DE3782992T2

DE3782992T2 - Verzoegerungsleitung mit allpass-kreisen.

Info

Publication number: DE3782992T2
Application number: DE8787201728T
Authority: DE
Inventors: Pieter Jacob Snijder; Johannes Otto Voorman; Johannes Sophia Vromans
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1986-09-15
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2007-09-11
Also published as: KR880004641A; EP0260753B1; JPS6376515A; EP0260753A1; US4918402A; US4853651A; DE3782992D1; NL8602329A; JP2790278B2; KR960006642B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verzögerungsschaltung, die mindestens ein Allpaß-Netzwerk mit einer Eingangsklemme zum Empfang eines Eingangssignals, einer Ausgangsklemme zur Lieferung eines Ausgangssignals und einer Bezugsklemme zum Führen eines Bezugspotentials umfaßt und die ein Teilfilter mindestens zweiter Ordnung enthält, das drei Transkonduktoren umfaßt, die jeder einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, einen ersten Ausgang, und einen zweiten Ausgang haben, wobei der erste Eingang jedes der drei Transkonduktoren mit der Bezugsklemme, der zweite Eingang des ersten Transkonduktors mit der Eingangsklemme, der zweite Eingang des zweiten Transkonduktors mit dem zweiten Ausgang des ersten Transkonduktors und dem ersten Ausgang des dritten Transkonduktors, der zweite Eingang des dritten Transkonduktors mit dem zweiten Ausgang des zweiten Transkonduktors und der Ausgangsklemme gekoppelt ist, welches Teilfilter außerdem einen zwischen die zweiten Eingänge des ersten Transkonduktors und des zweiten Transkonduktors angeordneten ersten Kondensator und einen zwischen die zweiten Eingänge des ersten Transkonduktors und des dritten Transkonduktors angeordneten zweiten Kondensator enthält.
Eine solche Verzögerungsschaltung kann für die Gruppenlaufzeitkorrektur von Filtern, als Verzögerungsleitung, deren Verzögerung variabel sein kann oder nicht, und in adaptiven Filtern verwendet werden.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus dem Beitrag "Integration of Analog Filters in a Bipolar Process", IEEE J. of Solid State Circuits, Bd. SC-17, Nr. 4, August 1982, S. 713-722 bekannt. Ein Transkonduktor, oder auch Steilheitsverstärker, ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle, in der der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Ausgangsstrom und der Eingangsspannung durch die Steilheit gegeben wird. Mit einem Transkonduktor kann ein Widerstand simuliert werden, während zwei gekoppelte Transkonduktoren einen Gyrator bilden können, mit dem mit Hilfe eines Kondensator eine Spule simuliert werden kann. Mit Transkonduktoren und Kondensatoren können daher auch alle Filterschaltungen verwirklicht werden, die auch mit herkömmlichen Spulen, Kondensatoren und Widerständen hergestellt werden können. Aus dem oben erwähnten Beitrag ist auch bekannt, daß mit Transkonduktoren und Kondensatoren Allpaß-Netzwerke gebildet werden können. Fig. 15 in dem oben erwähnten Beitrag zeigt ein Netzwerk erster Ordnung und ein Netzwerk zweiter Ordnung, die diese Elemente enthalten. Die Transkonduktoren sind mit einem ihrer Eingänge geerdet, und alle Kondensatoren sind erdfrei. Für die Verzögerung von Signalen vergleichsweise großer Bandbreite sind mindestens Allpaß-Netzwerke zweiter Ordnung erforderlich, um die Abweichungen von der gewünschten Verzögerungszeit über die gesamte Bandbreite relativ klein zu halten. Ein Nachteil derartiger Allpaß-Netzwerke zweiter Ordnung ist, daß parasitäre Effekte, beispielsweise als Folge von Streukapazitäten, Resonanzerscheinungen zeigen können. Die Verstärkung des Allpaß-Netzwerks ist dann nicht gleich über die gesamte Bandbreite gleich Eins, und es treten verhältnismäßig große, frequenzabhängige Abweichungen von der gewünschten Verzögerung auf.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Verzögerungsschaltung mit mindestens einem Allpaß-Netzwerk zu verschaffen, in dem die parasitären Effekte geringere Resonanzerscheinungen zeigen. Eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß das Teilfilter einen dritten Kondensator enthält, der zwischen den zweiten Eingängen des zweiten Transkonduktors und des dritten Transkonduktors angeordnet ist. Durch diesen dritten Kondensator werden die Resonanzerscheinungen verringert, so daß die Verstärkung über die gesamte Bandbreite des zu verzögernden Signals besser gleich Eins gehalten werden kann und die Abweichungen von der gewünschten Verzögerung möglichst klein sind.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, daß das Allpaß-Netzwerk außerdem ein Teilfilter erster Ordnung enthält, das zusammen mit dem Teilfilter zweiter Ordnung ein Teilfilter dritter Ordnung bildet, wobei das Teilfilter erster Ordnung einen vierten Transkonduktor mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang, einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang sowie einen vierten Kondensator enthält. Indem die Allpaß-Netzwerke als Netzwerke dritter Ordnung ausgeführt werden, können Abweichungen von der gewünschten Verzögerung im Vergleich zu denen, die in Netzwerken zweiter Ordnung auftreten, reduziert werden. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Resonanzerscheinungen noch weiter zu verringern, wenn sie außerdem dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Eingang des vierten Transkonduktors mit der Bezugsklemme, der zweite Eingang des vierten Transkonduktors mit dem zweiten Ausgang des dritten Transkonduktors, der erste Ausgang des vierten Transkonduktors mit dem zweiten Eingang des dritten Transkonduktors und der zweite Ausgang des vierten Transkonduktors mit der Ausgangsklemme des Netzwerks gekoppelt ist, daß der vierte Kondensator zwischen den zweiten Eingängen des dritten Transkonduktors und des vierten Transkonduktors angeordnet und daß das Teilfilter dritter Ordnung außerdem einen fünften Kondensator enthält, der zwischen den zweiten Eingängen des zweiten Transkonduktors und des vierten Transkonduktors angeordnet ist, und möglicherweise einen sechsten Kondensator, der zwischen den zweiten Eingängen des ersten Transkonduktors und des vierten Transkonduktors angeordnet ist.
Abweichungen von der gewünschten Verzögerung können auch reduziert werden, wenn das Allpaß-Netzwerk nicht ein einziges Filter, sondern eine Kaskade von mindestens zwei Teilfiltern zweiter Ordnung enthält, wobei der dritte Transkonduktor des ersten Teilfilters und der erste Transkonduktor des zweiten Teilfilters von einem einzigen Transkonduktor gebildet wird, den beide Teilfilter gemeinsam haben.
Wenn die erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von in Kaskade geschalteten Allpaß-Netzwerken enthält, kann sie entsprechend einer weiteren Ausführungsform dadurch gekennzeichnet werden, daß jeder mit einer Ausgangsklemme verbundene Transkonduktor eines Allpaß-Netzwerks und der mit der Eingangsklemme verbundene Transkonduktor eines anschließenden Allpaß-Netzwerks von einem einzigen Transkonduktor gebildet werden, den beide Teilfilter gemeinsam haben. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, daß der erste Ausgang des mit der Eingangsklemme verbundenen Transkonduktors des ersten Allpaß- Netzwerks mit der Bezugsklemme verbunden ist. Noch eine weitere Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, daß die Ausgangsklemme des letzten Allpaß-Netzwerks der Verzögerungsschaltung mit dem zweiten Ausgang des mit der Ausgangsklemme verbundenen Transkonduktors verbunden ist.
