NO143124B - Elektrisk filterkobling bestaaende av saakalte ctd-ledninger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrisk filterkobling hvor der til

en i seg selv sluttet ledningssløyfe med fasemål 2mr (n=l,2...)

ved den forlangte gjennomslipningsmidtpunktfrekvens,på hvert av flere forskjellige steder er koblet minst en tilførselsledning og minst en ledning til uttak av de elektriske signaler,og hvor den sluttede ledningssløyfe bestemmer den frekvensavhengige over-føringskarakteristikk for filterkoblingen, som er realisert i integrert halvlederteknikk som av en taktgenerator styrt paternosterkobling eller CCD-kobling (Charge Coupled Devices), og den i seg selv sluttede ledningssløyfes bølgemotstand er valgt forskjellig fra tilførsels- og uttaksledningenes,og hvor der enn videre for den i seg selv sluttede ledningssløyfe er anordnet inn- og utgående koblinger, som hver sammen med en del av denne ledningssløyfe og med integrerte forsterkere med forhåndsbestemte forsterknings faktorer,

er utformet i et kryss- eller ir-leddmønster slik at ledningss løy f en sammen med innkommende og utgående kobling danner en firearmet pensekobling med erstatningskoblingskjerna som en reaktans-avgreningskobling,og der ved kjedekobling av slike pensekoblinger er anordnet forbindelsesledninger som sammen med en del av de dertil grensende utgående og innkommende koblinger danner en ytterligere i seg selv slu tet ledninggssløyfe som utgjør en mellomkoblingssløyfe, og som ved den

forlangte gjennomslipnings-midtpunktfrekvens har fasemåle.t (2n-l) ir. Fra tysk patentskrift 24 53 669 er der blant annet kjent elektriske filterkoblinger som kan oppbygges under anvendelse av i seg selv sluttede ledningssløyfer med enveis overføringsfunksjon.

Som ledninger kommer i den forbindelse også såkalte CTD-ledninger (Charge transfer devices) i betraktning. Slike ledninger er i og for seg kjent i form av såkalte paternosterkoblinger eller også såkalte CCD's (Charge coupled devices). Til driften av slike koblings-komponenter behøves taktgeneratorer som likeledes beskrevet i detalj 1 tysk patentskrift 24 53 669. På dette patentskrifts fig. 9 er der angitt et koblingssymbol for påkobling til en i og for seg kjent ledersløyfe som for oversiktens skyld er vist på ny på fig. 1 i den foreliggende søknads tegning. Den ensartede overføringsfunksjon for de enkelte ledningsavsnitt kommer til uttrykk ved de inntegnede piler. Koblingen har altså to innganger 1 og 3, og de signal-størrelser som kommer inn der,er vist som bølgestørrelser henholdsvis Z^ og Z^. Videre har koblingen to utganger 2 og 4, og ved disse sees bortgående signalstørrelser markert som bølgestørrelser W2 og W4 med tilhørende piler.

På fig. 2 er det vist en mulig realisasjonsform for slike CTD-koblinger, en form som allerede ble vist i den eldre tyske patent-søknad P 25 34 319.5. Denne kobling lar seg anvende som innkommende resp. utgående kobling for de i seg selv sluttede ledningssløyfer hos slike CTD-filterkoblinger. Overføringsretningene på de enkelte ledninger er likeledes tilkjennegitt ved piler. Koblingen selv er oppbygget etter mønsteret av en kryssleddkobling. Den inneholder forsterkere KL", <K>2", K3" og K4".

Ved hjelp av forsterkernes koblingssymboler skal det antydes

at de,svarende til spenningstilstanden av den tilgrensende ledning, frembringer ladninger i den ledning som er direkte tilsluttet denne. Omladningskapasitetene av de enkelte CTD-ledninger er likeledes inntegnet på fig. 2,hvor de er betegnet med C^, C2 og C3. Likeledes er fasemålet for det enkelte ledningsavsnitt inntegnet,og det sees at de hOT-isontaltløpende ledninger har fasemålet b og avsnittene av de diagon-altløpende ledninger har fasemålet b/2. Der blir altså på grunnlag av koblingsmønsteret skaffet en signalvei fra inngangen 1 til utgangene 2 og 4, og likeledes en signalvei fra inngangen 3 til utgangene 2 og 4.

