NO147659B - Transversalfilter med minst ett analogt skiftregistegjr - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et transversalfilter

med minst ett analogt skiftregister.

Fra DE-OS 23 26 875 er der kjent et transversalfilter som

har et analogt skiftregister som forsinkelsesledning og har en serieinngang og flere parallellutganger. Vil man ta hensyn til positive og negative fortegn av filterkoeffisientene, må der i den forbindelse være anordnet en differanseforsterker som opp-

tar en relativt stor andel av halvlederarealet. På den annen side er der fra DE-AS 17 74 511 kjent et digitalfilter som får et digitalt inngangssignal tilført for behandling. Her finnes multiplikasjonsledd til å forsyne inngangssignalet med vekttall i form av binære koeffisienter hvis enkelte bits også kan ha negativt fortegn. Der finnes her ikke noen henvisning til et analogt transversalfilter som på analog vei realiserer både positive og negative filterkoeffisienter.

De hittil kjente transversalfiltre som er oppbygget med analoge skiftregistre i form av ladningskoblede forskyvningsan-ordninger, arbeider enten etter "Split Electrode"-prinsippet,

eller også har forskyvningsinnretningen parallellutganger hvor signalet kan tas ut. Disse kjente utførelser er f.eks. beskrevet i publikasjonen "Charge Transfer Devices" av Tompsett N.F.,

Sequien C.H. i Academic Press Inc. New York, San Francisco,

London, 1975. Ifølge denne publikasjon blir et "Split Electrode"-prinsipp realisert ved oppdeling av forskyvningsinnretningens enkelte elektroder, og ved det annet prinsipp blir den ønskede filterfunksjon realisert som pulssvar ved hjelp av vektfaktorer på parallellutgangene, dvs. at en kort puls som inngangssignal leverer det ønskede pulssvar som utgangssignal på utgangssiden.

Ved det omtalte "Split Electrode"-prinsipp blir utgangssignalet dannet ut fra differansen mellom to store spenninger,

noe som reiser store koblingstekniske problemer. Videre ligger et problem i at der i ugunstigste tilfelle er fordelt små ladningspakker på store flater. Ved metoden med parallellutganger behøves der såkalte "Floating Gate-Amplifiers", som på grunn av sin kompliserte oppbygning f.eks. krever en metallisering i flere lag og derved medfører problemer ved fremstillingen og ytterligere problemer under drift, f.eks. på grunn av dempning ved spenningsdeling.

Der foreligger derfor som oppgave for den foreliggende oppfinnelse å gi anvisning på et transversalfilter av den innledningsvis nevnte art, som er forbedret i forhold til de kjente. Oppfinnelsen løser oppgaven på den måte at det analoge skif tregister har et antall parallell-nr.gancjcr og en serieutgang, at der finnes et antall vekttal]koblinger som hver har minst én signalinngang til innføring' av signalet som skal filtreres, og minst én utgcng, at hver vekttallkobling ved utgangen leverer en ladningsmengde, som på et individuelt vekttall nær er lik differansebeløpet av den respektive signalverdi av signalet som skal filtreres, med fradrag av en på forhånd gitt minimalverdi som er lik eller mindre enn verdien av signalminimum, eller på det individuelle vekttall nær er lik differansebeløpet av en maksimalverdi større eller lik verdien av signalmaksimum, med fradrag av den respektive signalve 'di, at utgangen fra hver vekttallkobling via et koblingselement kan tilsluttes en til-hørende parallellinngang, og at lagringskapasiteten av hver lagerplass i skiftregisteret minst er så stor at den stadig kan oppta den maksimale ladningsmengde som leveres av den i retning motsatt forskyvningsretningen nærmest-liggende lagerplass, og når det dreier seg om en lagerplass med parallellinngang, med tillegg av de maksimale ladningsmengder som leveres av den eller de tilhørende vekttallkoblinger.

I en foretrukken utførelsesform er bare en og en av vekttallkoblingene tilordnet de enkelte parallellinnganger.

En gunstig utførelsesform er utformet slik at første vekttallkoblinger er tilordnet den første og alle i forskyvningsretningen påfølgende parallellinnganger til og med en første foreskrivbar parallellinngang, at andre vekttallkoblinger er tilordnet en annen foreskrivbar parallellinngang fra de sistnevnte og alle i forskyvningsretningen påfølgende parallellinnganger, og at der er forkoblet signalinngangen til hver første vekttallkobling et forsinkelsesledd, som forsinker inngangssignalet med den tid en ladningsmengde behøver ved forskyvningen fra den annen forskrivbare til den første foreskrivbare parallellinngang. Ved ulike antall parallellinnganger er fortrinnsvis enten den i forskyvningsretningen nest siste parallellinngang den første foreskrivbare parallellinngang, mens den første parallellinngang er den annen foreskrivbare parallellinngang, eller også er den siste parallellinngang den første foreskrivbare parallellinngang, mens den annen parallellinngang utgjør den annen foreskrivbare parallellinngang. I tilfellet av et like antall parallellinnganger er fortrinnsvis den siste parallellinngang den første foreskrivbare, mens den første parallellinngang er den annen foreskrivbare parallellinngang.

En ytterligere gunstig utførelsesform er utformet slik at der er anordnet minst ett ytterligere analogt skiftregister i likhet med det ene, at der finnes et antall enkelte ytterligere vekttallkoblinger i likhet med og i tillegg til det ene, hvor utgangen fra hver slik ytterligere vekttallkobling kan tilsluttes en tilhørende parallellinngang til det ytterligere skiftregister, at der er forkoblet hver vekttallkoblings resp. hver ytterligere vekttallkoblings signalinngang et forskinkelsesledd og/eller er etterkoblet skiftregisterets resp. det ytterligere skiftregis-ters serieutgang et ytterligere forsinkelsesledd, samtidig som disse forsinkelsesledd i alt har en forsinkelse lik den tid en ladningsmengde behøver fra første til siste parallellinngang i det ytterligere skiftregister resp. i skiftregisteret, og de to skiftregistre kan drives med samme takt.

Fortrinnsvis består et skiftregister av en ladningskoblet forskyvningsinnretning, hvor der på en overflate av et med minst én substrattilslutning forsynt substrat av dotert halvledermateriale av minst én ledningsevnetype finnes minst én rekke av kondensatorelementer, som hvert minst består av én isolersjikt-kondensator og/eller av minst én sperresjikt-kondensator, samtidig som denne forskyvningsinnretning har en parallellinngang ved kondensatorelementer som er bestemt for en og samme forskyvningstakt.

Fordelaktig består et skiftregister av en ladningskoblet forskyvningsinnretning som er bestemt for firefase-drift, og som i tillegg har en ekstra parallellinngang ved hvert kondensatorelement som utgjør det nest-neste etter et kondensatorelement med parallellinngang, og hvor der er tilordnet hver slik ekstra parallellinngang en ekstra vekttallkobling, og hvor signalutgangene fra samtlige vekttallkoblinger dels via et første koblingselement og dels via et annet koblingselement og et forsinkelsesledd er forbundet med en felles signalinngang, samtidig som dette forsinkelses ledd har en forsinkelse lik den tid som en ladningsmengde fra det første kondensatorelement med en av parallellinngangene under forskyvningen behøver frem til siste kondensator med en av parallellinngangene.

Fortrinnsvis består et forsinkelsesledd av et serielt skiftregister, som hensiktsmessig utgjøres av en ladningskoblet forskyvningsinnretning.

Fordelaktig består hver vekttallkobling av et kondensatorpar som er anordnet på overflaten av et med minst én substrat-tilsJutning forsynt subsciat av dotert halvledermaterxale, og som består av minst én første isolersjikt- elTer sperresjikt-kondensator, som berører et på substratets overflate beliggende område, som er forsynt med en tilslutningskontakt og er dotert motsatt substratet, samt av minst én annen isolersjikt- eller sperresjiktkondensator som er anordnet tett ved siden av den fyrste, samtidig som den annen isolers<j>ikt- eller sperresjikt-kondensator har en kapasitet lik den individuelle vektfaktor, oa den ytre elektrode på den annen isolersjikt- eller sperres jiktkondensa tor er forbundet med signal inngangen, og den ytre elektrode hos den annen er forbundet med en tilslutning til en fast spenning hvis verdi er lik minimalverdien, eller den ytre elektrode på den første isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator er forbundet med signalinngangen, og den annen er forbundet med en annen tilslutning til en annen fast spenning hvis verdi er lik maksimalverdien, samt hvor motelektroden på den annen isolersjikt- eller sperresjiktkondensator er forbundet med vekttallkoblingens utgang.

Fordelaktig er transversalfilteret utført integrert på et felles substrat av dotert halvleder-materiale.