In der Verzögerungsschaltung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jeder der Transkonduktoren einen linearisierten Differenzverstärker mit mindestens zwei emitter-gekoppelten Transistoren mit einer Eingangsruhestromquelle enthalten, wobei die Basen der Transistoren den ersten und den zweiten Eingang und die Kollektoren den ersten und den zweiten Ausgang bilden. Der erste Ausgang und der zweite Ausgang jedes Transkonduktors kann dann durch eine Stromquelle belastet werden.
Bei den bisher beschriebenen Verzögerungsschaltungen ist einer der Eingänge der Transkonduktoren des Allpaß-Netzwerks geerdet und der Signalstrom wird an beiden Ausgängen des Transkonduktors abgenommen. Eine Analyse dieser Schaltungen hat ergeben, daß die Arbeitsweise der Schaltungen die gleiche ist, wenn beide Eingänge des Transkonduktors erdfrei sind und der Signalstrom nur an einem einzigen Ausgang abgenommen wird. In diesem Fall kann eine Verzögerungsschaltung, die mindestens ein Allpaß-Netzwerk mit einer Eingangsklemme zum Empfang eines Eingangssignals, einer Ausgangsklemme zur Lieferung eines Ausgangssignals und einer Bezugsklemme zum Führen eines Bezugspotentials umfaßt, und die ein Teilfilter mindestens zweiter Ordnung enthält, das drei Transkonduktoren umfaßt, die jeder einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang sowie einen ersten und einen zweiten Kondensator haben, dadurch gekennzeichnet sein, daß der erste Ausgang des ersten Transkonduktors mit der Eingangsklemme, der erste Eingang des zweiten Transkonduktors mit dem ersten Ausgang des ersten Transkonduktors, der erste Ausgang des zweiten Transkonduktors sowohl mit dem zweiten Eingang des ersten Transkonduktors als auch dem ersten Eingang des dritten Transkonduktors, und der zweite Eingang des zweiten Transkonduktors mit dem ersten Ausgang des dritten Transkonduktors gekoppelt ist, daß der erste Kondensator zwischen dem ersten Ausgang des ersten Transkonduktors und dem des zweiten Transkonduktors, und der zweite Kondensator zwischen dem ersten Ausgang des ersten Transkonduktors und dem des dritten Transkonduktors angeordnet ist, und daß ein dritter Kondensator zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Transkonduktors und dem des dritten Transkonduktors angeordnet ist. Auch in dieser Ausführungsform verringert das Vorhandensein des dritten Kondensators die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Resonanzerscheinungen.
Bei diesem Aufbau der Verzögerungsschaltung kann jedes Allpaß- Netzwerk ein Teilfilter erster Ordnung enthalten, das zusammen mit dem Teilfilter zweiter Ordnung ein Teilfilter dritter Ordnung bildet, wobei das Teilfilter erster Ordnung einen vierten Transkonduktor mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang, einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang, sowie einen vierten Kondensator enthält. Auch bei dieser Verzögerungsschaltung kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Resonanzerscheinungen weiter verringert werden, wenn die Verzögerungsschaltung dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Eingang des vierten Transkonduktors mit dem ersten Ausgang des dritten Transkonduktors und der erste Ausgang des vierten Transkonduktors mit dem zweiten Eingang des dritten Transkonduktors gekoppelt ist, daß der vierte Kondensator zwischen dem ersten Ausgang des dritten Transkonduktors und dem des vierten Transkonduktors angeordnet und daß das Teilfilter dritter Ordnung einen fünften Kondensator enthält, der zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Transkonduktors und dem des vierten Transkonduktors angeordnet ist, und einen sechsten Kondensator, der zwischen dem ersten Ausgang des ersten Transkonduktors und dem des vierten Transkonduktors angeordnet ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann jedes Allpaß-Netzwerk eine Kaskade von mindestens zwei Teilfiltern zweiter Ordnung enthalten, wobei der dritte Transkonduktor des ersten Teilfilters und der erste Transkonduktor des zweiten Teilfilters von einem einzigen Transkonduktor gebildet werden, den beide Teilfilter gemeinsam haben.
Wenn die Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von in Kaskade geschalteten Netzwerken enthält, kann entsprechend einer weiteren Ausführungsform der mit der Ausgangsklemme verbundene Transkonduktor eines Netzwerks und der mit der Eingangsklemme verbundene Transkonduktor eines anschließenden Netzwerks von einem einzigen Transkonduktor gebildet werden, den beide Teilfilter gemeinsam haben.
In solchen Verzögerungsschaltungen kann entsprechend einer weiteren Ausführungsform jeder der Transkonduktoren einen linearisierten Differenzverstärker mit mindestens zwei emitter-gekoppelten Transistoren mit einer Eingangsruhestromquelle enthalten, wobei die Basen der Transistoren den ersten Eingang und den zweiten Eingang und die Kollektoren den ersten Ausgang und den zweiten Ausgang bilden. Dieser erste Ausgang und dieser zweite Ausgang jedes Transkonduktors können mit Hilfe eines Stromspiegels oder eines Negativ-Immittanz-Wandlers miteinander gekoppelt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a ein Prinzipschaltbild einer Verzögerungsleitung mit einer Verzögerungsschaltung,
Fig. 1b ein Prinzipschaltbild eines Transversalfilters mit einer Verzögerungsschaltung,
Fig. 2a eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltung mit einem Allpaß-Netzwerk zweiter Ordnung,
Fig. 2b ein Schaltbild zur Erläuterung des Aufbaus der in Fig. 2a gezeigten Schaltung,
Fig. 3a eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit zwei in Kaskade geschalteten Netzwerken zweiter Ordnung nach Fig. 2a,
Fig. 3b ein Schaltbild zur Erläuterung des Aufbaus der in Fig. 3a gezeigten Schaltung,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit einem ersten Typ eines Allpaß-Netzwerks dritter Ordnung,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit einem verbesserten Allpaß-Netzwerk dritter Ordnung des ersten Typs,
Fig. 6 einige Transkonduktoren für die Verwendung in erfindungsgemäßen Verzögerungsschaltungen,
Fig. 7 die Schaltung nach Fig. 5 mit Transkonduktoren nach Fig. 6,
Fig. 8a, b und c einige Schaltbilder, um die in Fig. 2a gezeigte Schaltung zu analysieren,
Fig. 8d eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit einem Allpaß-Netzwerk des zweiten Typs,
Fig. 9a eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit zwei in Kaskade geschalteten Netzwerken zweiter Ordnung nach Fig. 8d,
Fig. 9b eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit einem Allpaß-Netzwerk dritter Ordnung eines zweiten Typs,
Fig. 9c eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit einem verbesserten Netzwerk dritter Ordnung des zweiten Typs,
Fig. 10a einen Transkonduktor eines ersten Typs für die Verwendung in den Verzögerungsschaltungen in Fig. 8d und Fig. 9,
Fig. 10b einen Transkonduktor eines zweiten Typs für die Verwendung in den Verzögerungsschaltungen in Fig. 8d und Fig. 9,
Fig. 11a eine erste ausgearbeitete Ausführungsform der in Fig. 10b gezeigten Schaltung,
Fig. 11b eine zweite ausgearbeitete Ausführungsform der in Fig. 10b gezeigten Schaltung und
Fig. 12 die Schaltung aus Fig. 9c mit Transkonduktoren, so wie in Fig. 11a gezeigt.
