en af koefficienterne. Svarende til den tidsmæssige rækkefølge af koefficienterne knyttes vægtningskredsene til parallelindgangene efter hinanden modsat forskydningsretningen. I forbindelse med t ositive koefficienter anvendes der vægtningskredse, som på udgangen leverer en ladningsmængde, der på nær koefficienterne er lig med den forskelsværdi, der fremkommer ved fra den til enhver tid optrædende signalværdi af det filtrerede signal at subtrahere mindsteværdien, medens der i forbindelse med negative koefficienter benyttes den anden type af vægtningskredse.

I fig. 2 er der vist en realisering af det i fig. 1 viste transversalfilter. I modsætning til hvad der er vist i fig. 1 er der i fig. 2*kun vist de fem første lagerpladser med parallelindgang og de fem første vægtningskredse. Alle henvisningstal i denne del af fig. 1 anvendes for de tilsvarende indretninger vist i fig. 2. Skifteregisteret er realiseret som en ladningskoblet forskydningsindretning til 3-faset drift og vægtningskredsene som kondensatorpar på en overflade af et substrat 10 af doteret halvledermateriale af én ledningsevnetype. Forskydningsindretningen består af en række isolationslags- eller spærrelagskondensatorer 111 - 152, som er anbragt på substratets overflade. Afstanden imellem de ydre elektroder for de pågældende nabo-kondensatorer skal være gjort så lille (^3^um)/ at der kan ske en ladningsoverføring. Hver af lagerpladserne 11 -14 består af tre sådanne ved siden af hinanden liggende kondensato rer. Lagerpladsen 15 består her kun af to kondensatorer. Ved siden af kondensatoren 111 befinder der sig et konventionelt indgangstrin og ved siden af kondensatoren 152 befinder der sig et konventionelt udgangstrin, som består af en felteffekttransistor 160, der fungerer som reset-transistor, og en forstærker 170, hvis indgang 171

11 DK 154384B

er forbundet til transistoren 160's kilde-elektorde 161, og på hvis udgang 172 det filtrerede signal kan udtages. Indgangstrinnet tjener kun til indgivelse af en grundladning eller baggrundsladning i forskydningsretningen. Dette trin består af et modsat substratet doteret område 1100, som er forsynet med en tilslutningkontakt 1101 og som består af to ved siden af hinanden anbragte isolationslags- eller spærrelagskondensatorer 1102 og 1103, hvor isolationslag-/ spærrelagskondensatoren 1102 er anbragt umiddelbart ved siden af det doterede område 1101 medens den anden kondensator er anbragt umiddelbart ved siden af kondensatoren 111. Hver enkelt af disse kondensatorers gate-elektrode er forsynet med en tilslutningskontakt henholdvis 11021 og 11031. Forskydningsindretningen drives efter "fill and spill"-princippet, hvilket vil sige at kondensatorerne 1102 og 1103's gate-elektroder påtrykkes to forskellige spændinger, således at der under kondensatoren 1103's gate-elektrode findes en potentiel fordybning af overfladepotentialet i forhold til overfladepotentialet ved den anden kondensator. Ved kortvarigt at påtrykke det doterede område en egnet spænding via dettes tilslutningskontakt, overstrømmes de to kondensatorer med ladningsbærere (i det foréliggende tilfælde med elektroner). Dernæst påtrykkes det doterede område en spærrespænding, hvorved samtlige ladningsbærere på nær de, der befinder sig i potentialfordybningen under kondensatoren 1103's gate-elektrode, igen strømmer tilbage i det doterede område. Den i potentialfordybningen tilbageholdte, definerede ladningsmængde gives som grundladning eller baggrundsladning ind i forskydningsindretningen, når kondensator 111 påtrykkes den maksimale taktspændingsdifferens. De ydre kondensatorelektroder for samtlige kondensatorer 111 - 152 er svarende til den 3-fasede drift forbundet til tre par ledninger 31-33. De kondensatorer, som er placeret ens i de forskellige lagerpladser, er forbundet til den samme taktledning.

Vægtningskredsene 21-25 er placeret ved siden af de kondensatorer, der er forbundet til den samme taktledning, i det foreliggende tilfælde taktledningen 32.. Hver vægtningskreds består af et· på substratets overflade anbragt kondensatorpar bestående af en første isolationslags- eller spærrelagskondensator 211-251, som berører et på substratets overflade anbragt og med en tilslutningskontakt 41 forsynet område 40, der er doteret modsat af substratet (at der er berøring skal betyde, at den sideværts afstand til den ydre kondensatorelektrode er mindre end 3 ,um) og af en tæt (<T 3 æuii) ved siden

12 DK 154384 B

af den førstnævnte anbragt anden isolationslags- eller spærrelagskondensator 212 - 252. Enhver isolationslags- eller spærrelagskondensator, der er nummereret med et 2-tal, har en kapacitet som er lig med den individuelle faktor. Den individuelle faktor er i fig. 2 anskuel iggjort symbolsk ved arealet af de med et 2-tal nummerede kondensatorer 212-252. Specielt har man valgt: = ό ^r 4 = 1/2 oC- 2 ø£ 5 = 1/2 · I forskydningsindretningen er på tilsvarende måde den fornødne kapacitet for hver enkelt kondensator vist symbol’sk ved hjælp af et areal. Specielt er vægtningskredsene 21, 23 og 25 bestemt for positive koifficienter,medens vægtningskredsene 22 og 24 er bestemt for negative koefficienter. I overensstemmelse hermed er kondensatorerne 212, 221, 232, 24l og 252's ydre kondensatorelektroder forbundet til den fælles signalindgang 20, kondensatorerne 211, 231 og 251‘s ydre elektroder med en tilslutning 51, som er påtrykt en fast spænding, hvis værdi er lig med mindsteværdien for det signal, der skal filtreres, medens kondensatorerne 222 og 242½ ydre elektroder er forbundet til en anden tilslutning 52, som påtrykkes en anden fast spænding, hvis værdi er lig med størsteværdien af det signal, der skal filtreres. Hver enkelt vægtningskreds' udgang befinder sig hos den medet 2-tal nummererede isolationslags- el- ler spærrelagskondensator. Hver enkelt af disse med et 2-tal nummererede kondensatorers modelektrode, dvs. området under den ydre kondensatorelektrode, er via et ladningsoverføringselement forbundet med modelektroden for den tilhørende kondensator i forskydningsindretningen. Samtlige ladningsoverføringselementer består af én for alle vægtningskredse fælles gate-elektrode 60, som er forbundet med en tredje tilslutning 53 , og som er adskilt fra substratoverfladen ved hjælp af et elektrisk isolerende lag. Den sideværts afstand. fra gate-elektroden til de tilsvarende kondensatorer i forskydningsindretningen og til vægtningskredsene, skal være gjort tilstrækkelig lille (<3^,um). For at forhindre en ladningsstrøm under gateelektroden i dennes længderetning, er det hensigtsmæssigt at anbringe denne på et tykkere isolationslag imellem vægtningskredsene. Ladningsoverføringselementerne kunne også være felteffekttransistorer.

