EP0212418A2 - Convolver-Anordnung mit akustischen Wellen - Google Patents

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EP0212418A2
EP0212418A2 EP86110765A EP86110765A EP0212418A2 EP 0212418 A2 EP0212418 A2 EP 0212418A2 EP 86110765 A EP86110765 A EP 86110765A EP 86110765 A EP86110765 A EP 86110765A EP 0212418 A2 EP0212418 A2 EP 0212418A2
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EP
European Patent Office
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interdigital
input
converters
input signal
converter
Prior art date
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Withdrawn
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EP86110765A
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English (en)
French (fr)
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EP0212418A3 (de
Inventor
Hans-Peter Dr. Grassl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0212418A2 publication Critical patent/EP0212418A2/de
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/19—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions
    • G06G7/195—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions using electro- acoustic elements

Definitions

  • the present invention relates to a convolver arrangement with acoustic waves traveling in a substrate surface.
  • Convolver acoustic waves are known for example from Proc. IEEE, Ultrasoncis Symposium (1974), pp. 224-227 u. (1981), pp. 181-185.
  • the acoustic waves used in connection with such electrical arrangements are those that run in a substrate close to the surface or in the surface.
  • Such acoustic waves are known as Rayleigh waves, lead stone waves, love waves, SSBW waves, SABW waves and the like, which are referred to in the following in general terms as surface waves (although essentially only the first two types of surface waves in the narrower range Senses are).
  • a surface wave convolver is an electrical device for very high frequencies, especially from the MHz range. Such a convolver is used for processing e.g. Binary Orthogonal Keying (BOK) signals are used.
  • BOK Binary Orthogonal Keying
  • a convolver is an assembly arranged on one surface of a substrate, for example lithium niobate provision of several structures. These include an interdigital structure as an input converter for the input signal to be processed. This also includes an interdigital converter as an input converter for a reference signal. These two input transducers are arranged opposite one another in the direction or in the axis of the path of the acoustic waves. Between them is the integration electrode, which is usually a strip arranged on the substrate surface. The width of the integration electrode measured transversely to the axis of the path of the wave propagation is generally considerably smaller than the width or finger length of the input digital converter measured in parallel thereto.
  • a beam compression structure is inserted between these structures to adapt the apertures.
  • the electrical output of such a convolver is a connection connected to the integration electrode.
  • Such a convolver delivers a convolution signal of these two input signals from an input signal and a reference signal.
  • interference effects occur which are based on undesired additional functions of individual or several structures of the arrangement.
  • reflections of the acoustic waves on the transducer fingers are known as an interference effect.
  • An effective measure against these reflections is the design of those interdigital transducers, which can cause disturbing reflections, as split finger structures.
  • a self-folding signal can occur as an interference signal, ie a folding signal is formed from the acoustic wave of the signal which is intended to run in one direction of the convolver and the reflected wave of this input signal which undesirably runs in the opposite direction at the input converter for the reference signal.
  • the respective distances between the end of the integration electrode and the beginning of the input converter for the reference signal can be made different in size by this value lambda / 2 (or odd multiples of lambda / 2).
  • An equivalent measure is to provide such a difference in distance on the input side for the input signal.
  • Another equivalent measure is to design the two interdigital transducers, which form a pair of input transducers, for the input signal or for the reference signal in their interdigital structure in such a way that they each generate such an acoustic wave, that is, send out waves together between which there is a 180 ° phase shift. Measures of this type ensure that the waves impinging on a pair of transducers always generate signals in this pair, the sum of which is zero. This prevents regeneration, ie re-emission of waves, which would occur due to a voltage induced at the terminating resistor which terminates the interconnection of a pair of transducers.
  • matching networks are required to supply the input signal and the reference signal. It is clearly advantageous if identical matching networks, namely the simplest possible, can be used for the input signal and for the reference signal.
  • the simplest matching network is an inductor. This is problem-free both for a simple convolver and for a convolver as described above with two convolver structures for compensation of the self-folding signal. Either only a single input converter is provided at each end, or there are two input converters connected in parallel, which form a pair of converters. It should be noted that such a parallel connection can also be implemented structurally, i.e.
  • a single (essentially twice as wide) interdigital converter can be used, which is the input converter for the two convolver structures (the convolver with self-folding compensation).
  • an interposed multistrip coupler inserts such a coupling between the input transducer and the two convolver structures, which compensate for the self-folding signal.
  • Corresponding adaptation networks are required for signals, which in the narrower sense are not part of the surface wave convolver. However, it is necessary that the relevant converter of the convolver is adapted to the adaptation network, or that the respective adaptation network is adapted to the relevant convolver input converter. This leads to corresponding diversity.
  • the object of the present invention is to provide measures for the convolution of an input signal (E) with two reference signals (A and B) which do not require any significant additional effort compared to known arrangements (with only one reference signal).
  • the invention should also be suitable for arrangements with compensation as self-folding.
  • the invention is based on the idea of providing only such input converters for the convolver arrangement with two reference signals and one input signal, or of being able to use the advantageous specification for the creation of the overall design for their convolvers that all input converters of the arrangement have basically the same design.
  • “basically” the same design is to be understood that all input converters used in a convolver in question need not be completely identical, but differ only in subtleties.
  • the term “subtleties” is not to be regarded as subordinate in all respects. This delicacy of the difference is in fact electrically decisive in the invention. With regard to the technological implementation or manufacture of the converter in question, however, this delicacy does not represent anything of the kind shows what could require special additional technology or computer effort.
  • a basic idea belonging to the invention is to base the design with regard to the input transducers, specifically both the transducer for the input signal and that for the reference signals, on the split finger principle.