Fortrinnsvis består samtidig et koblingselement av et ladnings-overføringselement med minst én portelektrode,som er forbundet med en tredje tilslutning.

Fordelaktig har hvert skiftregister en serieinngang til innføring av en grunnladning.

Fortrinnsvis består samtidig første og annet koblingselement av en og en felteffekttransistor.

Hvert av de angitte transversalfiltre drives slik at de analoge skiftregistre drives på i og for seg kjent måte, at inngangssignalet stadig direkte eller forsinket tilføres inngangen til hver vekttallkobling, at en vekttallkobling ved slutning av sitt koblingselement blir innlest i skiftregisteret i det minste når en ladningsmengde er forskjøvet fra den umiddelbart tilgrensende lagerplass med parallellinngang til den tilhørende lagerplass med parallellinngang, og at det filtrerte signal uttas ved serieutgangen.

En vekttallkobling som på den ovenfor angitte måte består av et kondensatorpar,blir i den forbindelse drevet slik at enten den faste spenning hvis verdi er lik minimalverdien,tilføres tilslutningen til den første isolersjikt- eller sperresjiktkondensator, eller den annen faste spenning, hvis verdi er lik maksimalverdien, tilføres en annen tilslutning til den annen isolersjikt-eller sperresjiktkondensator, og der i løpet av den forskyvnings-

tid som en i skiftregisteret innlest ladningsmengde behøver frem til den tilgrensende lagerplass med parallellinngang, tilføres en spenning som er mindre enn den spenning som under denne tid til-føres den første isolersjikt- eller sperresjiktkondensator, mens

der ellers her tilføres en spenning som stadig er større enn den sistnevnte.

Et transversalfilter som angitt ovenfor med ladningskoblet f orskyvningsinnretning for firefasr: - drift blir i tillegg drevet slik at det første koblingselement åpnes i løpet av det tidsrom da den maksimale taktspenn.i ngsdif f eranse foreligger på et kondensatorelement med parallellinngang, og at det annet koblingselement åpnes i løpet av den tid da den maksimale taktspenningsdifferanse foreligger på et kondensatorelement med en ekstra parallellinngang.

En særlig gunstig driftsmåte for et transversalfilter som

angitt her består i at der for hver blant kronologisk på hverandre følgende avtastningsverdier av signalet som skal filtreres,foretas innlesning i hver vekttallkobling to ganger etter hverandre, og der hver gang mellom to slike innlesningsprosesser foretas en ladningsforskyvning,irens der mellom den annen av disse innlesningsprosesser og den første innlesningsprosess for neste avtastningsverdi ikke foretas noen ladningsforskyvning. En vesentlig fordel ved denne metode ligger i at der for å realisere en på forhånd gitt filterfunksjon kan anvendes et transversalfilter av den innledningsvis angitte art med betraktelig mindre flatebehov.

Særlige fordeler ved et transversalfilter ifølge oppfinnelsen ligger i den enkle oppbygning som lar seg realisere særlig enkelt i integrert teknikk, samt i den problemløse, enkle driftsmåte .

For å ta hensyn til ønsket om å utføre et transversalfilter av den her beskrevne art med minst mulig areal, er et slikt filter fordelaktig utformet slik at det analoge skiftregister er en ladningsforskyvningsinnretning hvor der på en overflate av et substrat av dotert halvledermateriale finnes minst én rekke av kondensatorelementer bestående av minst en og en isolersjikt-kondensator og/eller sperresjiktkondensator,og for hvis drift der

kan påtrykkes hvert kondensatorelements ytre elektroder en og en av et antall av minst to innbyrdes fase forskjøvne forskyvnings-pulssekvenser,at der ved hvert kondensatorelement er anordnet en parallellinngang,at der finnes så mange kondensatorelementer resp. vekttallkoblinger for realisering av en eneste filterfunksjon som der er foreskrevet vekttallkoblinger for realisering av filter-

funksjonen, resp. kondensatorelementer, og at hver parallellinngang er forbundet med en utgang fra en vekttallkobling. Dermed blir det mulig å minske transversalfiltrets flatebehov betraktelig, da der nu ikke lenger, som først foreslått for realisering av bare én filterfunksjon, finnes parallellinnganger bare ved de kondensatorelementer som er bestemt for en og samme forskyvningstakt. Dette gjelder også for den nevnte variant hvor der anvendes et skiftregister for firefase-drift,og hvor der i tillegg ved kondensatorelementer bestemt for en annen av de fire forskyvningstakter finnes ekstra parallellinnganger.

På den annen side er det mulig uten ekstra flatebehov sammenholdt med de ovenfor angitte transversalfiltre å anvende flere vekttallkoblinger til å realisere en ønsket filterfunksjon.

Transversalfiltre ifølge oppfinnelsen drives i dette tilfelle slik at signalet som skal filtreres, tilføres inngangene til samtlige vekttallkoblinger, at vekttallkoblingene synkront med taktfrekvensen for forskyvningstakten med informasjonen forskyves fra kondensatorelement til kondensatorelement, at ladningsforskyvningsinnretningen innleses,og at det filtrerte signal tas ut ved serieutgangen.

En vesentlig ytterligere fordel ved dette transversalfilter består i forbindelse med den angitte driftsmåte i at der med på forhånd givne vekttallkoblinger til realisering av en gitt filterfunksjon kan realiseres flere filteregenskaper. Således er et slikt filter fremragende egnet som lavpassfilter.

Disse og ytterligere fordeler vil best forstås ut fra den følgende beskrivelse,hvor oppfinnelsen er belyst under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser den prinsippielle oppbygning av en særlig

enkel utførelsesform for et transversalfilter i henhold til oppfinnelsen .

Fig. 2 viser en realisasjonsform for et transversalfilter ifølge fig. l/hvor skiftregisteret er utformet som en ladningskoblet forskyvningsinnretning for trefase-drift,og vekttallkoblingene er utformet med kondensatorpar. Fig. 3 viser tverrsnitt av utførelsesformen på fig. 2 etter linjen A-A, sammen med diagrammer I-VI over lokale forløp av overflatepotensialet i substratet for forskjellige driftsmåter og driftstilstander. Fig. 4 viser hvorledes det filtrerte signal oppstår i en filteranordning ifølge fig 2. Fig. 5 og 6 viser skjematisk oppbygningen av hvert sitt transversalfilter med to skiftregibtre.

Fig. 7 viser et transversalt ilter hvor ek-r er tilordnet

hver parallellinngang til skiftregisteret Lo vekttallkoblinger.

Fig. 8 viser en realisasjons form for et transversalfilter med en ladningskoblet forskyvningsinnretning for firefase-drift. Fig. 9 viser til saniiuenligning ytterligere varianter I'-III' av forskjellige transversalfiltre skjematisk avbildet. Fig. 10 viser i et diagram IV" forskyvningstakter som funksjon av tiden t og derunder,i et diagram V',det kronologiske forløp av signalet som skal filtreres.

Fig. 11-15 viser hvert sitt matrisetormige skjema.

Fig. 16 viser ved tre diagrammer vi'-vill' utgangssignalene fra forskjellige filtervarianter som funksjon av tiden t.

På fig. 1 betegner 1 et analogt skiftregister. De enkelte lagerplasser i dette er betegnet med 11-8, parallellinngangene med 110-180 og utgangen fra ski ftregisteret med 19. Vekttallkoblingene er betegnet med 21-28. Hver vekttallkobling har en inngang til innføring av det signal som skal filtreres, og en utgang. Inngangene er forsynt med betegnelsene 210-280 og utgangene med 211-281. De individuelle vekttall for vekttallkoblingene er betegnet symbolsk med a, -ag og innført på figuren. Utgangen fra hver vekttallkobling er via et koblingselement,som for enkelthets skyld ikke er vist nærmere her, forbundet med en tilhørende parallellinngang til skiftregisteret. Signalinngangene er forbundet med en felles signalinngang 20. Hver lagerplass hos skiftregisteret må minst ha så stor kapasitet at den stadig kan oppta den maksimale ladningsmengde som leveres av den lagerplass som ligger nærmest i retning motsatt forskyvningsretningen, og når det dreier seg om en lagerplass med parallellinngang, dessuten de maksimale ladningsmengder som leveres av den eller de tilordnede vekttallkoblinger. På fig. 1 har hver lagerplass en parallellinngang, og bare én vekttallkobling er tilordnet hver parallellinngang.

På fig. 1 er den nødvendige kapasitet av hver lagerplass symbolisert ved størrelsen av dens areal. Generelt fås den nødvendige kapasitet av en lagerplass ut fra summen av alle individuelle vekttall for de vekttallkoblinger som er tilordnet vedkommende plass og foranliggende lagerplasser,ganger differanse-beløpet av maksimalverdien med fradrag av minimalverdien. Blir skiftregisteret drevet med grunnladning, blir kapasiteten av hver lagerplass å utvide med denna grunnladning.