På fig. 3 er der vist en ytterligere mulighet for realisering

av innkommende og utgående koblinger, her utformet etter mønsteret av et ir-ledd. Slike koblinger har i og for seg allerede vært foreslått i den eldre tyske patentsøknad P 26 08 582.5. Som forsterkere anvendes såkalte dobbeltforsterkere,som på fig. 3 er betegnet med Ki og K2,og som har en felles inngang via den med Cg betegnede omladningekapasitet,og hvis utganger fører til de med henholdsvis Ci og C5 betegnede omladningskapasiteter av de tilsluttede CTD-ledninger. n-koblingens inn- og utganger er igjen betegnet med henvisningstallene 1 til 4,og også overføringsretningene for de ensrettede ledningsavsnitt fremgår av de inntegnede piler. Ved den viste kobling må man bare være oppmerksom på at fasemålet for

ledningene i n-grenene har verdien b.

Fig. 4 viser enda en mulighet for å realisere vedkommende innkommende og utgående koblinger,hvis virkemåte er beskrevet i. detalj i den nevnte eldre tyske søknad P 26 08 540.5. Til forskjell fra fig. 3 er der i koblingen på fig. 4 anvendt to separate forsterkere K3 og K4, som hver er innskutt i en slik ledning som ved inngangen og utgangen har samme omladningskapasitet (altså f.eks.

C± resp. Cg).

Karakteristisk for koblingene på fig. 2 til 4 slik de allerede har vært omtalt i de ovennevnte skrifter,er at der på en måte dannes et bølgemotstandssprang, hvis virkemåte i og for seg er kjent fra mikrobølgeteknikken. Av den grunn har de enkelte tilslutnings-ledninger 1, 2 og 3, 4 forskjellige omladningskapasiteter som f.eks. C6 og C2.

På fig. 5 er det vist hvorledes man skal gå frem for at en

i og for seg sluttet ledningssløyfe sammen med innkommende og utgående kobling på en måte danner en firearmet pensekobling. Som innkommende og utgående kobling er koblingen på fig. 3 benyttet direkte. Den i seg selv sluttede ledningssløyfe dannes av de to ledninger med omladningskapasiteten C2 og de to ledningsavsnitt med omladningskapasiteten C3. De ledninger som er betegnet med C2,har fasemål n-mi-b/mens de ledninger som er betegnet med C3,har fasemål b. Som fig. 5 direkte viser, er altså ledningsavsnittene med omladningskapasitetene C3 tillike bestanddeler av den i seg selv sluttede ledningsring 6 og de innkommende resp. utgående koblinger. For den relative frekvens n=f/f0=l er den i seg selv sluttede lednings sløyfe 6 i resonans; f betegner her den løpende frekvensvariable og fQ midtpunktfrekvensen i det ønskede gjennomslipningsområde. Pensekoblingens virkemåte går ut på at den samlede ved inngangen 1 innmatede energi ved resonansfrekvensen f opptrer ved utgangen 2'. Ved tiltagende avvik fra resonansfrekvensen fremkommer der stadig større energi ved utgangen 2. Tilsvarende gjelder at den samlede i inngangen 1<*> innmatede energi ved resonansfrekvensen fQ opptrer ved utgangen 2 og der ved tiltagende avvik fra resonansfrekvensen fås stadig større energi ved utgangen 2'. Denne pensefunksjon er nøyaktig oppfylt hvis de relasjoner mellom omladningskapasiteter og forsterkningsfaktorer som samtidig er angitt på fig. 5,blir overholdt. Slike koblinger kan vises i elektrisk erstatningskoblingsskjerna som tapsfrie reaktans-avgreningskoblinger Qg dimensjoneres tilsvarende, slik det f.eks. er angitt i tidsskriftet "NTZ" 1963, hefte 6, s.297

til 302.

