NL8000218A

NL8000218A - Filterschakeling.

Info

Publication number: NL8000218A
Application number: NL8000218A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-01-12
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1980-07-15
Also published as: JPS5597097A; GB2041683A; FR2446558A1; CA1125391A; AU5440380A; FR2446558B1; AU533668B2; DE3000933A1; GB2041683B; US4314162A; JPS628046B2

Description

fc ' 4 * » -1-

Filterschakeling.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een filterschakeling, en meer in het bijzonder op een fil-terschakeling die gebruik maakt van een ladingsoverdrachts-inrichting (engels:CTD, charge transfer device), zoals bij-5 voorbeeld een emmertjesgeheugen (engels: 3BD, bucket birgade device).

Een filterschakeling volgens dit tot dusver bekende systeem is uitgevoerd zoals in figuur 1 is weergegeven.

In figuur 1 heeft het verwijzingsnummer 1 betrekking op een 10 ingangsaansluiting, die verbonden is met de basis van een PNP transistor 2, waarvan de collector geaard en de emitter via een weerstand 3 verbonden is met een voedingsspanningsaan-sluiting 4 en via een in sperrichting geschakelde diode 5 verbonden is met het ene uiteinde (de ene plaat) van een con-15 densator Cq, waarvan het andere uiteinde (de andere plaat) met eenklokaansluiting 6 verbonden is. De eerder genoemde plaat van de condensator Cq is eveneens verbonden met de emitter van een NPN transistor Q^, waarvan de collector verbonden is met de emitter van een NPN transistor Q2 in de vol-20 gende trap. Op de zelfde wijze zijn de collectors en emitters van de NPN transistors Q2 tot en met Q2n (n is een positief geheel getal) met elkaar doorverbonden, en zijn de condensatoren C^ tot en met C2n tussen de bases en collectors van de betreffende transistoren tot en met Q2n opgenomen. De 25 capaciteitswaarden van de condensatoren C^-Cj zijn gelijk gekozen aan die van de condensator Cq, waarvan de capaciteits-waarde C bedraagt, de bases van de oneven genummerde transis-toren Q^, Q^, ... zijn via een klokaansluiting 7 ver bonden met een een kloksignaal toevoerende bekrachtigings-30 schakeling 8, terwijl de bases van de even genummerde transis-coren Q2, .... Q2n via de klokaansluiting 6 verbonden zijn met de een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsschakeling 8.

Aan de klokaansluitingen 6 en 7 worden klolsigna-ien en 02 toegevoerd, waarvan de potentialen of 8000218 I f -2- spanningsniveau's VDC en VDC + vp bedragen, de werkcyclus (engels: duty ratio) 50% bedraagt, terwijl de twee signalen tegengesteld van polariteit zijn, zoals in de figuren 2A en 2B aangegeven is. De spanning Vp is zodanig gekozen, dat bij 5 toevoer van een spanning VC£ en de voedingsspanningsaanslui-ting 4 aan de volgende voorwaarde (1) voldaan wordt.

VCC> VDC + 2VP (1>

Een aan de ingangsaansluiting 1 toegevoerd ingangssignaal met een spanningsaaarde Vg dient dan aan de vol-10 gende voorwaarde (2) te voldoen.

VDC + VPAVSiVDC + 2 VP <2>

In bovengenoemde filterschakeling volgens de huidige stand der techniek zijn in de begintoestand alle condensatoren CQ-C2n opgeladen tot een spanningswaarde Vp.

15 wanneer de spanning Vg van het ingangssignaal gescheiden wordt in een gelijkspanningscomponent Vg^D en een wikkelspannings- component VgAC, zal alleen de wisselspanningscomponent Vg^, nul zijn in de begintoestand. In deze begintoestand ’zullen derhalve aan de meer positieve zijde (platen) (engels: hot-end 20 sides) van de even genummerde condensatoren CQ, C2,----C2nz het signaal 0^ stijgen tot de waarde vD£+2Vp gedurende de periode VDC + Vp en daarna dalen tot de waarde VgcD, terwijl het signaal gedurende periode Vpc + Vp daalt tot de waarde

VgcD ” Vp en daarna stijgt tot de waarde νρ(-, + Vp, zoals in 25 figuur 2C is weergegeven. Aan de meer positieve platen van de oneven genummerde condensatoren C^, Cg, ... C2n_i het signaal φ^ gedurende de periode VDC + Vp tot de waarde VSCD “ vp om daarna te stijgen tot de waarde νρ(-, + Vp, terwijl het signaal φ^ gedurende de periode + Vp stijgt tot de 30 waarde V_~ + 2V-. en daarna daalt tot de waarde .

u DC p scd, zoals m figuur 2D is weergegeven.

Direct na toevoer van het ingangssignaal zal gedurende de periode Vpc + Vp van het eerste signaal 0^, wanneer de spanningswaarde Vg van het ingangssignaal bedraagt (yg = Vgl), het potentiaal op de meer positieve plaat van de condensator Cq eerst stijgen tot de waarde Vpc + 2Vp en daarna de waarde Vg^ aannemen, de condensator Cq ontlaadt zich 8000218 « * -3- en slaat de lading VS1 -{VDC+Vp) C op. Daar op dit tijdstip de transistor gesperd staat, zal er geen verandering optreden in de condensatoren C^, C2,---- C2n*

Tijdens de periode VD£+Vp van het volgende 5 signaal Φ2 neemt de potentiaal van het signaal Φ1 de waarde Vp£ aan, waardoor de potentiaal op de meer positieve plaat van de condensator Cq de waarde vgl ”^VDC + VP^ + VDC=VS1~VP aanneemt. Daar de transistor in de geleidende toestand komt, zal de potentiaal op de meer positieve plaat van de condensa-10 tor Cq uiteindelijk toenemen tot de basisspanning (VD£ + Vp) van de transistor Daar nu de transistor in zijn actieve gebied verkeert, zal de condensator Cg opgeladen worden via de weg bestaande uit de aansluiting 7, de conden-dator C^, de collector-emitter van de transistor en de 15 condensator Cq. Daar de spanning op de meer positieve plaat van de condensator CQ van de waarde vsl~Vp overgaat op de waarde VDC+Vp' zal de ladingsoverdracht van de meer positieve plaat van de condensator C1 naar de (meer) positieve plaat van de condensator Cq door de volgende formule (3) uitge-20 crukt kunnen worden.