Under drift av transversalfilteret på fig. 1 blir skiftregisteret drevet på tradisjonell måte, og signalet som skal filtreres, tilføres den felles signalinngang 20. Ved samtidig åpning av samtlige koblingselementer blir de av vekttallkoblingene leverte ladningsmengder som tilsvarer den momentane signalverdi, innlest parallelt i ski ftregisteret. Etter forskyvning av disse ladningsmengder én lagerplass mot serieutgangen, blir der påny innlest osv..

Hvis der som signal som skal f Utreres, benyttes en kortvarig puls hvis varighet er kortere enn varigheten av forskyvningen fra en lagerplass til den neste, får man ved serieutgangen 19 en puls-sekvens hvor pulsamplitudene i tilfellet av like mange nabopulser som der finnes parallellinnganger, avviker fra en grunnverdi. I kronologisk rekkefølge svarer størrelsen av avviket til de individuelle vekttall ag - a^, d.v.s. at den første puls med avvikende

amplitude avviker fra grunnverdien med en faktor ag, den neste med x a osv.. Om denne verdi adderes til eller subtraheres fra grunnverdien, avhenger av den tilhørende vekttallkoblings art. Leverer den tilhørende vekttallkobling en ladningsmengde som på den individuelle vektfaktor nær er lik differanseverdien ut fra den respektive signalverdi av signalet som skal filtreres, med fradrag av minimalverdien, blir beløpet lagt til,og i det annet tilfelle blir det trukket fra. Dermed blir det med et transversalfilter i henhold til fig. 1 mulig å realisere et på forhånd gitt pulssvar meget

enkelt på følgende måte: Pulssvaret representeres som kronologisk koeffisientrekke. Hver koeffisient angir pulssvarets'amplitude på et bestemt støttested. Der tilordnes koeffisientene like mange suksessive lagerplasser med parallellinngang i skiftregisteret. Der tilordnes hver parallellinngang en vekttallkobling, idet der for hver av disse velges en av koeffisientene som individuell vektfaktor. Vekttallkoblingene blir i samsvar med koeffisientenes kronologiske rekkefølge tilordnet parallellinngangene suksessivt i retning motsatt forskyvningsretningen. Ved positive koeffisienter benyttes vekttallkoblinger som ved utgangen leverer en ladnings-

mengde som på koeffisienten nær er lik differansebeløpet av den respektive signalverdi av signalet som skal filtreres, med fradrag av minimalverdien, og ved negative'koeffisienter anvendes den anner form for vekttallkoblinger.

På fig. 2 er der nu vist en rea]isasjonsform for et transversalfilter i henhold til fig. 1. Fig. 2 viser til forskjell fra fig. 1 bare de første fem lagerplasser med parallellinngang og de første fem vekttallkoblinger. Alle henvisningsbetegnelser i denne del av fig. 1 benyttes for de tilsvarende elementer på fig. 2. På en overflate av et substrat 10 av dotert halvledermateriale av én ledningsevnetype,er skiftregisteret på fig. 2 realisert som ladningskoblet forskyvningsinnretning for trefase-drift og vekttallkoblingene som kondensatorpar. Forskyvningsinnretningen består av en rekke isolersjikt- eller sperresjikt-kondensatorer 111-152, anordnet på substratets overflate. Avstanden mellom de ytre elektroder hos nabokondensatorer må gjøres så liten (<<> 3 <y>m) at der kan skje en ladningsoverføring. Hver av lagerplassene 11-14 består av tre slike på hverandre følgende kondensatorer. Lagerplassen 15 består her av bare to kondensatorer. Ved siden av kondensatoren 111 finnes et konvensjonelt inngangstrinn og ved • siden av kondensatoren 152 et konvensjonelt utgangstrinn bestående av en felteffekttransistor 160 som tilbakestillingstransistor og en forsterker 170 hvis inngang 171 er tilsluttet kildeelektroden 161 hos transistoren 160,og ved hvis utgang 172 det filtrerte signal kan tas ut. Inngangstrinnet tjener bare til innføring av grunnladning i forskyvningsinnretningen. Det består av et område 1100 som er dotert motsatt substratet og forsynt med en tilslutningskontakt 1101,og to ved siden av hverandre anordnede isolersjikt- eller sperresjikt-kondensatorer 1102 og 1103, hvorav den ene kondensator 1102 sitter like ved siden av det doterte område 1101 og den annen like ved siden av kondensatoren 111. Portelektroden hos hver av disse kondensatorer er forsynt med en tilslutningskontakt 11021 resp. 11031. Driften skjer etter

"fill and spill"-metoden, d.v.s. at der påtrykkes portelektrodene hos kondensatorene 1102 og 1103 to forskjellige spenninger,så der under portelektroden hos kondensator 1103 foreligger en potensial-grop i overflatepotensialet i forhold til portelektroden hos den annen kondensator. Ved kortvarig påtrykning av en egnet

spenning på det doterte område via dets tilslutningskontakt blir begge kondensatorene overfylt med ladningsbærere ( i det foreliggenc tilfelle med elektroner). Deretter blir der påtrykt det doterte område en sperrespenning, hvorved samtlige ladningsbærere med unntakelse av dem i potens ialgropen under portelektroden hos kondensatoren 1103 igjen strømmer tilbake til det doterte område. Den definerte ladningsmengde som holdes i potensialgropen, blir innført som grunnladning i forskyvningsinnretningen når den maksimale taktspenningsdifferanse foreligger på kondensatoren 111. De ytre kondensatorelektroder hos samtlige kondensatorer 111-152 er i samsvar med trefase-driften tilsluttet tre taktledninger 31-33. De kondensatorer som ligger på samme sted i hver lagerplass, er tilsluttet samme taktledning.

Ved siden av kondensatorer som er tilsluttet samme taktledning,! det foreliggende tilfelle taktledningen 32, er vekttallkoblingene 21-25 anordnet. Hver vekttallkobling består av et kondensatorpar som er anordnet på overflaten av substratet og består av en første isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator 211-251, som berører et område 40 som befinner seg på overflaten av substratet og er forsynt med en tilslutningskontakt 41 og dotert motsatt substratet (det skal bety at sideavstanden til den ytre kondensatorelektrode <3 ym),og en annen isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator 212-252 anordnet tett ( < 3ym) ved siden av den første. Den annen isolersjikt- resp. sperresjikt-kondensator har en kapasitet svarende til det individuelle vekttall, der på fig. 2 er symbolisert ved flateinnholdet av de andre kondensatorer 212-252. Spesielt er valgt: ct2= 2a-^, a^ la^ i a^ =ha^ og a^ = ^a^.

På tilsvarende måte er den nødvendige ladningsevne for hver kondensator i forskyvningsinnretningen symbolisert ved dens flateinnhold. Spesielle er vekttallkoblingene 21, 23 og 25 for positive koeffisienter og vekttallkoblingene 22 og 24 for negative koeffisienter. I samsvar med dette er de ytre kondensatorelektroder hos kondensatorene 212, 221, 232, 241 og 252 forbundet med den felles signalinngang 20, de ytre elektroder hos kondensatorene 211, 231 og 251 med en tilslutning 51 til en fast spenning, hvis verdi er lik minimalverdien av signalet som skal filtreres, og de ytre elektroder- hos kondensatorene 222 og 242 med en annen tilslutning 52 for påtrykning av en annen fast spenning, hvis verdi er lik maksimalverdien av signalet som skal filtreres. Utgangen fra hver vekttallkobling befinner seg ved de andre isolersjikt- eller sperresjikt-kondensatorer. Motelektroden, d.v.s. området under den ytre kondensatorelektrode hos hver av disse andre kondensatorer, via et ladningsoverføringselement forbundet med motelektroden hos den tilhørende kondensator i forskyvningsinnretningen. Samtlige ladningsoverføringselementer består av en for alle vekttallkoblinger felles portelektrode 60, soiu er forbundet med en tredje tilslutning 53 og er skilt fra substratoverflaten ved et elektrisk isolerende sjikt. Portelektrodens sideavstand fra de tilsvarende kondensatorer hos forskyvningsinnretningen og vekttallkoblingen må gjøres tilstrekkelig smal ( < 3 p m) . For samtidig å forhindre en ladningsstrømning under portelektroden i dens lengderetning er det hensiktsmessig å plassere denne på tykkere isolersjikt mellom vekttallkoblingene. Ladningsoverføringselementene kan også være felt-effekttransistorer.

