Przedmiotem wynalazku jest uklad kompensacji dyspersji w przyrzadzie ze sprzezeniem ladunko¬ wym, zwlaszcza w analogowej linii opózniajacej lub dopasowanym filtrze analogowym.Znane sa monolityczne uklady funkcjonalne re¬ alizowane w technice MOS, okreslane mianem przyrzadów ze sprzezeniem ladunkowym. Schemat zastepczy jednego z rodzajów tych przyrzadów, przyrzadu typu BB, przedstawic mozna jako sze¬ regowe polaczenie tranzystorów MOS, przy czym dren poprzedzajacego tranzystora jest zródlem na¬ stepnego.Przyrzad typu BB umozliwia realizacje dwóch rodzajów pracy: magazynowanie ladunku i tran¬ sport ladunku. Podczas magazynowania wszystkie elektrody przyrzadu maja ten sam potencjal.Transport ladunku realizuje sie przez zwiekszanie potencjalu na kolejnych elektrodach w stopniu wy¬ starczajacym dla osiagniecia zmniejszenia bariery potencjalu umozliwiajacego przeplyw ladunku z jednego elementarnego obszaru typu p do nastep¬ nego. Szczególowy opis przyrzadów ze sprzezeniem ladunkowym, typu BB zawarty jest w artykule Altmana „Bucket Brigade Devices Pass From Prin- ciple to Prototype", Electronics, 28 lutego 1972.Znane sa filtry dopasowane konstruowane z wy¬ korzystaniem przyrzadów ze sprzezeniem ladun¬ kowym, w których sygnal próbkowany jest na wyjsciu kazdego ze stopni przyrzadu, a nastepnie mnozony przez okreslony wspólczynnik wagowy hj. Sygnaly wyjsciowe ukladów mnozacych sa su¬ mowane dla uzyskania wypadkowego sygnalu wyj¬ sciowego. Tego rodzaju filtry dopasowane sa uzy¬ teczne przy detekcji sygnalu o zadanym przebiegu w przypadku gdy stosunek sygnalu do szumu ma mala wartosc, na przyklad w systemach lacznosci o rozszerzonym pasmie, w których pasma poszcze¬ gólnych kanalów sa stosunkowo waskie.W przypadku gdy transport ladunku przez przy¬ rzad ze sprzezeniem ladunkowym odbywa sie bez strat ladunku wspólczynniki wagowe hi == h(tj) ma¬ ja wartosci równe wartosci amplitudy odpowie¬ dzi impulsowej próbkowanej w chwilach czaso¬ wych tj i odpowiedz impulsowa h(t) filtru stano¬ wi po prostu odwrócony w czasie sygnal, do które¬ go dopasowany jest filtr.W przyrzadach ze sprzezeniem ladunkowym transport ladunku nie odbywa sie jednak w spo¬ sób idealny. Ze wzgledu na skonczony czas prze¬ lotu ladunku oraz zjawiska rekombinacji i pu- lapkowania ladunku w stanacK" powierzchniowych sprawnosc transportu ladunku ma ograniczona wartosc, a wiec wprowadzany na wejscie sygnal zostaje nie tylko opózniony lecz równiez znieksztal¬ cony. Poniewaz wspólczynniki wagowe h^ filtru okresla sie przy zalozeniu bezstratnosci transportu ladunku, wiec opisane wyzej filtry maja ograni¬ czona skutecznosc. Funkcje przenoszenia rzeczy¬ wistego przyrzadu ze sprzezeniem ladunkowym mo¬ zna zapisac w postaci: 911163 91116 4 H (s) = H' (s) e-sT gdzie T jest wartoscia wprowadzanego przez przy¬ rzad opóznienia, a e-*? jest funkcja przenoszenia przyrzadu idealnego.Celem wynalazku jest