Under henvisning til fig. 3 skal nu virkemåden af en vægtningskreds af den i fig. 2 viste art beskrives nærmer^ idet denne vægtningskreds ligeledes drives efter "fill and spi11"-princippet. Til den ende viser fig. 3 et snit igennem det i fig. 2 viste transver-salfilter taget langs linien A-A. under dette tværsnit er der vist

13 DK 154384 B

diagrammer I-VI over lokale potentialforløb af overfladepotentialet <jp i substratet for forskellige driftsmåder og driftstilstande. Tværsnittet viser substratet 10 f.eks. af p-doteret silicium med en substrattilslutning 101. På substratets overflade er der an bragt et elektrisk isolerende lag 100 f.eks. af siliciumdioxid, hvorpå isolationslagskondensatorerne 111, 212 og 211's ydre elektroder befinder sig. Kondensatorernes ydre elektroder er forsynet med de samme henvisningstal som i tig. 2. Ved siden af elektroden 21l befinder der sig umiddelbart under substratoverfladen det modsat doterede område 40. Kobleelementet 2i, som er vist i tværsnit er tilknyttet en positiv koefficient, under henvisning til diagrammerne I-III skal driftsmåden af denne forklares nærmere. E-lektroden 2li er til stadighed påtrykt mindsteværdien me” dens elektroden 12 til stadighed er påtrykt den øjeblikkelige signalværdi. Efter at en ladningsmængde er blevet læst ind i forskydningsindretningen skilles denne fra ved påtrykning af en spænding som er mindre end UMIN* Dernæst påtrykkes tilslutningen 41 en spænding , som ligger imellem UMIN og U3. Herved overstrømmes substratets overfladeområde under elektroderne 211 og 212 med elektroner. I et diagram I er disse forhold fremstillet skematisk. Den stiplede kurve 35 gengiver de lokale forløb af overfladepotentialet i substratet før overstrømningen,medens den punkterede kurve 35’ gengiver disse forhold efter overstrømningen. Det skraverede område antyder det med elektroner overstrømmede område. Up angiver den øjeblikkelige signalværdi. I første tilnærmelse af U^lN, UF °g U3 skulle egentlig drifts- eller startpotentialet, hvormed overfladepotentialet er formindsket, yderligere trækkes fra, men dette er dog for simpelheds skyld dog udeladt her og i det følgende. Efter overstrømningen forhøjes spændingen på tilslutningen 4l op over UM!N ti1 værdien U4· Diagram II viser forholdene (kurve 35"J for dette tilfælde. Som det fremgår heraf er der ud over i området 40 kun lagret elektroner under elektroden 212. Den lagrede ladn ings-mængde er lig med produktet mellem denne isolationslagskondensators kapacitet og differensen U - U^,^. Dernæst forhøjes spændingen på gate-elektroden op over U til Ur, som med forael er valgt S -3 større end signalets størsteværdi. Såfremt den maksimale taktspænding, som er valgt større end eller lig med , nu optræder på kondensatoren Ill's kondensatorelektrode, bliver den under elektroden 211 lagrede ladningsmængde udlæst, og processen starter forfra. Diagram III viser potentialforholdene herfor ved hjælp af kurverne

14 DK 154384 B

36 og 36', hvor aen stipleae kurve 36 viser forholdene ved udlæsningens start,medens den punktereae kurve 36' viser forholdene efter at udlæsningen er bragt til enae.

Det antages nu,at vægtningskredsen 2i er allokeret en negativ koefficient,således som det egentligt er tilfældet med vægtningskredsene 22 og 24. I dette tilfælde ligger signalet Ug til stadighed på elektroden 211 og størsteværdien til stadigned på elektroden 212. Som før åbnes kobleelementet efter indlæsningen af ladningsmængden i forskydningsindretningen,idet gate-elektroden er påtrykt en spænding, som er mindre end signalværdien Ug. Hensigtsmæssigt vender denne tilbage til spændingen Ug. Dernæst på-’ trykkes indgangen 4i en spænding, som er mindre end Ug. ugså denne vælges hensigtsmæssigt lig med spændingen Ug. Som i det foregående tilfælde overstrømmes området under elektroderne 211 og 212 med elektroner. Diagram IV viser disse forhold, uen stipleae kurve 37 angiver overfladenpoter.tialets forløb i substratet før overstrøm ningen, den punkterede kurve 37' efter overstrømningen,medens det skraverede område viser aen ael,aer er overstrømmet med elektroner. Dernæst bliver spændingen på tilslutning 41 igen hævet over signalværdien Ug og hensigtsmæssigt enaog over således at aer der optræder en spænding Ug. Under elektroden 211 er der nu lagret en ladningsmængde, der er lig med kondensatoren 211's kapacitet multipliceret med differensen Ujy^x“us* Dia9ram V viser dette forhold (kurve 37"). Dernæst hæves spændingen på gate-elektroden til ^MaX ej--*-er Grover, hvorved de under elektroden 212 lagrede elektroner kan strømme ind i kondensatoren 111, når den maksimale taktspænding optræder her. uen stipleae kurve 38 henholdsvis den punkterede kurve ' i diagram- VI viser*forløbene at overfladepotentialet henholdsvis tør og efter at udlæsningen er tilendebragt.

Ved den just beskrevne driftsmåde forudsattes et p-doteret substrat, hvilket vil sige at samtlige spændinger var positive i forhold til substratpotentialet. Ved et n-aoteret substrat skal man blot vende om på polariteten af samtlige spændinger, hvorved nu værdien υ^^ svarer til den største negative værdi, og ϋΜιΝ svarer til den mindste negative værdi.