{<VDC+VP,-(VsrV} C-(VDC+2VVS1)C <3>

Daar eerst de lading Vp . C in de condensator C^ opgeslagen was, wordt de uiteindelijke hoeveelheid lading gegeven door de volgende vergelijking: 25 VC-‘VDC+2VVS1>C= Kl-'W/ C <4>

Dat wil zeggen, dat gedurende de periode VQC+Vp van het signaal φ^, de spanning van de condensator CQ de waarde vsr(VDC+Vp) heeft' ri-aar dat deze spanning gedurende de periode vDc+vp van het signaal Φ2 overgedragen of verplaatst 30 wordt naar de condensator C1, waardoor de spanning van de condensator Cq weer de waarde VDC+Vp aanneemt. Daar in dit geval de transistor Q2 gesperd staat, zal er geen verandering optreden in de condensatoren C2, C^, .... C2n*

Gedurende de periode VDC+Vp van het volgende 35 signaal φ zal bovendien, wanneer de spanning V<. van het ingangssignaal Vg2 bedraagt (Vg+Vg2), de condensator C^ opgela- 8000218 -4- den worden tot een waarde vg2"" ^VDC+VF^ ' de condensator teruggebracht worden tot de waarde VDC+Vp en de condensator C2 opgeladen worden tot de waarde Vgl- (VDC+Vp) . Daar de transistor Q3 gesperd staat, zal er geen verandering optreden 5 in de condensatoren C3,___C2n* Boven9enoeitl^ proces wordt steeds herhaald, waardoor het signaal synchroon met de signalen φ^ en 02 verplaatst wordt van de linkerzijde van het blad in figuur 1 naar de rechterzijde daarvan.

Wanneer nu een transversaal filter van bijvoor-10 beeld het cyclische type gevormd wordt van bovengenoemd filter, worden er een aantal middenaftakkingen (engels: mid taps) aangebracht, waaruit signalen met verschillende vertragings-tijden verkregen worden, en wordt aan de signalen een bepaalde gewichtsfactor toegekend, waarna de signalen successievelijk 15 opgeteld worden en het resulterende somsignaal teruggekoppeld wordt naar een bepaald gedeelte van de voorgaande trap. In de huidige stand der techniek wordt hierbij de volgende handelwijze toegepast.

Zoals in figuur 1 is weergegeven worden daartoe 20 de meer positieve platen van de condensatoren C4, Cg en Cg, waaruit de signalen verkregen worden, verbonden met de emit-tervolgerschakelingen 91, 92 en 93. De uitgangssignalen van de emittervolgerschakelingen 91, 92 en 93 worden toegevoerd aan de "gewichtsfactorschakelingen" 94, 95 en 96 en vervolgens -25 aan een analoge optelschakeling 97, waarvan het somsignaal aan een bemonster- en houd-schakeling 98 toegevoerd wordt» De uitgang van de bemonster- en houdschakeling 98 is verbonden met de meer positieve plaat van de condensator C2 van de vorige trap.

30 Volgens de schakeling in figuur 1 worden de signa len uit de middenaftakkingen als spanningen aan de emittervolgerschakelingen toegevoerd, deze spanningen worden met een bepaalde waarde gewogen, waarna de gewogen spanningen analoog opgeteld worden. Ket opgetelde signaal (somsignaal) 35 wordt als de terug te koppelen lading toegevoerd aan de condensator in de daaraan voorafgaande trap.

In de in figuur 1 weergegeven schakeling volgens 8000218 * * -5- de tot dusver bekende systemen worden de uitgangssignalen van de condensatoren via de emittervolgerschakelingen verkregen, zodat als gevolg van de invloed van de collector-basiscapaci-teit CCg van de emittervolgerschakelingen en de basisstromen 5 Xg, de effectieve pulshoogte van het kloksignaal afneemt, de overdrachtsefficientie verslechtert en het dynamisch bereik van het signaal kleiner wordt.

In de schakeling volgens de tot dusver bekende systemen wordt bovendien gebruik gemaakt van een analoog op-10 telschakeling en een bemonster- en houdschakeling, waardoor een relatief groot aantal elementen of componenten nodig zijn, relatief veel electrisch vermogen verbruikt wordt en derhalve de schakeling duur wordt.

Bovendien vloeit er een spijkervormige stroom 15 (een stroom met scherpe pieken in de golfvorm) door de emit-tervolgerschakeling, de analoge optelschakeling en de bemonster- en houdschakeling, deze spijkervormige stroom zal de andere schakelingen nadelig beïnvloeden via de voedingsbron en aardleidingen.

20 Bovendien is het moeilijk om het gelijkspannings- niveau aan de ingang van de emitterschakeling gelijk te maken met die aan de uitgang van de bemonster- en houdschakeling.