opracowanie ukladu kom¬ pensacji dyspersji w przyrzadzie ze sprzezeniem ladunkowym zapewniajacego skuteczne tlumienie impulsów wystepujacych za impulsem glównym w sygnale wyjsciowym przyrzadu.Cel wynalazku osiagniety zostal przez to, ze uklad wedlug wynalazku zawiera co najmniej jeden ob¬ wód korekcji amplitudy sygnalu dolaczony do przy¬ rzadu ze sprzezeniem ladunkowym dla elimina¬ cji znieksztalcen sygnalu wynikajacych z dyspersji.Obwód korekcji amplitudy sygnalu moze byc wla¬ czony szeregowo z linia opózniajaca dla wytwa-/; rzania na podstawie wejsciowego sygnalu analo¬ gowego wyjsciowego sygnalu ..kompensacyjnego równego skladowej znieksztalcajacej ale z prze¬ ciwnym znakiem. Kazdy obwód korekcji amplitu¬ dy sygnalu moze równiez wspólpracowac z jednym tylko stopniem opózniajacym dla próbkowania sy¬ gnalu w tym stopniu i korygowania jego ampli¬ tudy, przy czym obwód korekcyjny ma wyjscie dolaczone do wejscia stopnia opózniajacego dla al¬ gebraicznego sumowania z przeciwnym znakiem sygnalu korekcyjnego z sygnalem analogowym przenoszonym przez stopien opózniajacy.W przypadku zastosowania przyrzadu ze sprze¬ zeniem ladunkowym do skonstruowania dopasowa¬ nego filtru analogowego uklad wedlug wynalaz¬ ku zawiera korzystnie szereg obwodów korekcji amplitudy sygnalu wlaczonych w obwody laczace itopnie próbkujace z sumatorem dla korygowania amplitud sygnalów przenoszonych przez te obwo¬ dy przez eliminowanie z wykrytych sygnalów skla¬ dowych wynikajacych ze strat przy transporcie ladunku oraz dla okreslenia wybranej funkcji fil¬ tracyjnej. Korzystnie pewna liczba obwodów ko¬ rekcyjnych okresla dodatnie wspólczynniki korek¬ cyjne i jest dolaczona do jednego wejscia sumato¬ ra, a pozostale obwody korekcyjne okreslaja wspól¬ czynniki ujemne i sa dolaczone do drugiego wej¬ scia sumatora, przy czym sumator wytwarza sko¬ rygowany sygnal wyjsciowy przez algebraiczne sumowanie skorygowanych sygnalów podawanych przez obwody laczace.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat blokowy dopasowanego filtru analogowego z ukladem kompensacji dyspersji, fig. 2a — ksztalt przykladowego pojedynczego sygna¬ lu wejsciowego filtru, fig. 2b — ksztalt sygnalu w przyrzadzie ze sprzezeniem ladunkowym po n- -tym stopniu, przy czym wspólczynnik sprawnos¬ ci transportu ladunku kazdego stopnia wynosi a, fig. 2c — ksztalt sygnalu korekcyjnego eliminuja¬ cego skladowa znieksztalcajaca sygnalu z fig. 2b, fig. 2d — schemat blokowy obwodu korekcyjnego w n-tym wezle realizujacego korekcje k-tego stop¬ nia, fig. 3 — sygnal wyjsciowy idealnego filtru dla 50-cio bitowego uprzednio wybranego kodu, fig. 4 — sygnal wyjsciowy filtru rzeczywistego dla kodu analogicznego jak na fig. 3, przy czym a = — 0,01, fig. 5a — schemat blokowy 13-stopniowego dopasowanego filtru analogowego wedlug wynalaz¬ ku, dopasowanego do kodu binarnego, fig. 5b — - schemat ideowy jednego z ukladów