Fig. 1a ist das Prinzipschaltbild einer Verzögerungsleitung, für die die erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung verwendet werden kann. Die Verzögerungsleitung enthält eine Vielzahl von in Kaskade geschalteten Allpaß-Netzwerken D&sub1;, . . .Dn. In diesem Zusammenhang soll unter Allpaß-Netzwerk ein Netzwerk verstanden werden, dessen Verstärkung über eine bestimmte Bandbreite nahezu konstant und gleich Eins ist. Jedes Netzwerk Dk(k= 1, . . ., n) hat eine Eingangsklemme ak, eine Ausgangsklemme bk und eine Bezugsklemme rk. Die Bezugsklemme rk jedes Netzwerks ist mit einer Erdklemme 3 verbunden. Die Eingangsklemme ak jedes Netzwerks Dk ist mit der Ausgangsklemme bk-1 des vorangehenden Netzwerks Dk-1 verbunden, außer der Eingangsklemme a&sub1; des ersten Netzwerks D&sub1;, die die Eingangsklemme der Verzögerungsleitung bildet und der die Eingangsspannung Vi zugeführt wird. Die verzögerte Ausgangsspannung VO tritt über einem zwischen der Ausgangsklemme Bn des letzten Netzwerks und der Erdklemme 3 angeordneten Lastwiderstand RL auf. Die Verzögerungszeit jedes der Netzwerke Dk kann einen festen Wert haben, aber es ist auch möglich, die Verzögerungszeit durch Verbindung eines Steuereingangs jedes der Netzwerke mit einer Regelschaltung 4 variabel zu machen.
Fig. 1b zeigt das Prinzipschaltbild eines Transversalfilters, in dem die erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung verwendet werden kann. Gleiche Teile haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1a. Bei einem solchen Filter werden das Eingangssignal Vi und die von den Netzwerken Dk verzögerten Signale in Wichtungsmitteln Wk (K = 0,1, . . ., n) mit einem Gewichtsfaktor multipliziert und anschließend in einer Addiereinrichtung 5 miteinander addiert. Am Ausgang dieser Einrichtung ergibt dies ein Ausgangssignal, das eine gefilterte Kopie des Eingangssignals vi ist. Ein adaptives Filter kann erhalten werden, indem man die Gewichtsfaktoren variabel macht.
Fig. 2a zeigt ein Beispiel eines Allpaß-Netzwerks für eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung, das ein Teilfilter zweiter Ordnung enthält. Der Einfachheit halber zeigt die Figur nur die Signalwege der Schaltung und sind Eingangsruhestromquellen u.ä. nicht dargestellt. Das Teilfilter zweiter Ordnung umfaßt drei identische Transkonduktoren G&sub1;, G&sub2; und G&sub3;, die in ihrer einfachsten Form dargestellt sind, nämlich als Differenzverstärker mit zwei emitter-gekoppelten Transistoren, deren Basen die Eingänge und deren Kollektoren die Ausgänge des Transkonduktors bilden. Der erste Transkonduktor G&sub1; enthält die Transistoren T&sub1; und T&sub2;, wobei die Basis des Transistors T&sub1; den ersten, mit der Erdklemme 3 verbundenen Eingang 10 bildet und die Basis des Transistors T&sub2; den zweiten, mit der Eingangsklemme a&sub1; des Netzwerks, der das Eingangssignal zugeführt wird, verbundenen Eingang 11 bildet. Der Kollektor des Transistors T&sub1; bildet den ersten Ausgang 12 und der Kollektor des Transistors T&sub2; den zweiten Ausgang 13 des Transkonduktors G&sub1;. Der zweite Transkonduktor G&sub2; umfaßt die Transistoren T&sub3; und T&sub4;, wobei die Basis 14 des Transistors T&sub3; mit der Erdklemme 3 und sein Kollektor 16 mit der Basis des Transistors T&sub2; verbunden und die Basis 15 des Transistors T&sub4; mit dem Kollektor 13 des Transistors T&sub2; verbunden ist. Der dritte Transkonduktor G&sub3; umfaßt die Transistoren T&sub5; und T&sub6;, wobei die Basis 18 des Transistors T&sub5; mit der Erdklemme 3 und sein Kollektor 20 mit der Basis des Transistors T&sub4; verbunden und die Basis 19 des Transistors T&sub6; mit dem Kollektor 17 des Transistors T&sub4; und mit der Ausgangsklemme des Netzwerks verbunden ist. Außerdem enthält das Allpaß-Netzwerk einen ersten, zwischen den Basen 11 und 15 der Transistoren T&sub2; und T&sub4;angeordneten Kondensator C&sub1; und einen zweiten, zwischen den Basen 11 und 19 der Transistoren T&sub2; und T&sub6; angeordneten Kondensator C&sub3;. Das Netzwerk enthält außerdem einen dritten, zwischen den Basen 15 und 19 der Transistoren T&sub4; und T&sub6; angeordneten Kondensator C&sub2;. Die Zufügung des Kondensators C&sub2; zu dem Netzwerk zweiter Ordnung reduziert Resonanzerscheinungen in dem Netzwerk, weil durch parasitäre Effekte, beispielsweise als Folge von Streukapazitäten, verursachtes Aufschaukeln verringert wird. Diese parasitären Effekte erzeugen unter anderm eine Zunahme der Verstärkung, so daß die Amplitudencharakteristik des Netzwerks nicht möglichst flach und in dem gewünschten Frequenzbereich nicht nahezu gleich Eins ist. Eine Spannung VI wird der Eingangsklemme a&sub1; zugeführt, um die Übertragungscharakteristik des Netzwerks zu bestimmen. Der Kollektor 12 des Transistors T&sub1; wird dann mit der Erdklemme 3 verbunden. Außerdem wird das Netzwerk mit einem Lastwiderstand belastet, wofür der Kollektor 21 des Transistors T&sub6; mit der Basis 19 des Transistors verbunden wird. Anhand von Fig. 2b soll erläutert werden, daß durch das Herstellen dieser Verbindung das Netzwerk mit einem Widerstand belastet wird. Diese Figur zeigt nur den letzten Transkonduktor des Netzwerks. Der Kollektor des Transistors T&sub6; wird mit der Erdklemme 3 verbunden. Ein Widerstand R zwischen der Ausgangsklemme b&sub1; und der Erdklemme 3 wird von einem Transkonduktor gebildet, der gleich dem Transkonduktor G&sub3; ist und die Transistoren T&sub7; und T&sub8; umfaßt, deren Basen mit ihren Kollektoren verbunden sind. Da die Basen der Transistoren T&sub6; und T&sub8; auf gleicher Spannung liegen, ist der Strom durch den Widerstand R gleich dem durch den Transkonduktor G&sub3;. Der Strom durch den Widerstand R wird zur Erdklemme 3 abgeführt, da der Kollektor des Transistors T&sub7; mit der Erdklemme 3 verbunden ist. Der Transistor T&sub6; liefert nur Strom an den Transistor T&sub5;, da der Kollektor des Transistors T&sub6; mit der Erdklemme 3 verbunden ist. Da die Kollektorströme der Transistoren T&sub6; und T&sub7; keinem besonderen Zweck dienen, können diese Transistoren entfallen. Der Emitter des Transistors T&sub8; sollte dann mit dem Emitter des Transistors T&sub5; verbunden werden. Dies führt zu der in Fig. 2a gezeigten Konfiguration.
Wenn die Spannung VI zugeführt wird, fließt ein Eingangsstrom IO durch die Eingangsklemme a&sub1;, welcher vollständig über den Kollektor 12 des Transistors T&sub1; zur Masse abgeführt wird. Das bedeutet, daß dieser Strom gleich IO = GVI ist, worin G die Steilheit des Transkonduktors G&sub1; ist. Folglich ist die Eingangsimpedanz des Netzwerks gleich 1/G. Da dies ein reiner Widerstand ist, können die Netzwerke direkt aneinander gekoppelt werden. Wenn die Spannungen an den Eingängen 15 und 19 V2 bzw. V3 sind und die Basisströme der Transistoren T&sub4; und T&sub6; vernachlässigt werden, ist die Summe der Ströme durch die Eingänge 15 und 19 gleich: -GV1 + GV3 + (V1 - V2)pC1 + (V3 - V2)pC2 = 0 (1)
-GV2 - GV3 + (V2 - V3)pC2 + (V1 - V3)pC3 = 0 (2)
worin p = o + jw die komplexe Frequenz ist, mit o gleich dem Abklingkoeffizienten und w gleich der Winkelfrequenz.
Aus den obenstehenden Gleichungen folgt für die Übertragungsfunktion des Allpaß-Netzwerks:
Aus dieser Gleichung ist leicht abzuleiten, daß die Verstärkung des Netzwerks für alle Frequenzen Eins ist. Die Phasenverschiebung des Netzwerks als Funktion der Frequenz kann auch aus obiger Gleichung abgeleitet werden, die es möglich macht, die Laufzeitfunktion, d. h. die Verzögerungszeit als Funktion der Frequenz, zu berechnen. Für ein Verzögerungsnetzwerk zweiter Ordnung sind die Polynome in p im Zahler und Nenner von Gleichung (3) Polynome zweiten Grades, wodurch eine Resonanzfrequenz Wo und ein Gütefaktor Q definiert werden können.
Bekanntlich kann die Übertragungsfunktion eines Allpaß-Netzwerks zweiter Ordnung, in diesen Größen ausgedrückt, umgeformt werden zu:
Aus Gleichung (3) und (4) folgt:
In einem Netzwerk mit einem Teilfilter zweiter Ordnung können die Resonanzfrequenz Wo und der Gütefaktor Q beispielsweise so gewählt werden, daß die Laufzeitfunktion möglichst flach ist, oder daß die Verzögerungszeit für alle Frequenzen innerhalb der Bandbreite des zu verzögernden Signals so gut wie möglich gleich der gewünschten Verzögerungszeit ist.
Wenn eine Kette solcher Netzwerke integriert wird, ist es wichtig, die Gesamtkapazität eine Netzwerks hinsichtlich der erforderlichen Chipfläche zu minimieren. Aus der Gleichung für die Resonanzfrequenz folgt, daß für eine gegebene Steilheit G die Summe der Kapazitäten C1 + C2 durch die gewählte Resonanzfrequenz Wo und den Gütefaktor Q bestimmt wird. Aus der Gleichung für den Gütefaktor Q folgt, daß die Kapazität C3 minimal ist, wenn C1 = C2. Unter der Annahme, daß C1 = C2 = C/2, folgt aus dem Obenstehenden:
Infolge der obigen Wahl wird die Gesamtkapazität eines Netzwerks minimiert, während sich gleichzeitig zeigt, daß die Resonanzerscheinungen infolge der Wahl C1 = C2 minimiert werden.
Fig. 3a zeigt eine Verzögerungsschaltung mit zwei Allpaß-Netzwerken zweiter Ordnung, wobei gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen haben wie in Fig. 2. Es sei bemerkt, daß die Filterschaltung tatsächlich mehrere Dutzend Netzwerke enthalten kann. Das zweite Netzwerk D&sub2; ist in gleicher Weise aufgebaut wie das Netzwerk D&sub1; und umfaßt drei Transkonduktoren G&sub3;, G&sub4; und G&sub5;. Der Transkonduktor G&sub3; ist ein Transkonduktor, den es mit dem Netzwerk D&sub1; gemeinsam hat. Dies wird anhand von Fig. 3b erläutert, in der für den Fall, daß das erste Netzwerk D&sub1; und das zweite Netzwerk D&sub2; beide drei Transkonduktoren enthalten, der letzte Transkonduktor G&sub3; mit den Transistoren T&sub5; und T&sub6; des Netzwerks D&sub1; und der erste Transkonduktor G3a mit den Transistoren T5a und T6a wiedergegeben wird. Die Kollektoren der Transistoren T&sub6; und T5a sind mit der Erdklemme 3 verbunden. Daher werden die Kollektorströme dieser Transistoren in dieser Schaltung auch nicht weiter verwendet.
Diese Kollektorströme sind gleich, weil die beiden Transkonduktoren gleiche Steilheiten haben und die Spannung an den beiden Transkonduktoren die gleiche ist. Daher ändert sich die Arbeitsweise der Schaltung nicht, wenn der Transistor T&sub6; dem Transistor T&sub5; Strom zuführt und die Transistoren T&sub6; und T5a entfallen. Der letzte Transkonduktor G&sub5; des Netzwerks D&sub2; wird in gleicher Weise wie der Transkonduktor G&sub3; in Fig. 2a durch einen Widerstand belastet. Die Schaltung von Fig. 3a wird von einer Signalstromquelle I angesteuert, an die ein Quellenwiderstand Ro angeschlossen ist. Dieser Widerstand wird von einem Transkonduktor Go gebildet, dessen Ausgänge mit den Eingängen verbunden sind. Um die Auswirkungen von beispielsweise Toleranzen zu minimieren, ist die Steilheit dieses Transkonduktors Go vorzugsweise gleich der des Transkonduktors in den Netzwerken D&sub1; und D&sub2;. Es sei bemerkt, daß die Verzögerungsschaltung auch von einer Signalspannungsquelle angesteuert werden kann, in welchem Fall der Widerstand Ro mit der Spannungsquelle in Reihe geschaltet werden muß. Beispielsweise ist in der oben erwähnten Weise eine Verzögerungsleitung zur Verzögerung von Videosignalen mit einer Bandbreite von 0-5 MHz und einer Verzögerungszeit von 0,1 us pro Allpaß-Netzwerk realisiert worden, wobei die maximale Abweichung von der gewünschten Verzögerungszeit 9,7% betrug. Die Resonanzfrequenz und der Gütefaktor jedes Netzwerks waren gleich Wo= 4,98 MHz bzw. Q = 0,702, die Kapazität der Kondensatoren C1, C2 und C3 war gleich C1 = C2 = 22,762 pF und C3 = 11,054 pF für eine Steilheit G = 1 kOhm&supmin;¹ der Transkonduktoren des Netzwerks. In der in Fig. 3a gezeigten Schaltung enthält jedes Allpaß-Netzwerk ein einziges Teilfilter zweiter Ordnung, wobei ein solches Teilfilter in dem vorliegenden Beispiel zur Lieferung einer über die gewünschte Bandbreite möglichst konstanten Verzögerung entworfen ist. Es ist jedoch möglich, jedes Allpaß-Netzwerk aus mehreren, beispielsweise zwei, Teilfiltern zweiter Ordnung aufzubauen, die jedes innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches eine Verzögerung mit verhältnismäßig starker Frequenzabhängigkeit haben und die zusammen eine nahezu konstante Verzögerung über die gewünschte Bandbreite liefern. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Verzögerungsleitung realisiert worden,in der jedes der Netzwerke aus zwei in Kaskade geschalteten Teilfiltern zweiter Ordnung aufgebaut ist. Fig. 3a zeigt ein einzelnes Allpaß-Netzwerk für diesen Fall. Die Netzwerke hatten eine Verzögerung von 0,2 us über eine Bandbreite von 0-5 MHz, mit einer maximalen Abweichung von 0,73%.
Das vom Eingang der Verzögerungsleitung aus gesehen erste Teilfilter zweiter Ordnung hatte eine Resonanzfrequenz f&sub1; = 3,72 MHz und einen Gütefaktor Q&sub1; = 0,569 und die Kapazitäten der Kondensatoren waren gleich C1 = C2 = 37,595 pF und C3 = 5,546 pF, während das zweite Teilfilter zweiter Ordnung eine Resonanzfrequenz f&sub2; = 5,81 MHz und einen Gütefaktor Q&sub2; = 1,129 hatte und die Kapazitäten der Kondensatoren gleich C1 = C2 = 12,132 pF und C3 = 24,861 pF waren. Die Steilheit der Transkonduktoren sowohl des ersten als auch des zweiten Teilfilters war G = 1 kOhm&supmin;¹.
Fig. 4 zeigt ein Allpaß-Netzwerk für eine erfindungsgemäße Verzögerungsschaltung mit einem Teilfilter dritter Ordnung. Dieses Teilfilter dritter Ordnung enthält ein Teilfilter erster Ordnung D&sub1; und ein Teilfilter zweiter Ordnung D&sub2;.
Das Teilfilter erster Ordnung D&sub1; umfaßt einen Transkonduktor G&sub1;&sub0; mit den Transistoren T&sub1;&sub0; und T&sub1;&sub1; und einen Kondensator C&sub1; sowie einen Transkonduktor G&sub1;&sub1;, den es mit dem Teilfilter zweiter Ordnung D&sub2; gemeinsam hat. Das Teilfilter zweiter Ordnung D&sub2; ist mit dem in Fig. 2 dargestellten identisch und umfaßt drei Transkonduktoren: G&sub1;&sub1; mit den Transistoren T&sub1;&sub2;, T&sub1;&sub3;, G&sub1;&sub2; mit den Transistoren T&sub1;&sub4;, T&sub1;&sub5; und G&sub1;&sub3; mit den Transistoren T&sub1;&sub6;, T&sub1;&sub7;, sowie drei Kondensatoren C&sub2;, C&sub3; und C&sub5;. Mit Hilfe eines solchen Allpaß-Netzwerks dritter Ordnung ist es möglich, eine Verzögerung zu erhalten, die mit größerer Genauigkeit gleich der gewünschten Verzögerung über die gesamte Bandbreite ist, als im Fall eines Allpaß-Netzwerks zweiter Ordnung. Beispielsweise sind Netzwerke realisiert worden, die über eine Bandbreite von 0-5 MHz eine Verzögerung von 0,1 us mit einer maximalen Abweichung von 0,22% aufweisen. Die Polfrequenz des Teilfilters erster Ordnung betrug f&sub1; = 6,40 MHz und der erste Kondensator hatte eine Kapazität von C&sub1; = 24,868 pF, während die Resonanzfrequenz und der Gütefaktor des Teilfilters zweiter Ordnung f&sub2; = 8,10 MHz bzw. Q&sub2;= 0,9779 betrugen und die Kapazität der Kondensatoren C2 = C3 = 12,611 pF bzw. C5 = 9,001 pF war. Die Transkonduktoren G&sub1;&sub0; bis G&sub1;&sub3; hatten wieder Steilheiten gleich G = 1 kOhm&supmin;¹.