I relation til substratpotentialet anvender man hensigtsmæssigt ved et p-doteret substrat kun positive, og ved et n-doteret substrat kun negative signalværdier.

i fig. 4 vises nu i et tidsskema, hvordan ae ved de enkelte vægtningskredse indgivne ladningspakker adderes, således at der fremkom

15 DK 154384B

mer det ønskeae filtrerede signal. Som indgangssignal nenyttes en kortvarig impuls. Som ønsker impulssvar er kurven 70 givet på forhånd, hvilken kurve er tilnærmet ved njæip at koefficienterne

Efter den til fig. 2 hørende beskrivelse gælder hervea specielt at cC2= -2 , cC^= - - Sof 1 ' De tilhørende parallelindgange eller lagerpladser er markeret nedenunder på abscissen mea punkter. Skifteregisterets udgang er markeret på abscissen mea en pil. Tidspunkterne t -t·^ på den nedefter orienterede ordinat markerer på hinanden følgende indlæsningsprocesser. Det signal der skal filtreres er vist parallelt med ordinaten. I skemaet betyder en vandret streg,at der ikke er nogen ladningsmængde til stede^ eller at der ikke indlæses nogen ladningsmængde. Til tidspunktet t indlæses der for første gang. Da signalværdien er "0", altså svarer til mindsteværdien, indlæses der ikke nogen ladningsmængde i lagerpladserne 11, 13 og 15, medens den maksimalt opnåelige ladningsmængde indlæses i lagerpladserne 12 og 14. Denne maksimale ladnings-mængae svarer til værdien 2cf^. Efter forskydningen af denne ladningsfordeling én lagerplads indlæses påny til tidspunktet t^ den oprindelige til tidspunktet tQ svarende ladningsfordeling, hvorefter den adderes. Dette fortsætter successivt til og med indlæsningen til tidspunktet t^. Efter denne indlæsningsprocedure påtrykkes vægtningskredsene størsteværdien, således at aer ved lagerpladserne 12 og 14 ikke optræder nogen ladningsmængde, ved lagerpladserne 11 og 15 optræder der ladningsmængden c(^ og ved lagerpladsen 13 ladning smængden o(^. Denne ladningsfordeling bliver til tidspunktet 1^ adderet til den en lagerplads forskudte ladningsfordeling som knytter sig til tidspunktet . Efter indlæsning til tidspunktet t g er signalværdien igen "0" således at den oprindelige til tidspunktet ^ svarende ladningsfordeling igen bliver indlæst og adderet. Til tidspunktet t^ har man allerede opnået den fuldstændige filterfunktion, der på ny er kendetegnet ved kurven 70.

I den i fig. 2 viste udførelsesform anvendes der som forskydningsindretning en sædvanlig forskydningsindretning til 3-faset drift. I forbindelse med siliciumsubstrater består ved anvendelse af isolationslagskondensatorer det elektrisk isolerende lag fortrinsvis af siliciumdioxic^ medens de ydre elektroder fortrinsvis består af aluminium. Alle mulige former for forskydningsindretninger egner sig dog for disse udførelsesformer, f.eks. til forskydningsindretninger for 2-faset drift eller 4-faset drift fremstillet i aluminiumsilicium, silicium-silicium, eller aluminium-aluminium teknologi el

16 DK 154384B

ler forskydningsindretninger til 3-faset drift i en af ovennævnte teknologier·.

Da hver lagerplads i en ladningskoblet forskydningsindretning har så mange kondens ator elementer, som der forefindes ledninger, er det muligt med en sådan ladningskoblet forskydningsindretning at realisere så mange forskellige filterfunktioner, som der findes takt-ledninger. Herved skal der foruden kondensatorelementerne for hver taktledning forefindes parallelindgange og vægtningskredse. Indlæsningen af koefficienterne for den ønskede filterfunktion sker ved, at gate-elektroden åbnes under den tilsvarende taktfase.

Man kan formindske pladsbehovet betydeligt for et transversalfilter af den i fig. 1 eller fig. 2 viste art, ved hjælp af nogle få foranstaltninger. En første foranstaltning består i at opdele forskydningsindretningen. Figurerne 5 og 6 viser skematisk opbygningen af to transversalfiltre af denne art. Herved skal det i fig. 1 viste transversalfilter tjene til sammenligning. I fig. 5 er et første analogt skifteregister 5 bestemt for de første individuelle faktorer o( C{^ og et yderligere analogt skifteregister 6 bestemt til de øvrige individuelle faktorer o(g- bfg. Det første skifteregister 51 s lagerpladser er betegnet med 501 - 504, medens lagerpladserne i det andet skifteregister er betegnet med tallene 601-604. Vægtningskredsene er betegnet som i fig. 1. Begge skifteregistrenes serieudgange er forbundet til en fælles udgang 600. Vægtningskredsene 25-28, der hører til det andet skifteregister, er forbundet direkte til den fælles indgang 20, medens de vægtnings-kredse 21-24, der hører til det første skifteregister, er forbundet til den fælles signalindgang over et forsinkelsesled 500. Forsinkelsesleddet forsinker indgangssignalet så meget som en ladning i det andet skifteregister behøver for at blive forskudt fra lagerpladsen 601 til lagerpladsen 604. Forsinkelsesleddet realiseres fortrinsvis ved hjælp af et analogt skifteregister med lige så mange lagerpladser, som det yderligere skifteregister har. Det kan realiseres ligesom det første og det yderligere skifteregister i form af en ladningskoblet forskydningsindretning. Denne udførelsesform drives på samme måde som det i fig. 1 viste transversalfilter. Det skal blot påses ,at samtlige skifteregistre drives med den samme forskydningstakt.. Med denne udførelsesform kan man spare ca. en trediedel af arealbehovet i forhold til den i fig. 1 viste udførelsesform.

I fig. 6 er vist en variant af den i fig. 5 viste udførelsesform. Den adskiller sig kun fra sidstnævnte 'ved, at samtlige vægtnings-

17 DK 154384 B

kredse 21-28 er forbundet direkte til den fælles indgang 20, hvorimod der mellem den fælles serieudgang 600 og udgangen af det første skifteregister 5 er indskudt et forsinkelsesled 601, som har de samme egenskaber som forsinkelsesleddet 500.

I de i figurerne 5 og 6 viste udførelsesformer behøver skifteregistrene ikke at have lige mange lagerpladser og vægtningskredse.