For oppbygning av en filterkobling med flere kretser er det nu nødvendig å koble flere resonansdyktige strukturer i henhold til fig. 5 i kjede. En slik mulighet er vist på fig. 6, hvis koblings-detaljer likeledes er beskrevet i de ovennevnte skrifter. I

analogi til fig. 5 er de resonansdyktige koblingsavsnitt betegnet, med 6 og 6'. Likeledes sees de respektive innkommende og utgående koblinger i henhold til fig. 3. For sammenkobling av lednings-sløyfene 6 og 6' er det nødvendig å skaffe en ytterligere i seg selv sluttet ledningssløyfe, som på fig. 6 er betegnet med 7. Denne ledningssløyfe blir her betegnet som mellomkoblingssløyfe og. dannes sammen med deler (C5, 05') av de tilgrensende innkommende og utgående koblinger. De ledninger som benyttes'for kjedekoblingen, har omladningskapasitetene Cg. Deres fasemål utgjør (2n-l) |n-b.. For å tilkjennegi at de ledninger og forsterkere som benyttes i de forskjellige resonansdyktige avsnitt (som f.eks. i 6 og 6') kan dimensjoneres innbyrdes forskjellig, er de omladningskapasiteter resp. forsterkningsfaktorer i høyre koblingshalvdel på fig. 6 som korresponderer med dem i venstre koblingshalvdel, forsynt med apostrof. Ut fra de tillike angitte relasjoner for de apostrof-merkede størrelser fremgår uten videre anologien med fig. 5.

Etter hva man har funnet ved de undersøkelser som ligger til grunn for oppfinnelsen, kan der ved de ovenfor beskrevne koblinger i nærheten av resonansfrekvensen for den i seg selv sluttede mellom-koblingssløyf e 7 opptre oscillasjonssvingninger dersom f.eks. forsterkerne K-^ og K-^' på grunn av f rems tillingstoleranser eller temperaturavhengighet har større forsterkningsfaktorer enn ifølge beregningen. Riktignok ligger disse svingninger ikke i det ønskede gjennomslipningsområde, men de virker forstyrrende fordi det dreier seg om oscillasjonssvingninger som opptrer selv når der ikke forekommer noe inngangssignal.

I henhold til oppfinnelsen lar disse forstyrrelser seg rydde av veien ved at f orsterkningsf aktorene for forsterkerne (K-^, K-^') i de respektive mellomkoblingssløyfer er valgt med lavere absolutt verdi enn foreskrevet ifølge en streng dimensjonering for reaktans-avgreningskobling, men ikke mindre enn en.

Ved forsterkningsfaktorer er her å forstå spennirigs-forsterkningsfaktorer. I minimumstilfellet kan forsterkningsfaktoren K, resp. K]_' anta verdien en, noe som er ensbetydende med at disse forsterkere kan falle bort. Etter hva det spesielt har vist seg, er det gunstig å velge forsterkningsfaktorene opp til ca. 5 % mindre enn hva som er angitt i ligningene ifølge fig. 5 og fig. 6. Takket være den bevisste minskning av forsterkningsfaktorene og K^' opptrer der i filterets gjennomslipningsområde en viss ubetydelig forvrengning av overføringskarakteristikken. Den ønskede overførings-karakteristikk lar seg imidlertid gjenopprette ved at også de øvrige forsterkere i eksempelet på fig. 6 - altså forsterkerne K2 og K2<1> - modifiseres med hensyn til forsterkningsfaktor. I tillegg kan om nødvendig kapasitetsforholdene R, R' forandres.

På fig. 7 og 8 er virkningen av de ovennevnte forholdsregler anskueliggjort i detalj.

Fig. 7 viser driftsdempningsfunksjonen ag i' avhengighet av den normerte frekvens n=f/fQ i området omkring gjennomslipnings-midtpunktfrekvensen n=l. Som eksempel ble valgt et filter med tre kretser, det vil altså si en kjedekobling av tre koblingsenheter ifølge fig. 5. Fig. 8 viser igjen dempningsforløpet for den respektive øvre halvdel av de ikke ønskede parasitære gjennom-slipningsområder hos filteret ved like multipla (2nnQ med no=D av den ønskede gjennomslipnings-midtpunktfrekvens, idet An representerer avviket fra 2nn0.