In diesem Allpaß-Netzwerk dritter Ordnung kann die Neigung zu Resonanzen infolge von Streukapazitäten mit Hilfe zweier zusätzlicher Kondensatoren weiter verringert werden, so wie in Fig. 5 gezeigt wird. In dieser Figur ist ein Kondensator C4 zwischen den Eingängen 25 und 27 der Transkonduktoren G&sub1;&sub0;und G&sub1;&sub2; und ein Kondensator C6 zwischen den Eingängen 25 und 28 der Transkonduktoren G&sub1;&sub0; und G&sub1;&sub3; angeordnet. Es sei bemerkt, daß der Kondensator C6 entfallen kann. Die Übertragungsfunktion dieses Netzwerks kann durch Anlegen einer Eingangsspannung V&sub1; abgeleitet werden, die in gleicher Weise wie in dem in Fig. 3a gezeigten Netzwerk einen Eingangsstrom IO zur Folge hat, der zur Erdklemme 3 über den ersten Ausgang des ersten Transkonduktors G&sub1;&sub0; abgeführt wird. Wenn die Spannungen an den Eingängen 26, 27 und 28 V2, V3 bzw. V4 sind und die Basisströme der Transistoren der Transkonduktoren vernachlässigt werden, können die folgenden Gleichungen für die durch die Eingänge 26, 27 und 28 fließenden Ströme aufgestellt werden.
-GV1 + GV3 + +(V1 - V2)pC1 + (V3 - V2)pC2 + (V4 - V2)pC5 = 0 (7)
-GV2 + GV4 + +(V1 - V3)pC4 + (V2 - V3)pC2 + (V4 - V3)pC3 = 0 (8)
-GV3 + GV4 + +(V1 - V4)pC6 + (V2 - V4)pC5 + (V3 - V4)pC3 = 0 (9)
Aus den obigen Gleichungen folgt, daß die Übertragungsfunktion des Allpaß-Netzwerks ist:
mit:
A = C1 + C2 + C3 + C6
B = C1·C2+C1·C3+C1·C4+C2·C3+C2·C4+C2·C5+C3·C5+C4·C5
D = C1·C2·C3 + C1·C2·C5 + C1·C3·C4 + C1·C3·C5 + C1·C4·C5+ C2·C3·C4 + C2·C4·C5 + C3·C4·C5 + BC6.
Aus dieser Gleichung wird deutlich, daß die Verstärkung des Netzwerks für alle Frequenzen gleich Eins ist. Im Hinblick auf Integration ist es wieder wichtig, die Gesamtkapazität des Netzwerks zu minimieren. Minimierung der Gesamtkapazität kann jetzt nur numerisch erfolgen. Auf diese Weise sind die folgenden Kapazitätswerte für eine Verzögerungsleitung für ein Videosignal mit einer Bandbreite von 0-5 MHz und einer Verzögerung von 0,1 us pro Netzwerk für eine Steilheit G = 1 kOhm&supmin;¹der Transkonduktoren gefunden worden:
C1 = C2 = C3 = 16,246 pF
C4 = C5 = 3,247 pF
C6 = 1,354 pF.
In den obigen Beispielen werden die Transkonduktoren immer als einfache Differenzverstärker dargestellt. Um verhältnismäßig hohe Eingangsspannungen verarbeiten zu können, sollte die Steilheit über einen maximalen Spannungsbereich konstant sein. Bei einem einfachen Differenzverstärker nimmt die Ausgangsspannung nur über einen Kleinen Bereich als lineare Funktion der Eingangsspannung zu, so daß die Steilheit nur über einen Kleinen Bereich von Eingangsspannungen konstant ist. Daher werden im allgemeinen linearisierte Differenzverstärker als Transkonduktoren verwendet. Ein Beispiel für einen solchen Transkonduktor wird in Fig. 6a gezeigt. Der Transkonduktor enthält zwei parallel geschaltete Differenzverstärker. Der erste Differenzverstärker enthält die Transistoren T&sub2;&sub0; und T&sub2;&sub1;, die ungleiche Emitterflächen haben. Eine Stromquelle I&sub1; = I ist in der gemeinsamen Emitterstrecke dieser Transistoren angeordnet. Der zweite Differenzverstärker enthält die Transistoren T&sub2;&sub2; und T&sub2;&sub3;, die ebenfalls ungleiche Emitterflächen haben. Das Verhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren T&sub2;&sub0; und T&sub2;&sub1; ist gleich dem der Transistoren T&sub2;&sub3; und T&sub2;&sub2;. In der gemeinsamen Emitterstrecke der Transistoren T&sub2;&sub2; und T&sub2;&sub3;ist eine Stromquelle I&sub2; = I angeordnet. Die gemeinsamen Basen der Transistoren T&sub2;&sub0;und T&sub2;&sub2; bilden einen ersten Eingang 30 und die gemeinsamen Basen der Transistoren T&sub2;&sub1;, T&sub2;&sub3; bilden einen zweiten Eingang 31 des Transkonduktors. Die Kollektoren der Transistoren T&sub2;&sub0; und T&sub2;&sub2; sind mit einem ersten Ausgang 32 und die Kollektoren der Transistoren T&sub2;&sub1; und T&sub2;&sub3; mit einem zweiten Ausgang 33 verbunden. Die Ausgänge 32 und 33 sind durch eine Stromquelle I&sub3; = I bzw. I&sub4; = I belastet. Wenn das Verhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren T&sub2;&sub0; und T&sub2;&sub1; gleich 4 ist, ergibt sich für die Steilheit, die gleich dem Verhältnis des Signalstroms an den Ausgängen 32 und 33 zu der Signalspannung an den Eingängen 30 und 31 ist:
Der lineare Bereich eines solchen Differenzverstärkers ist ungefähr 5 mal so groß wie der eines einzelnen Differenzverstärkers. Aus der Gleichung für die Steilheit folgt auch, daß die Steilheit durch Änderung des Ruhestroms T verändert werden kann. Durch Änderung dieses Stroms für alle Transkonduktoren in einer Verzögerungsschaltung kann die Verzögerung des Netzwerks verändert werden.
Fig. 6b zeigt ein zweites Beispiel für einen linearisierten Transkonduktor. Dieser umfaßt einen ersten Differenzverstärker mit den Transistoren T&sub4;&sub0; und T&sub4;&sub1;, in deren gemeinsamer Emitterstrecke eine Stromquelle I&sub1; = 2I angeordnet ist, und einen zweiten Differenzverstärker mit den Transistoren T&sub4;&sub2;und T&sub4;&sub3;, in deren gemeinsamer Emitterstrecke eine Stromquelle I&sub2; = 2I angeordnet ist. Die Basen der Transistoren T&sub4;&sub0; und T&sub4;&sub2; sind mit einem Eingang 40 verbunden, dem eine Eingangsspannung Vin zugeführt wird. Die Basis des Transistors T&sub4;&sub1; ist mit einer Anschlußklemme 41 verbunden, der eine Bezugsspannung VR1 zugeführt wird, und die Basis des Transistors T&sub4;&sub3; ist mit einer Anschlußklemme 42 verbunden, der eine Bezugsspannung VR2 zugeführt wird. Die Kollektoren der Transistoren T&sub4;&sub0;, T&sub4;&sub2; sind mit dem ersten Ausgang 43 verbunden, der durch eine Stromquelle I&sub3; = (I&sub1; + I&sub2;)/2 belastet wird, und die Kollektoren der Transistoren T&sub4;&sub1;, T&sub4;&sub3; sind mit dem zweiten Ausgang 44 verbunden, der durch eine Stromquelle I&sub4; = (I&sub1; + I&sub2;)/2 belastet wird. Die Bezugsspannungen VR1 und VR2 sind um einen Spannungspegel VR0 der Filtererde herum symmetrisch. Durch eine geeignete Wahl dieser Spannungen kann man erreichen, daß der Ausgangsstrom als lineare Funktion der Eingangsspannung über einen größeren Bereich ansteigt, als mit einem einzigen Differenzverstärker erreichbar wäre.
Dieser lineare Bereich kann weiter ausgedehnt werden, wenn, wie in Fig. 6c gezeigt, der Schaltung ein dritter Differenzverstärker mit den Transistoren T&sub4;&sub4; und T&sub4;&sub5; hinzugefügt wird, wobei in der gemeinsamen Emitterstrecke dieser Transistoren eine Stromquelle I&sub3; = k·2I (K < 1) angeordnet ist. Die Basis und der Kollektor des Transistors T&sub4;&sub4; sind mit dem Eingang 40 bzw. dem Ausgang 45 verbunden. Die Basis des Transistors T&sub4;&sub5; ist mit einer Anschlußklemme 45 verbunden, der eine Bezugsspannung VR0 zugeführt wird. Der Kollektor des Transistors T&sub4;&sub5; ist mit dem Ausgang 44 verbunden. Bei einer geeigneten Wahl der Spannungen VR1 und VR2, die wieder symmetrisch zu einem Wert VR0 liegen, und des Verhältnisses der Ströme der Stromquellen I&sub1;, I&sub2;, und I&sub3; zueinander, wird ein verhältnismäßig großer Bereich einer konstanten Steilheit erhalten.