En anden fordelagtig foranstaltning til nedsættelse af arealbehovet består i, at der til en lagerplads i skifteregisteret ikke blot er knyttet én vægtningskreds. Hertil viser fig. 7 et udførelseseksempel. Til sammenligning tjener igen det i fig. 1 viste transversalfilter. I fig. 7 har skifteregisteret 7 fire lagerpladser 701-704. Serieudgangen er betegnet med 700. Til hver lagerplads er der knyttet to vægtningskredse, og nævnt i rækkefølge i forskydningsretningen drejer det sig om vægtningskredsparrene 21 og 25, 22 og 26, 23 og 27 samt 24 og 28. Den i fig. 1 viste anden halv del af vægtningskredsene 25-28 er forbundet direkte til signalindgangen 20, medens den første halvdel af vægtningskredsene 21-24 er forbundet til signalindgangen via et forsinkelsesled 800. Dette forsinkelsesled giver en forsinkelse, som er lig med den tid en ladningsmængde behøver for at blive forskudt fra den første lagerplads 701 til den sidste lagerplads 704 i forskydningsindretningen 7. Forsinkelsesleddet 800 kan igen realiseres ved hjælp af et skifteregister, f.eks. i form af en ladningskoblet forskydningsindretning. Dette skifteregister skal da have så mange lagerpladser som skifteregisteret 7 og drives med den samme forskydningstakt. Denne ud-førélsesform drives på samme måde som den i fig. 1 viste indretning. Til forskel herfra bliver ladningsmængderne for to vægtningskredse indlæst i hver lagerplads. Den nødvendige kapacitet for hver lagerplads er ligesom i fig. 1 og i figurerne 5 og 6 gengivet symbolsk ved hjælp af deres areal. Også her kan man spare mere end en tredie-del af arealbehovet i forhold til den i fig. 1 viste udførelsesform.

Generelt er et transversalfilter af den i fig. 7 viste art opbygget på en sådan måde, at der til den første parallelindgang og til alle i forskydningsretningen efter denne følgende parallelindgange til og med en første forudgivelig parallelindgang er knyttet af en første gruppe omfattede va;gtningskredse (2.1,23 i fig. 7) , at der til en anden forudgivelig parallelindgang af de resterende og til alle i forskydningsretningen efter denne følgende parallelindgang er knyttet af en anden gruppe omfattede vægtningskredse (25-28 i fig. 7), og at der foran signalindgangen til hver enkelt vægtnings-

18 DK 154384 B

kreds i den første gruppe er koblet et tidsforsinkelsesled 800, _______ ______ som forsinker indgangssignalet med den tid en ladningsmængde béhø- ver for at blive forskudt fra den anden forudgivelige til den første forudgivelige parallelindgang. Ved et ulige antal parallelindgange udgør enten den i forskydningsretningen næstsidste parallelindgang den første forudgivelige parallelindgang og den første parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang eller den sidste parallelindgang udgør den første forudgivelige parallelindgang og den anden parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang.

Ved et lige antal parallelindgange, således som det er tilfældet i fig. 7, udgør den sidste parallelindgang den første forudgivelige og den første parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang.

En anden mulighed for at nedsætte arealbehovet består i at man som skifteregister vælger en· ladningskoblet forskydningsindretning til 4-faset drift, der tillige ved hvert kondensatorelement, der følger som nummer to i rækken efter et kondensatorelement med parallelindgang, har en ekstra parallelindgang, hvorhos der til hver ekstra parallelindgang knyttes en ekstra-"vægtningskreds, hvis signaludgange for samtlige vægtningskredse vedkommende er forbundet dels over et første kobleelement dels over et andet kobleelement og et forsinkelsesled til en fælles signalindgang, hvilket forsinkelsesled giver en forsinkelse,der er lig med den tid en ladningsmængde behøver til forskydningen igennem CCD'eren 8.

I fig. 8 er der vist et udførelseseksempel herpå. Forskydningsindretningen 8 omfatter flere-på, hinanden følgende kondensatorelementer, som er inddelt i grupper på fire, hvor kondensatorele-menterne i hver gruppe er nummereret fra 81 til 84. Hver gruppe på fire danner en lagerplads. De øvre elektroder fra hvert kondensatorelement i hver firergruppe er forbundet successivt til fire taktledninger 91-94. Forskydningsindretningen har endvidere i den ene ende en serieudgang 90. I fig. 8 er forskydningsretningen fastsat mod højre. Som basis for vægtningskredsene og de ekstra vægtningskredse benyttes de i fig. 1 eller fig. 2 viste vægtningskredse 21-25. Da der imidlertid nu foreligger et ulige antal vægtningskredse overfor et lige antal parallelindgange, bliver der en parallelindgang tilovers. Denne kan man dog nyttiggøre såfremt man tvedeler en vægtningskreds. Dette sker på hensigtsmæssig måde ved tvedeling af en vægtningskreds,som er tildelt en stor individuel vægtfaktor, altså en der har et stort arealbehov. Ifølge fig. 2 er det

19 DK 154384 B

vægtningskredsen 23, der egner sig til dette formål. Man har altså en række på tre vægtningskredse 21-23' og tre ekstra vægtningskredse 23"-25. Til vægtningskredsen 23' og vægtningskredsen 23" knyttes på hensigtsmæssig måde den individuelle vægtningsfaktor φί · Vægtningskredsene 21-23' er anbragt ved siden af de med 82 nummererede kondensatorelementer, medens de øvrige vægtningskredse er anbragt ved siden af de med 84 nummererede kondensatorelementer. Opbygningen af vægtningskredsene er som vist i fig. 2, og ligesom der befinder der sig imellem forskydningsindretningen og vægtningskredsene en gate-elektrode, som her er betegnet med 901f og som opfylder det samme formål som ved den i fig. 2 viste udførelsesform.

Også her er den samlede anordning anbragt på en overflade af et substrat af et doteret halvledermateriale, med en substrattilslutning, hvilket substrat er betegnet med 100. Samtlige vægtningskredses indgange er forbundet til en fælles signalindgang 200 over en felt-effekttransistor 902, der virker som et første kobleelement. Endvidere er de forbundet til signalindgangen 200 over en anden som et andet kobleelement tjenende felteffekttransistor 903 samt et forsinkelsesled 904. Forsinkelsesleddet kan igen være et skifteregister i det foreliggende tilfælde i form af en ladningskoblet forskydningsindretning. Den i fig. 8 viste -udførelsesform drives ligesom ifølge fig. 2 på en sådan måde, at der hver gang indlæses når en ladningsmængde er forskudt fra et kondensatorelement med parallelindgang til det umiddelbart ved siden af liggende kondensator-element med parallelindgang, det vil i dette tilfælde sige, er forskudt fra en parallelindgang til en ekstra parallelindgang eller omvendt. Kobleelementet 402 lukkes da hver gang, der på taktledningen 94 optræder den maksimale taktspænding, medens kobleelemtet 903 lukker hver gang, der på taktledningen 92 optræder den maksimale taktspænding.