De onderhavige uitvinding stelt zich nu ten doel hierin verbetering te brengen en een nieuwe filterschakeling 25 te verschaffen, welke gebruik maakt van een ladingsoverdrachts-inrichting.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een filterschakeling met een ladingsoverdrachtsin-richting, welke de nadelen in de tot dusver bekende systemen 30 niet bevat.

Daartoe verschaft de onderhavige uitvinding een filterschakeling, welke voorzien is van een ladingsoverdrachts-inrichting met een een kloksignaal toevoerende bekrachtigings-inrichting voor toevoer van een kloksignaal; een aantal op-35 eenvolgende capacitieve opslagmiddelen voor het sequentieel vasthouden van een een in tijd bemonsterd ingangssignaal vertegenwoordigend ladingsniveau, v.raarbij elk van de 8000218 -6- capacitieve opslagmiddelen en klokelectrode bevat voor ontvangst van het kloksignaal en het ladingsniveau opeenvolgend van de ene naar de volgende capacitieve opslaginrichting cvergedragen of getransporteerd wordt in reactie op het klok-5 signaal, waarbij tenminste êën van de capacitieve opslagmiddelen onderverdeeld wordt in een eerste en een tweede ca-yacitief gedeelte die in parallel geschakeld zijn, waarbij het eerste capacitieve gedeelte een "geklokte" electrode bevat voor ontvangst van het kloksignaal, het tweede capacitie-10 ve gedeelte een andere geklokte electrode bevat, en de capa-citeitsverhouding van het eerste en het tweede capacitieve gedeelte vooraf gekozen en bepaald is; de een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsinrichting (engels:clocking signal drive means) voorzien is van een een kloksignaal toevoerende 15 bekrachtigingsschakeling (engels: clocking signal drive circuit) met een uitgang waaraan een klokregelsignaal afgegeven wordt, een klokbekrachtigingsschakeling. (engels: clock driver circuit) met een eerste transistor met een eerste, een tweede en een stuurelectrode, middelen voor het verbinden van de 20 stuurelectrode van de eerste transistor met de uitgang van de een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsschakeling, en middelen voor het verbinden van de eerste electrode van de eerste transistor met een andere geklokte electrode van het tweede capacitieve gedeelte; terwijl een stroomterugkoppelingsinrich-25 ting aangebracht is voor het detecteren van de stroom die door de tweede electrode van de eerste transistor vloeit en het toevoeren van een daarmee corresponderende stroom aan een capacitief opslagmiddel, voorafgaand aan het eerste en het tweede capacitieve gedeelte.

30 De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: figuur 1, een schakeling en een uitvoeringsvorm 35 van een filterschakeling volgens de huidige stand der techniek; 8 0 0 0 2 1 8 fi9uren 2A-2D, golf vormen ter verduidelijking -7- * * van de in figuur 1 weergegeven schakeling; figuur 3, een schakeling van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; en figuren 4-7, respectievelijk schakelingen van 5 andere uitvoeringsvormen van deze uitvinding.

De onderhavige uitvinding zal nu aan de hand van de betreffende figuren verduidelijkt worden. Een eerste uitvoeringsvorm van de filterschakeling met een ladingsover-drachtsinrichting zoals bijvoorbeeld een emmertjesgeheugen 10 (BBD) volgens de onderhavige uitvinding zal nu beschreven wor-uen aan de hand van figuur 3, waarbij gebruik gemaakt wordt * van negatieve terugkoppeling. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 zijn even genummerde condensatoren C4, Cg, ...

onderverdeeld in de condensatoren c'4, C''4; C'g, C^; ____ 15 waarbij de capaciteitswaarden gekozen zijn volgens: a4C, (l-a4)C; a6C, (l-a6)C;' ... De minder positieve zijden of platen (engels: cold-end sides) van de onderverdeelte condensatoren C'4, C'g,... zijn met elkaar doorverbonden, terwijl de minder positieve platen van de andere onderverdeelde con-20 uensatoren C"4, C"g,... verbonden zijn met de aansluiting 6.

Bovendien zijn de complementaire transistoren 11 en 12 aangebracht, waarvan de emitters met elkaar doorverbonden zijn en gekoppeld zijn met het verbindingspunt van de minder positieve platen van de condensatoren C'4, C'g ... en 25 waarvan de bases met elkaar en met de uitgang van een klok-signaalgenerator 13 verbonden zijn. De generator 13 geeft een signaal Φ' af, die de zelfde fase heeft als het signaal φ^ en waarvan de spanningswaarden bedragen: VDC-VBE en VDC+Vp+VBE (waarbij VfiE de basis-emitterspanning van de 30 transistoren 11 en 12 zijn). De collector van de PNP transistor 12 is geaard, terwijl de collector van del.'NPN transistor 11 verbonden is met de collector en de basis van de PNP transistor 14, die deel uitmaakt van de stroomspiegelschake-ling Ml. De emitter van de transistor 14 is via een weerstand 35 13 verbonden met de voedingsspanningsaansluiting 4. De basis van de PNP transistor 16, die te samen met de transistor 14 de stroomspiegelschakeling Ml vormt, is verbonden met de 8000218 -8- basis van de transistor 14. De emitter van de transistor 16 is via een weerstand 17 verbonden met de voedingsspannings-aansluiting 4, terwijl de collector daarvan verbonden is met de meer positieve plaat van de condensator C2 van de daaraan 5 voorafgaande trap. In dit geval hebben de weerstanden 15 en 17 de ze zelfde weerstandswaarde.

