DE2808604B2

DE2808604B2 -

Info

Publication number: DE2808604B2
Application number: DE2808604A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Betzl; Friedrich Dipl.-Ing. Kuenemund; Roland Dipl.-Ing. Dr. 8012 Riemerling Schreiber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-28
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2808604C3; JPS5570116A; ATA145379A; DE2808604A1; FR2418575B1; FR2418575A1; IT7920473A0; CH639221A5; AU4468779A; IT1111799B; AT382048B; SE7901761L; AU511004B2; NL7901622A; BE874518A; GB2016848B; GB2016848A; US4267535A

Description

Die Erfindung betrifft eine aus CTD-Leitungen bestehende Koppelschaltung, deren einzelne CTD-Lei-

4^r) tungen unidirektionales Übertragungsverhalten haben und deren Wellenleitwert durch die Größe ihrer charakteristischen Umladekapazitäten festgelegt ist.

Aus der deutschen Patentschrift 24 53 669 sind unter anderem elektrische Filterschaltungen bekanntgewor-

w den, zu deren Aufbau in sich geschlossene Leitungsschleifen mit unidirektionalem Übertragungsverhalten verwendet werden können. Als Leitungen können dabei auch die bekannten CTD-Leitungen (Charge transfer devices) in Frage kommen. Solche Leitungen sind für

^r>) sich bekannt als sog. Eimerkettenschaltungen oder auch als sog. CCD (Charge coupled devices). Zum Betrieb solcher Schaltungsbauteile sind Taktgeneratoren erforderlich, wie dies im einzelnen ebenfalls in der deutschen Patentschrift 24 53 669 beschrieben ist. In dieser

w) Patentschrift ist unter anderem bereits darauf hingewiesen, daß als unidirektionale Übertragungsleitungen vorteilhaft Eimerkettenschaltungen verwendet werden können.die beispielsweise in der Zeitschrift »IEEE Solid State Circuits«, Vol. SC 4. |uni 1969, Heft 3, Seiten 131

h-, bis 136, beschrieben sind. Anstelle von solchen Eimerkettenschaltungen können auch die erwähnten CCD-Leitungen verwendet werden, das sind Übertragungsleitungen. die nach dem Prinzip der gekoppelten

Ladung arbeiten. Solche CCD-Leitungen sind beispielsweise in »BSTJ«, Band 49, 1970, Seiten 589 bis 593, angegeben. Auch der Aufbau von Filterschaltungen wurde bereits angegeben. Bekanntlich ist es gerade für die Realisierung von Filterschaltungen zur Erzielung einer vorgegebenen Übertragungscharakteristik häufig von besonderer Bedeutung, in der Übertragungscharakteristik Dämpfungspole bei reellen oder komplexen Frequenzen vorzusehen, wodurch sich Versteilerungen in der Därrrjfungscharakteristik oder die Beeinflussung der Laufzeit im Durchlaßbereich des Filters erzielen lassen. Zur Realisierung solcher versteuerter Schaltungen sind Koppelsch.iltungen vorteilhaft Wegen der unidirektionalen Eigenschaften der hier zur Anwendung kommenden CTD-Leitungen lassen sich jedoch Koppelschaltungen im üblichen Sinn nicht ohne weiteres nachbilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von CTD-Koppelschaltungen anzugeben, bei denen das Übertragungsverhalten von nicht unidirektionalen Koppelschaltungen, wie beispielsweise Mikrowellenschaltungen, vollständig erhalten bleibt.

Ausgehend von einer aus CTD-Leitungen bestehenden Koppelschaltung, deren einzelne CTD-Leitungen unidrektionales Übertragungsverhalten haben und deren Wellenleitwert durch die Größe ihrer charakteristischen Umladekapazitäten festgelegt ist, wi d diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwei CTD-Leitungen mit zueinander entgegengesetzter Durchlaßrichtung zu einem Leitungspaar zusammengefaßt sind, daß die Zusammenfassung der zu einem Leitungspaar gehörenden Leitungen durch deren Verbindung über eine weitere CTD-Leitung erfolgt, deren Durchlaßrichtung von der zuführenden zur wegführenden Leitung des jeweiligen Leitungspaares gerichtet ist, und daß jede zuführende Leitung mit den wegführenden Leitungen der anderen Leitungspaare verbunden ist und diese Verbindung aus wenigstens einem Abschnitt einer CTD-Leitung, einem Verstärker und einer galvanischen Leitung besteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

