CH629630A5 - Transversalfilter mit mindestens einem analogen schieberegister und verfahren zu dessen betrieb. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Transversalfilter mit mindestens einem analogen Schieberegister.
Bisher bekannte Transversalfilter dieser Art sind mit ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtungen aufgebaut und so verwenden entweder das «Split Electrode»-Prinzip oder die Verschiebevorrichtung besitzt Parallelausgänge, an denen das Signal entnommen werden kann. Diese bekannten Ausführungen sind beispielsweise in der Veröffentlichung «Charge Trans-fer Devices» von Tompsett, N.F., Sequin C.H. in Academic 55 Press Inc. New York, San Francisco, London, 1975 angegeben. Danach wird beim «Split Electrode»-Prinzip durch die Aufteilung der einzelnen Elektroden der Verschiebevorrichtung und beim anderen Prinzip durch eine Bewertung der Parallelausgänge die gewünschte Filterfunktion als Impulsantwort reali-60 siert, d. h. ein kurzer Impuls als Eingangssignal liefert die gewünschte Impulsantwort als Ausgangssignal.
Beim vorstehend angegebenen «Split Electrode»-Prinzip wird das Ausgangssignal aus der Differenz zweier grosser Spannungen gebildet, was schaltungstechnisch grosse Pro-65 bleme aufwirft. Ein weiteres Problem liegt darin, dass im ungünstigsten Fall kleine Ladungspakete auf grosse Flächen verteilt sind. Beim Verfahren mit Parallelausgängen sind «Floating Gate-Amplitifier» notwendig, die durch ihren komplizierten
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Aufbau beispielsweise eine Mehrlagenmetallisierung erfordern und dadurch Probleme bei der Herstellung und weitere Probleme beim Betrieb, beispielsweise wegen Dämpfung durch Spannungsteilung, mit sich bringen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Transversalfilter der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach aufgebaut und betrieben werden kann.
Die Erfindung löst die Aufgabe in der Weise, dass wenigstens ein analoges Schieberegister mit einer Mehrzahl von Speicherplätzen, welches eine Anzahl Paralleleingänge und einen Serienausgang aufweist, vorgesehen ist, dass eine Anzahl einzelner Bewerterschaltungen vorgesehen sind, wobei jede Bewerterschaltung zumindest einen Signaleingang und zumindest einen Ausgang aufweist, und dass der Ausgang einer jeden Bewerterschaltung über ein Schaltelement an einen zugehörigen Paralleleingang des analogen Schieberegisters angeschlossen ist.
Gemäss weiterer Erfindung wird das Transversalfilter so betrieben, dass an den Signaleingang jeder Bewerterschaltung stets das zu filternde Eingangssignal angelegt wird, dass über eine Bewerterschaltung durch Schliessen eines Schaltelementes mindestens dann eine Ladungsmenge in das Schieberegister eingelesen wird, wenn eine Ladungsmenge vom unmittelbar benachbarten Speicherplatz mit Paralleleingang, an den mindestens eine Bewerterschaltung über ein Schaltelement angeschlossen ist, in den Speicherplatz mit Paralleleingang, an den die erstgenannte Bewerterschaltung über ein Schaltelement angeschlossen ist, verschoben ist, und dass am Serienausgang das gefilterte Signal entnommen wird.
Besondere Vorteile eines erfindungsgemässen Transversal-filters liegen in seinem einfachen Aufbau, der in integrierter Technik besonders einfach zu realisieren ist, da eine Summierung einzelner Ladungs- oder Spannungskomponenten ausserhalb des analogen Schieberegisters entfällt, und in seiner einfachen Betriebsweise.
Die Patentansprüche 3 bis 17 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Transversalfilters nach der Erfindung. Die Patentansprüche 18 bis 21 sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemässen Verfahrens zum Betrieb des Transversalfilters gerichtet.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Transversalfilters nach der Erfindung und des Verfahrens zu seinem Betrieb werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer besonders einfachen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Transversalfilters.
Fig. 2 zeigt eine Realisierung eines Transversalfilters nach Fig. 1, wobei das Schieberegister als eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung für Drei-Phasen-Betrieb und die Bewerterschaltungen mit Kondensatorpaaren ausgebildet sind.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Realisierung durch die Fig. 2 längs der Schnittlinie A-A und darunter in Diagrammen I bis VI örtliche Potentialverläufe des Oberflächenpotentials im Substrat für verschiedene Betriebsweisen und Betriebs-zustände.
Fig. 4 zeigt, wie in einer Vorrichtung nach Fig. 2 das gefilterte Signal entsteht.
Fig. 5 und 6 zeigen schematisch den Aufbau jeweils eines Transversalfilters mit zwei Schieberegistern.
Fig. 7 zeigt ein Transversalfilter, bei dem jedem Paralleleingang des Schieberegisters zwei Bewerterschaltungen zugeordnet sind.
Fig. 8 zeigt eine Realisierung eines Transversalfilters mit einer ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung für Vier-Pha-sen-Betrieb.
Fig. 9 zeigt zum Vergleich weitere Varianten I' bis III' verschiedener Transversalfilter in schematischer Darstellung.
Fig. 10 zeigt in einem Diagramm IV' Verschiebetakte über die Zeit t und darunter in einem Diagramm V' den zeitlichen Verlauf des zu filternden Signals.
Die Fig. 11 bis 15 zeigen jeweils ein matrixförmiges Schema. Fig. 16 zeigt in zwei Diagrammen VI' und VII' über der Zeit t die Ausgangssignale von zwei verschiedenen Filtervarianten.
In der Fig. 1 ist mit 1 das analoge Schieberegister bezeichnet. Die einzelnen Speicherplätze dieses Schieberegisters sind mit 11 bis 18, die Paralleleingänge mit 110 bis 180 und der Serienausgang des Schieberegisters mit 19 bezeichnet. Die Bewerterschaltungen sind mit den Bezugszeichen 21 bis 28 versehen. Jede Bewerterschaltung weist einen Eingang zur Eingabe des zu filternden Signals und einen Ausgang auf. Diese Eingänge sind mit den Bezugszeichen 210 bis 280 und diese Ausgänge mit den Bezugszeichen 211 ' bis 281 ' versehen. Die individuellen Faktoren der Bewerterschaltungen sind symbolisch mit ai bis as bezeichnet und in die Bewerterschaltungen eingetragen. Der Ausgang einer jeden Bewerterschaltung ist über ein Schaltelement SCI bis SC8 mit einem zugehörigen Paralleleingang des Schieberegisters verbunden. Die Signaleingänge 210 bis 280 der Bewerterschaltungen sind mit einem gemeinsamen Signaleingang 20 verbunden. Die Kapazität eines jeden Speicherplatzes des Schieberegisters muss mindestens so gross sein, dass er stets die vom entgengengesetzt zur Verschieberichtung benachbarten Speicherplatz gelieferte maximale Ladungsmenge, und wenn es ein Speicherplatz mit Paralleleingang ist, zusätzlich die von der oder den zugeordneten Bewerterschaltungen gelieferten maximalen Ladungsmengen aufnehmen kann.
In der Fig. 1 ist die notwendige Kapazität eines jeden Speicherplatzes symbolisch durch die Grösse seiner Fläche dargestellt. Allgemein ergibt sich die erforderliche Kapazität eines Speicherplatzes aus der Summe aller Bewertungsfaktoren derjenigen Bewerterschaltungen, die an Speicherplätze vor ihm und an ihm angeschlossen sind mal dem Differenzbetrag aus dem Signalmaximum abzüglich dem Signalminimum des zu filternden Signals. Wird das Schieberegister mit Grundladung betrieben, wie anhand von Fig. 2 eingehend beschrieben ist, so ist die Kapazität eines jeden Speicherplatzes um diese Grundladung zu erweitern.
Beim Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Transversalfilters wird das Schieberegister in herkömmlicher Weise betrieben und an den gemeinsamen Signaleingang 20 das zu filternde Signal angelegt. Durch gleichzeitiges Öffnen sämtlicher Schaltelemente SCI bis SC8 werden die von den Bewerterschaltungen gelieferten Ladungsmengen, die bis auf die Bewertungsfaktoren dem augenblicklichen Signalwert entsprechen, parallel in das Schieberegister eingelesen. Nach dem Verschieben dieser Ladungsmengen um einen Speicherplatz zum Serienausgang hin wird erneut eingelesen usw.