Ook zijn de transistoren 18 en 19 aangebracht, waarbij de emitters gezamenlijk via een condensator 20 met aarde verbonden zijn en waarvan de bases gezamenlijk verbon-10 den zijn met de uitgang van de loksignaalgenerator 13. De collector van de NPN transistor 18 is verbonden met de meer positieve plaat van de condensator C2, terwijl de collector van de PNP transistor 19 geaard is. Onder de veronderstelling dat de verhouding tussen VgCD tot Vp gelijk is aan 15 vgCD-V]-)c = (2-k)Vp wordt de capaciteitswaarde 0χ van de condensator 20 zodanig gekozen dat aan de formule (5) voldaan wordt.

C =k(a4+a6+....)C (5)

X

Wanneer in de schakeling in figuur 3 geen ingangs-20 signaal toegevoerd wordt bedraagt de spanning op alle condensatoren Vp. Wanneer gedurende de periode VDC+Vp van het signaal direct nadat een ingangssignaal toegevoerd isr de spanning Vgl van het in deze periode toegevoerde signaal Vgi (Vg=Vsl) bedraagt, verandert de spanning van de condensa-25 tor Cq van de waarde Vp naar de waarde ^51” ^'v"dC+VP^ * Geduren-de periode VDC+Vp van het signaal ëën klokperiode Ύ na bovengenoemde periode (T waarbij f de klokfrequen- tie is), verandert de spanning van de condensator C2 van de waarde Vp naar de waarde Vg (V^+Vp) .

30 Gedurende de periode VDC+Vp van het volgende signaal φ^, 2~.periodes daarna, verandere de spanningen van zowel de condensator C'^ als de condensator C"^ van de waarde Vp naar de waarde vgl” ^VDC+VP^ ' deze periode wordt de door de formule (6) gegeven lading via de collector van 35 de transistor 11 van de condensator ontladen.

a4CVp - a4C { Vsl-(VDC+Vp> | = a4C f !VDC+2Vp)-VglJ (6) 8000218 p * -9- **

Gedurende de periode VDC+Vp van het volgende signaal ^ 3T perioden daarna, wordt de condensator C’g via de collector van de transistor 11 ontladen. De hoeveelheid ontlading bedraagt dan alsvolgt: 5 aSCVa6C (vsi-(VDC+Vp)j = aeC^CTDc^pJ-Vsi) (7)

Gedurende de periode VDC+Vp van het volgende signaal 4 T perioden daarna, wordt de condensator C'g via de collector van de transistor 11 ontladen. De ontlading op 10 dit tijdstip bedraagt dan: a8 CVp-aeC {Vsl- (VDC+Vp) J =a8C | CVDC+2Vp) -Vgl | (8)

Daar alle ladingen die ontladen worden via de collector van de transistor 11 vloeien, zal de hoeveelheid 15 lading X, die door de collector van de transistor 11 vloeit alsvolgt uitgedrukt kunnen worden: X ^i(VDC+2V“V$·}0 (a4z”2+a6z”3+a8Z~4 ____) (S)

sT

waarbij Z=e en S=j2T£E, waarbij f de frequentie van het in-20 gangssignaal is.

Dat wil zeggen, dat door de collector van de transistor 11 een lading verplaatst wordt, die een zodanige waarde aanneemt, dat het ingangssignaal vertraagd wordt met 2T, 3T, 4T, ...., en daarna gewogen wordt met een factor a4, 25 a6, a8, .... en vervolgens bij elkaar opgeteld wordt.

De gemiddelde waarde van de stroom als gevolg van bovengenoemde lading bedraagt alsvolgt: XAV “ TT " X · fc <10> 30 Daar de stroom IAV door de transistor 14 vloeit, zal een even grote stroom 1^ door de transistor 16 vloeien.

Dit heeft tot gevolg, dat een lading X gedurende de daarmee overeenkomende klokperiode (T) in de condensator C2 geïnjecteerd wordt. Aan de condensator C2 worden dus ladingen van 35 de transistor 16 en de condensator C2 toegevoerd, terwijl de van de condensator C2 toegevoerde lading verminderd wordt 8000218 i i -10- met de hoeveelheid lading X van de transistor 16. Dat wil zeggen dat de negatieve terugkoppeling verkregen wordt door de hoeveelheid lading X.

Als gevolg van deze negatieve terugkoppeling kan 5 de overdrachtsfunctie H(Z) van de ingangsaansluiting naar de meer positieve zijde of plaat van de condensator C2 alsvolgt uitgedrukt worden: -1 H(Z) = --- (11) 1 + a4Z_1 + a6Z~2 ____ 10

Ofschoon aan het signaal Vg gedurende het terug-koppelproces zowel de wisselspanningscomponent VgAC als de gelijkspanningscomponent VgD(-, toegevoegd worden, wordt de ge-lijkspanningscomponent door middel van de gelijkspanningscor-15 rectieschakeling bestaande uit de transistoren 18, 19 en de Condensator 20 geelimineerd.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt het terug-koppelproces uitgevoerd zoals in het hierboven staande beschreven is. In deze uitvinding wordt het terugkoppelsignaal ver-20 kregen in de vorm van lading, waardoor het optellen en injecteren op eenvoudige wijze uitgevoerd kunnen worden, waardoor het gebruik van analoge optelschakelingen en een bemonsteren houdschakeling niet nodig zijn.

Daar bovendien de zelfde inpuls als bij normale 25 overdracht aan de condensatoren in de schakeling van de onderhavige uitvinding toegevoerd wordt, heeft het geen invloed op het door het emmertjesgeheugen overgedragen signaal. Bovendien kunnen fluctuaties van de gelijkspanning in deze uitvinding op eenvoudige wijze geelimineerd worden, waardoor 30 een gestabiliseerde gelijkspanning verkregen wordt.

Figuur 4 toont een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 4 worden de signalen van de oneven genummerdè condensatoren gebruikt voor het realiseren van de negatieve terugkoppeling.