  • the input converters for the reference signals are actually split-finger interdigital converters in the conventional sense.
  • the input transducers for the input signal would also be split-finger transducers if their floating fingers as well as the respectively adjacent interdigital fingers were electrically connected in one or the other comb structure. Unless you follow the path of first producing all input converters uniformly and subsequently every second finger e.g.
  • these two transducer configurations which differ from one another only with regard to the floating fingers, can advantageously be produced with two templates, namely a template for the reference signal converter and a template for the input signal converter.
  • both templates based on the same design, ie the filter design only needs to be made once for both templates.
  • a template is either to be understood as a mask or it is the respective program that is to be entered into the automatically operating exposure device for the photolithographic production of the finger structures in both cases.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a convolver arrangement 1 relevant to the invention, namely with two input signal converters 3, 4 and two reference signal converters 5, 6.
  • 7 and 8 each denote an integration electrode, which is known to be strip-shaped metallization coatings on the surface of the Substrate body 2 are.
  • 11 denotes jet compressors which are known per se and are adapted to be used for the individual case. These can be area-related occupancies and / or stripe structures.
  • 9 and 10 denote the two output connections of the convolver, namely the outputs for the folding signal I and for the folding signal II.
  • 14 denotes an input signal adaptation network with an input 114 for the input signal.
  • 15 each denotes a reference signal adaptation network, namely for the reference signal A at the input 115 and for the reference signal B at the input 116.
  • the two input signal converters 3 and 4 are connected in parallel.
  • One comb structure each The transducers 3 and 4 are connected to one another and to the output 214 of the input signal adaptation network 14.
  • the two other comb structures of the transducers 3 and 4 are connected to a reference potential or to ground.
  • a comb structure is in turn connected to one another and to the reference potential or to ground.
  • the other two comb structures of the converter 5 and the converter 6 are connected to the respective output 215 and 216 of the reference signal adaptation networks 15.
  • the converter 5 (or 6) shown in FIG. 2 is a split finger interdigital converter, consisting of the two comb structures 51 and 52, and in which the split finger pairs 53, 54 (as shown) interlock. With 55 and 56 associated busbars are designated.
  • the transducer 5 has a predetermined impedance Z w, which corresponds to the design.
  • This impedance Z w and the output impedance of the matching networks 15 and 16 at the outputs 215 and 216 are matched to one another as usual.
  • the two comb structures 51 and 52 have a capacitive resistance.
  • a converter 3a according to FIG. 3 (or 3b according to FIG. 4) is used for the converters 3 and 4.
  • the converter 5 of Figure 2 and the converter 3a (or 3b) have basically the same design.
  • the geometric width and the aperture of the transducers 3a and 5 are the same.
  • the distribution of the fingers 53 and 54 or 53 and 54a is also the same within the respective path T of the individual transducer, this path T being the strip of the transducer within which acoustic waves are excited due to the signal feed of the transducer or its interlocking digital structures 51 and 52 or 51a and 52a occurs.
  • the width of the path T makes up approximately 95 to 99% of the distance a available between the busbars 55 and 56 in the interior of the converter.
  • the essential geometric or structural difference of the transducer of FIG. 3 on the one hand compared to the transducer of FIG. 2 on the other hand is that the fingers 54a are floating, i.e. floating, compared to the fingers 54. are not connected to any of the potentials mentioned above.
  • the fingers 53 and 54 are split fingers and they usually have a width b of lambda / 8.
  • the intermediate distance c between the split fingers 53, 54 has the same dimension.
  • These distances are entered in Figure 2. They are also entered accordingly in FIG. 3, although the respective finger 54a is a floating finger.
  • This floating finger in the transducer of FIG. 3 would not in itself be necessary for the piezoelectric generation of the surface wave. However, its presence serves uniformity. In particular, the presence of floating fingers 54a causes reflection in the transducer 3 is also suppressed, as is known to be the case for a split finger arrangement of the converter according to FIG. 2.
  • a converter of FIG. 3 has at least approximately an impedance 2 between its connections shown. Z w .
  • a converter 3a of FIG. 3 is provided as input signal converter 3 and 4 in the convolver of FIG. 1.
  • the parallel connection of two transducers 3a shows that the total input impedance for the input signal E is again Z w .
  • an adaptation network 15 must also be used on the input signal side.
  • three identical networks 15 can be used for the convolver according to the invention, although a converter structure of a principally uniform design can be used for the (input signal and reference signal) interdigital converters.
  • 1 provides the two convolution signals I and II from the input signal E and the reference signals R1 and R2, and yet the convolver 1 has interdigital converters, which are to be understood as coinciding in the sense of the invention.
  • the interdigital structure shown in FIG. 3, provided as an embodiment 3a for the input signal converters 3 and 4, has the individual ones, apart from the fingers 53 connected to the respective busbar 55, 56 floating finger 54a.
  • the alternative to the embodiment according to FIG. 3, improved embodiment according to FIG. 4, is based on the same principle on which the invention is based.
  • the converter designated by 3b in FIG. In embodiment 3b, however, the additional connecting bridges 254 are provided which electrically connect adjacent floating fingers 54a to one another.
  • Embodiments of such a transducer 3b can be such that all connecting fingers 54a of the transducer are electrically connected to one another by means of these connecting bridges.
  • the effect pursued within the scope of the invention can also be achieved at least largely by connecting only two adjacent fingers 54a to each other, namely that only the connecting bridges 254 shown with solid lines are present, for example. (The connecting bridges 254 shown in dashed lines are omitted for this embodiment).
  • An alternative embodiment would be to connect three or more adjacent floating fingers 54a with such connecting bridges 254, for example, or to connect a different number of adjacent floating fingers 54a to each other in a converter 3b.