Wird als zu filterndes Signal ein kurzzeitiger Impuls, dessen Impulsdauer kürzer ist als die Verschiebedauer von einem Speicherplatz zum nächsten, verwendet, so erhält man am Serienausgang 19 eine Impulsfolge, bei der bei ebenso vielen benachbarten Impulsen, wie Paralleleingänge vorhanden sind, die Impulsamplituden von einem mittleren Amplitudenwert abweichen. In zeitlicher Folge entspricht der Betrag der Abweichung den individuellen Faktoren as bis cu, d. h. der zeitlich erste Impuls mit abweichender Amplitude weicht um as, der nächste um ct7 usw. vom mittleren Amplitudenwert ab. Ob dieser Betrag zum mittleren Amplitudenwert hinzugezählt oder abgezogen wird, hängt von der Art der zugehörigen Bewerterschaltung ab. Liefert die zugehörige Bewerterschaltung eine Ladungsmenge, die bis auf den individuellen Bewertungsfaktor dem Differenzbetrag aus dem jeweiligen Signalwert des zu filternden Signals und einem Minimalwert entspricht, so wird der Betrag hinzugezählt, im anderen Falle, bei
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dem die gelieferte Ladungsmenge bis auf den individuellen Bewertungsfaktor dem Differenzbetrag aus einem Maximalwert und dem jeweiligen Signalwert des zu filternden Signals entspricht, abgezogen. Danach lässt sich mit einem Transversalfilter nach Fig. 1 eine vorgegebene Impulsantwort in sehr einfacher Weise folgendermassen realisieren: Die Impulsantwort ist als zeitliche Koeffizientenreihe dargestellt. Jeder Koeffizient gibt die Amplitude der Impulsantwort an einer bestimmten Stützstelle an. Den Bewerterschaltungen werden ebenso-viele benachbarte Speicherplätze mit Paralleleingang im Schieberegister zugeordnet. Die Bewerterschaltungen sind so ausgebildet, dass ihre Bewertungsfaktoren gleich den Koeffizienten sind, die die gewünschte Filterfunktion (= Übertragungsfunktion) realisieren. Die Bewerterschaltungen werden den Paralleleingängen entsprechend der durch die Filterfunktion bestimmten Reihenfolge der Koeffizienten entgegengesetzt zur Verschieberichtung nacheinander zugeordnet. Bei positiven Koeffizienten werden Bewerterschaltungen verwendet, die am Ausgang eine Ladungsmenge liefern, die bis auf den Koeffizienten dem Differenzbetrag aus dem jeweiligen Signalwert des zu filternden Signals und einem Minimalwert entspricht, und bei negativen Koeffizienten die andere oben genannte Art von Bewerterschaltungen.
In der Fig. 2 ist nun eine Realisierung eines Trans versalfil-ters nach Fig. 1 dargestellt. Es sind dabei abweichend von der Fig. 1 nur die ersten fünf Speicherplätze mit Paralleleingang und die ersten fünf Bewerterschaltungen vorhanden. Alle Bezugszeichen in diesem Teil der Fig. 1 (mit Ausnahme der Bezugszeichen SCI bis SC5) werden für die entsprechenden Vorrichtungen der Fig. 2 verwendet. In der Fig. 2 sind auf einer Oberfläche eines Substrats 10 aus dotiertem Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps das Schieberegister als ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung für Drei-Phasen-Betrieb und die Bewerterschaltungen als Kondensatorpaare realisiert. Die Verschiebevorrichtung besteht aus einer Reihe von Isolierschichtoder Sperrschichtkondensatoren mit äusseren Elektroden 111 bis 152, die auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sind. Der Abstand zwischen den äusseren Elektroden jeweils benachbarter Kondensatoren muss so klein gemacht werden (< 3 jj.m), dass eine Ladungsübertragung erfolgen kann. Jeder der Speicherplätze 11 bis 14 besteht aus jeweils drei benachbarten dieser Kondensatoren. Der Speicherplatz 15 besteht hier aus nur zwei Kondensatoren. Neben dem Kondensator mit der äusseren Elektrode 111 ist eine konventionelle Eingangsstufe und neben dem Kondensator mit der äusseren Elektrode 152 ist eine konventionelle Ausgangsstufe angeordnet, die aus einem Feldeffekttransistor 160 als Reset-Transistor und einem Verstärker 170, besteht, dessen Eingang 171 an die Sourceelek-trode 161 des Transistors 160 angeschlossen ist und an dessen Ausgang 172 das gefilterte Signal entnehmbar ist. Die Eingangsstufe dient lediglich zur Eingabe von Grundladung in die Verschiebevorrichtung. Sie besteht aus einem entgegengesetzt zum Substrat dotierten Gebiet 1100, das mit einem Anschlusskontakt 1101 versehen ist, und aus zwei nebeneinander angeordneten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensatoren mit äussseren Elektroden 1102 und 1103, wobei der Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensator mit der äusseren Elektrode 1102 unmittelbar neben dem dotierten Gebiet 1100 und der andere unmittelbar neben dem Kondensator mit der äusseren Elektrode 111 angeordnet ist. Die äussere Elektrode eines jeden dieser Kondensatoren ist mit einem Anschlusskontakt 11021 und 11031 versehen. Der Betrieb erfolgt nach der «fili and spill»-Methode, d. h. an die äusseren Elektroden 1102 und 1103 werden zwei verschiedene Spannungen angelegt, so dass unter der äusseren Elektrode 1103 eine Potentialmulde des Oberflächenpotentials gegenüber der anderen vorhanden ist. Durch kurzes Anlegen einer geeigneten Spannung an das dotierte Gebiet 1100 über dessen Anschlusskontakt 1101 werden beide Kondensatoren mit Ladungsträgern überflutet (im vorliegenden Fall mit Elektronen). Danach wird an das dotierte Gebiet eine Sperrspannung angelegt, wodurch sämtliche Ladungsträger, bis auf die in der Potentialmulde unter der äus-5 seren Elektrode 1103, in das dotierte Gebiet wieder zurückflies-sen. Die in der Potentialmulde gehaltene definierte Ladungsmenge wird als Grundladung in die Verschiebevorrichtung eingegeben, wenn am Kondensator mit der äusseren Elektrode 111 die maximale Taktspannungsdifferenz anliegt. Die äusseren io Elektroden 111 bis 152 sind entsprechend dem Drei-Phasen-Betrieb an drei Taktleitungen 31 bis 33 angeschlossen. Die in jedem Speicherplatz an gleicher Stelle liegenden Kondensatoren sind mit ihren äusseren Elektroden an dieselbe Taktleitung angeschlossen.
15 Neben Kondensatoren, die an dieselbe Taktleitung angeschlossen sind, im vorliegenden Fall die Taktleitung 32, sind die Bewerterschaltungen 21 bis 25 angeordnet. Jede Bewerterschaltung besteht aus einem an der Oberfläche des Substrats angeordneten Kondensatorpaar, bestehend aus einem ersten 20 Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensator mit einer äusseren Elektrode 211 bis 251, der ein an der Oberfläche des Substrats befindliches, mit einem Anschlusskontakt 41 versehenes Gebiet 40, das entgegengesetzt zum Substrat dotiert ist,
berührt (das soll bedeuten, dass der seitliche Abstand der äusse-25 ren Kondensatorelektrode (<3 um ist) und aus einem dicht (<3 |j.m) neben dem ersten angeordneten zweiten Isolierschichtoder Sperrschichtkondensator mit einer äusseren Elektrode 212 bis 252. Jeweils der zweite Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensator weist eine Kapaziät bzw. Fläche auf, die 30 dem Bewertungsfaktor entspricht. Der Bewertungsfaktor ist in der Fig. 2 symbolisch durch den Flächeninhalt der äusseren Elektroden 212 bis 252 der zweiten Kondensatoren dargestellt. Speziell ist gewählt: ct2 = 2ai, ct3 = 2ct2, cu = Viai und as = 'Zia4.
Entsprechend ist in der Verschiebevorrichtung die erfor-35 derliche Kapazität eines jeden Kondensators symbolisch durch dessen Flächeninhalt dargestellt. Speziell sind die Bewerterschaltungen 21,23 und 25 für positive Koeffizienten und die Bewerterschaltungen 22 und 24 für negative Koeffizienten und die Bewerterschaltungen 22 und 24 für negative Koeffizienten 40 eingerichtet. Dementsprechend sind die äusseren Elektroden 212,221,232,241 und 252 mit dem gemeinsamen Signaleingang 20 verbunden, die äusseren Elektroden 211,231,251 mit einem Anschluss 51, an den eine erste feste Spannung (Minimalwert), deren Wert höchstens gleich dem Signalminimum des zu fil-45 ternden Signals ist, gelegt ist, und die äusseren Elektroden 222 und 242 mit einem zweiten Anschluss 52 zum Anlegen einer zweiten festen Spannung (Maximalwert), deren Wert mindestens gleich dem Signalmaximum des zu filternden Signals ist. Der Ausgang einer jeden Bewerterschaltung befindet sich bei so den zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensatoren. Die Gegenelektrode, d. h. der Bereich unter der äusseren Elektrode eines jeden dieser zweiten Kondensatoren ist über ein Schaltelement bzw. Ladungsübertragungselement mit der Gegenelektrode des zugehörigen Kondensators der Verschie-55 bevorrichtung verbunden. Sämtliche Schaltelemente weisen eine für alle Bewerterschaltungen gemeinsame Torelektrode 60 auf, die mit einem dritten Anschluss 53 verbunden ist und die durch eine elektrisch isolierende Schicht von der Substratoberfläche getrennt ist. Der seitliche Abstand der Torelektrode zu 60 den entsprechenden Kondensatoren der Verschiebevorrich-tung und der Bewerterschaltung muss hinreichend schmal (<3 Jim) gemacht werden. Um dabei einen Ladungsfluss unter der Torelektrode in deren Längsrichtung zu verhindern, ist es zweckmässig, sie zwischen den Bewerterschaltungen auf eine 65 dickere Isolierschicht zu legen. Die Schaltelemente bzw. Ladungsübertragungselemente könnten auch Feldeffekttransistoren sein.