35 hierbij worden de oneven genummerde condensatoren C'g, C*g, ---- respectievelijk onderverdeeld in C'3, C"3; C’5, C"g; .... waarvan de capaciteitswaarden bedragen: a3C, (l-a3)C; n 8000218 ► * -11- a5C, (l-a5)C; ..... De minder positieve platen van de onder- verdeelde condensatoren C'5, *·· zijn met elkaar door verbonden, terwijl de minder positieve platen van de andere condensatoren C'^, C"cj, .... verbonden zijn met de aanslui-5 ting 7. Van de aangebrachte transistoren 21 en 22 zijn de emitters met elkaar en met het verbindingspunt van de minder positieve platen van de condensatoren C^, C5, .— verbonden. De bases van de transistoren 21 en 22,zijn met elkaar verbonden met de uitgangszijde van een kloksignaalgenerator j^q 23, die een signaal· φ '2 af geeft, waarvan de fase gelijk is aan die van het signaal 02 en waarvan de spanningswaarden bedragen VDC-VBE en vdc+vp+vbE' De collector van de NPN transistor 21 is verbonden met de voedingsspanningsaansluiting 4, de collector van de PNP transistor 22 is verbonden met de collec-15 tor en de basis van een NPN transistor 24, die deel uitmaakt van een tweede stroomspiegelschakeling M2 en waarvan de emitter via een weerstand 25 geaard is.

De basis van een NPN transistor 26, die te samen met de transistor 24 de tweede stroomspiegelschakeling M2 20 vormt, is verbonden met de basis van de transistor 24. De emitter van de transistor 26 is via een weerstand 27 geaard, hierbij zijn de weerstandswaarden van de weerstanden 25 en 26 gelijk gekozen. De collector van de transistor 26 is verbonden met de collector van de basis van de transistor 14 van de 25 stroomspiegelschakeling Ml, terwijl de collector van de transistor 16 van de stroomspiegelschakeling Ml verbonden is met de meer positieve plaat van de condensator C2·

De collector van de transistor 18, die als gelijk-spanningscorrectieschakeling fungeert, is bovendien verbonden 30 met de meer positieve zijde van de condensator C2· De capaci-teitswaarde C van de condensator 20 wordt alsvolgt gekozen:

X

C + k(a3 + a5 + ....)C (12)

Wanneer in de in figuur 4 weergegeven schakeling 35 geen ingangssignaal toegevoerd wordt bedraagt de spanning van 8000218 -12- # 4 alle cpndensatoren Vp. Wanneer echter gedurende de periode V^c + Vp van het signaal φ^, direct volgend op bovengenoemd tijdstip, een ingangssignaal toegevoerd wordt, zal de condensator Cq opgeladen worden tot een spanningswaarde 5 Vgl - (VQC + Vp). Gedurende, de periode VDC + Vp van het volgende signaal Φ2 wor^t de condensator opgeladen tot de spanningswaarde Vgl ”(vdc+VP^' en gedurende de periode VDC + Vp van het signaal φ2, een tijdsduur T daarna, wordt de condensator C2 opgeladen tot de spanningswaarde 10 VSl"(VDC+V·

Gedurende de periode Vqq + Vp van het signaal φ2, 1,5 T daarna, worden de beide condensatoren C'^ en C"^ opgeladen tot een spanningswaarde Vgl -(VDC+Vp). Op dit ogenblik vloeit een lading a3C | (VDC+2Vp) " VS1 } van con<^ensator 15 C'2 via de collector van de transistor 21 in de richting van de pijl 1^. Gedurende de periode VDC + Vp van het signaal φ 2 V daarna, vloeit de zelfde lading door de collector van de transistor 22 in de richting van de pijl Iq.

Gedurende de periode VDC + Vp van het signaal 20 3 X daarna, vloeit een lading a5C £ (VDC + 2Vp) - Vglj· van de condensator C'^ door de collector van de transistor 22 in de richting van de pijl IQ.

Gedurende de periode VDC + Vp van het signaal φ^, 4 Τ'daarna,, vloeit een lading a7C £ (Vqq + 2Vp) -Vg^j van de 25 condensator C'^ door de collector van de transistor 22 in de richting van de pijl Iq.

De hoeveelheid lading X, die door de collector van de transistor 22 vloeit wordt alsvolgt uitgedrukt: X = f(VDC + 2VP} ” VSl}C (a3z~2 + a5z_3 + ····) (13) 3 0

Dat wil zeggen, dat door de collector van de transistor 16 een lading getransporteerd wordt, die met een zodanige waarde overeenkomt, dat het ingangssignaal vertraagd wordt met 2 , 3 ,4 waarna gewogen wordt met een factor a3, a5, 35 a7, .... en vervolgens opgeteld wordt.

De gemiddelde waarde I^v van de stroom als gevolg van de verplaatsing van bovengenoemde lading wordt alsvolgt 8000218 -13- uitgedrukt: XAV = -ψ = Χ - fc <14>

Daar de stroom IAV door de transistor 24 vloeit 5 zal er een stroom IAV door de transistor 26 vloeien, deze stroom vloeit ook door de transistor 14, zodat de zelfde stroom ook door de transistor 16 vloeit. Dit heeft tot gevolg, dat een hoeveelheid lading X gedurende de corresponderende >. klokperiode (T) in de condensator C2 geïnjecteerd wordt.