Under henvisning til fig. 3 skal der nu gis en nærmere redegjørelse for virkemåten av en vekttallkobling ifølge fig. 2, likeledes etter "fill and spill"-metoden. Fig. 3 viser tverrsnitt av transversalfilteret på fig. 2 etter linjen A-A. Under denne første delfigur er der i diagrammer I-VI vist lokale forløp av overflatepotensialet V7 i substratet for forskjellige driftsmåter og driftstilstander. I tverrsnittstegningen ses substratet 10, f.eks. p-dotert silisium,med substrattilslutningen 101. På overflaten av substratet er der påført et elektrisk isolerende sjikt 100, f.eks. av silisiumdioksyd, på hvilket de ytre elektroder hos isolersjiktkondensatorene 111, 212 og 211 og portelektroden 60 befinner seg. Kondensatorenes ytre elektroder er forsynt med samme henvisningsbetegnelser som på fig. 2. W-d siden av elektroden 211 befinner seg like under substratoverflaten det motsatt doterte område 40. En positiv koeffisient er tilordnet det koblingselement 21 som tverrsnittstegningen viser. Driftsmåten for det vil bli forklart nærmere under henvisning til diagrammene I-III. Ved elektroden 211 foreligger til stadighet minimalverdien UMIN/ mens den momentane signalverdi stadig foreligger ved elektroden 212. Etterat en ladningsmengde er innlest i forskyvningsinnretningen, blir den fraskilt ved påtrykning av en spenning U^ mindre enn <U>MIN" Deretter blir der ved tilslutningen 41 påtrykt en spenning-U2 som har en verdi mellom UMIN og Derved blir substratets overflateområder under elektrodene 211 og 212 oversvømmet med elektroner. I diagram i er forholdene anskueliggjort skjematisk. Det skraverte felt antyder det område som er oversvømmet med elektroner. Ug betegner den momentane signalverdi. Egentlig skulle i første tilnærmelse dessuten den innførte spenning hvormed overflatepotensialet er redusert, trekkes fra verdiene UMIN,<Ug> og U^, men dette blir her og i det følgende ignorert for enkelhets skyld. Etter oversvømmingen med elektroner blir spenningen ved tilslutningen 41 høynet utover UMIN til en verdi U^. Diagram II anskuelig-gjør forholdene (kurve 35") for dette tilfelle. Som det ses fra diagrammet, er der foruten i området 40 bare under elektroden 212 lagret elektroner. Den lagrede ladningsmengde er lik produktet av denne isolersjikt-kondensators kapasitet og spenningsdifferansen Ugf UMjN. Derpå blir spenningen ved portelektroden høynet utover

Ug, som fordelaktig er høyere enn signalmaksimum. Hvis nu den maksimale taktspenning, som er lik eller større enn U^, opptrer på kondensatorelektroden hos kondensatoren 111, blir den ladningsmengde som er lagret under elektroden 211, utlest, og prosessen begynner fra nytt av. Diagram III viser potensialforholdene for dette tilfell ved kurvene 36 og 36', hvorav den stiplede kurve 36 betegner forholdene ved begynnelsen av utlesningen og den strekpunkterte kurve 36' betegner forholdene etter avsluttet utlesning.

Det skal nu antas at der er tilordnet vekttallkoblingen 21 en negativ koeffisient slik det egentlig er tilfellet ved vekttallkoblingene 22 og 24. I dette tilfelle foreligger stadig signalet Ug ved elektroden 211 og maksimalverdi<en> U..-., ved elektroden 212. Som

MAX

tidligere blir koblingselementet åpnet etter innlesning av ladnings-mengden i forskyvningsinnretningen, idet der påtrykkes portelektrode: en spenning lavere enn signalverdien Ug. Hensiktsmessig blir den også her valgt lik spenningen U^. Som i det foregående tilfelle blir områdene under elektrodene 211 og 212 oversvømmet med elektroner. Diagram IV anskueliggjør forholdene. Den stiplede kurve 37 angir forløpet av overflatepotensialet i substratet før over-svømningen, den strekpunkterte kurve 37' det samme etter over-svømning oa det skraverte område den andel som er oversvømmet med elektroner. Spenningen ved tilslutningen 41 blir så igjen høynet utover signalverdien Uq og hensiktsmessig til og med utover UM7.V,

^ MAX

så der her foreligger en spenning Ug, Under elektroden 211

er der nu lagret en ladningsmengde lik kapasiteten av kondensatoren 211 ganger differansen UMAX r Ug. Diagram V viser

forholdene (kurve 37"). Derpå blir spenningen ved portelektroden høynet til eller mer, og de elektroner som er lagret under elektroden 212,kan strømme bort til kondensatoren lii når den maksimale taktspenning foreligger der. Den stiplede kurve 38 og den strekpunkterte kurve 38' i diagram VI betegner overflate-potensialets forløp henholdsvis før og etter avsluttet utlesning.

Ved den nettopp beskrevne driftsmetode var der forutsatt p-dotert substrat, d.v.s. at samtlige spenninger er positive i forhold til substratpotensialet. Ved n-dotert substrat blir bare polariteten av samtlige spenninger å bytte om, idet verdien UM. v

MAX

nu tilsvarer den største negative verdi og U„TX, den minste negative

^ MIN 3 verdi.

Hensiktsmessig anvender man, referert til substratpotensial-ene, bare positive signalverdier ved p-dotert substrat og bare negative ved n-dotert substrat.

Fig. 4 viser nu i et tidsskjema hvorledes de ladningspakker som innføres ved de enkelte vekttallkoblinger,blir addert slik at det ønskede filtrerte signal oppstår. Som inngangssignal benyttes en kortvarig puls. Som ønsket pulssvar er der foreskrevet en kurve 70, som tilnærmes med koeffisientene a-^ - a^. I henhold til beskrivelsen av fig. 2 gjelder her spesielt ot,, = -2ct^, ct3 = 4^, ct^ = -2a^ og ct^ = ai- De tilhørende parallellinnganger resp. lagerplasser er markert nedenunder ved punkter på abscissen. Utgangen fra skiftregisteret er på abscissen markert med en pil. Tidspunktene tg - t,, på den nedadrettede ordinat markerer suksessive innlesningsprosesser. Parallelt med ordinaten er signalet som skal filtreres,inntegnet. I skjemaet betyr en tverrstrek at der ikke finnes resp. innleses noen ladningsmengde. På tidspunktet t^ blir der for første gang innlest. Da signalverdien er "0",altså tilsvarer minimalverdien, blir der ikke innlest noen ladningsmengde i lagerplassene 11, 13 og 15,mens den maksimalt produserbare ladningsmengde blir innlest i lagerplassene 12 og 14. Denne maksimale ladningsmengde tilsvarer verdien 2a^. Etter forskyvning av denne ladningsmengde en lagerplass, blir på tidspunktet t-^ den opprinnelige ladningsfordeling svarende til tidspunktet tg påny lest inn og addert til. Dette fortsetter suksessivt inntil innlesningen på tidspunktet t,-. Etter denne innlesning foreligger maksimalverdien ved vekttallkoblingene, så der på lagerplassene 12 og 14 ikke ligger noen ladningsmengde,på lagerplassene 11 og 15 foreligger en ladningsmengde a, og på lagerplassen 13 likeledes ladnings-rnengden a^. Denne ladningsfordeling blir på tidspunktet tg addert til ladningsfordelingen på tidspunktet t,- én lagerplass forskjøvet. Etter innlesningen på tidspunktet tg er signalverdien igjen "0",

så den opprinnelige ladningsfordeling tilsvarende tidspunktet t^

i det følgende igjen blir innlest og addert til. På tidspunktet

*~11 ^ar man allerede fått den fullstendige f ilterf unks jon, som igjen er kjennetegnet ved kurven 70.

I utførelsesformen på fig. 2 er der som forskyvningsinnretning benyttet en vanlig forskyvningsinnretning for trefase-drift. Ved silisiumsubstrat består det elektrisk isolerende sjikt i tilfellet av isolersjikt-kondensatorer fortrinnsvis av silisiumdioksyd, og de ytre elektroder fortrinnsvis av aluminium. Imidlertid egner denne utførelsesform seg for alle mulige slags forskyvningsinnretninger, f.eks. forskyvningsinnretninger for tofase-drift eller firefase-drift i aluminium-silisium-, silisium-silisium- eller aluminium-aluminium-teknologi eller også forskyvningsinnretninger for trefase-drift i en av disse teknologier.