  • the omissions designated 154 in FIG. 3 are naturally to be made somewhat larger, i.e. the width T 'is somewhat reduced compared to the dimension a, namely to make room for the connecting bridges 254.
  • this is not a problem within the scope of the invention.
  • FIG. 5 shows a further development of a convolver arrangement of FIG. 1.
  • FIG. 5 it is a convolver arrangement with four individual convolvers (instead of two convolvers of FIG. 1).
  • the convolver arrangement according to FIG. 5 serves to have at least largely no signal component based on self-folding in the output of the folding signals I and II.
  • the reference signal is fed into the two converters 5, 1 and 5, 2 or 2 connected in parallel 6, 1 and 6, 2 for the reference signals A and B in phase opposition.
  • the construction can be chosen so that the ent speaking opposite phase feed into the integration electrodes 8, 1 and 8, 2 or 7, 1 and 7, 2 takes place.
  • the result according to the invention is again achieved, namely that the input impedance for the input signal E in the convolver arrangement has the same input impedance as for the reference signals A and B. Also in the embodiment 5, the same matching network 115 can be used for the three signals E, A and B.

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Abstract

Für einen mit einem Eingangssignal E und mit zwei Referenzsignalen R₁ und R₂ zu betreibenden Convolver (Fig. 1) sind zwei Convolver-Spuren (bzw. vier Spuren bei Kompensation der Selbstfaltung) mit gegenüber dem Ein­gangswandlern 5 und 6 für die Referenzsignale R₁ und R₂ (bzw. vier) parallelgeschalteten Eingangswandlern 3, 4 (bzw. 3, 1; 3, 2; 4, 1; 4, 2) für das Eingangssignal E erforderlich. Damit bei an allen 3 Eingängen des Con­volvers mit derselben Eingangsimpedanz alle Eingangswand­ler 3, 4, 5, 6 dennoch prizipiell demselben Entwurf ent­sprechen, sind für die Eingangssignal-Wandler 3, 4 ab­gewandelte Splitfinger-Wandler (Fig. 3, Fig. 4) mit floatenden Fingern (und die nicht abgewandelten Split­fingerwandler (Fig. 2) für die Referenzsignale) vorge­sehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Convolver-­Anordnung mit in einer Substratoberfläche laufenden akustischen Wellen.
  • Convolver akustischen Wellen sind beispielsweise bekannt aus Proc. IEEE, Ultrasoncis Symposium (1974), S. 224-­227 u. (1981), S. 181-185.
  • Bei den im Zusammenhang mit derartigen elektrischen An­ordnungen verwendeten akustischen Wellen handelt es sich um solche, die in einem Substrat oberflächennah bzw. in der Oberfläche laufen. Bekannt sind solche akustischen Wellen als Rayleigh-Wellen, Bleustein-Wellen, Love-­Wellen, SSBW-Wellen, SABW-Wellen und dgl., die im nach­folgenden allgemein gefaßt als Oberflächenwellen be­zeichnet werden (obwohl im wesentlichen nur die beiden ersten Wellenarten Oberflächenwellen im engeren Sinne sind).
  • Bei einem Oberflächenwellen-Convolver handelt es sich um eine elektrische Einrichtung für sehr hohe Frequenzen, insbesondere ab dem MHz-Bereich. Ein solcher Convolver wird für die Verarbeitung von z.B. Binary Orthogonal Keying-(BOK-) Signalen verwendet.
  • Ein Convolver ist eine auf der einen Oberfläche eines Substrats, z.B. Lithiumniobat, angeordnete Zusammen­ stellung mehrerer Strukturen. Zu diesen gehört eine Inter­digitalstruktur als Eingangswandler für das zu verarbeitende Eingangssignal. Ferner gehört dazu ein Interdigitalwandler als Eingangswandler für ein Referenz­signal. In der Richtung bzw. in der Achse der Bahn der akustischen Wellen sind diese beiden Eingangswandler ein­ander gegenüberliegend angeordnet. Zwischen ihnen befindet sich die Integrationselektrode, die im Regelfall ein auf der Substratoberfläche angeordneter Streifen ist. Die quer zur Achse der Bahn der Wellenausbreitung gemessene Breite der Integrationselektrode ist regelmäßig erheblich kleiner als die parallel dazu gemessene Breite bzw. Fingerlänge der Eingangs-Digitalwandler. Zur Anpassung dieser sehr unterschiedlichen Eingangs- bzw. Ausgangs-Aperturen von sich gegenüberstehendem Eingangswandler und Integrations­elektrode wird zwischen diesen Strukturen zur Anpassung der Aperturen eine Strahlkompressions-Struktur eingefügt. Der elektrische Ausgang eines solchen Convolvers ist ein mit der Integrationselektrode verbundener Anschluß. Ein solcher Convolver liefert aus einem Eingangssignal und einem Referenzsignal ein Faltungssignal dieser beiden eingegebenen Signale.