Es zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 das elektrische Ersatzschaltbild einer allgemeinen Koppelschaltung in Form einer Mikrowellenleitungsverzweigung mit nicht unidirektionalen Eigenschaften,

F i g. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild gemäß der Erfindung zur Realisierung einer Koppelschaltung mit unidirektionalen Leitungen und Einzelheiten der Bemessungsbedingungen,

Fig. 3 die Streumatrix der Koppelschaltimg nach Fig. 1,

Fig.4 die Streumatrix der Koppelschaltung nach F i g. 2,

Fig. 5 den formalen Zusammenhang eines Koeffizientenvergleiches der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Streumatrizen,

Fig. 6 ein Schaltsymbol gemäß F i g. I bzw. F i g. 2 mit drei Leitungspaaren,

F i g. 7 eine mi ι einem Zweipol abgeschlossene Koppelschaltung,

Fig. 8 eine weiU're Realisierungsmöglichkeit für Filterschaltungcn mit Polstellen in der Dämpfungsfunktion.

Fig. 9 die Bedingungen und die Streumatrizen einer Zweitor-Koppelschaltung, die aus Fig. 1 hervorgegangen ist,

Fig. 10 die Streumatrix einer Zweitorkoppelschaltung, die aus F i g. 2 hervorgegangen ist,
F i g. 11 das elektrische Ersatzschaltbild einer Zweitor-Koppelschaltung gemäß der Streumatrix nach Fig. 10,

Fig. 12 eine Möglichkeit zur Wahl der Bemessungsgrößen einer Schaltung gemäß Fig. 11,
ίο F i g. 13 und 14 die Streumatrizen einer Zweitorschaltung unter Einführung einer weiteren vereinfachenden Bedingung,

Fig. 15 das elektrische Ersatzschakbild einer Zweitor-Koppelschaltung nach den Streumatnzen der Fiß. 13und 14,

F i g. 16 einen Ausschnitt aus einer Filterschaltung mit CTD-Resonatoren, die über Zweitor-Koppelschaltungen verbunden sind,

F i g. 17 einen Ausschnitt aus einer Filterschaltung, bei der CTD-Resonatoren über eine Zweitor- Koppelschaltung mit einer CTD-Koppelschleife verbunden sind,

Fig. 18 eine Realisierungsmöglichkeit nach Fig. 2, jedoch unter Verwendung gleicher Wellenlcitwerte für alle Leitungspaare,

Fig. 19 ein Beispiel für die Realisierung von Verstärkern in CCD-Technologie,

F i g. 20 einen Querschnitt durch einen integrierten Schaltungsabschnitt gemäß F i g. 19,

Fig. 21 einen Ausschnitt aus der Substratdraufsicht jo von Fig. 19, jedoch mit Transistorsymbolen als elektrisches Ersatzschaltbild.

Das in F i g. 1 dargestellte elektrische Ersatzschaltbild zeigt eine allgemeine Koppelschaltung 2, deren Verzweigungspunkte mit der Bezugsziffer 1 kenntlich jj gemacht sind. Für sich sind solche Leitungen aus der Mikrowellentechnik bekannt, und es lassen sich an sich beliebig viele Einzelleitungen in Punkt 1 miteinander verbinden. Zur einfacheren Darstellung sind in Fig. 1 und im folgenden nur drei Leitungen betrachtet. 4(i Entsprechend den üblichen Mikrowellenleitungen sind die auf den Verzweigungspunkt 1 zulaufenden Wellenanteile mit pi bis pi und die vom Verzweigungspunkt 1 weglaufenden Weilenanteilc mit q\ bis qi verdeutlicht. Weiterhin sei zur einfacheren Darstellung da"on ■r> ausgegangen, daß eine Leitung den Wellenleitwert cj und die beiden anderen Leitungen davon abweichende Wellenleitwerte uci bzw. vc> haben. Alle Leitungen haben das Phasenmaß ß/2.