Da hver lagerplass i en ladningskoblet forskyvningsinnretning har like mange kondensatorelementer som der finnes taktledninger, er det mulig med en slik ladningskoblet forskyvningsinnretning å realisere like mange forskjellige filterfunksjoner som der finnes taktledninger. Man vil da foruten kondensatorelementene for hver taktledning anordne parallellinnganger og vekttallkoblinger. Innlesningen av koeffisientene for den ønskede filterfunksjon skjer ved at portelektroden åpnes under den respektive tilsvarende takt-fase.

Plassbehovet for et transversalfilter i henhold til fig. 1 eller 2 vil kunne minskes betraktelig ved en del forholdsregler som vil bli belyst i det følgende.

En første forholdsregel til formålet består i å dele opp forskyvningsinnretningen. Fig. 5 og 6 viser skjematisk oppbygningen av to transversalfiltre hvor man gjør bruk av denne forholdsregel.

I den forbindelse er transversalfilteret på fig. 1 lagt til grunn som referanse. På fig. 5 ses et første analogt skiftregister 5 for de første individuelle vekttall a^ - <a>^0g et ytterligere analogt skif tregister 6 for de øvrige individuelle vekttall a - ag. Lagerplassene i første skiftregister 5 er betegnet med 501-504 og i annet skiftregister 6 med 601-604. Vekttallkoblingene er betegnet som på fig. 1. Serieutgangene fra begge skiftregistrene er tilkoblet en felles utgang 600. Vekttallkoblingene 25-28,som tilhører det ytterligere skiftregister, er tilsluttet en felles inngang 20 direkte, mens de vekttallkoblinger 21-1:4, som tilhører det første skiftregister, er tilsluttet inngangen 20 via et forsinkelsesledd 500. Forsinkelsesleddet forsinker inngangssignalet med den tid en ladning i det ytterligere skiftregister behøver fra lagerplass 601 til lagerplass 604. Fortrinnsvis klir forsinkelsesleddet realisert ved hjelp av et analogt skiftregister med like mange lagerplasser som det ytterligere ski ftregister. Det kan likedan som det første og det ytterligere skiftregister realiseres ved hjelp av en ladningskoblet forskyvningsinnretning. Driften av transversalfilteret i denne utførelsesform foregår på samme måte som ved filteret på fig. 1. Det må bare påses at samtlige ski ftr^gistre blir drevet med de samme forskyvningstakter. Med denne utførelsesform er det mulig å spare omtrent en tredjepart av arealbehovet i forhold til fig. 1.

På fig. 6 ses en variant av utførelsesformen på fig. 5. Den skiller seg fra denne bare ved at samtlige vekttallkoblinger 21-28 er direkte tilsluttet en felles inngang 20, men at der mellom den felles serieutgang 601 og utgangen fra første skiftregister 5 er innskutt et forsinkelsesledd som har samme egenskaper som forsinkelsesleddet 500.

I utførelsesformene på fig. 5 og 6 behøver skiftregistrene ikke å ha like mange lagerplasser og vekttallkoblinger.

En annen gunstig forholdsregel til å minske arealbehovet består i at ikke bare en enkelt vekttallkobling blir tilordnet en lagerplass hos skiftregisteret. Fig. 7 viser et utføreiseseksempel på dette. Som referanse tjener igjen transversalfilteret på fig. 1. På fig. 7 har skiftregisteret 7 fire lagerplasser 701-704. Serieutgangen er betegnet med 700. Der er tilordnet hver lagerplass to vekttallkoblinger, nemlig etter tur i forskyvningsretningen, vekttallkoblingsparene 21 og 25, 22 og 26, 23 og 27 samt 24 og 28. Den annen halvdel av vekttallkoblingene 25-28 på fig. 1 er direkte forbundet med signalinngangen 20, og den første halvdel av vekttallkoblingene 21-24 er forbundet med den via et forsinkelsesledd 800. Dette forsinkelsesledd har en forsinkelsestid lik den tid en ladningsmengde behøver fra første lagerplass 101 til siste lagerplass 104 i forskyvningsinnretningen 7. Forsinkelsesleddet 800 kan igjen realiseres med et skiftregister ,som kan være en ladningskoblet forskyvningsinnretning. Dette skiftregister må da ha like mange lagerplasser som skiftregisteret 7 og drives méd samme for-sky vnings takter . Driften skjer ved denne utførelsesform som ved den på fig. 1. Til forskjell fra denne blir nu imidlertid ladnings-mengdene fra to vekttallkoblinger innlest i hver lagerplass. Den nødvendige lagringsevne hos hver lagerplass er likedan som på fig. 1, 5 og 6 representert symbolsk ved dens flateinnhold. Også her er det mulig å spare inn mer enn en tredjedel av arealbehovet i forhold til utførelsesformen på fig. 1.

Generelt er et transversalfilter ifølge fig. 7 oppbygget

slik at der er tilordnet den første og alle i forskyvningsretningen påfølgende parallellinnganger til og med en første foreskrivbar parallellinngang, en og en første vekttallkobling,at der er tilordnet en annen foreskrivbar parallellinngang fra den sistnevnte og alle i forskyvningsretningen påfølgende parallellinnganger en og en annen vekttallkobling,og at der er forkoblet signalinngangen til hver første vekttallkobling et forsinkelsesledd som forsinker inngangssignalet en tid lik den som en ladning behøver ved forskyvningen fra den annen foreskrivbare til den første foreskrivbare parallellinngang. Ved ulike antall parallellinnganger blir enten den i forskyvningsretningen nest siste parallellinngang valgt som første foreskrivbare parallellinngang og den første parallellinngang valgt som annen foreskrivbare parallellinngang,eller også blir den siste parallellinngang valgt som første foreskrivbare og den annen parallellinngang som annen foreskrivbare parallellinngang. Ved like antall parallellinnganger, slik det er tilfellet på fig. 7, blir siste parallellinngang valgt som første foreskrivbare og første parallellinngang som annen foreskrivbare parallellinngang.

En annen mulighet for å minske arealbehovet består i at der som skiftregister velges en ladningskoblet forskyvningsinnretning for firefase-drift, som i tillegg ved ethvert kondensatorelement som utgjør det nest neste kondensatorelement i forhold til et med parallellinngang,oppviser en ekstra parallellinngang,at der er tilordnet hver ekstra parallellinngang en ekstra vekttallkobling»og at signalutgangene fra samtlige vekttallkoblinger,dels via et første koblingselement og dels via et annet koblingselement og et forsinkelsesledd, er forbundet med en felles signalinngang, samtidig som forsinkelsesleddet har en forsinkelse lik uen tid som en ladningsmengde behøver for å gjennomløpe forskyvningsinnretningen 8.

Fig. 8 viser et utførelseseksempcl på dette. Forskyvningsinnretningen 8 består her av på hverandre følgende grupper på fire og fire kondensatorelementer, betegnet 81-84. Hver gruppe danner en lagerplass. De ytre elektroder hos cLcog ett kondensatorelement fra hver gruppe på fire er tilsluttet en og en taktledning 91-94. Forskyvningsinnretningen har igjen en serieutgang 90 ved den ene ende. På fig. 8 er forskyvningsretningen fra venstre mot høyre. Som vekttallkoblinger og ekstra vekttallkoblinger er vekttallkoblingene 21-25 ifølge figurene henholdsvis 1 og 2 tilsammen lagt til grunn. Men da der nu stadig står et like antall parallellinnganger overfor et ulike antall vekttallkoblinger, forblir én parallellinngang ubenyttet. Imidlertid er det mulig å utnytte denne hvis man deler en vekttallkobling i to. Dette skjer hensiktsmessig ved en vekttallkobling med høyt individuelt vekttall, altså med stort arealbehov. På fig. 2 egner vekttallkoblingen 23 seg til dette formål.

Man har altså en rekko av tre vekttallkoblinger 21-23' og

tre ekstra vekttallkoblinger 23"-25. Den individuelle vektfaktor ct3y2 k±ir hensiktsmessig tilordnet hver av de to vekttallkoblinger 23' og 23". Vekttallkoblingene 21-23' er anordnet ved siden av kondensatorelementene 82 og de øvrige ved siden av kondensator-eiementene 84. Vekttallkoblingenes oppbygning er som på fig. 2, og likedan som på denne figur befinner der seg mellom forskyvningsinnretningen og vekttallkoblingene en portelektrode,som her er betegnet med 901,og som tjener samme formål som i utførelsesformen på fig. 2. Likeledes befinner hele anordningen seg på en overflate av et substrat av dotert halvledermateriale med substrattilslutning, betegnet 100. Inngangene til samtlige vekttallkoblinger er via en felteffekttransistor 902 som første koblingselement forbundet med en felles signalinngang 200. Dessuten er de forbundet med signalinngangen 200 over en ytterligere felteffekttransistor 903 som annet koblingselement, samt forsinkelsesleddet 904. Forsinkelses-leddet kan igjen være et.skiftregister, i det foreliggende tilfelle en ladningskoblet forskyvningsinnretning. Utførelsesformen på fig.