  • Bei Oberflächenwellen-Anordnungen und auch bei Convolvern treten Störeffekte auf, die auf unerwünschten zusätzlichen Funktionen einzelner oder mehrerer Strukturen der Anord­nung beruhen. Als ein Störeffekt sind z.B. Reflexionen der akustischen Wellen an den Wandlerfingern bekannt. Eine ge­gen diese Reflexionen wirksame Maßnahme ist die Ausbildung derjenigen Interdigitalwandler, die störendes Auftreten von Reflexionen bewirken können, als Split-Finger-Strukturen. Speziell beim Convolver kann als Störsignal ein Selbstfal­tungs-Signal auftreten, d.h. es bildet sich ein Fal­tungs-Signal aus der akustischen Welle des gewolltermaßen in der einen Richtung des Convolvers laufenden Signals und der am Eingangswandler für das Referenzsignal unerwünschterweise in der Gegenrichtung laufenden reflektierten Welle dieses Eingangssignals. Zur Behebung dieser Störungsart hat man zwei wie oben beschriebene Convolver-Strukturen, zusammengenommen auf ein und derselben Oberfläche des Substratkörpers angeordnet, deren Einzelstrukturen so miteinander elek­trisch verbunden sind, daß eine Aufhebung des Selbst­faltungs-Signals erreicht ist. Dieses elektrische Schal­tungsschema besteht im wesentlichen darin, daß man die jeweils zwei Eingangswandler für das Eingangssignal bzw. für das Referenzsignal jeweils miteinander parallel­schaltet. Ebenso sind die beiden Integrationselektroden miteinander parallelgeschaltet. Diese beiden parallel­geschalteten Convolver-Strukturen wirken so zusammen, daß im Ergebnis Reflexionen an den Eingangswandlern ver­hindert werden. Dies entspricht einer Unterdrückung des Regenerationseffekts und läßt sich durch für die akustische Welle wirksame, entsprechende geometrische Anordnung von zusammengehörendem Eingangswandler für das Referenzsignal und Integrationselektrode, und zwar im Ergebnis um Lambda/2 unterschiedlich geometrische Anordnung, erreichen. Zum Beispiel können die jeweiligen Abstände zwischen dem Ende der Integrationselektrode und dem Anfang des Eingangswandlers für das Referenzsignal um diesen Wert Lambda/2 (oder ungradzahlige Vielfache von Lambda/2) ver­schieden groß gemacht sein. Eine äquivalente Maßnahme ist, einen derartigen Abstandsunterschied auf der Eingangsseite für das Eingangssignal vorzusehen. Eine ebenfalls äquiva­lente Maßnahme ist, die beiden, ein Paar Eingangswandler bildenden Interdigitalwandler für das Eingangssignal oder für das Referenzsignal in ihrer Interdigitalstruktur so auszubilden, daß sie jeweils eine solche akustische Welle, d.h., zusammen Wellen aussenden, zwischen denen 180°-Pha­senverschiebung vorliegt. Durch derartige Maßnahmen wird erreicht, daß die auf ein Wandlerpaar auftreffenden Wellen in diesem immer Signale erzeugen, deren Summe Null ist. Damit wird eine Regeneration, d.h. Reemission von Wellen verhindert, die aufgrund einer an dem Abschlußwiderstand, der die Zusammenschaltung eines Wandlerpaares abschließt, induzierten Spannung auftreten würde.
  • Für die Zuführung des Eingangssignals und des Referenz­signals sind entsprechende Anpassungsnetzwerke erforder­lich. Ersichtlich von Vorteil ist, wenn für das Eingangs­signal und für das Referenzsignal identische Anpassungs­netzwerke, nämlich die einfachst möglichen verwendet werden können. Das einfachste Anpassungsnetzwerk ist eine Induktivität. Dies ist problemlos sowohl für einen ein­fachen Convolver als auch für einen wie voranstehend be­schriebenen Convolver mit zwei Convolver-Strukturen für Kompensation des Selbstfaltungs-Signals. Entweder ist an jedem Ende jeweils nur ein einziger Eingangswandler vorgesehen oder es sind jeweils zwei parallelgeschaltete Eingangswandler vorhanden, die ein Wandlerpaar bilden. Es sei darauf hingewiesen, daß eine solche Parallelschaltung auch strukturell ausgeführt sein kann, d.h. es ist an­stelle zwei einzelner, parallelgeschalteter (Eingangs-) Interdigital Wandler ein einziger (im wesentlichen doppelt so breiter) Interdigitalwandler verwendbar, der Eingangs­wandler für die beiden Convolver-Strukturen (des Convol­vers mit Kompensation der Selbstfaltung) ist. Anstelle eines derartigen doppelt breit bemessenen Interdigital­wandlers kann auch vorgesehen sein, daß ein zwischengeschal­teter Multistrip-Koppler eine derartige Ankopplung zwischen Eingangswandler und den zwei, sich hinsichtlich des Selbst­faltungs Signals kompensierend wirksamen Convolver-Struktu­ren eingefügt ist.
  • Für die Zuführung des Eingangssignals und der Referenz­ signale sind entsprechende Anpassungsnetzwerke erfor­derlich, die im engeren Sinne nicht zu dem Oberflächen­wellen-Convolver zu rechnen sind. Es ist aber erforder­lich, daß der betreffende Wandler der Convolver an das Anpassungsnetzwerk angepaßt ist, oder das jeweilige Anpassungsnetzwerk auf den betreffenden Convolver-Ein­gangswandler angepaßt wird. Es führt dies zu entsprechen­der Vielfalt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Maßnahmen für die Faltung eines Eingangssignals (E) mit zwei Refernez­signalen (A und B) anzugeben, die keinen wesentlichen Zu­satzaufwand gegenüber bekannten Anordnungen (mit nur einem Referenzsignal) bedingen. Die Erfindung soll auch für An­ordnungen mit Kompensation als Selbstfaltung geeignet sein.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Convolver-Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, für die Convol­ver-Anordnung mit zwei Referenzsignalen und einem Ein­gangssignal nur solche Eingangswandler vorzusehen bzw. für die Erstellung des Gesamtentwurfes für deren Convolver die vorteilhafte Vorgabe benutzen zu können, daß alle Eingangswandler der Anordnung prinzipiell gleiches Design haben. Unter "prinzipiell" gleiches Design ist zu ver­stehen, daß alle in einem betreffenden Convolver verwen­deten Eingangswandler nicht völlig identisch sein müssen, sich aber nur in Feinheiten unterscheiden. Der Begriff "Feinheiten" ist im Sinne der Erfindung nicht hinsichtlich aller Gesichtspunkte als untergeordnet zu betrachten. Diese Feinheit des Unterschieds ist bei der Erfindung nämlich elektrisch entscheidend wirksam. Hinsichtlich der techno­logischen Realisierung bzw. Herstellung des betreffenden Wandlers stellt diese Feinheit jedoch nichts derartiges dar, was besonderen zusätzlichen Technologie- bzw. Computer-Aufwand bedingen könnte.