In F i g. 2 ist ein der F i g. 1 entsprechendes Schaltbild jo gezeigt, das dort ebenfalls mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist. Es sind u und ν charakteristische Bemessungsgrößen für die Koppelschaltung und bedeuten denjenigen Faktor, um den sich die Wellenleitwerte der unterschiedlichen Leitungen nach F i g. 1 unterschei-Vi den. Im Unterschied zur Darstellung nach F i g. 1 ist nun in F i g. 2 davon ausgegangen, daß die dort verwendeten Leitungen unidirektionale Übertragungseigenschaften haben, wie dies für die eingangs bereits erwähnten CTD-Leitungen der Fall ist. Aus diesem Grund sind in w) F i g. 2 die Übertragungseinrichtungen dieser Leitungen durch jeweils zugeordnete Pfeile kenntlich gemacht, und es sind die auf die Koppelschaltung 2 zulaufenden Wellen mit pt, p> und pi, und die von der Koppelschaltung 2 weglaufenden Wellen mit q\, φ und <ji bezeichnet. hi Zugleich werden diese Symbole hier und im folgenden auch für die Anschlußleitungen selbst verwendet. Entsprechend F i g. 1 hat das Leitungspaar pi, qi den Wellenleitwert uci, während die Leitungspaare p\, Q\

bzw. P₂, qi die Wellenleitwerte C₃ bzw. vci haben. Die vorgenannten Wellenleitwerte ergeben sich dabei zugleich aus den charakteristischen Umladekapazitäten der CTD-Leitungen.

In Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß eine die Koppelschaltung 23 durchlaufende Welle die Phasendrehung β erfährt. Um auf spätere Realisierungsmöglichkeiten Rücksicht zu nehmen, haben daher alle CTD-Leitungsabschnitte ein an sich beliebiges Phasenmaß ß.

Wie F i g. 2 weiter zu entnehmen ist, ist jeweils jedes Leitungspaar über eine CTD-Leitung verbunden, die von der zuführenden zur wegführenden Leitung führt. Im Leitungspaar p\, q\ ist der Wellenleitwert dieser Verbindungsleitung mit C₂ bezeichnet, im Leitungspaar P2, <?2 ist der Weiienieitwert der Verbindungsleitung mit xci und im Leitungspaar p₃, q₃ mit wc₂ bezeichnet. Ferner ist zu erkennen, daß jede zuführende Leitung mit den wegführenden Leitungen der anderen Leitungspaare verbunden ist. Diese Verbindungen bestehen aus wenigstens einem Abschnitt einer CTD-Leitung, z. B. dem Abschnitt C\+C\' und dem Abschnitt yc\' bzw. Ci +Ci' und ζ ■ C\ und weiterhin aus einem Verstärker Q\ bzw. CV und einer galvanii^hen Verbindung L\. Entsprechendes gilt für die Verbindung zwischen den Leitungen p$ und q₂ und pi und q\ sowie zwischen den Leitungen p₂ und <ji bzw. P₂ und q₃. Für den in F i g. 2 gezeigten allgemeinen Fall sind den Umladekapazitäten der CTD-Leitungen Multiplikationsfaktoren zugeordnet, die mit x.y. wund ζ bezeichnet sind. Entsprechende Verstärker in den übrigen Verbindungsleitungen sind mit Q₂ und Q₂ und mit Qi und Qj bezeichnet. Zugehörige galvanische Verbindungsleitungen mit L₂ und /.). Als vorteilhafte Ausgestaltung sind die mit gleichen Indizes bezeichneten Verstärker als Doppelverstärker ausgebildet, als Verstärker also mit nur einem Eingang und zwei Ausgängen.

Die CTD-Leitungen mit den Umladekapazitäten bzw. den Wellenleitwerten c,', yc\', ze,' in Fig. 2 im Inneren der Verzweigung dürfen nicht miteinander verbunden sein. Dies stellt hier kein Realisierungsproblem dar, weil ein Verstärkerausgang (z.B. von CV) mit einer nachfolgenden CTD-Leitung (z.B. yv\') durch eine galvanische Leiterbahn (z. B. L]) verbunden ist, die über andere Leiterbahnen (z. B. L₂, Li) isoliert hinweggeführt werden kann.

Im Schaltbild von Fig. 2 sind ferner Verstärker erkennbar, die mit den Bezugsziffern Kt. K,', K_b und K_b' bezeichnet sind und die in den jeweils zu einem Leitungspaar zusammengefaßten zu- bzw. wegführenden Leitungen eingeschaltet sind. Dabei sollte das Produkt der Verstärkungsfaktoren vorzugsweise

sein.