10 In de in figuur 4 weergegeven uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt derhalve, identiek aan de uitvoeringsvorm volgens figuur 3, de negatieve terugkoppeling gerealiseerd door middel van de hoeveelheid lading X, de overdrachtsfunctie H(Z) van de ingangsaansluiting naar de meer positieve plaat 15 van de condensator C2 als gevolg van deze negatieve terugkoppeling wordt alsvolgt uitgedrukt: Z“1 H(Z) = --—--— (15) -1 -2 1 + a3Z + a5Z +.....

20 Figuur 5 toont een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij gebruik gemaakt wordt van positieve terugkoppeling. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 5 zijn de even genummerde condensatoren C4, Cg, ---- onderverdeeld in de condensatoren C'4, C"4; C'g, C"g,* ---- analoog aan de uit- 25 voeringsvorm volgens figuur 3. Het gemeenschappelijke punt van de minder positieve zijden of platen van de condensatoren C4, Cg,.... is verbonden met het gemeenschappelijke punt van de emitters van de complementaire transistoren 31 en 32, waarvan de bases met elkaar en met de uitgangszijde van de klok-30 signaalgenerator 13 verbonden zijn. De collector van de NPN transistor 31 is verbonden met de meer positieve plaat van de condensator C2/ terwijl de collector van de transistor 32 geaard is. De collector van de transistor 18 in de gelijkspan-ningscorrectieschakeling is verbonden met de collector en de 35 basis van een PNP transistor 33, die deel uitmaakt van een derde stroomspiegelschakeling M3. De emitter van de transistor 33 is via een weerstand 34 verbonden met de voedingsspannings- r η n ö 2 1» -14- aansluiting 4. De basis van de transistor 33 is verbonden met de basis van een PNP transistor 35, die tezamen met de transistor 33 de derde stroomspiegelschakeling M3 vormt. De emitter van de transistor 35 is via een weerstand 36 verbon-5 den met de voedingsspanningsaansluiting 4, de collector van de transistor 35 is verbonden met de meer positieve plaat van de condensator C2·

De totale hoeveelheid X van de condensatoren C'^, C’ö, .... kan nu verkregen worden van de meer positieve plaat 10 van de condensator C2/ terwijl de hoeveelheid die van de con -densator C2 overgedragen of verplaatst wordt toegenomen is met de hoeveelheid lading X. Dat wil zeggen, dat positieve terugkoppeling gerealiseerd wordt door de ladingshoeveelheid X. Als gevolg van deze positieve terugkoppeling wordt de over- 15 arachtsfunctie H(Z) van de ingangsaansluiting naar de meer positieve plaat van de condensator C2 alsvolgt uitgedrukt: H(Z) = _ Z"1 _ (16) -1-2 l-a4Z — a6Z ....

20 Figuur 6 toont een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding van het type met positieve terugkoppeling, waarbij het terugkoppelsignaal verkregen wordt van de oneven genummerde condensatoren, zodat de condensatoren C3, C5, .... onderverdeeld worden in de condensatoren C'5, c"5' ··*· 25 evenals in de uitvoeringsvorm van figuur 4. In de in figuur 6 weergegeven uitvoeringsvorm is het gemeenschappelijke punt van de minder positieve platen van de condensatoren 0*3, C'^, .... verbonden met het gemeenschappelijke punt van de emitters van de complementaire transistoren 41 en 42, waarvan bases 30 gezamenlijk verbonden zijn met de uitgang van de kloksignaal-generator 23. De collector van de NPN transistor 41 is verbon-uen met de voedingsspanningsaansluiting 4, de collector van de PNP transistor 42 is verbonden met de collector en de basis van een NPN transistor 43, die tezamen met een NPN 33 transistor 45 een vierde stroomspiegelschakeling M4 vormt, waarbij de emitter van de transistor 43 via een weerstand 44 geaard is. De basis van de transistor 45 is verbonden met de 8000218 -15- basis van de transistor 43, terwijl de emitter van de transistor 45 via een weerstand 46 geaard is. De collector van de transistor 45 is verbonden met de meer positieve zijde van de condensator C~. De gelijkspanningscorrectieschafceling ver- 5 Δ toont de zelfde vorm als die van figuur 5.

De totale hoeveelheid lading X van de condensatoren C'g, C'5, .... wordt nu verkregen van de meer positieve plaat van de condensator C2, waardoor positieve terugkoppeling verkregen wordt. De overdrachtsfunctie H(Z) van de ingangs-aansluiting naar de meer positieve zijde van de condensator C2 is in dit geval alsvolgt: H(Z) = Z"1 (17) --------- l-a3Z - a5Z - ____ 1 ς

Figuur 7 toont weer een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij de in figuur 3 en figuur 5 weergegeven schakelingen gebruikt worden voor het verkrijgen van zowel positieve als negatieve terugkoppeling. In de in figuur 7 weergegeven uitvoeringsvorm is het verbindingspunt van de min- 20 der positieve platen van om de andere even genummerde onderver-ueelde condensatoren C'^, C'g,'.... verbonden met het gemeenschappelijke punt E2 van de emitters van de transistoren 31 en 32, terwijl het gemeenschappelijke punt van de minder positieve platen van de resterende (eveneens om de andere) even ge-25 nummerde condensatoren C'g, C'.... verbonden is met het gemeenschappelijke punt El van de emitters van de transistoren 11 en 12.

In de schakeling volgens figuur 7 is de overdrachtsfunctie H(Z) van de ingangsaansluiting naar de meer positieve ' 30 plaat van de condensator C2 als volgt: H(Z) = _ Z~l _ (18) 1-&4Z-1 + a6Z~2 - a8Z-3 + alOZ-4 ...