  • Ein zur Erfindung gehöriger Grundgedanke ist, dem Entwurf bezüglich der Eingangswandler, und zwar sowohl der Wandler für das Eingangssignal als auch derjenigen für die Referenzsignale, das Splitfinger-Prinzip zugrunde­zulegen. Bei einer erfindungsgemäßen Convolver-Anordnung sind die Eingangswandler für die Referenzsignale tatsäch­lich Splitfinger-Interdigital-Wandler im herkömmlichen Sinne. Die Eingangswandler für das Eingangssignal würden ebensolche Splitfinger-Wandler sein, wenn ihre floatenden Finger ebenso wie die jeweils benachbarten interdigitalen Finger in der jeweils einen oder anderen Kammstruktur elektrisch angeschlossen wären. Sofern man nicht den Weg beschreitet, zunächst alle Eingangswandler einheitlich herzustellen und nachträglich jeden jeweils zweiten Finger z.B. durch Ausbrennen abzutrennen, so lassen sich diese beiden nur hinsichtlich der floatenden Finger voneinander verschiedenen Wandlerausgestaltungen vorteilhafterweise mit zwei Vorlagen herstellen, nämlich eine Vorlage für die Refe­renzsignal-Wandler und eine Vorlage für die Eingangssignal-­Wandler.Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß bei­de Vorlagen auf demselben Entwurf beruhen, d.h. für beide Vorlagen nur einmal der Filterentwurf gemacht zu werden braucht. Unter einer Vorlage ist entweder eine Maske zu ver­stehen oder es handelt sich um das jeweilige Programm, das der automatisch arbeitenden Belichtungseinrichtung für die in beiden Fällen fotolithografische Herstellung der Finger­strukturen einzugeben ist.
  • Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfol­genden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung hervor.
    • Figur 1 zeigt eine erste Convolver-Anordnung, an der die Erfindung zu realisieren ist.
    • Figur 2 zeigt einen an sich bekannten Splitfinger-Wandler, wie er für die Referenzsignal-Eingangswandler bei einer Anordnung nach Figur 1 (bzw. Figur 5) zu verwenden ist.
    • Figur 3 zeigt einen aus dem Wandler der Figur 2 abgelei­teten dem Design nach prinzipiell gleichen Wandler, wie er bei einer Anordnung nach Figur 1 (bzw. nach Figur 5) er­findungsgemäß für die Eingangssignal-Eingangswandler vor­zusehen ist.
    • Figur 4 zeigt eine Variante eines Wandlers nach Figur 3 und
    • Figur 5 zeigt eine weitere Convolver-Anordnung, bei der die Erfindung anzuwenden ist.
  • Figur 1 zeigt eine für die Erfindung relevante erste Ausführungsform einer Convolveranordnung 1, und zwar mit zwei Eingangssignal-Wandlern 3, 4 und zwei Referenzsignal-­Wandlern 5, 6. Mit 7 und 8 sind je eine Integrationselek­trode bezeichnet, die bekanntermaßen streifenförmige Metallisierungsbelegungen der Oberfläche des Substratkör­pers 2 sind. Mit 11 sind an sich bekannte, dem Einzelfall angepaßt zu verwendende Strahlkompressoren bezeichnet. Es können dies flächenmäßige Belegungen und/oder Streifen­strukturen sein. Mit 9 und 10 sind die beiden Ausgangsan­schlüssse des Convolvers, nämlich die Ausgänge für das Faltungssignal I und für das Faltungssignal II bezeichnet. Mit 14 ist ein Eingangssignal-Anpassungsnetzwerk bezeich­net mit einem Eingangs 114 für das Eingangssignal. Mit 15 ist je ein Referenzsignal-Anpassungsnetzwerk, nämlich für das Referenzsignal A am Eingang 115 und für das Referenz­signal B am Eingang 116 bezeichnet.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, sind die beiden Eingangssignal-­Wandler 3 und 4 parallel geschaltet. Jeweils eine Kammstruk­ tur der Wandler 3 und 4 sind miteinander und mit dem Aus­gang 214 des Eingangssignal-Anpassungsnetzwerkes 14 verbun­den. Die jeweils beiden anderen Kammstrukturen der Wandler 3 und 4 sind mit einem Bezugspotential bzw. mit Masse verbunden. Bei den Referenzsignal-Wandlern 5 und 6 sind wiederum je eine Kammstruktur miteinander und mit dem Be­zugspotential bzw. mit Masse verbunden. Die anderen beiden Kammstrukturen des Wandlers 5 bzw. des Wandlers 6 sind jedoch mit dem jeweiligen Ausgang 215 bzw. 216 der Refe­renzsignal-Anpassungsnetzwerke 15 verbunden.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind als Referenzsignal-­Wandler 5 und 6 Wandler der in Figur 2 gezeigten Art vor­gesehen. Der in Figur 2 gezeigte Wandler 5 (bzw. 6) ist ein Splitfinger-Interdigital-Wandler, bestehend aus den beiden Kammstrukturen 51 und 52, und bei dem Splitfinger­paare 53, 54 (wie dargestellt) ineinandergreifen. Mit 55 und 56 sind zugehörige Sammelschienen bezeichnet. Zwischen den in Figur 2 schematisch dargestellten Anschlüssen bzw. zwischen diesen beiden Kammstrukturen 51 und 52 hat der Wandler 5 eine vorgegebene bzw. dem Entwurf entsprechende Impedanz Zw. Diese Impedanz Zw und die Ausgangsimpedanz der Anpassungsnetzwerke 15 und 16 an den Ausgängen 215 und 216 sind wie üblich aneinander angepaßt. Im wesentlichen haben die beiden Kammstrukturen 51 und 52, d.h. hat der Wandler kapazitiven Widerstand .