Anhand der Fig. 3 sei nun die Wirkungsweise einer
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Bewerterschaltung nach Fig. 2, die ebenfalls nach der «fili and spilI»-Methode erfolgt, näher erläutert. Dazu zeigt Fig. 3 einen Querschnitt durch das Transversalfilter nach Fig. 2 längs der Schnittlinie A-A. Unter diesem Querschnitt sind in Diagrammen I bis VI örtliche Potentialverläufe des Oberflächenpoten- 5 tials (p im Substrat für verschiedene Betriebsweisen und Betriebszustände dargestellt. Der Querschnitt zeigt nun das Substrat 10, beispielsweise p-dotiertes Silizium, mit dem Substratanschluss 101. Auf der Oberfläche des Substrats ist eine elektrisch isolierende Schicht 100, beispielsweise aus Silizium- io oxid, aufgebracht, auf der sich die äusseren Elektroden 111,212 und 211 und die Torelektrode 60 befinden. Neben der Elektrode 211 befindet sich unmittelar unter der Substratoberfläche das entgegengesetzt dazu dotierte Gebiet 40. Der Bewerterschaltung 21, die im Querschnitt dargestellt ist, ist ein positiver 15 Koeffizient zugeordnet. Anhand der Diagramme I bis III in Fig. 3 sei die Betriebsweise dafür näher erläutert. An der äusseren Elektrode 211 liegt stets die erste feste Spannung UMlN, während an der äusseren Elektrode 212 stets der momentane Signalwert anliegt. Nachdem eine Ladungsmenge in die Ver- 20 schiebevorrichtung transferiert wurde, wird sie durch Anlegen einer Spannung U3, die kleiner als UM|N ist, an die Torelektrode 60 mittels einer sogenannten Potentialbarriere von dem Oberflächenbereich des Substrats unterhalb der äusseren Elektrode 212 abgetrennt. Danach wird an den Anschluss 41 eine Span- 25 nung U2 angelegt, die zwischen UM1N und Uj liegt. Dadurch werden die Oberflächenbereiche des Substrats unter den Elektroden 211 und 212 mit Elektronen überflutet. Im Diagramm I sind die Verhältnisse schematisch dargestellt. Die gestrichelte Kurve 35 gibt den örtlichen Verlauf des Oberflächenpotentials 30 im Substrat vor dem Überfluten, die strichpunktierte Kurve 35' nach dem Überfluten schematisch wieder. Der schraffierte Bereich deutet den mit Elektronen überfluteten Bereich an. Us gibt den augenblicklichen Signalwert an. Eigentlich müsste in erster Näherung von UM|N, Us und Us noch die Einsatzspan- 35 nung, um die das Oberflächenpotential gegenüber der Spannung an den äusseren Elektroden jeweils verringert ist, abgezogen werden, jedoch ist dies hier und im folgenden der Einfachheit halber vernachlässigt. Nach dem Überfluten wird am Anschluss 41 die Spannung über UM|N hinaus auf einen Wert U4 40 erhöht. Diagramm II stellt die Verhältnisse (Kurve 35") für diesen Fall dar. Wie daraus zu ersehen ist, sind ausser im Gebiet 40 nur noch unter der Elektrode 212 Elektronen gespeichert. Die gespeicherte Ladungsmenge ist gleich dem Produkt aus der Kapazität dieses Isolierschichtkondensators mit der äusseren 45 Elektrode 212 mal der Differenz Us~UMin. Anschliessend wird die Spannung an der Torelektrode 60 über Us hinaus auf einen Wert Us, der vorteilhafterweise grösser als das Signalmaximum gewählt wird, erhöht. Erscheint nun an der äusseren Elektrode 111 die maximale Taktspannung, die grösser oder gleich U5 50 gewählt ist, wird die unter der Elektrode 212 gespeicherte Ladungsmenge in den Oberflächenbereich des Substrats unter der Elektrode 111 transferiert und der Vorgang beginnt von neuem. Diagramm III stellt hierfür die Potentialverhältnisse durch die Kurven 36 und 36' dar, wobei die gestrichelte Kurve 55 36 die Verhältnisse zu Beginn des Ladungstransfers und die strichpunktierte Kurve 36' die Verhältnisse zu Beginn des Ladungstransfers darstellt.
Es sei nun angenommen, dass der Bewerterschaltung 21 ein negativer Koeffizient, wie es eigentlich bei den Bewerterschaltungen 22 und 24 der Fall ist, zugeordnet ist. In diesem Fall liegt an der Elektrode 211 stets das Signal Us und an der Elektrode 212 stets die zweite feste Spannung UMAX an. Wie vorher wird nach dem Transfer einer Ladungsmenge in die Verschiebevorrichtung an die Torelektrode 60 zunächst eine Spannung angelegt, die kleiner als der Signalwert Us ist. Zweckmässigerweise ist es wiederum die Spannung U3. Danach wird an den Eingang
41 eine Spannung angelegt, die kleiner als Us ist. Zweckmässigerweise wird sie gleich der Spannung U2 gewählt. Wie im vorhergehenden Fall werden die Bereiche unter den Elektroden 211 und 212 mit Elektronen überflutet. Diagramm IV stellt die Verhältnisse dar. Die gestrichelte Kurve 37 gibt den Verlauf des Oberflächenpotentials im Substrat vor dem Überfluten, die strichpunktierte Kurve 37' nach dem Überfluten an, der schraffierte Bereich den mit Elektronen überfluteten Anteil. Anschliessend wird wiederum die Spannung am Anschluss 41 über den Signalwert Us, zweckmässigerweise sogar über UMAX hinaus erhöht, so dass eine Spannung U& dort anliegt. Unter der Elektrode 212 ist jetzt eine Ladungsmenge gespeichert, die gleich ist der Kapazität des Kondensators mit der äusseren Elektrode 212 mal der Differenz UMAX-US. Diagramm V zeigt diese Verhältnisse (Kurve 37"). Anschliessend wird die Spannung an der Torelektrode 60 auf UMAX oder darüber hinaus erhöht und die unter der Elektrode 212 gespeicherten Elektronen können in den Kondensator mit der äusseren Elektrode 111 abfliessen, wenn an dieser die maximale Taktspannung anliegt. Die gestrichelte Kurve 38 bzw. die strichpunktierte Kurve 38' im Diagramm VI geben den Verlauf des Oberflächenpotentials vor und nach Beendigung des Ladungstransfers an.
Bei dem soeben geschilderten Betriebsverfahren war p-dotiertes Substrat vorausgesetzt, d. h. sämtliche Spannungen sind gegenüber dem Substratpotential positiv. Bei n-dotiertem Substrat ist lediglich die Polarität sämtlicher Spannungen umzukehren, wobei jetzt dem Wert UMAX der grösste negative Wert und Umin der kleinste negative Wert entspricht.
In der Fig. 4 wird nun in einem Zeitschema gezeigt, wie die über die einzelnen Bewerterschaltungen eingegebenen Ladungsmengen im analogen Schieberegister addiert werden, so dass das gewünschte gefilterte Signal entsteht. Als Eingangssignal wird ein kurzzeitiger Impuls verwendet. Als gewünschte Impulsantwort ist die Kurve 70 vorgegeben, die durch die Koeffizienten cti bis as angenähert ist. Nach der Beschreibung zu Fig. 2 gilt dabei speziell C12 = -2ai, a3 = 4cti, cu = -2ai und as = ai. Die zugehörigen Paralleleingänge bzw. Speicherplätze sind darunter auf der mit x bezeichneten Abszisse durch entsprechend gekennzeichnete Punkte markiert. Der Ausgang des Schieberegisters ist auf der Abszisse x durch einen Pfeil markiert. Die Zeitpunkte to bis tu auf der nach unten gerichteten Ordinate markieren die Zeitpunkte aufeinanderfolgender Einlesevorgänge. Parallel zur Ordinate ist das zu filternde Signal dargestellt. Im Schema bedeutet ein Querstrich, dass keine Ladungsmenge vorhanden bzw. eingelesen wird. Zum Zeitpunkt to wird das erste Mal eingelesen. Da der Signalwert «0» ist, also dem Signalminimum entspricht, wird in die Speicherplätze 11,13 und 15 keine Ladungsmenge eingelesen, während in die Speicherplätze 12 und 14 die maximal erzeugbare Ladungsmenge eingelesen wird. Diese maximale Ladungsmenge entspricht dabei einem Vergleichszahlenwert von 2cu. Nach dem Verschieben dieser Ladungsverteilung um einen Speicherplatz wird zum Zeitpunkt ti erneut die ursprüngliche, dem Zeitpunkt to entsprechende Ladungsverteilung eingelesen und hinzuaddiert. Dies setzt sich sukzessive fort bis zum Einlesen zum Zeitpunkt ts. Nach diesem Einlesen liegt an den Bewerterschaltungen das Signalminimum an, so dass an d^n Speicherplätzen 12 und 14 keine Ladungsmenge, an den Speicherplätzen 11 und 15 eine dem Vergleichszahlenwert ai entsprechende und am Speicherplatz 13 eine dem Vergleichszahlenwert ai entsprechende Ladungsmenge anliegen. Diese Ladungsverteilung wird zum Zeitpunkt t6 auf die um einen Speicherplatz verschobene Ladungsverteilung vom Zeitpunkt ts hinzuaddiert. Nach dem Einlesen zum Zeitpunkt 16 ist der Signalwert wieder «0», so dass im folgenden wieder die ursprüngliche, dem Zeitpunkt to entsprechende Ladungsverteilung eingelesen und hinzuaddiert wird. Zum Zeitpunkt tu hat
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man bereits die vollständige Filterfunktion erhalten, die wiederum durch die Kurve 70 gekennzeichnet ist.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird als Verschiebevorrichtung eine übliche Verschiebevorrichtung für Drei-Phasen-Betrieb verwendet. Bei Siliziumsubstrat besteht bei Verwen- 5 dung von Isolierschichtkondensatoren die elektrisch isolierende Schicht vorzugsweise aus Siliziumdioxid und die äusseren Elektroden 111 bis 152 usw. bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Es sind jedoch alle möglichen Arten von Verschiebevorrichtungen für diese Ausführungsform geeignet, beispiels- to weise Verschiebevorrichtungen für den Zwei-Phasen-Betrieb oder Vier-Phasen-Betrieb in Aluminium-Silizium-, Silizium-Sili-zium-, oder Aluminium-Aluminium-Technologie oder Verschiebevorrichtungen für den Drei-Phasen-Betrieb in einer dieser genannten Technologien. 15
Da in einer ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung jeder Speicherplatz so viele Kondensatorelemente aufweist, wie Taktleitungen vorhanden sind, ist es möglich, mit einer solchen ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung soviele verschiedene Filterfunktionen zu realisieren, wie Taktleitungen 20 vorhanden sind. Dabei sind neben den Kondensatorelementen jeder Taktleitung Paralleleingänge und Bewerterschaltungen vorzusehen. Das Einlesen von Ladungsmengen entsprechend den Koeffizienten der gewünschten Filterfunktion geschieht dadurch, dass während der entsprechenden Taktphase die 25 Torelektrode geöffnet wird.