Den særligt fordelagtige måde at drive det her omtalte transversalfilter på mangler endnu at blive beskrevet. Der tages i denne forbindelse udgangspunkt i et transversalfilter af den i fig. 1 viste art, altså den enkleste art. Den foroven beskrevne fremgangsmåde forløber nu således, at samtlige vægtningskredse læses ind parallelt i det analoge skifteregister. Til tidspunktet for denne indlæsningsproces optræder der en bestemt signalværdi på den fælles signalindgang. Denne signalværdi bliver nu fastholdt og den indlæste information bliver forskudt en lagerplads i:'retning af serieudgangen. Umiddelbart efter forskydningen bliver vægtningskredsene 20

DK 154384B

påny læst ind parallelt i det analoge skifteregister, hvorved den fastholdte signalværdi stadigvæk optræder på den fælles signalindgang.

Der kan nu gås frem påny som angivet foroven, men for simpel-heds skyld antages det, at der for den fastholdte signalværdi kun læses ind to gange. Efter den anden indlæsningsproces fastholdes signalværdien altså ikke længere ,således at der ved den fælles signalindgang nu til dette tidspunkt foreligger eller optræder den aktuelle signalværdi. Denne signalværdi bliver igen fastholdt og vægtningskredsene læst parallelt ind i det analoge skifteregister. Herved bliver der imidlertid ingen forskydning imellem indlæsningen af vægtningskredsene ved deri forudgående signalværdi og indlæsningen ved den nuværende signalværdi. Efter indlæsningen ved den nuværende fastholdte signalværdi forskydes der en lagerplads mod serieudgangen, hvorefter der påny læses ind og fortsættes successivt med fremgangsmåden .

Por fremgangsmåden er det hensigtsmæssigt,såfremt det signal, der skal filtreres,diskretiseres. Ved ikke for høje frekvenser er en diskretisering af et sådant signal dog overflødig, da signalændringer indenfor tidsrummet mellem den første og den sidste indlæseproces ved fastholdt signalværdi er ubetydelige.

Det skal bemærkes, at fremgangsmåden ikke er indskrænket til de foroven omtalte simple eksempler for et transversalfilter, men kan anvendes på tilsvarende måde for alle videre udviklinger og varianter.

Med den beskrevne fremgangsmåde kan man nu opnå et afgørende fremskridt med hensyn til arealbehovet for et transversalfilter af ovenfor omtalte art. Til den nærmere forklaring baseres der igen på det i det foregående omtalte simple transversalfilter. Til realisering af en på forhånd given filterfunktion, der som impulssvar er bestemt ved hjælp af tidsmæssigt på hinanden følgende koefficienter fig. 1 er n = 8) gås der som bekendt frem på en sådan måde, at der til hver vægtningskreds som individuel faktor knyttes en sådan koefficient, at denne allokering sker successivt i forskydningsretningen og i retning ad voksende indices. Som bekendt realiseres de individuelle faktorer ved hjælp af kapaciteter, som ved store koefficienter kræver et betydeligt areal.

Ved anvendelse af den beskrevne fremgangsmåde kan den bestemte filterfunktion realiseres på den måde, at man erstatter vægtningskredsene med de individuelle vægtfaktorer &,- o( hver for sig med

21 DK 154384 B

nye vægtningskredse med de nye individuelle vægtfaktorer ¢^- $2' (i2 · · *' cKn-2-^n-l' θ(η-1 ”^n' ^n‘ Ved anvendelse af den beskrevne fremgangsmåde opnår man altså generelt mindre individuelle vægtfaktorer. Ligesom i det foregående skal vægtningskredsene for negative værdier af de nye vægtfaktorer levere en ladningsmængde, der på nær den individuelle faktor er lig med den differensværdi, man får ved fra størsteværdien at subtrahere den til enhver tid gældende signalværdi.

Også her skal det bemærkes, at den sidstnævnte fremgangsmåde ikke er begrænset til det i det foregående omtalte simple transversalfilter, men kan anvendes til alle videre udviklinger og varianter.

I fig. 9 viser diagrammet 1' udformningen af et transversalfilter af den art der er omtalt i beskrivelsen. Ladningsforskydningsindretningen er betegnet med lo 1 og er specielt realiseret ved hjælp af en ladningskoblet forskydningsindretning for 2-faset drift.

Den kan også omfatte et kredsløb af den art, som på tysk kaldes en "Eimerkettenschaltung". Opbygningen af ladningskoblede forskydningsindretninger til 2-faset drift fremgår f.eks. af det tyske offentliggørelsesskrift 2.201.150. Ifølge dette skrift består hvert element (som i det foregående er omtalt som lagerplads) i denne ladningskoblede forskydningsindretning af to nabo-kondensatorelementer.

I fig. 9 er elementerne betegnet med l'-4' og kondensatorelementer-ne med 11', 12', 21', 22', 31', 32', 41' og 42'. De ydre elektroder for kondensatorelementer, hvis henvisningstal indeholder det ciffer, som angiver en ener-position, påtrykkes en første følge af forskydningsimpulser, medens de ydre kondensatorelektroder for de øvrige kondensatorelementer påtrykkes en anden følge af forskydningsimpulser, som i forhold til den første følge i det væsentlige er inverse. Ved hjælp af begge disse følger tilsammen frembringes forskydningstakten,hvormed informationen forskydes i forskydningsindretningen fra kondensatorelement til kondensatorelement (hos en indretning til n-faset drift, kræves der derfor n indbyrdes fase-forskudte taktimpulsfølger). Hvert kondensatorelement består af to ved siden af hinanden liggende isolationslagskondensatorer, hvorved f.eks. det elektrisk isolerende lag for det ene element udviser en større lagtykkelse i forhold til det andet element. De ydre kondensatorelektroder for begge disse isolationslagskondensatorer er elektrisk ledende forbundet med hinanden. De kondensatorelementer, der er bestemt for den første taktimpulsfølge, altså kondensatorelementerne 11', 21', 31' og 41', har hver en parallelindgang. Parallel

22 DK 154384 B

indgangen befinder sig herved fortrinsvis hos isolationslagskonden-sato-ren med mindst lagtykkelse. Hver af disse parallelindgange er forbundet til udgangen af hver sin vægtningskreds K.^, K21' K31 °9 K^. Henvisningsbetegnelserne Kn“K4i repræsenterer herved tillige de enkelte vægtningskredses vægtfaktorer. Hver enkelt vægtningskreds ' indgang er forbundet til en fælles indgang E' for det signal ,der skal filtreres. Skifteregisteret 11 serieudgang er betegnet med A' .

Filteret II* forestiller en første variant af et filter ifølge opfindelsen. Her er hvert kondensatorelement forsynet med en parallelindgang, som er forbundet til hver sin udgang af en af vægtningskredsene Kn"K4i* Som det fremgår af denne figur er det i modsætning til det fig. 1' viste filter kun nødvendigt med fire kondensatorelementer 11', 12' 21' og 22'. Alt det øvrige forbliver ens. Man opnår altså således en arealbesparelse på ca.50% i forhold til den oprindelige udførelsesform.