wezlowych fil¬ tru przedstawionego na fig. 5a, fig. 6a i 6b — impuls i skorelowane sygnaly wyjsciowe dopaso- b wanego filtru analogowego z fig. 5, w którym dys¬ persja nie jest skompensowana, fig. 6c i 6d — im¬ puls i skorelowne sygnaly wyjsciowe dopasowa¬ nego filtru analogowego z fig. 5, w którym dysper¬ sja jest skompensowana w ukladzie wedlug wyna¬ lazku, fig. 7 — schemat blokowy polaczenia szere¬ gowego ukladu kompensacji dyspersji z linia opóz¬ niajaca, fig. 8 — schemat ideowy ukladu kompen¬ sacji znieksztalcen z fig. 7, fig. 9 — schemat bloko¬ wy polaczenia równoleglego ukladu kompensacji znieksztalcen z linia opózniajaca, fig. .10 — sche¬ mat blokowy ukladu wedlug fig. 9 zapewniajace¬ go korekcje stopnia wyzszego niz uklad z fig. 9.Na fig. 1 przedstawiony jest schemat blokowy dopasowanego filtru analogowego z elementami eliminujacymi znieksztalcenia. Filtr obejmuje sto¬ pien próbkujacy S i M stopni opózniajacych D, z których kazdy opóznia sygnal o czas równy okre¬ sowi sygnalu z generatora zegarowego oraz wpro¬ wadza okreslone rozproszenie ladunku. Wspólczyn¬ nik a sprawnosci transportu ladunku okresla sie jako stosunek ilosci ladunku odbieranego na wyj¬ sciu stopnia do poczaftkowej ilosci tego ladunku, wprowadzonej na wejscie tego stopnia. Calkowita sprawnosc transportu ladunku przyrzadu kilku¬ stopniowego okresla sie jako iloczyn wspólczyn¬ ników a sprawnosci transportu ladunku charakte¬ ryzujacych poszczególne stopnie. Elementy elimi¬ nujace znieksztalcenia w ukladzie z fig. 1 stano¬ wia równolegle filtry korekcyjne, z których kazdy jest przyporzadkowany jednemu wezlowi przyrza¬ du ze sprzezeniem ladunkowym. Schemat bloko¬ wy jednego z takich filtrów przedstawia fig. 2d.Kazdy z filtrów ma inne parametry, a wszystkie filtry razem skladaja sie na matryce korekcyjna przedstawiona na fig. 1. Sygnaly wyjsciowe fil¬ trów mnozy sie przez odpowiednie wspólczynniki korekcyjne hi, przy czym parametr i przyjmuje wartosci od 1 do M, a nastepnie sumuje sie w ukla¬ dzie sumujacym 12.Schemat ukladu eliminujacego znieksztalcenia, przedstawiony na fig. 1, stanowi podstawe dla praktycznej realizacji takiego ukladu oraz dla ma¬ tematycznego okreslania wspólczynników korekcji.Matryce korekcyjna mozna polaczyc ze wspól¬ czynnikami korekcyjnymi hi dla uzyskania zmo¬ dyfikowanych wspólczynników korekcyjnych h'j.Jezeli korekcja znieksztalcen na wszystkich we¬ zlach powinna byc k-tego stopnia zmodyfikowany filtr musi obejmowac M+k stopni opózniajacych i M+k zmodyfikowanych wspólczynników korekcji h'j, przy czym parametr przyjmuje wartosci od 1 do M+k.W celu ilustracji rozwazmy przyklad filtru do¬ pasowanego do nastepujacej binarnej 50-bitowej sekwencji: + —| 1 f- —I- — + —.