  • Dem bekannten Stand der Technik nach sind für die Eingangssignal-Seite des Convolvers abweichende Maßnahmen vorgesehen worden, z.B. entweder andere Ausgangsimpedanz­werte des Anpassungsnetzwerkes 14 oder zu anderem Impedanz­wert führendes anderes Design für die Wandler 3 und 4.
  • Bei der Erfindung werden dagegen für die Wandler 3 und 4 je ein Wandler 3a nach Fig.3 (bzw. 3b nach Fig. 4) ver­wendet. Ohne weiteres ist zu erkennen, daß der Wandler 5 der Figur 2 und der Wandler 3a (bzw. 3b) prinzipiell gleiches Design haben. Insbesondere sind geometrische Breite bzw.die Apertur der Wandler 3a und 5 übereinstim­mend. Auch die Verteilung der Finger 53 und 54 bzw. 53 und 54a ist gleich innerhalb der jeweiligen Bahn T des einzel­nen Wandlers, wobei diese Bahn T der Streifen des Wandlers ist, innerhalb dessen Anregung akustischer Wellen aufgrund der Signalspeisung des Wandlers bzw. seiner ineinandergrei­fenden Digitalstrukturen 51 und 52 bzw. 51a und 52a auf­tritt. Es sei darauf hingewiesen, daß entgegen der Dar­stellung in den Figuren 2 und 3 die Breite der Bahn T etwa 95 bis 99% des zwischen den Sammelschienen 55 und 56 im Inneren des Wandlers verfügbaren Abstandes a ausmacht.
  • Der erfindungswesentliche geometrische bzw. konstruktive Unterschied des Wandlers der Figur 3 einerseits gegenüber dem Wandler der Figur 2 andererseits ist, daß die Finger 54a vergleichsweise zu den Fingern 54 floatende, d.h. an keines der obengenannten Potentiale angeschlossene, Finger sind.
  • Die Finger 53 und 54 sind Splitfinger und sie haben üb­licherweise eine Breite b von Lambda/8. Gleiches Maß hat der Zwischenabstand c zwischen den Splitfingern 53, 54. Ebenfalls gleiches Maß Lambda/8 haben auch die Abstände d, die vorliegen zwischen der jeweils außen liegenden Kante des Fingers 54 und der dieser Kante benachbart gegenüber­liegenden, elektrisch außenliegenden Kante des Fingers 53. Diese Abstände sind in Figur 2 eingetragen. Sie sind sinngemäß auch in Figur 3 eingetragen, obwohl der jeweilige Finger 54a ein floatender Finger ist. Für die piezoelektrische Erzeugung der Oberflächenwelle wäre dieser floatende Finger im Wandler der Figur 3 an sich nicht erforderlich. Sein Vorhandensein dient aber der Gleichmäßigkeit. Insbesondere bewirkt das Vorhandensein der floatenden Finger 54a, daß eine Reflexion im Wandler der Figur 3 ebenso unterdrückt wird, wie dies bekannter­maßen für eine Splitfinger-Anordnung des Wandlers nach Figur 2 bekanntermaßen der Fall ist.
  • Wie aus den Vergleich der Figuren 2 und 3 ersichtlich, kann der Unterschied so ausgedrückt werden, daß beim Wandler der Figur 3 jeweils ein ganz kleines Längen-­Teilstück, nämlich die Kontaktstelle des Fingers 54 mit seiner Sammelschiene 55 bzw. 56 weggelassen ist. Diese Weglassung 154 ist bei den floatenden Fingern 54a ge­strichelt angedeutet.
  • Ein Wandler der Figur 3 hat zwischen seinen dargestellten Anschlüssen wenigstens angenähert eine Impedanz 2 . Zw.
  • Beispielsweise sind im Convolver der Figur 1 je ein Wand­ler 3a der Figur 3 als Eingangssignal-Wandler 3 und 4 vor­gesehen. Die Parallelschaltung zweier Wandler 3a ergibt, daß die Gesamt-Eingangsimpedanz für das Eingangssignal E wieder Zw ist. Das bedeutet, daß auf der Eingangssignal-­Seite ebenfalls ein Anpassungsnetzwerk 15 zu verwenden ist. Das heißt, daß für den erfindungsgemäßen Convolver drei gleiche Netzwerke 15 verwendet werden können, obwohl für die (Eingangssignal- und die Referenzsignal-) Interdi­gital Wandler eine Wandlerstruktur eines prinzipiell ein­heitlichen Entwurfes bzw. Designs verwendbar ist. Dieser kompakt aufgebaute Convolver nach Figur 1 liefert wie vor­gegeben, die beiden Faltungssignale I und II aus dem Ein­gangssignal E und den Referenzsignalen R1 und R2, und den­noch hat der Convolver 1 Interdigital-Wandler, die im Sinne der Erfindung als übereinstimmend zu verstehen sind.