Stellt man nun eine allgemeine Beziehung auf, die die an einem Transversalfilter gemäss Fig. 1 auftretenden Einlese-und Addiervorgänge von einzelnen Ladungsmengen berücksichtigt, so ergibt sich für das am Ausgang 19 auftretende, gefilterte 30 Ausgangssignal ua:
k =
,= I
«k • ue • [t — (8—k) x].
Hierbei ist das am Eingang 20 anliegende, zu filternde Signal mit ue(t) bezeichnet, während t die Zeitdauer darstellt, in der eine eingelesene Ladungsmenge von einem Speicherplatz, z. B. 14, zu dem in der Verschieberichtung nächstfolgenden Speicherplatz, z. B. 15, verschoben wird. Für ein Transversalfil- 40 ter nach Fig. 2, dessen Betriebsweise an Hand von Fig. 4 ausführlich erläutert wurde, ergibt sich die allgemeine Beziehung k=5
,= I ctk • ue[t-(5-k)x].
k = 1
45
Man kann den Platzbedarf eines Transversalfilters nach Fig. 1 oder Fig. 2 durch einige Massnahmen erheblich verringern. Eine erste Massnahme besteht darin, die Verschiebevor- 50 richtung aufzuteilen. Die Fig. 5 und 6 zeigen schematisch den Aufbau zweier Transversalfilter nach dieser Massnahme. Dabei ist das Transversalfilter nach Fig. 1 als Vergleichsfilter zugrundegelegt. In der Fig. 5 ist ein erstes analoges Schieberegister 5 für die ersten Bewertungsfaktoren ai bis cu und ein weiteres 55 analoges Schieberegister 6 für die restlichen Bewertungsfaktoren as bis as vorhanden. Die Speicherplätze des ersten Schieberegisters 5 sind mit 501 bis 504, die des zweiten mit 601 bis 604 bezeichnet. Die Bewerterschaltungen sind wie in der Figur 1 bezeichnet. Die Serienausgänge beider Schieberegister sind zu 60 einem gemeinsamen Ausgang 600 verbunden. Die Bewerterschaltungen 25 bis 28, die zum weiteren Schieberegister gehören, sind an den gemeinsamen Eingang 20 direkt angeschlossen, während die dem ersten Schieberegister zugehörigen Bewerterschaltungen 21 bis 24 über ein Zeitverzögerungsglied 65 500 angeschlossen sind. Das Zeitverzögerungsglied verzögert das Eingangsignal um die Zeit, die eine Ladung im weiteren Schieberegister vom Speicherplatz 601 bis zum Speicherplatz
604 benötigt. Vorzugsweise wird das Zeitverzögerungsglied durch ein analoges Schieberegister mit ebensovielen Speicherplätzen wie das weitere Schieberegister realisiert. Es kann dabei wie das erste und weitere Schieberegister durch eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung realisiert werden. Der Betrieb dieser Ausführungsform ist gleich dem des Transversalfilters nach Fig. 1. Es ist lediglich zu beachten, dass sämtliche Schieberegister mit denselben Verschiebetakten betrieben werden. Mit dieser Ausführungsform lässt sich gegenüber der nach Fig. 1 etwa ein Drittel der benötigten Halbleiterfläche einsparen.
In der Fig. 6 ist eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 5 dargestellt. Sie unterscheidet sich von letzterer lediglich dadurch, dass sämtliche Bewerterschaltungen 21 bis 28 direkt an den gemeinsamen Eingang 20 angeschlossen sind, dass aber zwischen dem gemeinsamen Serienausgang 600 und dem Serienausgang des ersten Schieberegisters 5 ein Zeitverzögerungsglied 601 geschaltet ist, welches dieselben Eigenschaften wie das Zeitverzögerungsglied 500 aufweist.
In den Ausführungsformen nach Fig. 5 und Fig. 6 brauchen die Schieberegister 5 und 6 nicht gleich viele Speicherplätze und Bewerterschaltungen aufzuweisen.
Eine andere vorteilhafte Massnahme zur Verkleinerung des Flächenbedarfs besteht darin, dass einem Speicherplatz des Schieberegisters nicht nûr eine Bewerterschaltung zugeordnet wird. Die Fig. 7 zeigt dazu ein Ausführungsbeispiel. Als Vergleichsfilter dient dabei wiederum das Transversalfilter nach Fig. 1. In der Fig. 7 weist das Schieberegister 7 vier Speicherplätze 701 bis 704 auf. Sein Serienausgang ist mit 700 bezeichnet. Jedem Speicherplatz sind zwei Bewerterschaltungen zugeordnet, und zwar der Reihe nach in Verschieberichtung die Bewerterschaltungspaare 21 und 25,22 und 26,23 und 27 und 24 und 28. Die nach Fig. 1 zweite Hälfte der Bewerterschaltungen 25 bis 28 sind direkt mit dem Signaleingang 20, die erste Hälfte der Bewerterschaltungen 21 bis 24 über ein Zeitverzögerungsglied 800 mit ihm verbunden. Dieses Zeitverzögerungsglied weist eine Verzögerungszeit auf, die gleich der Zeit ist, die eine Ladungsmenge vom ersten Speicherplatz 701 bis zum letzten Speicherplatz 704 der Verschiebevorrichtung 7 benötigt. Das Zeitverzögerungsglied 800 kann wieder durch ein Schieberegister, das eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung sein kann, realisiert werden. Dieses Schieberegister muss dann so viele Speicherplätze wie das Schieberegister 7 aufweisen und mit den gleichen Verschiebetakten betrieben werden. Die Betriebsweise dieser Ausführungsform entspricht der der Ausführungsform nach Fig. 1. Im Unterschied dazu werden jetzt aber in jeden Speicherplatz die Ladungsmengen zweier Bewerterschaltungen eingelesen. Das notwendige Fassungsvermögen eines jeden Speicherplatzes ist wie in der Fig. 1 und den Fig. 5 und 6 symbolisch durch dessen Flächeninhalt gegeben. Auch hier lässt sich gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 mehr als ein Drittel der benötigten Halbleiterfläche einsparen.
Allgemein ist ein Transversalfilter nach der Fig. 7 so aufgebaut, dass dem ersten und allen in Verschieberichtung auf ihn bis einschliesslich einem ersten, zu diesen gehörenden, ausgewählten Paralleleingang folgenden Paralleleingängen je eine erste Bewerterschaltung zugeordnet ist, dass einem zweiten, zu diesen Paralleingängen gehörenden, ausgewählten Paralleleingang und allen in Verschieberichtung auf ihn folgenden je eine zweite Bewerterschaltung zugeordnet ist und dass dem Signaleingang einer jeden ersten Bewerterschaltung ein Zeitverzögerungsglied vorgeschaltet ist, welches das Eingangssignal um die Zeit verzögert, die eine Ladung beim Verschieben vom zweiten ausgewählten bis zum ersten ausgewählten Paralleleingang benötigt. Bei ungerader Anzahl von Paralleleingängen ist entweder der in Verschieberichtung vorletzte Paralleleingang der erste ausgewählte und der erste Paralleleingang
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der zweite ausgewählte Paralleleingang oder der letzte Paralleleingang der erste ausgewählte und der zweite Paralleleingang der zweite ausgewählte Paralleleingang. Bei gerader Anzahl von Paralleleingängen, wie dies in der Fig. 7 der Fall ist, ist der letzte Paralleleingang der erste ausgewählte und der erste Paralleleingang der zweite ausgewählte Paralleleingang.
Eine andere Möglichkeit, den Flächenbedarf zu verringern, besteht darin, dass man als Schieberegister eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung für Vier-Phasen-Betrieb wählt, die zusätzlich bei jedem, von einem Kondensatorelement mit Paralleleingang übernächsten benachbarten Kondensatorelement einen zusätzlichen Paralleleingang aufweist, bei dem jedem zusätzlichen Paralleleingang eine zusätzliche Bewerterschaltung zugeordnet ist, bei dem die Signaleingänge sämtlicher Bewerterschaltungen einerseits über ein erstes Schaltelement und andererseits über ein zweites Schaltelement und ein Verzögerungsglied mit einem gemeinsamen Signaleingang verbunden sind, wobei das Verzögerungsglied eine Verzögerungszeit aufweist, die gleich der Zeit ist, die eine Ladungsmenge zum Durchlaufen der Verschiebevorrichtung für Vier-Phasen-Betrieb benötigt.