— + —+ - ++-+ + • +:+^ ++ —++++--+ + .Sygnal wyjsciowy filtru idealnego, gdy na jego wejscie jest przylozony wlasciwy kod, jest przed¬ stawiony ogólnie na fig. 3 jako wykres 14, Ana- 40 45 50 55 605 91116 tf logiczny wykres dla filtru rzeczywistego o spraw¬ nosci transportu ladunku 99,5°/o, a wiec a ~ 0,01, przedstawia fig. 4. Wysokosc odpowiedniego piku zmniejszyla sie z 50 dla filtru idealnego do 36,48, a mozliwy dla uzyskania stosunek sygnalu do szu- 5 mu zmniejszyl sie z 50 (17 dB) do 44,61 (16,5 dB).Znieksztalcenia wprowadzane do przenoszonego sygnalu przez przyrzad typu CT ilustruja fig. 2a i 2b. Na fig. 2a przedstawiony jest przykladowy sygnal wejsciowy przyrzadu typu CT. Na fig. 2b io przedstawiony jest przebieg 16' sygnalu wyjscio¬ wego z n-tego stopnia przyrzadu typu CT, sta¬ nowiacego odpowiedz przyrzadu na impuls 16 z fig. 2a. Przy sporzadzaniu rysunku przyjeto zalo¬ zenie, ze kazdy ze stopni przyrzadu ma taki sam 15 wspólczynnik a sprawnosci transportu ladunku.Amplituda impulsu wyjsciowego 16' jest zmniej¬ szona w porównaniu z amplituda impulsu 16 o wartosc n a. Poza tym tylne zbocze impulsu zo¬ staje przeciagniete, co obrazuje czesc 18 przebie- 20 gu 16'.Zaleznosc wspólczynników korekcyjnych Dn fil¬ tru rzeczywistego od wspólczynników korekcyj¬ nych Cn filtru idealnego okresla równosc: P Dn =J] Cn-lAin_1 1 = 0 gdzie Ai sa wartosciami wspólczynników korekcji okreslonych stopni obwodu kompensacyjnego wspólpracujacego z n-tym wezlem przyrzadu typu CT, a p ma wartosc mniejsza od k lub n-1, przy czym k okresla rzad kompensacji rozpraszania la¬ dunku. Z kolei wartosc sygnalu U^m) w I-tym stopniu przyrzadu typu CT w przypadku, gdy po- 35 jedynczy sygnal o jednostkowej amplitudzie do¬ starczany byl przez m-1 okresów zegarowych, okre¬ slona jest zaleznoscia: mr 40 UT (m) = — (1 - a)l a m~l 1! (m -1)! gdzie a jest wartoscia wspólczynnika sprawnosci transportu ladunku, a 1 jest liczba calkowita mniejsza od m. Nalezy zaznaczyc, ze dla przyrza- 45 du idealnego, którego a = 0, Ux (m) = aml. Zgod¬ nie z fig. 2d, wspólczynniki korekcyjne At filtru wspólpracujacego z n-tym wezlem przyrzadu typu CT dla przeprowadzenia korekcji k-tego stopnia, przy zalozeniu, ze calkowita sprawnosc transportu 50 ladunku w danym przyrzadzie wynosi na, wyzna¬ czyc mozna wobec tego z nastepujacych równan: A?Un(n)=l U A?Un(n+.l) + A?Un + 1 (n + l) = 0 (2) A*Un (n + ^ + AfUn^! (n + 2) + » + A*Un + 2 (n + 2) = 0 A?Un (n + k) + A?Un + 1 (n + k)+ W + ....+A£Un + k (n + k) = 0 Tablica zawiera zestawienie danych dotyczacych porównania parametrów dopasowanych filtrów analogowych ze sprzezeniem ladunkowym: ideal¬ nego, rzeczywistego bez korekcji i rzeczywistego z korekcja wedlug wynalazku.Tablica Amplituda sygnalu Stosunek sy¬ gnalu do szumu Filtr.Idealny 50,00 50,00 Bez ko¬ rekcji 36,48 44,61 Z korek¬ cja 50,00 49,99 Na fig. 5a przedstawiony jest schemat blokowy 13-stopniowego filtru dopasowanego dla 11-bitowe¬ go kodu Barkera - -++4 h+"—+» który to filtr zostal skonstruowany technika konwencjo¬ nalna, z wykorzystaniem niniejszego