8 drives på samme måte som den på fig. 2, d.v.s. at der blir innlest hver gang en ladningsmengde er forskjøvet fra et kondensatorelement med parallellinngang til det umiddelbart tilstøtende kondensatorelement med en parallellinngang, det vil i dette tilfelle si fra en parallellinngang til en ekstra parallellinngang eller omvendt. Koblingselementet 902 blir sluttet hver gang maksimal taktspenning foreligger på taktledningen 94, og koblingselementet 903 sluttes når den maksimale taktspenning foreligger på taktledningen 92.

Der skal nu også gis en beskrivelse av den særlig gunstige driftsmåte for de her angitte transversal filtre. I den forbindelse vil et transversalfilter i henhold til fig. 1, altså av enkleste art, bli lagt til grunn. Den ovenfor beskrevne metode forløper nu på den måte at samtlige vekttallkoblinger blir innlest parallelt i det analoge ski ftregister. På tidspunktet for denne innlesning foreligger en bestemt signalverdi ved den felles signalinngang. Denne signalverdi .blir nu fastholdt og den innleste informasjon for-skjøvet én lagerplass ad gangen til serieutgangen. Umiddelbart etter forskyvningen blir vekttallkoblingene påny innlest parallelt i det analoge skiftregister, hvorunder den fastholdte signalverdi fremdeles foreligger ved den felles signalinngang.

Man kan .nu påny gå frem på den ovennevnte måte, men for enkelhets skyld skal det antas at der bare blir innlest to ganger for den fastholdte signalverdi. Etter annen gangs innlesning blir signalverdien altså ikke lenger fastholdt, så den signalverdi som virkelig foreligger på dette tidspunkt,nu er tilstede ved den felles signalinngang. Denne signalverdi blir igjen fastholdt og vekttallkoblingene parallelt innlest i det analoge skiftregister. Men i den forbindelse skjer der ingen forskyvning mellom innlesningen av vekttallkoblingene ved den foregående signalverdi og innlesningen ved den nuværende signalverdi. Etter innlesningen ved den nuværende fastholdte signalverdi skjer der en forskyvning én lagerplass mot serieutgangen, hvorpå der påny blir innlest og metoden suksessivt føres videre.

Ved gjennomførelse av metoden er det hensiktsmessig om signalet som skal filtreres,blir innlest med diskrete verdier. Det er dog ikke nødvendig når signalene som skal filtreres/ikke har for høye frekvenser,da signalendringer innen tidsrommet mellom første og siste innlesningsprosess ved fastholdt signalverdi er ubetydelige.

Det skal henvises til at metoden ikke er begrenset til det ovenfor belyste, enkle tilfelle av et transversalfilter ifølge fig. 1, men er anvendelig på tilsvarende måte fer alle videre utformninger og modifikasjoner.

Med den beskrevne metode er det nu mulig å oppnå et betyd-ningsfullt fremskritt når det gjelder arealbehovet for et transversalfilter ifølge oppfinnelsen. Til nærmere klargjøring av dette forhold vil igjen det ovenfor angitte,enkle transversal filter bli lagt til grunn. For å realisere en filterfunksjon som er gitt på forhånd som pulssvar med kronologisk på hverandre følgende koeffisient til an <-> a-^ (på fig. 1 er n = 8), får man som bekjent å gå frem slik at der tilordnes hver vekttallkobling en slik koeffisient som individuelt vekttall, samtidig som tilordningen skjer i forskyvningsretningen og suksessivt i retning av tiltagende indekser.

Som bekjent blir de individuelle vekttall realisert ved hjelp av kapasiteter,som ved store koeffisienter innebærer et betraktelig arealbehov.

Under anvendelse av den beskrevne metode lar nu den fore-skrevne filterfunksjon seg realisere på den måte at de enkelte vekttallkoblinger med de individuelle vekttall a, - a blir

3 ln

erstattet med nye vekttallkoblinger med de nye individuelle vekttall a-j_ - o<t>2' ct2 ~ 0<1>3/ an_2 - an_i' an_i~ an' an- Man får altså ved anvendelse av den beskrevne metode i alminnelighet lavere individuelle vekttall. Likedan som tidligere må vekttallkoblingen i tilfellet av negative verdier av de nye vekttall levere en ladningsmengde som på den individuelle faktor nær er lik differanse-beløpet av maksimalverdien med fradrag av den respektive signalverdi .

Det skal også her henvises til at denne siste metode heller ikke er begrenset til det refererte tilfelle av det enkle trans-versalf ilter , men er anvendelig for alle videre utformninger og modifikas joner.

På fig. 9 betegner I' en utførelse av et transversalfilter ifølge oppfinnelsen. Ladningsforskyvningsinnretningen er betegnet med 10' og spesielt realisert med en ladningskoblet forskyvningsinnretning for tofase-drift. Den vil også kunne bestå av en begerverk-kobling. Oppbygningen av ladningskoblede forskyvningsinnretninger for tofase-drift kan f.eks. utledes av DT-OS 2 201 150. Ifølge dette skrift består hvert element i denne ladningskoblede forskyvningsinnretning (i den foreliggende fremstilling betegnet som lagerplass) av to på hverandre følgende kondensatorelementer.

På fig. 9 er elementene betegnet med i'— 4 ' og kondensatorelementene med 11', 12', 21', 22', 31', 32', 41' og 42'. Ved de ytre elektroder av de kondensatorelementer hvis henvisningstall har enersiffer 1, tilføres første forskyvningspulssekvenser,mens der ved de ytre kondensatorelektroder for de øvrige kondensatorelementer tilføres andre forskyvningspulssekvenser,som i det vesentlige er inverse til de første. Med hjelp av de to tilsammen frembringes den for-sky vningstakt hvormed informasjonen forskyves fra kondensatorelement til kondensatorelement i forskyvningsretningen (ved en innretning for n-fase-drift behøves n innbyrdes faseforskjøvne taktpulssekvenser til dette). Hvert kondensatorelement består av to tilgrensende isolersjikt-kondensatorer,hvor f.eks. det elektrisk isolerende sjikt i den ene har større tykkelse enn det i den annen. De ytre kondensatorelektroder hos disse to isolersjikt-kondensatorer er elektrisk ledende forbundet med hverandre. De kondensatorelementer som er bestemt for de første taktpulssekvenser, altså kondensatorelementene 11', 21', 31' og 41', har hver sin parallellinngang. Parallellinn-gangen befinner seg fortrinnsvis ved isolersjikt-kondensatoren med mindre sjikttykkelse. Disse parallellinnganger er forbundet med en' utgang fra hver sin vekttallkobling K^, K21, K31 resp. K41. Betegnelsene Kii-K4i representerer samtidig vekttallene for de enkelte vekttallkoblinger. Inngangen til hver vekttallkobling er forbundet med en felles inngang E' for signalet som skal filtreres. Serieutgangen fra skiftregisteret I' er betegnet med A'.

Filteret II' representerer nu en første variant av filteret I'. Herhar hvert kondensatorelement en parallellinngang som er forbundet med utgangen fra en og en vekttallkobling Kii~K4i'• Som det ses, behøver dette filter, sammenholdt med filteret I', bare fire kondensatorelementer 11', 12' og 21', 22'. Alt det øvrige forblir det samme. Man oppnår altså en innsparing på ca. 50% i forhold til den foregående utførelsesform.

Filteret III' representerer en ytterligere variant, som skiller seg fra filteret I' ved at også kondensatorelementene 12', 22', 32' og 42' har hver sin parallellinngang, og at der til hver av disse parallellinnganger er koblet en ekstra vekttallkobling '<12* K22' K32 resP* K42" De ny e betegnelser K^2_K42 rePresenterer °9så her tillike vekttallene for de enkelte ekstra vekttallkoblinger. Inngangene til disse ekstra vekttallkobl<i>nger er forbundet med inngangen E<1>.

Variantene I'-III' er ikke begrenset til ladningsforskyvnings-innretninger for tofase-drift. Ved anvendelse av ladningsforskyv-ningsinnretninger for n-fase-drift gjelder at hvert element av den ladningskoblede forskyvningsinnretning består av n kondensatorelementer. Dermed er det generelt mulig ved variant II<1> å minske arealbehovet med faktoren l/n, mens aet ved variant III' er mulig å tilslutte n ganger så mange vekttallkoblinger uten å øke arealbehovet.