På fig. 7 og 8 viser de stiplede kurver det teoretiske forløp, det vil altså samtidig også si det forløp som gir seg når de relasjoner som er angitt på fig. 5 og 6, blir eksakt overholdt. De ovennevnte oscillasjonssvingninger ligger da i området omkring de opptredende minima ved An^O på fig. 8. De fullt opptrukne kurver viser dempningsforløpet når den ovenfor beskrevne minskning av forsterkningsfaktorene Ki, K]_' og samtidig korreksjonen av forsterkning faktorene K2 og K2' resp. av kapasitetsforholdene R og R' blir foretatt. De forekommende dempningsminima er tydelig høynet i eksempelet på fig. 8, ca. 10dB og mer, mens gjennomslipnings-dempningen på fig. 7 bare tiltar ubetydelig (0,02dB), noe som er uten betydning for praktisk bruk. I det valgte eksempel ble forsterkningsf aktorene K^ og K-^' derfor forminsket med 5% i forhold til formelverdien på fig. 5 og 6, og verdiene for K2 , K2', R og R' ble holdt uforandret. Med den dempningshøyning som kan sees på fig... 8,

er faren for oscillasjonssvingninger fullstendig eliminert, d.v.s. at der selv ved fremstillingstoleranser og temperåturbetingéde endringer i størrelsesordenen 5% ikke opptrer oscillasjonssvingninger.

Claims (4)

1. Elektriskfilterkobling hvor der til en i seg selv sluttet ledningssløyfe med fasemål 2nir (n=l,2...) ved den forlangte gjennom-slipningsmidtpunktfrekvens,på hvert av flere forskjellige steder, er koblet minst en tilførselsledning og minst en ledning til uttak av de elektriske signaler,og hvor den sluttede ledningssløyfe bestemmer den frekvensavhengige overføringskarakteristikk for filterkoblingen,som er realisert i integrert halvlederteknikk som av en taktgenerator styrt paternosterkobling eller CCD-kobling (Charge Coupled Devices) og den i seg selv sluttede ledningssløyfes bølgemotstand er valgt forskjellig fra tilførsels- og uttaksledningenes, og hvor der enn videre for den i seg selv sluttede ledningssløyfe er anordnet inn- og utgående koblinger, som hver sammen med en del av denne ledningssløyfe og med integrerte forsterkere med forhåndsbestemte f orsterkningsf aktorer, er utformet i et kryss- eller ir-ledd-mønster slik at ledningssløyfen sammen med innkommende og utgående kobling danner en firearmet pensekobling med erstatningskoblingskjerna som en reaktans-avgreningskobling,og der ved kjedekobling av slike pensekoblinger er anordnet forbindelsesledninger som sammen med en del av de dertil grensende utgående og innkommende koblinger danner en ytterligere i seg selv sluttet ledningssløyfe som utgjør en mellomkoblingssløyfe, og som ved den forlangte gjennomslipnings-midtpunktf rekvens har fasemålet (2n-l) - n, karakterisert ved at f orsterkningsf aktorene for de forsterkere '.(K^, K^<1>) som forekommer i de respektive mellomkoblingssløyfer,med hensyn til størrelse er valgt mindre enn bestemt ifølge en streng dimensjonering som reaktans-avgreningskobling, men ikke mindre enn 1. .

2. Filterkobling som angitt i krav 1,. karakterisert ved at f orsterkningsf aktorene (K]_, 1 ) er valgt opp til 5% mindre enn opprinnelig bestemt.

3. - Filterkobling som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at forsterkningsfaktorene for de øvrige forsterkere (K2, endres slik at der fås en forhåndsbestemt gjennomslipningskarakteristikk.

4. Filterkobling som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakter-, ise r t v e d at kapasitetsforholdene (R, R') i tillegg endres slik at der fås en. forhåndsbestemt gjennomslipningskarakteristikk.