Der lineare Bereich des Transkonduktors kann durch Hinzufügen weiterer Differenzverstärker zu der Schaltung noch weiter ausgedehnt werden.
In Fig. 7 enthält das Netzwerk aus Fig. 5 Transkonduktoren des in Fig. 6 dargestellten Typs. Es sei bemerkt, daß die Erfindung sich nicht auf den gezeigten Transkonduktor beschränkt, sondern daß es alternativ möglich ist, andere Transkonduktoren zu verwenden, so wie in einer früheren Patentanmeldung (PHN 11.660) beschrieben.
Fig. 8a zeigt wieder die Schaltung aus Fig. 2a, wobei die Kondensatoren der Deutlichkeit halber weggelassen sind. Der dem Knotenpunkt 15 zugeführte Strom I2 ist gleich der Differenz zwischen den Kollektorströmen der Transistoren T&sub2; und T&sub5;. Das heißt, daß für diesen Strom gilt:
I2 = GV1 - GV3 = G(V1 - V3) (11) Eine Analyse dieser Gleichung zeigt, daß der gleiche Strom 12 auch durch Anlegen einer Spannung V3 - V1 an einen Transkonduktor mit einer Steilheit G erhalten werden kann, wie in Fig. 8b angegeben wird. Im vorliegenden Fall enthält der Transkonduktor keinen geerdeten Eingang wie im Fall des Transkonduktors aus Fig. 8a, und außerdem enthält er statt zweier Ausgänge nur einen Ausgang, von dem der Signalstrom abgenommen werden kann. Der andere Ausgang ist geerdet. Die folgenden Gleichungen gelten für die Ströme durch die Knotenpunkte 11 und 19:
I1 = -GV2 = G(0 - V2)
I3 = GV2 + GV3 = G(V2 - 0) + G(V3 - 0) (12)
Diese Ströme können also durch Anlegen der entsprechenden Spannungen an Transkonduktoren erhalten werden. Die entsprechend diesem Prinzip modifizierte Schaltung aus Fig. 8a wird in Fig. 8c gezeigt, wobei GL der den Lastwiderstand bildende Transkonduktor ist. Fig. 8b zeigt das vollständige Allpaß-Netzwerk zweiter Ordnung. Im übrigen verhält sich die Schaltung genauso wie die in Fig. 2 gezeigte.
Die Fig. 9a, b und c zeigen die Schaltungen der Fig. 3, 4 und 5 in in gleicher Weise modifizierter Form. Es sei bemerkt, daß auch für diesen Typ von Transkonduktoren mit einer Kaskadenschaltung identischer Netzwerke einer der Transkonduktoren als gemeinsamer Transkonduktor gebildet und somit ein Transkonduktor eingespart werden kann. In den in den Fig. 8 und 9 gezeigten Schaltungen wird Signalstrom nur von einem der Ausgänge des Transkonduktors abgenommen. Der andere Ausgang wird nicht verwendet, und der an diesem Ausgang im Prinzip vorhandene Signalstrom wird zu einer Speisespannungsklemme abgeführt.
Der Ausgangssignalstrom des Transkonduktors kann jedoch durch Hinzufügen des Signalstromes aus dem nicht verwendeten Ausgang zu dem Ausgangssignalstrom erhöht werden. Im Prinzip kann dies mit Hilfe eines Stromspiegels erreicht werden. Fig. 10a zeigt den Transkonduktor aus Fig. 6 mit einem einen als Diode geschalteten pnp- Transistor T&sub3;&sub0; und einen pnp-Transistor T&sub3;&sub1; enthaltenden Stromspiegel. Die Verwendung von pnp-Transistoren ist jedoch weniger wünschenswert, da diese eine ungünstige Auswirkung auf das Hochfrequenzverhalten der Schaltung haben. Fig. 10b gibt eine in dieser Hinsicht günstigere Lösung wieder. Hierbei wird der Transkonduktor durch einen Negativ-Immittanz-Wandler belastet, der einen Operationsverstärker 36 mit einem mit dem Knotenpunkt 33 verbundenen invertierenden Eingang (-), einem mit dem Knotenpunkt 32 verbundenen nicht-invertierenden Eingang (+) und einem mit dem invertierenden Eingang über einen Widerstand R2 = R und mit dem nichtinvertierenden Eingang über einen Widerstand R1 = R verbundenen Ausgang 34 enthält. Der Knotenpunkt 32 ist mit dem Ausgang 35 des Transkonduktors verbunden.
Die Signalströme durch den Knotenpunkt 33 und den Knotenpunkt 32 sind in Gegenphase. Der Immittanzwandler setzt den durch den Knotenpunkt 33 fließenden Signalstrom um und addiert diesen Strom zu dem durch den Knotenpunkt 32 fließenden Signalstrom, so daß der Ausgangssignalstrom verdoppelt wird. Dies gilt, weil der Operationsverstärker 30 dafür sorgt, daß die Spannung an dem invertierenden Eingang gleich der an dem nicht-invertierenden Eingang ist. Wenn die Widerstände R&sub1; und R&sub2; gleich sind, sind die Ströme durch diese Widerstände gleich. Der Strom durch den Knotenpunkt 33 fließt durch den Widerstand R&sub2;, so daß der gleiche Strom auch durch den Widerstand R&sub1; fließt.
Fig. 11 zeigt zwei Beispiele für einen solchen Transkonduktor mit einem Negativ-Immittanz-Wandler. In Fig. 11a ist der Knotenpunkt 33 zwischen den Kollektoren der Transistoren T&sub2;&sub1; und T&sub2;&sub3; mittels einer Reihenschaltung aus dem Widerstand R&sub2;, einem als Diode geschalteten Transistor T&sub3;&sub3; und einer Stromquelle I&sub5; = I+J mit der positiven Speisespannungsklemme verbunden und der Knotenpunkt 32 zwischen den Kollektoren der Transistoren T&sub2;&sub0; und T&sub2;&sub2; mittels einer Reihenschaltung aus dem Widerstand R&sub1; und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T&sub3;&sub2;, dessen Basis mit der Basis des Transistors T&sub3;&sub3; verbunden ist, mit der positiven Speisespannungsklemme verbunden. Außerdem sind die Knotenpunkte 32 und 33 mit den Basen der beiden als Differenzverstärker geschalteten Transistoren T&sub3;&sub4; und T&sub3;&sub5; verbunden, deren gemeinsamer Emitteranschluß mit der negativen Speisespannungsklemme über eine Stromquelle I&sub6; = 2J verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T&sub3;&sub5; ist mit der Basis des Transistors T&sub3;&sub2; und der Kollektor des Transistors T&sub3;&sub4; ist mit der positiven Speisespannungsklemme verbunden.
Anstelle der Widerstände R&sub1; und R&sub2; und der Transistoren T&sub3;&sub2; und T&sub3;&sub3; enthält die in Fig. 11b gezeigte Schaltung zwei Dioden D&sub1; und D&sub2;, die zwischen dem Ausgang und dem nicht-invertierenden Eingang 32 bzw. zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers T&sub3;&sub4;, T&sub3;&sub5; angeordnet sind. Die Arbeitsweise der in den Fig. 11a und b gezeigten Schaltungen ist die gleiche wie die der in Fig. 10b gezeigten Schaltung.
Schließlich zeigt Fig. 12 das detaillierte Schaltbild eines Allpaß- Netzwerks dritter Ordnung nach Fig. 9c mit Transkonduktoren nach Fig. 11a.
Hierbei sind die Ausgänge der Transkonduktoren G&sub1;&sub0; bis G&sub1;&sub3; außerdem mittels einer Klemmschaltung auf eine Spannung von 0 V geklemmt, welche Klemmschaltung einen npn-Transistor T&sub4;&sub0; enthält, dessen Emitter mit dem Ausgang 33 des entsprechenden Transkonduktors, dessen Kollektor mit der positiven Speisespannungsklemme und dessen Basis mit der die positive Bezugsspannung VP führenden Klemme verbunden ist, sowie einen pnp-Transistor, dessen Emitter mit dem Ausgang 33, dessen Kollektor mit der negativen Speisespannungsklemme und dessen Basis mit einer eine negative Bezugsspannung VN führenden Klemme verbunden ist. Die Bezugsspannungen sind beispielsweise VP = 2 D/3, VN = -2 D/3, wobei D eine Diodenspannung ist. Wenn die Forderung erfüllt ist, daß der Strom J aus der Stromquelle I&sub6; des Negativ-Immittanz-Wandlers größer ist als der Strom I aus den Stromquellen I&sub1; und I&sub2; des Transkonduktors, sorgt die Spannungsklemmung dafür, daß nach Einschalten der Spannungsversorgung die Schaltung in der gewünschten Weise arbeitet und kein "Latch-Up" möglich ist.