Filteret III' forestiller endnu en variant af et filter i-følge opfindelsen, hvilket filter i forhold til filteret 1' adskiller sig derved, at også kondensatorelementerne 12', 22', 32' og 42’ hver har en parallelindgang, og at der til hver af disse parallelle indgange er forbundet en ekstra vægtningskreds henholdsvis K^/ K22' K32 K42* De n^e henvisnin9sbete9nelser K12-K42 repræsen“ terer også her tillige vægtfaktorerne for de* enkelte, yderligere vægtningskredse. Indgangene for disse yderligere vægtningskredse er forbundet til den fælles indgang E'.

Varianterne I'-III1 er ikke begrænset til ladningsforskydningsindretninger til 2-faset drift. Ved anvendelse af ladningsforskydningsindretninger til n-faset drift gælder, at hvert element i den ladningskoblede forskydningsindretning består af n-kondensatorelementer. Herved er det generelt muligt med varianten II' at formindske arealbehovet med faktoren 1/n medens der til variants! Ill' kan knyttes n gange så mange vægtningskredse uden forøgelse af arealbehovet .

Det er nu af væsentlig betydning, hvordan taktfrekvensen af forskydnings takts ignalet for filtrene II' og IIF's ladningskoblede forskydningsindretninger bliver valgt. To tilfælde er af særlig interesse i denne forbindelse. Enten vælges taktfrekvensen på samme måde som taktfrekvensen f^ for filteret 1' ligesom tidligere omtalt, hvorved den udgangsfrekvens, hvormed det på udgangen A' ankommende, filtrerede signal afgives, ligesom tidligere bibeholdes, eller også

. 23 DK 154384 B

vælges taktfrekvensen for forskydningstaktsignalæt = fQ/2 (generelt fø/n) f hvorved den frekvens, som det signal, der skal filtreres, aftastes med på indgangen E', bibeholdes ligesom ved filteret I'. Udgangsfrekvensen på udgangen A' er i hvert enkelt tilfælde en faktor 2 (en faktor n) mindre end aftastningsfrekvensen på indgangen E' ·

Det er altså for <de i fig. 9 viste filtre II1' og III' muligt at skelne imellem ialit fire tilfælde. Betegner itsn forskydnings taktsignalets taktfrekvens for filteret 1' ligesom if or oven med fQ, for filteret II^'s vedkommende med f , og for filteret IIIs vedkommende med fjjji er det muligt at skelne imellem disse tilfælde på følgende måde: ^ ^ fii' = fo' £ιιιβ = fo' fii’ = “ og ^nri' = H .

I det i fig. 9 viste specielle tilfælde er m = 2.

Til den videre fæsrklaring henvises der nu till, fig. 10. I et diagram IV1 er forskydningstaktsignalets taktføilge for den ladningskoblede forskydningsindretning 1' vist skematisk i form af streger som funktion af tiden t. Taktperioden er betegnet med Tq. Derunder er i et diagram V ligeledes som funktion af tiden t vist en vilkårligt udvalgt form af et signal,der skal filteres. For forskydningstaktsignaiets taktfrekvens gælder at fQ = 1/TQ. Det pågældende signal,der: skal filtreres, af tastes ved det med 1' betegnede filter med taktfrekvensen fg/2 (generelt fg/ii) . De aftastede signalværdier er betegnet med S^, &2±r ^31 °9 ^41' Såfremt filteret 1' drives med taktfrekvensen 2fg aftastes der yderligere signalværdier. Disse yderligere aftastede signalværdier er ligeledes taget med i figur 10 og er her betegnet med , S22r S32 og S42‘ I filteret 1' er kondensatorelementerne forsynet med tocifrede henvisningstal xy„ Her betyder x elementets løbenummer i den ladningkoblede forskydningsindretning, idet der tælles i retning ad udgangen A'. Kondensatorelementets løbenummer :i et enkelt element er angivet med ;y, idet der også her tælles i retning ad udgangen A' (i filteret 1' gennemløber y tallene 1 og 2, medens det i det generelle tilfælde gennemløber tallene fEra 1 til n). På tilsvarende måde er vægtfaktorerne i filteret 1' betegnet med K .

xy I overensstemmelse hermed er f.eks. vægtfaktoren :-^2± ^en vægtf aktor, der er knyttet til den vægtningskreds, som i den i fig. 9 viste indretning 1' er forbundet til kondensatorelementet 21'. K22

24 DK 154384B

ville være knyttet til den vægtningskreds,som i indretningen 1' skulle være forbundet med kondensatorelementet 22'.

Det er nu muligt at repræsentere de med vægtfaktorerne vægtede signalværdier på den generelle form Κχ^ · suv· Betydningen af x og y er allerede angivet, u er det løbende indeks for aftastnings tidspunkterne t^, t2 osv., jvf. fig. 10, medens v gennemløber tallene fra 1 til n og angiver de yderligere aftastningstidspunkter mellem tu og t +^, når filteret 1' drives med taktfrekvensen n.fg.

I hver af figurerne 11-15 er der vist et matrixformet skema over de vægtede signaler K * s . I hvert skema er de for sig- xy uv naldannelsen relevante, vægtede signalværdier Κχ^ · suv omskrevet med en cirkel. Bestemte cirkler er forbundet med hinanden ved hjælp af streger. Dette betyder,at værdierne af , suv i disse cirkler summeres til dannelse af udgangsværdierne for det signal,der skal filtreres.

Det i fig. 11 viste skema henfører sig til den i fig. 9 viste indretning I'. Til tidspunktet t-^ indlæses der i kondensatorelementet 11' værdien K-^ * sll* Samtidigt hermed indlæses der i kondensatorelementerne 21, 31 og 41 værdierne henholdsvis K2^ . sn, K31 . s-^ og Disse indlæste værdier er dog ikke relevante for dannelsen af udgangssignalet og er derfor ikke her således som tilfældet ofte er i det følgende omgivet af en cir kel. Til tidspunktet t2, altså efter forløbet af en mellemtakt, hvor der naturnødvendigt ikke kan foregå nogen indlæsning, indlæses værdien * s2^ i kondensatorelement 11' og samtidig hermed i kondensatorelementet 21' værdien K2^ · s2i* De øvrige samtidig hermed indlæste værdier ·. s2^ og % s2^ er igen ikke relevante for dannelsen af udgangssignalet. Da værdien - s-^ til tidspunktet t2 er forskudt til kondensatorelementet 21' adderes værdien K2^ · s2^ til denne værdi. Som allerede nævnt er dette repræsenteret ved forbindelseslinien imellem de to tilhørende cirkler. Ved på denne måde at gå videre frem i skemaet finder man nu,at den første signalværdi for det filtrerede signal viser sig på ud gangen A' til tidspunktet tj. og til tidspunktet tg den anden signalværdi A2 og så fremdeles. For den aftastningsfrekvens fE, hvormed det signal,der skal filtreres ,aftastes, og den aftastningsfrekvens fa, hvormed det filtrerede signal aftastes,gælder at f_,= ‘v V2·

25 DK 154384B

Det i fig. 12 viste skema vedrørende dannelsen af udgangssignalet for filteret XI' gælder for det tilfælde„taktfrekvensen for forskydningstaktsignalet kan vælges således ,at ÆII' = V2' hvor~ ved ligesom foroven f , = f«/2, altså hvorved aStastningsfrekvensen bibeholdes, at der her indlæses for hver eneste ttakt. Til tidspunktet t·^ indlæses værdien * s^ i kondensatørelementet 11'.