  • Die in Figur 3 dargestellte, als eine Ausführungsform 3a für die Eingangssignal-Wandler 3 und 4 vorgesehene Inter­digitalstruktur hat, abgesehen von den mit der jeweiligen Sammelschiene 55, 56 verbundenen Fingern 53 die einzelnen floatenden Finger 54a. Auf demselben, der Erfindung zu­grundeliegenden Prinzip beruht die zur Ausführungsform nach Figur 3 alternative, verbesserte Ausführungsform nach Figur 4. Der in Figur 4 mit 3b bezeichnete Wandler hat mit den entsprechenden Bezugszeichen versehene, oben bereits beschriebene, Einzelheiten. Bei der Ausführungsform 3b sind jedoch die zusätzlichen Verbindungsbrücken 254 vor­gesehen, die benachbarte floatende Finger 54a elektrisch miteinander verbinden. Ausgestaltungen eines solchen Wandlers 3b können derart sein, daß durch diese Verbin­dungsbrücken sämtliche floatenden Finger 54a des Wandlers elektrisch miteinander verbunden sind. Der damit verfolgte Effekt im Rahmen der Erfindung kann aber auch wenigstens weitgehend bereits durch Verbindung von jeweils nur zwei benachbarten Fingern 54a miteinander erreicht sein, näm­lich daß z.B. nur die mit ausgezogenen Linien dargestell­ten Verbindungsbrücken 254 vorhanden sind. (Die gestrichelt dargestellten Verbindungsbrücken 254 sind für diese Ausge­staltung weggelassen). Eine alternative Ausgestaltung wäre z.B. jeweils auch drei oder jeweils noch mehr benachbarte floatende Finger 54a mit derartigen Verbindungsbrücken 254 zu verbinden oder auch z.B. in einem Wandler 3b eine je­weils unterschiedliche Anzahl benachbarter floatender Finger 54a miteinander zu verbinden.
  • Mit dieser Ausgestaltung nach Figur 4 lassen sich Ver­besserungen hinsichtlich zwangsläufig auftretender inter­digitaler Reflexionen an den (floatenden) Fingern errei­chen. Mehr allgemein verständlich kann man diese Ver­besserungen als Unterdrückungen eines auf Reflexionen beruhenden Störeffekts erläutern, wie er bei der Verwendung eines Wandlers nach Figur 3 in einer der vor­liegenden Erfindung zugrundegelegten Convolver-Anordnung auftreten kann.
  • Eine lediglich ähnliche konstruktive Ausführung mit auch nur ähnlichem Hintergrund für andere Filter ist aus "Ultrasonics International" 1985 (London), Seiten 1 bis 6 bekannt. Dort sind Verbindungsbrücken für an sich floaten­de Finger im Zusammenhang mit unidirektionalen Wandlern vorgesehen.
  • Für eine Ausgestaltung nach Figur 4 sind naturgemäß die in Figur 3 mit 154 bezeichneten Weglassungen etwas größer zu machen, d.h. die Breite T' ist gegenüber der Abmessung a etwas verringert, nämlich um Platz zu schaffen für die Verbindungsbrücken 254. Dies ist aber im Rahmen der Erfin­dung unproblematisch.
  • Figur 5 zeigt eine Weiterbildung einer Convolver-Anordnung der Figur 1. Es handelt sich in Figur 5 um eine Convolver-­Anordnung mit vier einzelnen Convolvern (anstatt zwei Con­volvern der Figur 1).
  • Die Convolver-Anordnung nach Figur 5 dient bekanntermaßen dazu, im Ausgang der Faltungssignale I und II wenigstens möglichst weitgehend kein auf Selbstfaltung beruhenden Signalanteil zu haben. Bekanntermaßen ist dazu vorgesehen, daß in den beiden Convolvern mit jeweils parallel geschal­teten Referenzsignal-Eingangswandlern (für das Referenz­signal 1 bzw. für das Referenzsignal 2) eine einer halben Wellenlänge entsprechende Phasendifferenz vorzusehen, so daß das Signal der Selbstfaltung dieses Convolver-Paares im Ausgang für das Faltungssignal I bzw. II kompensiert ist. Bei z.B. in Phase erfolgender Einspeisung mit den parallel betriebenen Eingangswandlern 3, 1 und 3, 2 bzw. 4, 1 und 4, 2 für das Eingangssignal erfolgt z.B. die Ein­speisung des Referenzsignals in den beiden parallel ge­schalteten Wandlern 5, 1 und 5, 2 bzw. 6, 1 und 6, 2 für die Referenzsignale A bzw. B gegenphasig. Ersatzweise kann auch der konstruktive Aufbau so gewählt sein, daß die ent­ sprechende gegenphasige Einspeisung in die Integrations­elektroden 8, 1 und 8, 2 bzw. 7, 1 und 7, 2 erfolgt.
  • Auch bei dieser Ausführungsform einer Convolver-Anordnung nach Figur 5 liegt wie bei derjenigen nach Figur 1 der Fall vor, daß auf der Eingangssignal-Seite zwei Wandler­strukturen 3, 1 und 3, 2 bzw. 4, 1 und 4, 2 insgesamt parallel geschaltet sind, wohingegen für die Referenz­signale A und B jeweils untereinander keine Parallel­schaltung vorgesehen ist und lediglich für das Referenz­signal A einerseits und für das Referenzsignal b anderer­seits eine Parallelschaltung der Wandler 5, 1 und 5, 2 bzw. 6, 1 und 6, 2 vorliegen. In dem man für die Wandler 5, 1 und 5, 2 sowie 6, 1 und 6, 2 der Referenzsignale A und B einen Wandler nach Figur 3 oder nach Figur 4 vor­sieht, jedoch für die Wandler 3, 1 bis 4, 2 der Eingangs­signal-Seite je einen Wandler nach Figur 2 vorsieht, er­reicht man wiederum das erfindungsgemäße Ergebnis, nämlich daß auf der Eingangssignal-Seite für das Eingangssignal E in der Convolver-Anordnung die gleich große Eingangsimpe­danz vorliegt wie für die Referenzsignale A und B. Auch bei der Ausführungsform nach Figur 5 können für die drei Signale E, A und B jeweils das gleiche Anpassungsnetzwerk 115 verwendet werden.