wynalazku.Poszczególne stopnie opózniajace 20 stanowia po¬ jedyncze elementy typu BB, z których kazdy obej¬ muje jedna pare tranzystorów polowych. Sygna¬ ly z kazdego z wezlów filtru wyprowadzane sa na bramki dodatkowych tranzystorów polowych 22 z izolowana bramka, co przedstawia fig. 5b. Wypro¬ wadzone sygnaly sa poddawane korekcji w ele¬ mentach korekcyjnych 24 i podawane przewoda¬ mi 26 i 28 na, wejscia sumatora 30 w postaci wzmacniacza róznicowego, odpowiednio sygnaly róznicowe i sumacyjne. Jezeli mozliwe jest okre¬ slenie strat transportowanego ladunku mozna za¬ projektowac elementy korekcyjne dla uzupelnia¬ nia przenoszonej informacji. Jezeli wyprowadza¬ nie i sumowanie sygnalu realizowane jest za po¬ moca wtórnika zródla, jak to przedstawia fig. !b, impedancja 32 moze zostac zrealizowana technika MOS, a jej wartosc moze zostac okreslona sto¬ sunkiem szerokosci do dlugosci lub napieciem polaryzujacym bramke. Jezeli wyprowadzanie sy¬ gnalu realizowane jest za pomoca dodatkowej elek¬ trody, jak ma to zwykle miejsce w przypadku przyrzadów typu CC, korekcje realizuje sie przez odpowiednie rozmieszczenie wezlów. Mozna tu za¬ stosowac dowolna technike odbierania informacji na wyjsciu elementu typu BB lub CC. W przed¬ stawionym przykladzie wykonania element korek¬ cyjny jest zrealizowany za pomoca zewnetrznego regulowanego rezystora. Zastosowany przyrzad ze sprzezeniem ladunkowym ma sprawnosc transpor¬ tu ladunku 98%, tzn. a - 0,02, a znieksztalcenia wprowadzane przez uklad ilustruja fig. 6a i 6b.Natomiast fig. 6c i 6d przedstawiaja analogiczne* przebiegi dla filtru z optymalnie wybranymi wspól¬ czynnikami korekcji.Na fig. 7 jest przedstawiona analogowa linia opózniajaca 38, której funkcja przenoszenia ma postac H(s)=*H'(s) e-sT. idealna linia opózniaja¬ ca ma funkcje przenoszenia H(s)*e-sT. Na wej¬ sciu linii opózniajacej 38 wlaczony jest uklad kom¬ pensacyjny w postaci obwodu korekcji amplitudy 40, którego funkcja przenoszenia ma postac H'_1(s).T 91116 8 Powoduje to unikniecie skutków rozpraszania la¬ dunku w linii 38. ^ Fig. 8 przedstawia schemat ukladu polaczen fil- . tru 40, zbudowanego przy wykorzystaniu tranzy¬ storów polowych z izolowana bramka. Filtr 40' wspólpracujacy z wezlem 46 przyrzadu typu CT, stanowi realizacje korekcji pierwszego stopnia, k = 1. Pierwszy wspólczynnik korekcyjny ma war¬ tosc 1 i jest realizowany przez tranzystory T7 i T8, a dodatkowy wspólczynnik korekcyjny ma wartosc ujemna, równa wzmocnieniu inwertera na tran¬ zystorach Tl, T2, T10.Impuls wejsciowy jest wprowadzany na wejscie elementu typu BB linii opózniajacej przez kon¬ densator Ct wspóldzialajacy z generatorem zegaro¬ wym 0j. Impuls wejsciowy dostarczany jest jed¬ noczesnie na bramke tranzystora T10. Tranzystory Tl, T2 i T10 sa polaczone w uklad inwertera, któ¬ rego wzmocnienie jest selektywnie regulowane po¬ przez zmiane napiecia zasilajacego Vc przylozonego