Av vesentlig betydning er det nu hvorledes man velger taktfrekvensen av forskyvningstakten for de ladningskoblede forskyvningsinnretninger ved filtrene II' og III'. I den forbindelse er to tilfeller særlig interessante: For det første kan man velge taktfrekvensen på samme måte som taktfrekvensen fg for filteret I', hvorved utgangsfrekvensen som det ved utgangen A' ankommende, filtrerte signal avgis med, bibeholdes, eller man kan velge forskyvningstaktens taktfrekvens (generelt fg/n),hvorved den avtast-ningsfrekvens hvormed signalet som skal filtreres,avtastes ved inngangen E',blir bibeholdt likedan som ved filteret I'. Utgangsfrekvensen ved utgangen A<1> er i ethvert tilfelle to ganger (n-ganger) mindre enn avtastningsfrekvensen ved inngangen E<1>.

For filtrene II' og III<1> på fig. 9 kan man således sondre mellom i alt fire tilfeller. Betegner man taktfrekvensen av forskyvningstakten for filteret I' med fg som ovenfor, for filteret II' med f-rji og for III<1> med fjjji/ så er det /.;ulig å sondre mellom

disse tilfeller som følger:

I det spesielle tilfelle på fig. 9 er n = 2.

Til ytterligere forklaring skal der nu henvises til fig. 10. I diagram IV' er taktsekvensen av forskyvningstakten for den ladningskoblede forskyvningsinnretning I' som funksjon av tiden t markert skjematisk ved streker. Taktens varighet er betegnet med Tg. Nedenunder er der i diagrammet V,likeledes som funksjon av tiden t, vist en vilkårlig valgt form for et signal som skal filtreres. For forskyvningstaktens taktfrekvens gjelder: fg = 1/Tq • Signalet som skal filtreres,blir likedan som ved I' avtastet med taktfrekvensen f (generelt fQ). De avtastede signalverdier er

rT

betegnet med S,,, S_,, S,, og S ., . Blir filteret I<1> drevet med

^ 11' 21 31 ^ 41

taktfrekvens 2fg, blir ytterligere signalverdier avtastet. Disse ytterligere avtastede signalverdier er likeledes inntegnet på fig.

10 og betegnet med S.^' S22' S32°^ S42"

I filteret I' er kondensatorelementene forsynt med tosifrede henvisningstall xy. x betyr her det løpende nummer for elementet i den ladningskoblede forskyvningsinnretning, regnet i retning mot utgangen A1 . y betyr det løpende nummer for kondensatorelementet i et element, likeledes regnet mot utgangen A' (il1 gjennomløper y tallverdiene 1 og 2, mens det generelt gjennomløper tallene 1 til n). På tilsvarende måte er vekttallene i I' betegnet med KXy-Således er f.eks. K~, vekttallet for den vekttallkobling som i innretningen I' på fig. 9 er tilsluttet kondensatorelementet 21'. I<22 ville være den vekttallkobling som i innretningen I<1> ville bli

å tilslutte kondensatorelementet 22'.

Det er nu mulig å uttrykke de.med vekttallene veide signalverdier generelt i formen K . suv- Betydningen av x og y er allerede angitt, u betegner den løpende indeks for avtastnings-punktene t-^, osv. (jfr. fig. 10), v gjennomløper tallverdiene fra 1 til n og angir de ekstra avtastningstidspunkter mellom tu og tu+1 når i' drives med taktfrekvensen n . fQ.

Fig. 11-14 viser hvert sitt skjema i matriseform for de veide signaler K . s . I hvert skjema er slike veide signalverdier

3 xy uv J 3

K . s som er relevante for signaldannelsen,omgitt av en og en

xy uv . 3 ' 3 3 sirkel. Bestemte sirkler er forbundet innbyrdes ved streker. Det betyr at verdiene K . suv i disse sirkler blir summert for å danne utgangsverdier av signalet som skal filtreres.

Skjemaet på fig. 11 refererer seg til innretningen I' på fig.

9. På tidspunktet t-^ blir verdien K, , . s^ innlest i kondensatorelementet 11'. Samtidig blir verdiene K.^ . s^, • °9

^41 ' <s>ll <i>nn±est 1 kondensatorelementene 21, 31 og 41. Disse innleste verdier er imidlertid ikke relevante for dannelsen av utgangssignalet og er derfor her,likedan som i det følgende,ikke omgitt av sirkler. På tidspunktet t2, altså etter en mellomtakt hvor der selvsagt ikke kan innleses, blir verdien K-^ . s2^ innlest i konden-

satorelementet 11' og samtidig verdien K,,^ • <s>2\ i kondensatorelementet 21'. De øvrige verdier K^^ . s2^ og K., . s2^ som sam_ tidig blir innlest med, er igjen ikke relevante fer dannelsen av utgangssignalet. Da verdien K, , . p, : på tidspunktet t2 er for-skjøvet inn i kondensatorelementet 21<1>, blir verdien K2^ . s2^ addert til den. Som allerede nevnt er dette avmerket ved forbind-elsesstreken mellom vedkommende to sirkler. En tilsvarende fortsettelse av skjemaet gir nu som resultat at den første signalverdi A, av det filtrerte signal opptrer ved utgangen A<1> på tidspunktet t,-, den annen signalverdi A2 på tidspunktet tg osv.. For avtastningsfrekvensen f„', som signalet som skal filtreres,avtastes med, og avtastningsfrekvensen f^i/ som det filtrerte signal avtastes med, gjelder:

Fig. 12 viser i et tilsvarende skjema dannelsen av utgangssignalet fra filteret II' for det tilfelle at forskyvningstaktens taktfrekvens fTT, = <f>0 er valgt, hvorved f„, = ^0 som ovenfor, 2 2~—

altså avtastningsfrekvensen bibeholdt, da der jo her blir innlest ved hver takt. På tidspunktet .t^ blir verdien K-^ . s, , innlest i kondensatorelementet 11'. På tidspunktet t2 blir nu verdien K21.<s>2^ innlest (vekttallkoblingen K^^ er jo i innretningen II' tilsluttet kondensatorelementet 12'). Da verdien K, , . s-^ på tidspunktet t2 er forskjøvet til kondensatorelementer 12', blir altså verdien K21" s21 ac^ert til den. En tilsvarende videreføring av metoden gir nu som resultat at den første signalverdi av det filtrerte signal ved utgangen A' opptrer på tidspunktet t<-, den neste signalverdi A2 på tidspunktet t^ osv.. For avtastningsfrekvensen fA, ved utgangen A' gjelder altså f^, = fE,/2. Generelt gjelder for dette tilfelle at avtastningsfrekvensen f^, ved utgangen A' er redusert til en brøkdel l/n av f£, når man anvender en ladningskoblet forskyvningsinnretning for n-fase-drift. Således er dette filter fremragende egnet som lavpassfilter. Overensstemmende med den større båndbredde BEi av inngangssignalet, blir signalet avtastet med frekvensen f , = 2Bg, (generelt nB^,). Ved utgangen må signalet imidlertid bare gjengis med en frekvens som tilsvarer den mindre båndbredde B^, så frekvensen fA, = £e' = 2BA (generelt nB^). Akkurat dette ef hva man oppnår med^filteret II<1> på fig. 9 sammen med driftsmåten ifølge skjemaet på fig. 12. Samtidig er filterets

areal redusert med faktoren l/n.

Skjemaet på fig. 13 gjengir det tilfelle at filteret II' på fig. 9 drives med taktfrekvensen f Q, og signalet som skal filtreres, dermed i forhold til tilfellet av fig. 12 blir avtastet med den dobbelte frekvens fg, = fq . Når verdien K, , . s^ innleses på tidspunktet t-^, blir den verdi K2^ • s-^2 som tilhører mellomverdien innlest ved den neste takt, altså før tidspunktet • En tilsvarende fortsettelse av skjemaet gir til resultat at den første signalverdi A. av det filtrerte signal opptrer ved utgangen A' på tidspunktet t^ i den neste signalverdi A2 på tidspunktet t^ osv.. Det filtrerte signal ved utgangen A<1> blir altså avtastet med

samme frekvens f = 0 som ved filteret I' ifølge skjemaet på fig.

2~ .11.

Skjemaet på fig. 14 representerer det tilfelle at innretningen III<1> på fig. 9 drives med taktf rekvensen f jjj i = £o.- Er K-^ . s-^ innlest, blir verdien K^2 • s2i lagt til på tidspunktet t2 osv.. Tilsvarende fortsettelse av skjemaet gir til resultat at den første signalverdi A^ av det filtrerte signal opptrer ved utgangen A<1> på tidspunktet tg, den neste signalverdi A2 på tidspunktet t-^ osv.. Det filtrerte signal blir dermed avtastet med frekvensen•f^, = £o.