Claims

1. Verzögerungsschaltung, die mindestens ein Allpaß-Netzwerk mit einer Eingangsklemme (a&sub1;) zum Empfang eines Eingangssignals, einer Ausgangsklemme (b&sub1;) zur Lieferung eines Ausgangssignals und einer Bezugsklemme (3) zum Führen eines Bezugspotentials umfaßt und die ein Teilfilter mindestens zweiter Ordnung enthält, das drei Transkonduktoren (G&sub1;, G&sub2;, G&sub3;) umfaßt, die jeder einen ersten Eingang (10, 14, 18), einen zweiten Eingang (11, 15, 19), einen ersten Ausgang (12, 16, 20) und einen zweiten Ausgang (13, 17, 21) haben, wobei der erste Eingang (10, 14, 18) jedes der drei Transkonduktoren mit der Bezugsklemme (3), der zweite Eingang (11) des ersten Transkonduktors (G&sub1;) mit der Eingangsklemme (a&sub1;), der zweite Eingang (15) des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) mit dem zweiten Ausgang (13) des ersten Transkonduktors (G&sub1;) und dem ersten Ausgang (20) des dritten Transkonduktors (G&sub3;), der zweite Eingang (19) des dritten Transkonduktors (G&sub3;) mit dem zweiten Ausgang (17) des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) und der Ausgangsklemme (b&sub1;) gekoppelt ist, welches Teilfilter außerdem einen zwischen den zweiten Eingängen (11, 15) des ersten Transkonduktors (G&sub1;) und des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) angeordneten ersten Kondensator (C&sub1;) und einen zwischen den zweiten Eingängen (11, 19) des ersten Transkonduktors (G&sub1;) und des dritten Transkonduktors (G&sub3;) angeordneten zweiten Kondensator (C&sub3;) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilfilter einen dritten Kondensator (C&sub2;) enthält, der zwischen den zweiten Eingängen (15, 19) des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) und des dritten Transkonduktors (G&sub3;) angeordnet ist. (Fig. 2a)

2. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Allpaß-Netzwerk außerdem ein Teilfilter erster Ordnung enthält, das zusammen mit dem Teilfilter zweiter Ordnung ein Teilfilter dritter Ordnung bildet, wobei das Teilfilter erster Ordnung einen vierten Transkonduktor (G&sub1;&sub3;) mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang (28), einem ersten Ausgang (27) und einem zweiten Ausgang sowie einen vierten Kondensator (C&sub3;) enthält. (Fig. 4)

3. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) mit der Bezugsklemme (3), der zweite Eingang (28) des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) mit dem zweiten Ausgang des dritten Transkonduktors (G&sub1;&sub2;), der erste Ausgang des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) mit dem zweiten Eingang (27) des dritten Transkonduktors (G&sub1;&sub2;) und der zweite Ausgang des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) mit der Ausgangsklemme des Netzwerks gekoppelt ist, daß der vierte Kondensator (C&sub3;) zwischen den zweiten Eingängen (27, 28) des dritten Transkonduktors (G&sub1;&sub2;) und des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) angeordnet ist und daß das Teilfilter dritter Ordnung außerdem einen fünften Kondensator (C&sub5;) enthält, der zwischen den zweiten Eingängen (26, 28) des zweiten Transkonduktors (G&sub1;&sub1;) und des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) angeordnet ist. (Fig. 4)

4. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilfilter dritter Ordnung außerdem einen sechsten Kondensator (C&sub6;) enthält, der zwischen den zweiten Eingängen (25, 28) des ersten Transkonduktors (G&sub1;&sub0;) und des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) angeordnet ist. (Fig. 5)

5. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Allpaß-Netzwerk eine Kaskade von mindestens zwei Teilfiltern zweiter Ordnung enthält, wobei der dritte Transkonduktor des ersten Teilfilters und der erste Transkonduktor des zweiten Teilfilters von einem einzigen Transkonduktor (G&sub3;) gebildet wird, den beide Teilfilter gemeinsam haben. (Fig. 3a)

6. Verzögerungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von in Kaskade geschalteten Allpaß-Netzwerke enthält, wobei jeder mit einer Ausgangsklemme verbundene Transkonduktor eines Allpaß-Netzwerks und der mit der Eingangsklemme verbundene Transkonduktor eines anschließenden AllpaR-Netzwerks von einem einzigen Transkonduktor gebildet werden, den beide Teilfilter gemeinsam haben.

7. Verzögerungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang (12) des mit der Eingangsklemme (a&sub1;) verbundenen Transkonduktors (G&sub1;) des ersten AllpaR-Netzwerks mit der Bezugsklemme (3) verbunden ist. (Fig. 2a)

8. Verzögerungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangswiderstand zwischen der Eingangsklemme eines ersten Allpaß-Netzwerks der Verzögerungsschaltung und der Bezugsklemme (3) angeordnet ist, welcher Eingangswiderstand von einem fünften Transkonduktor (G&sub0;) gebildet wird, der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang hat, wobei der erste Eingang mit dem ersten Ausgang und der zweite Eingang mit dem zweiten Ausgang verbunden ist. (Fig. 3a)

9. Verzögerungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme des letzten Allpaß-Netzwerks der Verzögerungsschaltung mit dem zweiten Ausgang des mit der Ausgangsklemme verbundenen Transkonduktors (G&sub5;) verbunden ist. (Fig. 3a)

10. Verzögerungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transkonduktoren einen linearisierten Differenzverstärker mit mindestens zwei emitter-gekoppelten Transistoren (T&sub2;&sub0;, T&sub2;&sub1;) mit einer Eingangsruhestromquelle (I&sub1;) enthält, wobei die Basen (30, 31) der Transistoren den ersten bzw. den zweiten Eingang und die Kollektoren (32, 33) den ersten bzw. den zweiten Ausgang bilden. (Fig. 6a, Fig. 7)

11. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang und der zweite Ausgang jedes Transkonduktors durch eine Stromquelle (I&sub3;, I&sub4;) belastet werden. (Fig. 6a, Fig. 7)

12. Verzögerungsschaltung, die mindestens ein Allpaß-Netzwerk mit einer Eingangsklemme (V&sub1;) zum Empfang eines Eingangssignals, einer Ausgangsklemme (V&sub3;) zur Lieferung eines Ausgangssignals und einer Bezugsklemme zum Führen eines Bezugspotentials umfaßt, und die ein Teilfilter mindestens zweiter Ordnung enthält, das drei Transkonduktoren (G&sub1;, G&sub2;, G&sub3;) umfaßt, die jeder einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang sowie einen ersten (C&sub1;) und einen zweiten (C&sub3;) Kondensator haben, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang des ersten Transkonduktors (G&sub1;) mit der Eingangsklemme (V&sub1;), der erste Eingang des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) mit dem ersten Ausgang (V&sub1;) des ersten Transkonduktors (G&sub1;), der erste Ausgang (V&sub2;) des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) sowohl mit dem zweiten Eingang des ersten Transkonduktors (G&sub1;) als auch dem ersten Eingang des dritten Transkonduktors (G&sub3;) und der zweite Eingang des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) mit dem ersten Ausgang (V&sub3;) des dritten Transkonduktors (G&sub3;) gekoppelt ist, daß der erste Kondensator (C&sub1;) zwischen dem ersten Ausgang (V&sub1;) des ersten Transkonduktors (G&sub1;) und dem (V&sub2;) des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) und der zweite Kondensator (C&sub3;) zwischen dem ersten Ausgang (V&sub1;) des ersten Transkonduktors (G&sub1;) und dem (V&sub3;) des dritten Transkonduktors (G&sub3;) angeordnet ist, und daß ein dritter Kondensator (G&sub2;) zwischen dem ersten Ausgang (V&sub2;) des zweiten Transkonduktors (G&sub2;) und dem (V&sub3;) des dritten Transkonduktors (G&sub3;) angeordnet ist. (Fig. 8d)

13. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Allpaß-Netzwerk ein Teilfilter erster Ordnung enthält, das zusammen mit dem Teilfilter zweiter Ordnung ein Teilfilter dritter Ordnung bildet, wobei das Teilfilter erster Ordnung einen vierten Transkonduktor (G&sub1;&sub3;) mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang, einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang, sowie einen vierten Kondensator (C&sub3;) enthält. (Fig. 9b)

14. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) mit dem ersten Ausgang des dritten Transkonduktors (G&sub1;&sub2;) und der erste Ausgang des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) mit dem zweiten Eingang des dritten Transkonduktors (G&sub1;&sub2;) gekoppelt ist, daß der vierte Kondensator (C&sub3;) zwischen dem ersten Ausgang des dritten Transkonduktors (G&sub1;&sub2;) und dem des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) angeordnet ist und daß das Teilfilter dritter Ordnung einen fünften Kondensator (C&sub5;) enthält, der zwischen dem ersten Ausgang des zweiten Transkonduktors (G&sub1;&sub1;) und dem des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) angeordnet ist. (Fig. 9b)

15. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilfilter dritter Ordnung außerdem einen sechsten Kondensator (C&sub6;) enthält, der zwischen dem ersten Ausgang des ersten Transkonduktors (G&sub1;&sub0;) und dem des vierten Transkonduktors (G&sub1;&sub3;) angeordnet ist. (Fig. 9c)

16. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Allpaß-Netzwerk eine Kaskade von mindestens zwei Teilfiltern zweiter Ordnung enthält, wobei der dritte Transkonduktor des ersten Teilfilters und der erste Transkonduktor des zweiten Teilfilters von einem einzigen Transkonduktor (G&sub3;) gebildet werden, den beide Teilfilter gemeinsam haben. (Fig. 9a)

17. Verzögerungsschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von in Kaskade geschalteten Allpaß-Netzwerken enthält, wobei der mit der Ausgangsklemme verbundene Transkonduktor eines Allpaß-Netzwerks und der mit der Eingangsklemme verbundene Transkonduktor eines anschließenden Allpaß-Netzwerks von einem einzigen Transkonduktor gebildet werden, den beide Teilfilter gemeinsam haben.

18. Verzögerungsschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang des mit der Eingangsklemme verbundenen Transkonduktors (G&sub1;) des ersten Allpaß-Netzwerks mit dem ersten Eingang des genannten Transkonduktors verbunden ist. (Fig. 9a)

19. Verzögerungsschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Last (GL) zwischen der Ausgangsklemme des letzten Allpaß- Netzwerks der Verzögerungsschaltung und der Bezugsklemme angeordnet ist, welche Last von einem fünften Transkonduktor (GL) gebildet wird, der einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang, einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang hat, wobei der erste Eingang und der erste Ausgang mit der Ausgangsklemme und der zweite Eingang mit der Bezugsklemme verbunden ist. (Fig. 9a)

20. Verzögerungsschaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transkonduktoren einen linearisierten Differenzverstärker mit mindestens zwei emittergekoppelten Transistoren (T&sub2;&sub0;, T&sub2;&sub1;) mit einer Eingangsruhestromquelle (I&sub1;) enthält, wobei die Basen der Transistoren den ersten Eingang (30) und den zweiten Eingang (31) und die Kollektoren den ersten Ausgang (32) und den zweiten Ausgang (33) bilden. (Fig. 10a)

21. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang und der zweite Ausgang jedes Transkonduktors mit Hilfe eines Stromspiegels (T&sub3;&sub0;, T&sub3;&sub1;) miteinander gekoppelt sind. (Fig. 10a)

22. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang (32) und der zweite Ausgang (33) jedes Transkonduktors mit Hilfe eines Negativ-Immittanz-Wandlers (36, R&sub1;, R&sub2;) miteinander gekoppelt sind. (Fig. 10b)

23. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 10 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transkonduktoren zwei parallel geschaltete Differenzverstärker enthält, die jeder zwei Transistoren mit ungleichen Emitterflächen enthalten und wobei die Basen und Kollektoren von jeweils zwei Transistoren mit ungleichen Emitterflächen miteinander verbunden sind.

24. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 10 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Transkonduktoren mindestens zwei Differenzverstärker enthält, die jeder zwei Transistoren mit nahezu gleichen Emitterflächen enthalten, wobei die Basen und Kollektoren eines der Transistoren jedes Differenzverstärkers miteinander verbunden sind, die Basen der anderen Transistoren jedes Differenzverstärkers voneinander unterschiedliche Bezugsspannungen führen und die Kollektoren der genannten anderen Transistoren miteinander verbunden sind.