Claims (3)

1. Convolver-Anordnung mit in der Oberfläche ihres Sub­stratkörpers laufenden akustischen Wellen, mit Interdigital-Wandlern für Eingangs- und Referenz­signal und mit Integrationselektrode mit Ausgang der An­ordnung,
gekennzeichnet dadurch
-daß zur Faltung nur eines Eingangssignals (E) mit zwei Referenzsignalen (A;B) zwei Integrationselektroden (7,8) vorgesehen sind,
-daß zur einer jeden Integrationselektrode ein Interdigital-­Wandler (3,4) für das Eingangssignal vorgesehen ist, wobei diese beiden Interdigital-Wandler (3,4) elektrisch parallel­geschaltet sind,
-daß zu jeder Integrationselektrode (7,8) ein Interdigital-­Wandler (5,6) für je eines der Referenzsignale (A bzw. B) vorgesehen ist und die Integrationselektroden (7,8) je einen Ausgang für die beiden entstehenden Faltungssignale (I und II) aufweisen,
-daß wenigstens angenähert gleich große Eingangsimpedanz sowohl für die Parallelschaltung der zwei Interdigital-­Wandler (3,4) für das Eingangssignal (E) als auch für jeden einzelnen der Interdigital-Wandler (5,6) für die beiden Re­ferenzsignale (A bzw. B) vorgesehen ist,
-daß die vorhandenen Interdigital-Wandler (3,4,5,6) prin­zipiell gleiches Design aufweisen,
-daß die Interdigital-Wandler (5,6) für die Referenzsignale (A,B) Splitfinger-Interdigitalwandler (Fig.2) sind und
-daß die Interdigital-Wandler (3,4) für das Eingangssignal (E) gleiche Fingerabstände und im wesentlichen gleiche Fingerlänge haben wie die für die Referenzsignale (A,B) vorgesehenen Interdigital-Wandler (5,6), jedoch in den Interdigital-Wandlern (3,4) für das Eingangssignal (E) der aufeinanderfolgend jeweils zweite Finger als floatender Finger (54a) eine elektrische Unterbrechung (154) zur jeweiligen Sammelschiene (55,56) aufweist.
2. Convolver-Anordnung mit in der Oberfläche ihres Sub­stratkörpers laufenden akustischen Wellen, mit Interdigital-Wandlern für Eingangs- und Referenz­signal und mit Integrationselektrode mit Ausgang der An­ordnung, wobei diese für Kompensation der Selbstfaltung ausgebildet ist,
gekennzeichnet dadurch,
-daß zur Faltung nur eines Eingangssignals (E) mit zwei Referenzsignalen (A,B) vier Integrationselektroden (7,1; 7,2; 8,1; 8,2) vorgesehen sind,
-daß zu einer jeden Integrationselektrode ein Interdigital-­Wandler (3.1;3,2;4,1;4,2;) für das Eingangssignal vorgesehen ist, wobei diese vier Interdigital-Wandler elektrisch paral­lelgeschaltet sind,
-daß zu jeder Integrationselektrode (7,1;7,2;8,1;8,2) ein Interdigital-Wandler (5,1;5,2;6,1;6,2), wobei für je eines der Referenzsignale (A bzw. B) zwei dieser Interdigital-­Wandler (5,1;5,2; bzw. 6,1;6,2) miteinander parallelgeschal­tet vorgesehen sind und die Integrationselektroden je einen Ausgang für die beiden entstehenden Faltungssignale (I und II) aufweisen,
-daß wenigstens angenähert gleich große Eingangsimpedanz sowohl für die Parallelschaltung der vier Interdigital-­Wandler (3,1;3,2;4,1;4,2) für das Eingangssignal (E) als auch für jede der Parallelschaltungen der je zwei Inter­digital-Wandler (5,1;5,2 bzw. 6,1;6,2) für die beiden Re­ferenzsignale (A bzw. B) vorgesehen ist,
-daß diese Interdigital-Wandler (3,1;3,2;4,1;4,2;5,1;5,2; 6,1;6,2) prinzipiell gleiches Design aufweisen,
-daß die Interdigital-Wandler (5,1;5,2;6,1;6,2) für die Re­ferenzsignale (A,B) Splitfinger-Interdigitalwandler (Fig.2) sind und
-daß die Interdigital-Wandler (3,1;3,2;4,1;4,2) für das Ein­ gangssignal (E) gleiche Fingerabstände und im wesentlichen gleiche Fingerlänge haben wie die für die Referenzsignale (A,B) vorgesehenen Interdigital-Wandler, jedoch in diesen Interdigital-Wandlern (3,1;3,2;4,1;4,2) für das Ein­gangssignal (E) der aufeinanderfolgend jeweils zweite Fin­ger als floatender Finger (54a) eine elektrische Unter­brechung (154) zur jeweiligen Sammelschiene (55,56) auf­weist.
3. Convolver-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet dadurch ,
daß in einem Eingangswandler (3,4 bzw. 3,1;3,2;4,1;4,2) jeweils zwei und/oder noch mehrere floatende Finger (54a) durch jeweils eine Verbindungsbrücke (254) unter sich miteinander verbunden sind (Fig. 4).
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