Wanneer in de schakeling volgens figuur 7 het 35 terugkoppelsignaal onderworpen wordt aan gelijkspanningscor-rectie, is het voldoende wanneer de condensator 20 aangebracht wordt tussen het gemeenschappelijke punt El van de emitters 80 o o 2 1» + « -16- van de transistoren 11, 12 en aarde of tussen het gemeenschappelijke punt E2 van de emitters van de transistoren 31, 32 en aarde. Dat wil zeggen, dat wanneer de som van de factoren a4, a8, .... aan de zijde met positieve terugkoppeling groter 5 is dan de som van de factoren a6, alO, ___ aan de zijde met negatieve terugkoppeling, de condensator 20 waarvan de capaci-teitswaarde C door de formule (19) gegeven wordt, opgenomen

A

is tussen het gemeenschappelijke punt El en aarde.

Cx = k ƒ (a4 + a8 +----) - (a6 + alO + ...) I c (19) 10 '

Wanneer echter de som van de factoren aan de zijde met positieve terugkoppeling kleiner is dan die aan de zijde met negatieve terugkoppeling, wordt de condensator 20, waarvan de capaci-teitswaarde C door formule (20) uitgedrukt wordt, opgenomen Λ 15 tussen het gemeenschappelijke punt E2 en aarde.

Cx = k £ (a6 + alO + ....) - (a4 + a8 + . ...) j- C (20)

Het is mogelijk, dat de in figuur 4 en figuur 6 weergegeven schakelingen gebruikt worden en positieve en nega-20 tieve terugkoppeling verkregen worden door middel van de signalen van de oneven genummerde condensatoren.

Bovengenoemde beschrijving geldt voor het geval, waarbij de factor a kleiner is dan 1. Wanneer de gewenste overdrachtsfunctie een factor groter dan 1 vergt dient het vol-25 gende proces gehandhaafd te worden.

In de in figuur 3 weergegeven schakeling worden de capaciteitswaarden van de condensatoren C*., C'K, .... bijvoor-Leeld alsvolgt. gekozen: —C, - C, ...., oftewel alle grootheden zijn door m gedeeld. Hierbij wordt m zodanig geko-30 zen, dat—— , ——, ----steeds kleiner is dan 1. Eeveneens Πι ui worden de capaciteitswaarden van de condensatoren C"4, C"^, .... respectievelijk alsvolgt gekozen: (1 - )C, (1 - zr~)C,

Ui ÏÏl • · * · ·

Wanneer de stromen door de transistoren 14 en 16, die tezamen 35 de stroomspiegelschakeling Ml vormen, Ia en 1^ gesteld worden, worden de transistoren 14, 16 en de weerstanden 15, 17 zodanig gekozen of geregeld, dat voldaan wordt aan : 8000218 I* '* * -17- ^ = ra (21) a

Met andere woorden, wanneer de emitter-oppervlakken van de 5 transistoren 14 en 16 gesteld worden als Sa en Sb, aan de volgende formule (22) voldaan wordt.

- = m (22) . a 10 Veronderstel voorts, dat wanneer de stroom I„ door de transis-

cL

tor 14 vloeit, de emitter-basisweerstand daarvan r bedraagt,

O

o.at wanneer de stroom door de transistor 16 vloeit, de emitter-basisweerstand daarvan r^ bedraagt en dat de weer-standswaarden van de weerstanden 15 en 17 gesteld worden als • 15 zijnde Ra en R^. Eij deze veronderstelling geldt de volgende formule (23)

Ra + r «b'+r£- “ “ (23) 20 Volgens bovenstaande schakeling wordt een signaal verkregen, die -jjj— van het benodigde terugkoppelsignaal-bedraagt. Dit signaal wordt in de stroomspiegelschakeling Ml versterkt met een factor m en vervolgens in de condensator C2 geïnjecteerd. Zelfs wanneer de factor groter is dan 1 zal 25 in dit.geval de gewenste overdrachtsfunctie verkregen kunnen worden.

Wanneer de terugkoppelsignalen verkregen worden uit de oneven genummerde condensatoren en positieve terugkoppeling toegepast wordt, kan een dergelijke terugkoppeling 30 met een factor groter dan 1 op de zelfde wijze gerealiseerd worden. In dit geval kan de stroomversterking zowel verzorgd worden door de stroomspiegelschakeling Ml als door de schakeling M2 in de uitvoeringsvorm volgens figuur 4.

In bovengenoemde schakelingen geldt, dat de 35 capaciteitswaarde C van de gelijkspanningscorrectiecondensa- Λ tor 20 gelijk is aan die van de oorspronkelijke schakelingen.

8000218 -18-

Zoals hierboven beschreven is kan met de onderhavige uitvinding terugkoppeling met goede eigenschappen verkregen worden door middel van een eenvoudige schakeling.

In de onderhavige uitvinding kan in de plaats van 5 het emmertjesgeheugen (BBD) een ladingsgekoppelde inrichting (CCD) toegepast worden.

De uitvinding is uiteraard niet beperkt tot de in het voorafgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvormen. Verschillende wijzigingen kunnen in de beschre-10 ven onderdelen en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daardoor het kader van de uitvinding wordt overschreden.