Til tidspunktet t2 indlæses nu værdien K21 - s21 (vægtningskredsen K21 er jo i den med II' betegnede indretning forbundet til kondensatorerelementet 12') . Da værdien K-q «. til tidspunktet t2 er forskudt til kondensatorelementet 12 * adderes der altså hertil værdien K2^ » s21’ at forsætte på dænne måde i skemaet får man nu ,at den første signalværdi af det filtrerede signal viser sig på udgangen A' til tidspunktet t,-, den næste signalværdi til tidspunktet og så fremdeles. For altastningsfrekvensen fA, på udgangen A' gælder altså, = fgi/2.. Alment gælder for dette tilfælde, at «af tastnings frekvens en f^,, på udgangen A' er reduceret med en faktor 1/n i forhold til ffg,, når man anvender en ladningskoblet forskydningsindretning til n-faset drift. Følgeligt egner dette filter sig fremragende som lavpassfilter. Svarende til de højere båndbredder BE, for indgangssignalet aftastes signalet med frekvensen f„, = 2B„, (generelt; ηΒ„,). På udgangen må signalet imidlertid kun gengives med en frekvens, som svarer til den mindre båndbredde Ba, således at der kun fremkommer frekven-sen f,, = f ,/2 = 2B- (generelt: nBa). Det er nøjagtigt det man n b ia Ά opnår med det i fig. S viste filter II' i forbindelse med den funktionsmåde, som er anskueliggjort med skemaet i fig. 12. Herudover er filterets areal reduceret med faktoren 11/n.

Skemaet i fig. L3 afgiver det tilfælde, hvor filteret II' i fig. 9 drives med taktfrekvensen fQ, hvorved det signal,der skal filtreres, i modsætning til det til fig. 12 hørende tilfælde aftastes med den dobbelte frekvens fE, = f^. Når værdien til tidspunktet t^ er indlæst, indlæses i den næste taktperiode, altså før tidspunktet t2, den til mellemværdien s^2 hørende værdi ^21 * s12* Ve<^ at 9a ftem på lignende måde i skemaet får man, at den første signalværdi A^ i det filtrerede signal viser sig på udgangen A' til tidspunktet t-j, den næste signalværdi A2 viser sig til tidspunktet t4 og så fremdeles. Det filtrerede signal ved udgangen A' aftastes altså med den samme frekvens f = fQ/2 som ~ ved filteret 1' sammenholdt med det i fig. 11 viste skema.

Γ\«4- -5 -P -Ϊ rr 1 A TTi A- r* 1»- «w «= ττλ v* 4-*ί 1 -faal r\ c\ Λωμ ί *F*i rt

26 DK 154384 B

9 viste indretning III' drives med taktfrekvensen f , = £q/2.

Er K-j^ ' s-^ indlæst, indlæses til tidspunktet t2 værdien * S21 osv· Ve(^ at fortsætte på denne måde i skemaet får man, at' den første signalværdi A^ for det filtrerede signal viser sig på udgangen A1 til tidspunktet t^, den næste signalværdi til tidspunktet t·^ osv. Det filtrerede signal aftastes følgelig med frekvensen f^, = fg/4.

Det i fig. 15 viste skema angiver det tilfælde, hvor indretning III' i fig. 9 drives med en taktfrekvens fjjj = fg* Det signa], der skal filtreres, aftastes på indgangen E med frekvensen 2fg, medens aftastningsfrekvensen for det filtrerede signal på udgangen A' er lig med den oprindelige taktfrekvens. Den første signalværdi A^ af det filtrerede signal viser sig på udgangen A* til tidspunktet t^, den næste signalværdi A2 til tidspunktet tg og så fremdeles.

I fig. 16 er der i et diagram VI' angivet et eksempel på et filtreret signal, sådan som det viser sig på udgangen A' af den i fig. 9 viste indretning I', når denne drives med taktfrekvensen fq, Til sammenligningsformål viser et diagram VII' udgangssignalet på udgangen A1 af det i fig. 9 viste filter II' , når denne tilføres det samme indgangssignal, og når denne indretning drives med taktfrekvensen fQ. Dette filter II"'s lavpasegenskaber kan tydeligt erkendes af dette. I forhold til filteret 1' viser kun hver anden signalværdi sig på udgangen A* af indretningen II', da det filtrerede signal her gengives med den halve frekvens. De signalværdier, der til samme tidspunkt viser sig hos begge indretningerne, er identiske.

Claims (17)