na bramke tranzystora T2. Opisany inwerter wy¬ twarza na wyjsciu 42 ujemny sygnal, którego war¬ tosc bezwzgledna równa jest skladowej znieksztal¬ cajacej wprowadzanej przez przyrzad ze sprzeze¬ niem ladunkowym. Wzmocnienie inwertera jest regulowane tak, aby amplituda tego wyjsciowego sygnalu 44 stala sie równa amplitudzie przecia¬ gnietej czesci 18 impulsu wyjsciowego 16' przyrza¬ du CT. Ksztalt sygnalu 44 przedstawia fig. *2c.Poniewaz czesc 18 ma dlugosc równa okresowi sygnalu zegarowego wiec jezeli sygnal 44 jest la¬ czony z sygnalem 16 podczas okresu opóznienia nastepujacego natychmiast po impulsie 16, znie¬ ksztalcenia na wyjsciu linii opózniajacej 38 zosta¬ na zasadniczo wyeliminowane.Opóznienie o jeden okres zegarowy sygnalu wyjsciowego 44 zgromadzonego na kondensatorze C2 realizuja tanzystory T4 i T5 i wspólpracujace z nimi generatory zegarowe 0! i 02. Odwrócony sygnal 44 jest dostarczany za posrednictwem tran¬ zystora T6 bramkowanego sygnalem z generatora zegarowego 0* do wezla sumujacego 46 po uply¬ wie jednego okresu sygnalu zegarowego od chwili pojawienia sie sygnalu wejsciowego, co powoduje usuniecie znieksztalcen wprowadzanych przez li¬ nie opózniajaca. Oczywiscie poczatkowo sygnal zo¬ stanie przekompensowany. Wielkosc przekompen- sowania stopniowo maleje wraz z przechodzeniem sygnalu wzdluz linii. Rozwiazanie przedstawione na fig. 7 zapewnia realizacje korekcji znieksztal¬ cen bez potrzeby wyprowadzania sygnalu w kaz¬ dym wezle przyrzadu ze sprzezeniem ladunkowym.Na fig. 9 jest przedstawione rozwiazanie wedlug wynalazku, w którym dla kompensacji znieksztal¬ cen wprowadzanych przez przyrzad typu BB za¬ stosowany jako linia opózniajaca wprowadzono re¬ generator 50; Sygnal wejsciowy regeneratora 50 pobierany jest z wezla 52 stanowiacego wyjscie stopnia opózniajacego 54. Sygnal ten jest mnozo¬ ny przez okreslony wspólczynnik korekcyjny y dla wytwarzania sygnalu o wartosci odpowiadaja¬ cej wartosci znieksztalcen wprowadzanych przez poprzedni stopien opózniajacy, a nastepnie odejmo¬ wany od sygnalu z poprzedniego stopnia opóznia¬ jacego. Korekcje wyzszego stopnia uzyskuje sie w tym przypadku przez Wprowadzenie do kilku po¬ przednich stopni opózniajacych analogicznie sko¬ rygowanych sygnalów. Schemat takiego ukladu przedstawia fig. 10. Analogowa linia opózniajaca obejmuje pewna liczbe stopni opózniajacych 70 na elementach typu BB. Sygnal jest pobierany w we¬ zle 72 i jest mnozony przez okreslone wspólczyn¬ niki korekcyjne —Yi» —Y*» —Ya i —74- Skorygowa¬ ne sygnaly zostaja nastepnie dostarczone poprzez odpowiednie petle ujemnego sprzezenia zwrotnego io do wezlów 74, 76, 78 i 80 stanowiacych wezly po¬ szczególnych poprzednich stopni.Wynalazek zostal opisany szczególowo w oparciu o przykladowe rozwiazania, jednakze oczywiste jest dla fachowców, ze moga byc dokonane rózne zmia- ny bez oddalania sie od istoty i zakresu wynalaz¬ ku. PL