In der Fig. 8 ist dazu ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Eine Verschiebevorrichtung 8 besteht danach aus aufeinanderfolgenden Vierergruppen von Kondensatorelementen, deren äussere Elektroden jeweils mit 81 bis 84 bezeichnet sind. Jede Vierergruppe bildet einen Speicherplatz. Die äusseren Elektroden 81 bis 84 der Kondensatorelemente aus jeder Vierergruppe sind jeweils an vier Taktleitungen 91 bis 94 angeschlossen. Die Verschiebevorrichtung besitzt wiederum an einem Ende einen Serienausgang 90. In der Fig. 8 ist die Verschieberichtung nach rechts festgelegt. Als Bewerterschaltungen und zusätzliche Bewerterschaltungen sind zusammen die Bewerterschaltungen 21 bis 25 nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 zugrundegelegt. Da nun aber eine ungerade Anzahl von Bewerterschaltungen einer stets geradzahligen Anzahl von Paralleleingängen gegenübersteht, bleibt ein Paralleleingang ungenutzt. Diesen kann man jedoch nutzen, wenn man eine Bewerterschaltung zweiteilt. Dies geschieht zweckmässigerweise bei einer Bewerterschaltung mit grossem individuellen Bewertungsfaktor, also mit grossem Flächenbedarf. Nach Fig. 2 eignet sich dazu die Bewerterschaltung 23. Man hat dann also eine Reihe von drei Bewerterschaltungen 21,22 und 23' und drei zusätzliche Bewerterschaltungen 23", 24 und 25. Der Bewerterschaltung 23' und der Bewerterschaltung 23" wird zweckmässigerweise jeweils der individuelle Bewertungsfaktor Vz • co zugeordnet. Die Bewerterschaltungen 21,22 und 23' sind neben den Kondensatorelementen mit den äusseren Elektroden 82 und die übrigen neben den Kondensatorelementen mit den äusseren Elektroden 84 angeordnet. Der Aufbau der Bewerterschaltungen ist wie in der Fig. 2 und wie dort befindet sich zwischen der Verschiebevorrichtung und den Bewerterschaltungen eine Torelektrode, die hier mit 901 bezeichnet ist und denselben Zweck wie die Torelektrode 60 in der Ausführungsform nach Fig. 2 erfüllt. Ebenso befindet sich die gesamte Anordnung auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial mit Substratanschluss, das mit 100 bezeichnet ist. Die Eingänge sämtlicher Bewerterschaltungen sind über einen Feldeffekttransistor 902 als erstes Schaltelement mit einem gemeinsamen Signaleingang 200 verbunden. Zusätzlich sind sie über einen weiteren Feldeffekttransistor 903 als zweites Schaltelement und ein Zeitverzögerungsglied 904 mit dem Signaleingang 200 verbunden. Das Zeitverzögerungsglied kann wieder ein Schieberegister, im vorliegenden Fall eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung sein. Die Ausführungsform nach Fig. 8 wird so betrieben, wie die nach Fig. 2, d. h. es wird jedesmal eingelesen, wenn eine Ladungsmenge von einem Kondensatorelement mit Paralleleingang zum unmittelbar benachbarten Kondensatorelement mit einem Paralleleingang verschoben ist, d. h. in diesem Fall von einem Paralleleingang zu einem zusätzlichen Paralleleingang oder umgekehrt. Das Schaltelement 902 wird jeweils dann geschlossen, wenn an der Taktleitung 94 die maximale Taktspannung anliegt und das Schaltelement 903, wenn an der Taktleitung 92 die maximale Taktspannung anliegt.
Es sei nun noch ein besonders vorteilhaftes Betriebsverfah-. ren für die hier angegebenen Transversalfilter beschrieben. Es sei dabei ein Transversalfilter nach Fig. 1, also von der einfachsten Art zugrundegelegt. Das nachfolgend beschriebene Verfahren verläuft nun so, dass sämtliche in den Bewerterschaltungen gebildete Ladungsmengen parallel in das analoge Schieberegister eingelesen werden. Zum Zeitpunkt dieses Einlesens liegt am gemeinsamen Signaleingang 20 ein bestimmter Signalwert an. Dieser Signalwert wird nun in einer Abtast- und Haltestufe, die in Serie zum gemeinsamen Signaleingang 20 liegt, jedoch in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eigens dargestellt ist, festgehalten und die in das Schieberegister eingelesene Information um jeweils einen Speicherplatz zum Serienausgang hin verschoben. Unmittelbar nach dem Verschieben werden sämtliche in den Bewerterschaltungen erneut gebildeten Ladungsmengen erneut parallel in das analoge Schieberegister eingelesen, wobei immer noch der festgehaltene Signalwert am gemeinsamen Signaleingang 20 anliegt.
Es kann nun erneut im vorstehenden Sinne verfahren werden, jedoch sei der Einfachheit halber angenommen, dass für ein und denselben festgehaltenen Signalwert nur zweimal eingelesen wird. Nach dem zweiten Einlesen wird also der Signalwert nicht mehr festgehalten, so dass am gemeinsamen Signaleingang 20 jetzt der zu diesem Zeitpunkt tatsächlich vorliegende Signalwert anliegt. Dieser Signalwert wird wiederum festgehalten, wobei sämtliche in den Bewerterschaltungen gebildeten Ladungsmengen parallel in das analoge Schieberegister eingelesen werden. Es erfolgt dabei aber keine Verschiebung zwischen dem zweiten Einlesen der Ladungsmengen aus den Bewerterschaltungen beim vorhergehenden Signalwert und dem ersten Einlesen beim zuletzt festgehaltenen Signalwert. Nach dem ersten Einlesen beim zuletzt festgehaltenen Signalwert erfolgt eine Verschiebung der Ladungsmengen im Schieberegister um einen Speicherplatz zum Serienausgang hin, dann wird erneut eingelesen und das Verfahren sukzessive fortgeführt.
Für das Verfahren ist es zweckmässig, wenn das zu filternde Signal diskretisiert wird. Bei nicht zu hohen Frequenzen des zu filternden Signals ist eine Diskretisierung jedoch überflüssig, da eingangsseitig von der Abtast- und Haltestufe auftretende Signaländerungen innerhalb der Zeitspanne zwischen dem ersten und dem letzten Einlesevorgang bei festgehaltenem Signalwert unbedeutend sind.
Es sei daraufhingewiesen, dass das Verfahren nicht auf den vorstehend angegebenen einfachen Fall eines Transversalfil-ters nach Fig. 1 beschränkt ist, sondern für alle Weiterbildungen und Abwandlungen gemäss den Fig. 2 bis 8 entsprechend anwendbar ist.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren lässt sich nun ein entscheidender Fortschritt hinsichtlich des Flächenbedarfs eines Transversalfilters nach der Fig. 1 erzielen. Zur Realisierung einer vorgegebenen Filterfunktion, die als Impulsantwort durch zeitlich aufeinanderfolgende Koeffizienten an bis cu (in Fig. 1 ist n = 8) vorgegeben ist, ist nach obigem so vorzugehen, dass jeder Bewerterschaltung ein solcher Koeffizient als Bewertungsfaktor zugeordnet wird, wobei die Zuordnung so erfolgt, dass innerhalb der Reihe von Bewerterschaltungen die Indizes der Bewertungsfaktoren in Richtung auf den Serienausgang des Schieberegisters numerisch ansteigen. Bekanntlich werden die Bewertungsfaktoren durch Kondensatoren realisiert, die bei grossen Koeffizienten einen erheblichen Flächenbedarf benötigen.
Unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens lässt
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sich nun eine gewünschte Filterfunktion auch in der Weise realisieren, dass man den n Bewerterschaltungen nicht wie oben beschrieben Bewertungsfaktoren ai bis an zuordnet, sondern (in der gleichen Reihenfolge der Bewerterschaltungen)
die Bewertungsfaktoren ai - ou, CX2 - cx3 an_2 — an_,, an_i - 5
an - und an. Man erhält hierdurch im allgemeinen kleinere individuelle Bewertungsfaktoren. Analog zu dem weiter oben Beschriebenen muss für ein negatives Vorzeichen eines Bewertungsfaktors die betreffende Bewerterschaltung eine Ladungs-me'nge liefern, die bis auf den Bewertungsfaktor gleich ist dem io Differenzbetrag aus dem Maximalwert und dem jeweiligen Signalwert.
Es sei auch hier darauf hingewiesen, dass letzteres Verfahren nicht auf das vorstehend angegebene einfache Transversalfilter nach Fig. 1 beschränkt ist, sondern für alle Weiterbildun- is gen anwendbar ist.