8000218

Claims

1. Filterschakeling, voorzien van een ladings-5 overdrachtsinrichting met een een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsinrichting voor afgifte van een kloksignaal; en een aantal opeenvolgende capacitieve opslagmiddelen voor het sequentieel vasthouden van een een tijdbemonsterd ingangssignaal vertegenwoordigend ladingsniveau, waarbij elk van de 10 capacitieve opslagmiddelen een geklokte electrode bevat voor ontvangst van het kloksignaal en het in reactie op het kloksignaal in volgorde van de ene naar de andere capacitieve opslagmiddelen overgedragen ladingsniveau, gekenmerkt door: het feit, dat tenminste één van de capacitieve op-15 slagmiddelen gekozen en onderverdeeld wordt in een eerste en een tweede capacitief gedeelte die in parallel geschakeld zijn, waarbij het eerste capacitieve gedeelte een geklokte electrode bevat voor ontvangst van het kloksignaal, het tweede capacitieve gedeelte een andere geklokte electrode bevat, 20 en de capaciteitsverhouding van het eerste capacitieve gedeelte en het tweede capacitieve gedeelte vooraf gekozen; de een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsinrichting voorzien is van een een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsschakeling met een uitgang waaraan een klokregelsignaal verkregen wordt, 25 een klokbekrachtigingsschakellng met een eerste transistor voorzien van een eerste, een tweede en een stuurelectrode, middelen voor het verbinden van de stuurelectrode van de eerste transistor met de uitgang van de klokbekrachtigings-schakeling, en middelen voor het verbinden van de eerste elec-30 trode van de eerste transistor met de andere geklokte electrode van het tweede capacitieve gedeelte; en dat stroomterugkop-yeling aangebracht is voor het detecteren van de stroom door de tweede electrode van de eerste transistor en het toevoeren van een daarmee corresponderende stroom aan de capacitieve 35 opslagmiddelen voorafgaand aan het eerste en het tweede capacitieve gedeelte. 8000218 -20-

2. Schakeling volgens conclusie 1, n: e t het kenmerk, dat de klokbekrachtigingsschakeling voorts voorzien is van een aan de eerste transistor complementaire tweede transistor met een eerste, een tweede en een stuur-5 electrode, middelen voor het verbinden van de stuurelectrodes en de eerste electrodes van de eerste en tweede transistoren; en middelen voor het verbinden van de tweede electrode van de tweede transistor met een vaste spanningsaansluiting.

3. Schakeling volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de complementaire transistoren bipolaire transistoren zijn, elk voorzien van een basis, een emitter en een collector, die respectievelijk de stuurelectrade, de eerste electrode, en de tweede electrode vormen. 15

4. Schakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de complementaire transistoren in hun actieve gebied werken.

5. Schakeling volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het aantal gekozen capacitieve opslagmidde-len een vooraf bepaald aantal groter dan ëën is; en dat het aantal gekozen capaciteive opslagmiddelen in parallel geschakelde eerste en tweede capacitieve gedeelten bevatten, waar-25 bij de eerste capacitieve gedeelten geklokte electrodes bevatten voor ontvangst van het kloksignaal en de tweede capacitieve gedeelten andere geklokte electrodes bevatten, die gemeenschappelijk verbonden zijn met de eerste electrode van de eerste transistor. 30

6. Schakeling volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat de stroomterugkoppeling gevormd wordt door een stroomspiegelschakeling met een actief ingangselement en een actief uitgangselement, waarbij de stroom door de eerste 35 transistor doorgevoerd wordt aan genoemd actief ingangselement en een stroom evenredig aan de stroom door het actieve ingangselement als uitgangsstroom door het actieve uitgangselement 8000218 -21- vloeit.

7. Schakeling volgens conclusie 2, ir. e t het kenmerk, dat de stroomterugkoppeling voorzien is van een 5 gelijkspanningscorrectieschakeling met een derde transistor, voorzien van een eerste, een tweede en een stuurelectrode, middelen voor het verbinden van de stuurelectrode daarvan met de een kloksignaal toevoerende bekrachtigingsinrichting teneinde voorzien te worden van een kloksignaal, middelen voor 10 het verbinden van de eerste electrode daarvan met de voorgaande capacitieve opslagmiddelen, en een capacitief element voor het verbinden van de tweede electrode van de derde transistor met een vaste spanningsaansluiting, waarbij de capaciteits-waarde van het capacitieve element ten opzichte van de waarde 15 van het tweede capacitieve gedeelte zodanig gekozen wordt, dat het gelijkspanningsniveau in de ladingsoverdrachtsinrichting gecorrigeerd wordt.

8. Schakeling volgens conclusie 7,methet 20 k e n ra e r k, dat de gelijkspanningscorrectieschakeling voorts voorzien is van een aan de derde transistor complementair zijnde vierde transistor met een eerste, een tweede en een stuurelectrode; middelen voor het met elkaar verbinden van de stuurelectrodes en eerste electrodes van de derde en 25 vierde transistoren; en middelen voor het verbinden van de tweede electrode van de vierde transistor met een vaste spanningsaansluiting.

9. Schakeling volgens conclusie 1, m e t het 30 k e n m e r k, dat het kloksignaal gevormd wordt uit een tweetal kloksignalen die onderling 180° uit fase zijn.

10. Schakeling volgens conclusie l,met het kenmerk, dat elk van de capacitieve opslagmiddelen ge- 35 vormd wordt door een condensator met twee electrodes, waarbij één van deze twee electrodes de geklokte electrode en de andere electrode de niet-geklokte electrode is; en voorts 8000218 -22- voorzien zijn van een aantal verplaatsings- of overdrachtstransistoren van de zelfde polariteit, waarbij elk van deze overdrachtstransistoren aangebracht is door regeling van de overdracht of verplaatsing van lading van de betreffende ^ condensator naar een daarop volgende andere condensator en elk voorzien zijn van een stuurelectrode, een ingangselectrode en een uitgangselectrode, de overdrachtstransistoren in serie gekoppeld zijn aan hun ingangs- en uitgangselectrodes, en de niet geklokte en geklokte electrodes van elk van de condensatoren verbonden zijn met respectievelijk de ingangs-en uitgangselectrodes aan de daarbij behorende overdrachtstransistoren. 15 800021?