1. 27 DK 154384B
2. 1. Transversalfilter med mindst ét analogt skifteregister med et antal lagerpladser, som optager ladningsmæirgder, der er afhængige af et signal, som skal filtreres, kendetegnet ved, at det analoge skifteregister(1, 5, 7, 8)har eet antal parallelindgange (110-180) og en serieudgang(19, 700, 90), aafct der findes et antal vægtningskredse >1(21-28), der hver har mindst én signalindgang til indføring af dét signal, som skal filtreres, eg mindst én udgang, at hver vægtningskreds ved udgangen leverer aen ladningsmængde, som på nær en individuel vægtfaktor er lig med den forskelsværdi, der fremkommer ved fra værdien af det signal, der sskal filtreres, at subtrahere en på forhånd given mindsteværdi, der er mindre end eller lig med signalets mindsteværdi, eller som pi nær den individuelle vægtfaktor er lig med den forskelsværdi, der fremkommer ved fra en størsteværdi, der er større end eller lig med signalets størsteværdi, at subtrahere den pågældende signalværdi, at udgangen af hver vægtningskreds kan kobles til en tilhørende parallelindgang over et kobleelement (<S(D, 901), og at kapaciteten £af hver lagerplads i skifteregisteret i åett mindste er så stor, at den altid kan optage den fra den modsat forskydningsretningen nærmest lliggende lagerplads afgivne, maksimale ladningsmængde, og, når det drejer sig om en lagerplads med paralleliaadgang, tillige kan optage Hen af den eller de tilhørende vægtningskredse afgivne, maksimale ladriingsmængde.
3. 2. Transversalf illter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til hver parallelindgang kun er knyttet én af vægtningskredsene.
4. 3. Transversalfilter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til den første parallelindgang og til alle i forskydningsretningen efter denne følgende parallelindgange til oog med en første forudgivelig parallelindgang er knyttet af en -første gruppe omfattede vægtningskreflse (21,23 i fig. 7), at der ttil en anden forudgivelig parallelindgang af de resterende og til nile i forskydningsretningen efter denne følgende parallelindgangen ær knyttet af en anden gruppe omfattede vægtningskredse (25-28 iffig. 7), og at der foran signalindgangen til hver enkelt vægtningskiseds i den første gruppe er koblet et tidsforsinkelsesled (800), scan forsinker indgangssignalet med den tid en ladningsmængde behøver for at blive forskudt fra den anden forudgivelige til den første forudgivelige parallelindgang.
5. 28 DK 154384B rallelindgange udgør enten den i forskydningsretningen næstsidste parallelindgang den første forudgivelige parallelind gang og den første parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang, eller den sidste parallelindgang udgør den første forudgivelige parallelindgang og den anden parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang, hvorhos den sidste parallelindgang udgør den første forudgivelige og den første parallelindgang den anden forudgivelige parallelindgang, når der foreligger et lige antal parallelindgange.
6. 5. Transversalfilter ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at det har mindst ét yderligere analogt skifteregister (6) af samme art som det førstnævnte og et yderligere antal enkelte vægtningskredse (21-24) af samme art som de førstnævnte, hvor udgangen af hver enkelt yderligere vægtningskreds (25-28) kan sluttes til en tilknyttet parallelindgang på det yderligere skifteregister, at der foran hver vægtningskreds' subsidiært hver yderligere vejningskreds' signalindgang er koblet et tidsforsinkelsesled (500) og/eller efter skifteregisterets subsidiært det yderligere skifteregisters serieudgang er koblet et yderligere tidsforsinkelsesled (550), hvorhos disse tidsforsinkelsesled tilsammen giver en forsinkelse, der er lig med den tid en ladningsmængde behøver for at blive forskudt fra den første til den sidste parallelindgang i det yderligere skifteregister subsidiært i skifteregisteret, idet begge skifteregistrene kan drives med den samme takt.
7. 6. Transversalfilter ifølge et eller flere af kravene 1-5, kendetegnet ved, at der findes et skifteregister i form af en ladningskoblet forskydningsindretning, hvor der på en overflade af et med mindst én tilslutning forsynet substrat (10,100) af et doteret halvledermateriale af mindst én ledertype findes mindst én række af kondensatorelementer (111-152, 81-84) med mindst én isolationslagskondensator og/eller mindst én spærrelagskondensator, hvilken indretning ved kondensatorelementer (111,121,131,141,151 i fig. 2 82 og 84 i fig. 8), som er bestemt til at blive drevet med samme forskydningstakt, har en parallelindgang.
8. 7. Transversalfilter ifølge krav 6, kendetegnet ved, at et skifteregister er en ladningkoblet forskydningsindretning (8) til 4-faset drift, der tillige ved hvert kondensatorelement (84), der følger som nummer to i rækken efter et kondensatorelement (82) méd parallelindgang, har en ekstra parallelindgang, at der til hver ekstra parallelindgang er knyttet en ekstra vægtningkreds (23",24,25),
9. 29 DK 154384 B at samtlige vægtningskredses (21,22,23* ,23",24,2S}) signaludgange er forbundet dels over et første kobleelement (902)) dels over et andet kobleelement (903) og et forsinkelsesled (904i) til en fælles signalindgang (200), og at forsinkelsesleddet giver en forsinkelse, der er lig med den tid en ladningsmængde behøver tfccll forskydningen fra det første kondensatorelement med én af paraUteélindgangene til det sidste kondensatorelement med en af parallelindgangene.
10. 8. Transversalfilter ifølge et eller flere af kravene 3-7, kendetegnet ved, at et tidsforsinkelsesled består af et serielt skifteregister.
11. 9. Transversalfilter ifølge krav 8, kendet «e gnet ved, at det serielle skifteregister er en ladningskoblra: forskydningsindretning .
12. 10. Transversalfilter ifølge et eller flere af kravene 1-9, kendetegnet ved, at hver vægtningskreds omfatter et på en overflade af et med mindst ©n substrattilslutning forsynet substrat (10) af et doteret halvledermateriale anbragt kondensatorpar bestående af en første isolationslags- eller spærrelagskondensator (211,221, 231.241.251) , der berører et med en tilslutningskontakt forsynet område (40), som befinder sig på substratets overflade, og som er doteret modsat af substratet, og af en tæt ved sifen af den første anbragt anden isolationslags- eller spærrelagskonfensator (212,222, 232.242.252) , hvor den tanden isolationslags- eller spærrelagskondensator har en kapacitet,, der er lig med den individuelle faktor, og hvor enten den anden isolationslags- eller spærrelagskondensators ydre elektrode er forbundet til signalindgangen og den første kondensators ydre elektrode er forbundet til en tilslutning (51), som * er påtrykt en fast spænding lig med mindsteværdien,, eller hvor den første isolationslags- eller spærrelagskondensators ydre elektrode er forbundet til signalindgangen og den anden kondensators ydre elektrode er forbundet til en anden tilslutning (52), æom er påtrykt en anden fast spænding lig med størsteværdien, og hvor den anden isolationslags- eller spærrelagskondensators modelekferode er forbundet til vægtningskredsens udgang.
13. 11. Transversalfilter ifølge et eller flere af kravene 1-10, kendetegnet ved, at det er integreret på et fælles substrat (10,100) af et doteret halvledermateriale.
14. 12. Transversalfilter ifølge krav 7 og 11, kendetegnet ved, at det første og det andet kobleelement hver omfatter en feltef-
15. 30 DK 154384 B
16. 13. Transversalfilter ifølge krav 11, kendetegnet ved, at et kobleelement omfatter et ladningsoverføringselement med mindst en gate-elektrode (60,901), som er forbundet med en tredie tilslutning (53,911).
17. 14. Transversalfilter ifølge et eller flere af kravene 1-13, kendetegnet ved, at et skifteregister har en serieindgang (120) til tilførsel af en grundladning. t