In der Fig. 9 gibt I' ein Transversalfilter nach dem in Fig. 1 angedeuteten Typ an. Die Ladungsverschiebevorrichtung ist mit 10' bezeichnet und speziell durch eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung für den Zwei-Phasen-Betrieb realisiert. 20 Sie könnte auch aus einer Eimerkettenschaltung bestehen. Der Aufbau von ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtungen für den Zwei-Phasen-Betrieb ist beispielsweise aus der DT-OS 2 201 150 entnehmbar. Danach besteht jedes Element dieser ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung, weiter oben mit 25 Speicherplatz bezeichnet, aus zwei benachbarten Kondensatorelementen. In der Fig. 9 sind die Elemente mit 1 ' bis 4' und die äusseren Elektroden der Kondensatorelemente mit 11 ', 12', 21 ',22',31',32',41' und 42' bezeichnet. An die äusseren Elektroden der Kondensatorelemente, deren Bezugszeichen die 30 Einerstelle 1 aufweisen, werden erste Taktimpulsfolgen angelegt, während an die äusseren Elektroden der übrigen Konden-satorelemente zweite Taktimpulsfolgen angelegt werden, die zu den ersten im wesentlichen invers sind. Durch beide zusammen wird der Verschiebetakt, mit dem Information in der Ver- 35 schieberichtung von Kondensatorelement zu Kondensatorelement verschoben wird, erzeugt (bei einer Vorrichtung für den n-Phasen-Betrieb sind dafür n gegeneinander phasenverschobene T aktimpulse notwendig). J edes Kondensatorelement besteht aus zwei benachbarten Isolierschichtkondensatoren, -to wobei z. B. die elektrisch isolierende Schicht des einen relativ zur anderen eine grössere Schichtdicke aufweist. Die äusseren Elektroden dieser beiden Isolierschichtkondensatoren sind miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Kondensatorelemente, die für die ersten Taktimpulsfolgen bestimmt sind, also 45 die Kondensatorelemente 11',21',31' und41' weisen je einen Paralleleingang auf. Der Paralleleingang befindet sich dabei vorzugsweise beim Isolierschichtkondensator mit geringerer Schichtdicke. Jeder dieser Paralleleingänge ist mit einem Ausgang je einer Bewerterschaltung K11', K21', K31' und K41' ver- 50 bunden. Die Bezugszeichen Kn bis K41 repräsentieren dabei die Bewertungsfaktoren der einzelnen Bewerterschaltungen. Der Eingang einer jeden Bewerterschaltung ist mit einem gemeinsamen Eingang E' für das zu filternde Signal verbunden. Der Serienausgang des Schieberegisters 1 ' ist mit A' bezeichnet. 55
Das Filter II' stellt nun eine erste Variante des Filters I' dar. Hier weist jedes Kondensatorelement einen Paralleleingang auf, welcher mit dem Ausgang je einer der Bewerterschaltungen Kn' bis K41' verbunden ist. Bei dem Filter II' sind gegenüber dem Filter I' nur noch vier Kondensatorelemente 60 11 ',12' und 21' und 22' erforderlich. Alles übrige bleibt gleich. Man erreicht also eine Flächenersparnis um ca. 50% gegenüber der ursprünglichen Ausführungsform des Filters I'.
Das Filter III' stellt eine weitere Variante dar, die sich vom Filter I' dadurch unterscheidet, dass auch die Kondensatorele- 65 mente 12', 22', 32' und 42' je einen Paralleleingang aufweisen, und dass an jeden dieser Paralleleingänge je eine zusätzliche Bewerterschaltung K12', K22', K32' und K42' angeschlossen sind. Die Bezugszeichen K12 bis K42 repräsentieren die Bewertungsfaktoren der einzelnen Bewerterschaltungen. Die Eingänge dieser zusätzlichen Bewerterschaltungen sind mit dem Eingang E' verbunden.
Die Filtervarianten I' bis III' sind nicht auf Ladungsver-schiebevorrichtungen für den Zwei-Phasen-Betrieb beschränkt. Bei Verwendung von Ladungsverschiebevorrichtungen für den n-Phasen-Betrieb gilt, dass jedes Element der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung aus n Kondensatorelementen besteht. Danach lässt sich allgemein bei der Variante II' der Flächenbedarf um den Faktor 1/n verkleinern, während bei der Variante III' n mal soviele Bewerterschaltungen ohne wesentliche Erhöhung des Flächenbedarfes angeschlossen werden können.
Von wesentlicher Bedeutung ist nun, wie die Taktfrequenz des Verschiebetaktes für die ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtungen der Filter II' und III' gewählt wird. Zwei Fälle sind dabei besonders interessant: Einmal wird die Taktfrequenz wie die Taktfrequenz fo für das Filter I' gewählt, wodurch die Ausgangsfrequenz, mit der das am Ausgang A' ankommende gefilterte Signal abgegeben wird, wie dort beibehalten wird, oder es wird die Taktfrequenz des Verschiebetaktes zu fo/2 (bzw. allgemein: fo/n) gewählt, wodurch die Abtastfrequenz, mit der das zu filternde Signal am Eingang E' abgetastet wird, wie bei Filter I' beibehalten wird. Die Ausgangsfrequenz am Ausgang A' ist in jedem Fall um das zweifache (n-fache) kleiner als die Abtastfrequenz am Eingang E'.
Es lassen sich somit für die Filter II' und III' in Fig. 9 insgesamt vier Fälle unterscheiden. Bezeichnet man die Taktfrequenz des Verschiebetaktes für das Filter I' in Fig. 9 wie oben mit fo, die für II' mit fu' und die für III' mit fm', so lassen sich diese Fälle folgendermassen unterscheiden:
fu' = fo, fm' = fo, fu' = fo/n und fm' = fo/n.
Im speziellen Fall der Fig. 9 ist n = 2.
Zur weiteren Erläuterung dient nun die Fig. 10. Im Diagramm IV' ist über die Zeit t schematisch die Taktfolge des Verschiebetaktes für die ladungsgekoppelte Verschiebevor-richtung I' schematisch durch Striche dargestellt. Die Taktdauer ist mit To bezeichnet. Darunter ist im Diagramm V' ebenfalls über die Zeit t eine willkürlich ausgewählte Form eines zu filternden Signals dargestellt. Für die Taktfrequenz des Verschiebetaktes gilt:
fo = 1/To.
Das zu filternde Signal wird bei dem Filter I' mit der Taktfrequenz fo/2 (bzw. allgemein:.fo/n) abgetastet. Die abgetasteten Signalwerte sind mit Su, S21, Su und S41 bezeichnet. Wird das Filter I' mit der Taktfrequenz 2fo betrieben, so werden zusätzliche Signalwerte abgetastet. Diese zusätzlich abgetasteten Signalwerte sind im Diagramm V' der Fig. 10 ebenfalls eingetragen und mit S12, S22, S32 und S42 bezeichnet.
Im Filter I' sind die Kondensatorelemente mit zweistelligen Bezugsziffern xy versehen. Dabei bedeutet x die laufende Nummer des Elementes der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung, wobei zum Ausgang A' hin gezählt wird, y bedeutet die laufende Nummer des Kondensatorelementes in einem Element, wobei ebenfalls zum Ausgang A' hin gezählt wird (in I' durchläuft y die Zahlen 1 und 2, während es allgemein die Zahlen 1 bis n durchläuft). In entsprechender Weise sind in I' die Bewertungsfaktoren mit Kxy bezeichnet. Danach gehört beispielsweise der Bewertungsfaktor K21 zu der Bewerterschaltung K21 ', die in dem Filter I ' nach Fig. 9 an das Kondensatorelement 21 ' angeschlossen ist.
Es lassen sich nun die mit den Bewertungsfaktoren bewerteten Signalwerte generell in der Form Kxy • suv darstellen. Die
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Bedeutung von x und y ist bereits angegeben, u ist der laufende Index der Abtastpunkte ti, t2 usw. (siehe Fig. 10), v durchläuft die Zahlen von 1 bis n und gibt die zusätzlichen Abtastzeitpunkte zwischen tu und tu+1 an, wenn I' mit der Taktfrequenz n • fo betrieben wird. 5
In den Fig. 11 bis 15 ist je ein matrixförmiges Schema der bewerteten Signale Kxy • suv dargestellt. In jedem Schema sind die für die Signalbildung relevanten bewerteten Sinaiwerte Kxy • suv mit je einem Kreis umgeben. Bestimmte Kreise sind durch Striche miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass die 10 Werte Kxy • suv in diesen Kreisen zur Bildung von Ausgangswerten des gefilterten Signals summiert werden.
Das Schema nach Fig. 11 bezieht sich auf das Filter I' in Fig. 9. Zum Zeitpunkt ti wird in das Kondensatorelement 11 ' der Wert Ki i • sn eingelesen. Gleichzeitig werden in die Kon- is densatorelemente 21,31 und41 die Werte K21 • sn,K3i • sn und K41 • su eingelesen. Diese eingelesenen Werte sind jedoch für die Bildung des Ausgangssignals nicht relevant und daher hier, wie auch im folgenden, nicht mit Kreisen umgeben. Zum Zeit-puntk t2, also nach einem Zwischentakt, bei dem naturgemäss 20 nicht eingelesen werden kann, wird in das Kondensatorelement 11 ' der Wert Ku • S21 und gleichzeitig in das Kondensatorelement 21' der Wert K21 • S21 eingelesen. Die übrigen gleichzeitig mit eingelesenen Werte K31 • S21 und K41 • S21 sind für die Bildung des Ausgangssignals wieder nicht relevant. Da zum Zeit- 25 punkt t2 der Wert Ki 1 • si 1 in das Kondensatorelement 21 ' verschoben ist, wird der Wert K21 • S21 zu diesem hinzuaddiert. Wie schon erwähnt, ist dies durch den Verbindungsstrich zwischen den beiden betreffenden Kreisen dargestellt. Die sinngemässe Fortsetzung des Schemas ergibt nun, dass zum Zeitpunkt t5 der 30 erste Signalwert Ai des gefilterten Signals, zum Zeitpunkt U der zweite Signalwert A2 usf. am Ausgang A' erscheinen. Für die Abtastfrequenz fE', mit der das zu filternde Signal abgetastet wird, und die Ausgangsfrequenz f A, mit der das gefilterte Signal am Ausgang A' erscheint, gilt: 35
pass hervorragend geeignet. Entsprechend der höheren Bandbreite BE' des Eingangssignals wird das Signal mit der Frequenz fE' = 2BE' (bzw. allgemein:fE' = nBE')
abgetastet. Am Ausgang muss das Signal aber nur mit einer Frequenz wiedergegeben werden, die der geringeren Bandbreite Ba entspricht, so dass sich nun die Frequenz fA' = fE'/2 = 2Ba (bzw. allgemein: fA' N nBA)
ergibt. Genau dies wird mit dem Filter II' nach Fig. 9 zusammen mit der Betriebsweise nach dem Schema in Fig. 12 erreicht. Zudem ist die Fläche des Filters um den Faktor 1/n verringert.