Skjemaet på fig. 15 representerer det tilfelle at innretningen III' på fig. 9 drives med en taktfrekvens fIrI = fq. Signalet som skal filtreres, avtastes ved inngangen E med frekvensen 2fg, mens avtastningsfrekvensen for det filtrerte signal ved utgangen A' er lik den opprinnelige taktfrekvens. Den første signalverdi A^ av det filtrerte signal opptrer ved utgangen A' på tidspunktet t^,

den neste signalverdi A2 på tidspunktet t^ osv..

På fig. 16 representerer diagram VI' et eksempel på et filtrert signal som det der opptrer ved utgangen A' fra innretningen I' på fig. 9 ved drift med taktfrekvensen fQ. I diagram VII<1> er utgangssignalet ved utgangen A' fra filteret II' på fig. 9 for det samme inngangssignal vist til sammenligning, idet denne innretning her er tenkt drevet med taktfrekvensen fg. Man kan her tydelig kon-statere lavpassegenskapene hos dette filter II'. Ved utgangen A<1 >fra innretningen II<1> opptrer, til forskjell fra hva som skjer ved utgangen A' fra filteret 7\ bare annenhver signalverdi, da det filtrerte signal her blir gjengitt med den halve frekvens. De signalverdier som ved de to innretninger opptrer på samme tidspunkt/ er identiske.

Claims (14)

1. Transversalfilter med minst ett analogt skiftregister med en flerhet av lagerplasser som opptar ladningsmengder som er avhengige av et signal som skal filtreres, karakterisert ved at det analoge skiftregister (1, 5, 7, 8) har et antall parallellinnganger (110 - 180) og en serieutgang (19, 700, 90), at der finnes et antall vekttallkoblinger (21 - 28) som hver har minst én signalinngang til innføring av signalet som skal filtreres, og minst én utgang, at hver vekttallkobling ved utgangen leverer en ladningsmengde, som på et individuelt vekttall nær er lik differansebeløpet av den respektive signalverdi av signalet som skal filtreres, med fradrag av en på forhånd gitt minimalverdi som er lik eller mindre enn verdien av signalminimum, eller på det individuelle vekttall nær er lik differansebeløpet av en maksimalverdi større eller lik verdien av signalmaksimum, med fradrag av den respektive signalverdi, at utgangen fra hver vekttallkobling via et koblingselement (60, 901) kan tilsluttes en tilhørende parallellinngang, og at lagringskapasiteten av hver lagerplass i skiftregisteret minst er så stor at den stadig kan oppta den maksimale ladningsmengde som leveres av den i retning motsatt forskyvningsretningen nærmest-liggende lagerplass, og når det dreier seg om en lagerplass med parallellinngang, med tillegg av de maksimale ladningsmengder som leveres av den eller de til-hørende vekttallkoblinger.

2. Transversalfilter som angitt i krav 1, karakterisert ved at der er tilordnet hver parallellinngang bare én av vekttallkoblingene.

3. Transversalfilter som angitt i krav 1, karakterisert ved at første vekttallkoblinger (21-24, fig. 7) er tilordnet den første og alle i forskyvningsretningen påfølgende parallellinnganger til og med en første foreskrivbar parallellinngang, at andre vekttallkoblinger(25-28, fig.7) er tilordnet en annen foreskrivbar parallellinngang fra sistnevnte og alle i forskyvningsretningen påfølgende, og at der er forkoblet signalinngangen til hver første vekttallkobling et forsinkelsesledd (800)f som forsinker inngangssignalet med den tid en ladningsmengde behøver ved forskyvningen fra den annen foreskrivbare til den første foreskrivbare parallellinngang.

Transversalfilter som angitt i krav 3, karakterisert; ved at ved ulike antall parallellinnganger, enten den i forskyvningsretningen nest-siste parallellinngang utgjør den første foreskrivbare, og den første parallellinngang utgjør den annen foreskrivbare parallellinngang,eller den siste parallellinngang utgjør den første foreskrivbare, og den annen parallellinngang utgjør den annen foreskrivbare parallellinngang, og at ved like antall parallellinnganger den siste parallellinngang er den første foreskrivbare og den første parallellinngang er den annen foreskrivbare parallellinngang.

5. Transversalfilter som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at der finnes minst ett ytterligere analogt skiftregister (6) i likhet med det ene, at der finnes et ekstra antall av enkelte ytterligere vekttallkoblinger (21-24) i likhet med den ene, at utgangen fra hver av de ytterligere vekttallkoblinger (25-28) kan tilsluttes en tilordnet parallellinngang til det ytterligere skiftregister, at der er forkoblet signalinngangen til hver vekttallkobling resp. til hver ytterligere vekt- tallkobling et forsinkelsesledd (500) og/eller er etterkoblet serieutgangen fra skiftregisteret resp. fra det ytterligere skiftregister et ytterligere forsinkelsesledd (550) , og disse forsinkelsesledd i alt har en forsinkelse lik den tid en ladningsmengde i det ytterligere skiftregister resp. i skiftregisteret behøver fra den første til den siste parallellinngang, og at de to skiftregistre herunder kan drives med samme takt.

6. Transversalfilter som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at der finnes et skiftregister bestående av en ladningskoblet forskyvningsinnretning,hvor der på en overflate av et med minst én substrattilslutning forsynt substrat (10, 100) av dotert halvledermateriale av minst én ledningsevnetype finnes minst én rekke av kondensatorelementer (111-152 og 81-84),som hvert minst består av én isolersjikt-kondensator og/eller av minst én sperresjikt-kondensator, samtidig som denne forskyvningsinnretning har en parallellinngang ved kondensatorelementer (111, 121, 131, 141 og 151, fig. 2; 82 og 84, fig. 8) som er bestemt for en og samme forskyvningstakt.

7. Transversalfilter som angitt i krav 6, karakterisert ved at et skiftregister er en ladningskoblet forskyvningsinnretning (8) for firefase-drift, som i tillegg ved hvert kondensatorelement (82) som utgjør den nest neste av kondensatorelement fra et kondensatorelement (84) med parallellinngang, har en ekstra parallellinngang; at der er tilordnet hver ekstra parallellinngang en ekstra vekttallkobling (23", 24, 25), at signalutgangene fra samtlige vekttallkoblingei (21, 22, 23', 23", 24 og 25), dels via et første koblingselement (902; og dels via et annet koblingselement (903) og et forsinkelsesledd (904) er forbundet med en felles signalinngang (200) , og at forsinkelsesleddet har en forsinkelse lik den tid som en ladnirgsmengde behøver fra det første kondensatorelement med en av parallellinngangene til det siste kondensatorelement med en av parallellinngangene.

8. Transversalfilter som er angitt i et av kravene 3-7, karakterisert ved at et forsinkelsesledd består av et serielt skiftregister.

9. Transversalfilter som angitt i kra^ 8, karakterisert ved at det serielle skiftregister er en ladningskoblet forskyvningsinnretning.

10. Transversalfilter son; angitt i et av kravene 1-9, karakterisert ved at hver vekttallkobling består av et kondensatorpar som er anordnet på overflaten av et med minst én substrattilslutning forsynt substrat (10) av dotert halvleder-materiale og består av en første isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator (211, 221, 231, 241 og 251), som berører et område (40) som befinner seg på substratets overflate, og er forsynt med en tilslutningskontakt og dotert motsatt substratet, samt av en tett ved siden av den første anordnet annen isolersjikt- eller sperresjiktkondensator (212, 222, 232, 242 og 252) , at den annen isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator har en kapasitet lik den individuelle vektfaktor, at enten den ytre elektrode hos den annen isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator er forbundet med signalinngangen og.den ytre elektrode hos den første er forbundet med en tilslutning (51) til en fast spenning, hvis verdi er lik minimalverdien, eller den ytre elektrode hos den første isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator er forbundet med signalinngangen og den ytre elektrode hos den annen er forbundet med en annen tilslutning (52) til en annen fast spenning, hvis verdi er lik maksimalverdien, og at motelektroden hos den annen isolersjikt- eller sperresjikt-kondensator er forbundet med vekttallkoblingens utgang.

11. Transversalfilter som angitt i et av kravene 1-10, karakterisert ved at det er utført integrert på et felles substrat (10, 100) av dotert halvledermateriale.

12. Transversalfilter som angitt i krav 7 og 11, karakterisert v^d at første og annet koblingselement består av hver sin felteffekttransistor.

13. Transversalfilter som angitt i krav 11, karakterisert ved at et koblingselement består av et ladningsoverføringselement med minst én portelektrode (60, 901), som er forbundet med en tredje tilslutning (53, 911).

14. Transversalfilter som angitt i et av kravene 1-13, karakterisert ved at et skiftregister har en serieinngang (120) til innføring av grunnladning.