Das Schema nach Fig. 13 gibt den Fall an, bei dem das Filter II' in Fig. 9 mit der Taktfrequenz fo betrieben wird, und damit das zu filternde Signal gegenüber dem Fall nach Fig. 12 mit der doppelten Frequenz fE' = fo abgetastet wird. Wenn zum Zeitpunkt ti der Wert Ku * sn eingelesen ist, wird beim nächsten Takt, also vor dem Zeitpunkt t2, der zum Zwischenwert si2 gehörende Wert K21 • S12 eingelesen. Sinngemässe Fortsetzung des Schemas ergibt, dass zum Zeitpunkt t3 der erste Signalwert Ai des gefilterten Signals am Ausgang A' erscheint, zum Zeitpunkt t4 der nächste Signalwert A2 usf. Das gefilterte Signal am Ausgang A' wird also mit derselben Frequenz fa = fo/2
wie beim Filter I' nach dem Schema in Fig. 11 abgetastet.
Das in Fig. 14 dargestellte Schema gibt den Fall an, dass der Filter III' nach Fig. 9 mit der Taktfrequenz f,„' = fo/2
ÎE' — fA
; fo/2.
In der Fig. 12 ist im dargestellten Schema die Bildung des Ausgangssignals für das Filter II' für den Fall dargestellt, dass die Taktfrequenz des Verschiebetaktes zu f„' = fo/2
betrieben wird, ist Kn • sn eingelesen, wird zum Zeitpunkt t2 der Wert K12 • S21 dazugelesen usw. Sinngemässe Fortsetzung des Schemas ergibt, dass der erste Signalwert Ai des gefilterten 10 Signals zum Zeitpunkt ts am Ausgang A' erscheint, der nächste Signalwert Ai zum Zeitpunkt tu usw. Das gefilterte Signal wird damit mit der Frequenz gewählt ist, wodurch wie oben 45
fE' = fo/2
fA< = fo/4 am Ausgang A' erhalten.
ist, also die Abtastfrequenz beibehalten ist, da ja hier bei jedem Takt eingelesen wird.Zum Zeitpunkt ti wird in das Kondensator element 11 ' der Wert Ki 1 • su eingelesen. Zum Zeitpunkt t2 wird hier nun der Wert K21 • S21 (die Bewerterschaltung K21' ist ja in dem Filter II an das Kondensatorelement 12' angeschlossen) eingelesen. Da zum Zeitpunkt t2 der Wert Kn • sn in das Kondensatorelement 12' verschoben ist, wird zu diesem also der Wert K21 • S21 hinzuaddiert. Die sinngemässe Fortführung des Verfahrens ergibt nun, dass der erste Signalwert des gefilterten Signals am Ausgang A' zum Zeitpunkt ts, der nächste Signalwert A2 zum Zeitpunkt ts usf. erscheint. Für die Ausgangsfrequenz fA' am Ausgang A' gilt also fA' = fE'/2.
Allgemein gilt für diesen Fall, äass die Abtastfrequenz fA' am Ausgang A' auf das 1/n-fache gegenüber fE' verringert ist, wenn man eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung für den n-Phasen-Betrieb verwendet. Somit ist dieses Filter als Tief-
Das in Fig. 15 dargestellte Schema gibt den Fall an, dass das Filter III' in Fig. 9 mit einer Taktfrequenz fm' = fo betrieben •50 wird. Das zu filternde Signal wird am Eingang E' mit der Frequenz 2fo abgetastet, während die Ausgangsfrequenz für das gefilterte Signal am Ausgang A' gleich der ursprünglichen Taktfrequenz ist. Der erste Sinaiwert Ai des gefilterten Signals erscheint zum Zeitpunkt ts am Ausgang A', der nächste Signal-55 wert A2 zum Zeitpunkt ti usw.
In der Fig. 16 ist im Diagramm VI' ein Beispiel für ein gefiltertes Signal, wie es am Ausgang A' des Filters I' in Fig. 9 beim Betrieb mit der Taktfrequenz fo erscheint, angegeben. Im Diagramm VII' ist zum Vergleich das Ausgangssignal am Ausgang 60 A' des Filters II' in Fig. 9 für dasselbe Eingangssignal dargestellt, wobei diese Vorrichtung dabei mit der Taktfrequenz fo betrieben wird. Deutlich sind die Tiefpasseigenschaften dieses Filters II' zu erkennen. Am Ausgang A' des Filters II' erscheint gegenüber dem Ausgang A' des Filters I' nur jeder zweite 6? Signalwert, da das gefilterte Signal hier mit der halben Frequenz wiedergegeben wird. Die bei beiden Vorrichtungen zum gleichen Zeitpunkt erscheinenden Signalwerte sind identisch.
14 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
- 629 6302PATENTANSPRÜCHE die eine Ladungsmenge im weiteren Schieberegister (6) vom
- 1 .Transversalfilter mit mindestens einem analogen Schie- ersten bis zum letzten Paralleleingang benötigt.beregister, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein analo- 7. Transversalfilter nach Patentanspruch 1, dadurch ges Schieberegister mit einer Mehrzahl von Speicherplätzen (1, gekennzeichnet, dass ein Schieberegister aus einer ladungsge-Fig. 1 ; 5, Fig. 5; Fig. 6; 7, Fig. 7 ; 8, Fig. 8), welches eine Anzahl s koppelten Verschiebevorrichtung besteht, bei der auf einer Paralleleingänge ( 110 bis 180 Fig. 1 ) und einen Serienausgang Oberfläche eines mit wenigstens einem Substratanschluss ver-(19, Fig. 1 -, 700, Fig. 7; 90, Fig. 8) aufweist, vorgesehen ist, dass sehenen Substrats (10,100) aus dotiertem Halbleitermaterial eine Anzahl einzelner Bewerterschaltungen (21 bis 28, Fig. 1 ; wenigstens eines Leitungstyps mindestens eine Reihe von Kon-23', 23", Fig. 8) vorgesehen sind, wobei jede Bewerterschaltung densatorelementen(l 11 bis 152 und 81 bis 84), die jeweils zumindest einen Signaleingang und zumindest einen Ausgang io wenigstens aus einem Isolierschichtkondensator bestehen, voraufweist, und dass der Ausgang einer jeden Bewerterschaltung handen ist, und die bei Kondensatorelementen (111,121,131, über ein Schaltelement (60, Fig. 2; 901, Fig. 8) an einen zugehöri- 141,151 in Fig. 2 und 82 und 84 in Fig. 8), deren äussere Elektro-gen Paralleleingang des analogen Schieberegisters angeschlos- den jeweils an ein und dieselbe Taktleitung angeschlossen sind, sen ist. einen Paralleleingang aufweist.
- 2. Verfahren zum Betrieb eines Transversalfilters nach u 8.Transversalfilter nach Patentanspruch 7, dadurch Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den gekennzeichnet, dass ein Schieberegister eine ladungsgekop-Signaleingang jeder Bewerterschaltung stets das zu filternde pelte Verschiebevorrichtung (8) für Vier-Phasen-Betrieb ist, die Eingangssignal angelegt wird, dass über eine Bewerterschal- zusätzlich bei jedem von einem mit einem der Paralleleingänge tung durch Schliessen eines Schaltelements mindestens dann verbundenen Kondensatorelement (82) ausgehend übernäch-eine Ladungsmenge in das Schieberegister eingelesen wird, 20 sten, benachbarten Kondensatorelement (84) einen zusätzli-wenn eine Ladungsmenge vom unmittelbar benachbarten chen Paralleleingang aufweist, dass an jeden zusätzlichen Par-Speicherplatz mit Paralleleingang, an den mindestens eine alleleingang eine zusätzliche Bewerterschaltung (23", 24,25) Bewerterschaltung über ein Schaltelement angeschlossen ist, in über Schaltelemente (901 ) angeschlossen ist, und dass die den Speicherplatz mit Paralleleingang, an den die erstgenannte Signaleingänge sämtlicher Bewerterschaltungen (21,22,23', Bewerterschaltung über ein Schaltelement angeschlossen ist, 25 23", 24 und 25) einerseits über ein erstes Schaltelement (902) verschoben ist, und dass am Serienausgang das gefilterte Signal und andererseits über ein zweites Schaltelement (903) und ein entnommen wird. Zeitverzögerungsglied (904) mit einem gemeinsamen Signal-
- 3. Transversalfilter nach Patentanspruch 1, dadurch eingang (200) verbunden sind.gekennzeichnet, dass an jeden Paralleleingang des analogen 9. Transversalfilter nach einem der Patentansprüche 4 bis 8,Schieberegisters jeweils nur eine der Bewerterschaltungen 30 dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitverzögerungsglied aus über ein Schaltelement angeschlossen ist. einem Schieberegister besteht.
- 4. Transversalfilter nach Patentanspruch 1, dadurch 10. Transversalfilter nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den ersten und an alle in der Verschie- gekennzeichnet, dass das als Zeitverzögerungsglied dienende berichtung auf ihn bis einschliesslich eines ersten ausgewählten Schieberegister eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrich-Paralleleinganges folgende Paralleleingänge erste Bewerter- 35 tung ist.Schaltungen (21 bis 24 in Fig. 7) über Schaltelemente (SCI bis ll.Transversalfilternach Patentanspruch 1, dadurchSC4) angeschlossen sind, dass an einem zweiten ausgewählten gekennzeichnet, dass jede Bewerterschaltung ein auf einer Paralleleingang und an alle in Verschieberichtung auf ihn fol- Oberfläche eines mit wenigstens einem Substratanschluss ver-genden Paralleleingänge zweite Bewerterschaltungen (25 bis sehenen Substrats (10) aus dotiertem Halbleitermaterial 28 in Fig. 7) über Schaltelemente (SC5 bis SC8) angeschlossen 40 angeordnetes Kondensatorpaar aufweist, bestehend aus einem sind und dass dem Signaleingang einer jeden ersten Bewerter- ersten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensator mit einer Schaltung ein Zeitverzögerungsglied (800) vorgeschaltet ist, äusseren Elektrode (211,221,231,241 und 251), der ein an der welches das Eingangssignal um die Zeit verzögert, die eine Oberfläche des Substrats befindliches, mit einem Anschluss-Ladungsmenge beim Verschieben vom zweiten ausgewählten kontakt versehenes Gebiet (40), das entgegengesetzt zum Sub-bis zum ersten ausgewählten Paralleleingang benötigt. 45 strat dotiert ist, berührt, und aus einem dicht neben dem ersten
- 5. Transversalfilter nach Patentanspruch 4, dadurch angeordneten zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkon-gekennzeichnet, dass bei ungerader Anzahl von Paralleleingän- densator mit einer äusseren Elektrode (212,222,232,242 und gen entweder der in Verschieberichtung vorletzte Parallelein- 252), wobei der zweite Isolierschicht- oder Sperrschichtkongang der erste ausgewählte und der erste Paralleleingang der densator eine Kapazität aufweist, die dem Bewertungsfaktor zweite ausgewählte Paralleleingang oder der letzte Parallelein- 50 der Bewerterschaltung entspricht, dass entweder die äussere gang der erste ausgewählte und der zweite Paralleleingang der Elektrode des zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkonzweite ausgewählte Paralleleingang ist, und dass bei gerader densators mit dem Signaleingang und die des ersten mit einem Anzahl von Paralleleingängen der letzte Paralleleingang der Anschluss (51), an dem eine feste Spannung liegt, verbunden erste ausgewählte und der erste Paralleleingang der zweite aus- sind, oder die äussere Elektrode des ersten Isolierschicht- oder gewählte Paralleleingang ist. 55 Sperrschichtkondensators mit dem Signaleingang und die des
- 6. Transversalfilter nach Patentanspruch 1, dadurch zweiten mit einem zweiten Anschluss (52), an dem eine zweite gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres, gleichartig auf- feste Spannung liegt, verbunden sind, und dass die Gegenelek-gebautes analoges Schieberegister (6) vorgesehen ist, dass eine trode des zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensa-zusätzliche Anzahl einzelner, gleichartig aufgebauter, weiterer tors mit dem Ausgang der Bewerterschaltung verbunden ist. Bewerterschaltungen (25 bis 28) vorgesehen sind, wobei der 60 12. Transversalfilter nach Patentanspruch 1, dadurch Ausgang einer jeden weiteren Bewerterschaltung (25 bis 28) gekennzeichnet, dass es auf einem gemeinsame Substrat (10, über ein Schaltelement (SC5 bis SC8) an einen zugeordneten 100) aus dotiertem Halbleitermaterial integriert ist. Paralleleingang des weiteren Schieberegisters (6) angeschlos- 13. Transversalfilter nach den Patentansprüche 8 und 12, sen ist, dass dem Signaleingang jeder Bewerterschaltung ein dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Schaltele-Zeitverzögerungsglied (500) vor- und/oder dem Serienausgang 65 ment aus je einem Feldeffekttransistor besteht.des Schieberegisters ein weiteres Zeitverzögerungsglied (601) 14.Transversalfilternach Patentanspruch 12, dadurch nachgeschaltet ist, wobei diese Zeitverzögerungsglieder insge- gekennzeichnet, dass ein Schaltelement aus einem Ladungssamt eine Verzögerungszeit aufweisen, die gleich der Zeit ist, Übertragungselement mit zumindest einer Torelektrode (60,3629630901 ), die mit einem dritten Anschluss (53,911) verbunden ist, besteht.
- 15. Transversalfilter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberegister einen Serieneingang • ( 1100 bis 1103,11021,11031 ) zur Eingabe von Grundladung aufweist.
- 16.Transversalfilternach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Schieberegister eine Ladungsverschiebevorrichtung ist, bei welcher auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial zumindest eine Reihe von Kondensatorelementen, bestehend aus zumindest je einem Isolierschichtkondensator und/oder Sperrschichtkondensator, vorgesehen ist, dass bei jedem Kondensatorelement ein Paralleleingang des analogen Schieberegisters vorgesehen ist, dass so viele Kondensatorelemente wie Bewerterschaltungen zur Realisierung einer einzigen Filterfunktion vorgesehen sind, und dass jeder Paralleleingang des analogen Schieberegisters mit einem Ausgang einer Bewerterschaltung verbunden ist.
- 17.Transversalfilternach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bewerterschaltung vorgesehen ist, bei der die äussere Elektrode des zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensators (212) mit dem Signaleingang (20) und die des ersten (211) mit einem eine feste Spannung führenden Anschluss (51 ) verbunden sind, und wenigstens eine Bewerterschaltung vorgesehen ist, bei der die äussere Elektrode des ersten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensators (221 ) mit dem Signaleingang (20) und die'des zweiten (222) mit einem eine feste Spannung führenden Anschluss (52) verbunden sind.
- 18. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei ein Schieberegister des Transversalfilters eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung (8) für Vier-Phasen-Betrieb ist, die zusätzlich bei jedem von einem mit einem der Paralleleingänge verbundenen Kondensatorelement (82) ausgehend übernächsten, benachbarten Kondensatorelement (84) einen zusätzlichen Paralleleingang aufweist, bei der an jeden zusätzlichen Paralleleingang eine zusätzliche Bewerterschaltung (23", 24,25) über Schaltelemente (901 ) angeschlossen ist und bei der die Signaleingänge sämtlicher Bewerterschaltungen (21,22,23', 23", 24 und 25) einerseits über ein erstes Schaltelement (902) und andererseits über ein zweites Schaltelement (903) und ein Verzögerungsglied (904) mit einem gemeinsamen Signaleingang (200, Fig. 8) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (902) innerhalb der Zeitdauer geschlossen wird, während der an einem mit einem der Paralleleingänge verbundenen Kondensatorelement die maximale Taktspannung anliegt und dass das zweite Schaltelement (903) innerhalb der Zeitdauer geschlossen wird, während der an einem mit einem der zusätzlichen Paralleleingänge verbundenen Kondensatorelement die maximale Taktspannung anliegt.
- 19. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei jede Bewerterschaltung ein auf einer Oberfläche eines mit wenigstens einem Substratanschluss versehenen Substrats (10) aus dotiertem Halbleitermaterial angeordnetes Kondensatorpaar aufweist, bestehend aus einem ersten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensator mit einer äusseren Elektrode (211,221,231,241 und 251 ), der ein an der Oberfläche des Substrats befindliches, mit einem Anschlusskontakt versehenes Gebiet (40), das entgegengesetzt zum Substrat dotiert ist, berührt, und aus einem dicht neben dem ersten angeordneten zweiten Isolierschichtoder Sperrschichtkondensator mit einer äusseren Elektrode (212,222,232,242 und 252), wobei der zweite Isolierschichtoder Sperrschichtkondensator eine Kapazität aufweist, die dem Bewertungsfaktor der Bewerterschaltung entspricht, wobei die äussere Elektrode des zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensators mit dem Signaleingang und die des ersten mit einem Anschluss (51 ), an dem eine feste Spannung liegt, verbunden sind, wobei die Gegenelektrode des zweiten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensators mit dem Ausgang der Bewerterschaltung verbunden ist und wobei das Schaltelement mit einer Torelektrode versehen ist, dadurch 5 gekennzeichnet, dass innerhalb der Verschiebedauer, die eine in das Schieberegister eingelesene Ladungsmenge zum benachbarten Speicherplatz mit Paralleleingang benötigt, an die Torelektrode eine Spannung angelegt wird, die kleiner als die dem ersten Isolierschicht- oder Sperrschichtkondensator während io dieser Zeit angelegte Spannung ist, während sonst an die Torelektrode eine Spannung angelegt wird, die grösser als letztere ist.
- 20. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden von zeitlich aufeinanderfolgenden15 Abtastwerten des zu filternden Signals über jede Bewerterschaltung nacheinander mehrmals Ladungsmengen eingelesen werden, wobei jeweils zwischen zwei solchen Einlesevorgängen, die zu ein und demselben Abtastwert gehören, eine Ladungsverschiebung vorgenommen wird, jedoch zwischen 20 dem letzten solchen Einlesevorgang und dem ersten Einlesevorgang für den nächsten Abtastwert keine Ladungsverschiebung vorgenommen wird.
- 21. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei das analoge Schieberegister eine Ladungsverschiebevorrichtung ist, bei25 welcher auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial'zumindest eine Reihe von Kondensatorelementen, bestehend aus zumindest je einem Isolierschichtkondensator und/oder Sperrschichtkondensator, vorgesehen ist, bei der bei jedem Kondensatorelement ein Paralleleingang des 30 analogen Schieberegisters vorgesehen ist, bei der so viele Kondensatorelemente wie Bewerterschaltungen zur Realisierung einer einzigen Filterfunktion vorgesehen sind, und bei der jeder Paralleleingang des analogen Schieberegisters mit einem Ausgang einer Bewerterschaltung verbunden ist, dadurch gekenn-35 zeichnet, dass an die Eingänge sämtlicher Bewerterschaltungen das zu filternde Signal angelegt wird, dass über die Bewerterschaltungen bei jedem Takt des Verschiebetaktes, mit dem Information von Kondensatorelement zu Kondensatorelement verschoben wird, Ladungsmengen in die Ladungsver-40 schiebevorrichtung eingelesen werden und dass am Serienausgang das gefilterte Signal entnommen wird.45
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PL | Patent ceased |