Die in Fig.2 ebenfalls angegebenen Bedingungen sagen nun aus, daß an den Stellen, an denen eine oder mehrere CTD-Leitungen zu einer gemeinsamen Umladekapazität geführt sind, von der wiederum mehrere oder eine CTD-Leitung wegführen, die Summe der charakteristischen Urnladekapazitäten der zuführenden Cl O-Leitungen gleich ist der Summe der charakteristischen Umladekapazitäten der wegführenden CTD-Leitungen.

In F i g. 3 ist die Streumatrix der Koppelschaltung von F i g. 1 angegeben, und in F i g. 4 die Streumatrix für die Ladungswellen p\, q_u Pi, q₂, Pj, 93 der Koppelschaltung von F i g. 2. Durch Koeffizientenvergleich ergeben sich die Dimensionierungsvorschriften in F i g. 5 als Sonder fall aus vielen Möglichkeiten. Abweichend von de Empfehlung für die Verstärker /C₄ · Ki! = 1 wurde hie /C₄, /C₄'= - 1 angenommen. Dies ist dann zulässig, wem in dem vorgesehenen Filter ein Schaltungsabschnitt zi der Koppelschaltung in Kette geschaltet ist, mit dem da; Produkt aller Verstärkungsfaktoren gleich 1
innerhalb der durch die Kettenschaltung entstandener Leiterschleife.

Bei einer anderen von möglichen weiteren Dimensio nierungen kann auch die Bedingung /C₄-ZC₄'=+! vorgegeben werden, indem die Vorzeichen der Elemen te der mittleren Zeile oder der mittleren Spalte in dei Streumatrix Fig.3 entgegengesetzt gewählt werden Unter der Voraussetzung u>v+\ i.st es bei einei weiteren Dimensionierung zweckmäßig, die Vorzeicher in der dritten Zeile oder Spalte in Fig. 3 umzukehren um die Bedingung K₆, Kb = 1 zu erfüllen.

Durch die vorgeschlagenen Vorzeichenvertauschun gen bleibt eine danach realisierte Koppelschaltung für den Einsatz in Reaktanz-Abzweigschaltungen geeignet da dies lediglich eine Phasendrehung um 180° in der betreffenden Leitung bedeutet.

Es sei hier noch darauf hingewiesen, daß bei den mit K bezeichneten Verstärkern das Verstärkungsmaß K al; Spannungsverstärkungsfaktor aufzufassen ist, währenc es bei den mit Q bezeichneten Verstärkern ah Ladungsverstärkungsfaktor anzusehen ist.

Wie aus F i g. 5 noch erkennbar, ergibt sich eine vereinfachende Schreibweise mit der Beziehung c₂lc-i = r, die auch noch in den nachfolgenden Figuren von Bedeutung ist.

In Fig.6 ist ein mit V bezeichnetes Schaltsymbo gezeigt, dessen Funktion nach der in Fig. 2 bereits beschriebenen Weise abläuft. Auch die ein- und ausfallenden Wellen, die Wellenleitwerte und die Phasenbeziehungen sind mit den gleichen Symbolen wie in Fig. 2bezeichnet.

Die F i g. 7 und 8 zeigen Ausschnitte von Filterschaltungen, in denen das in F i g. 6 beschriebene Schaltsymbol K verwendet ist. Schaltungen dieser Art sind bereits in der älteren Anmeldung P 27 04 318.! angegeben. Wie aus Fig. 7 zu erkennen, ist die Koppelschaltung V einseitig mit einem Zweipol Z abgeschlossen, und es können z. B. Dämpfungspole erzeugt werden, wenn dieser Zweipol ZaIs Reaktanzzweipol aus gekoppelten CTD-Resonatoren ausgebildet ist. Solche CTD-Resona toren sind für sich ebenfalls bereits bekannt.

F i g. 8 zeigt die Möglichkeit, einen Filterabschnitt zu überbrücken, wodurch sich Pole der Dämpfungsfunk tion bei physikalischen und komplexen Frequenzen erzeugen lassen. Dies hat zu bedeuten, daß mit solchen Schaltungen entweder die Dämpfungscharakteristik versteuert oder das Laufzeitverhalten im Durchlaßbereich beeinflußt werden kann. Auch in F i g. 8 sind an die Zu- und Wegführungsleitungen die gleichen Symbole angeschrieben, die im Zusammenhang mit F i g. 2 bereits erläutert wurden. Wie F i g. 8 weiter zu entnehmen ist, sind dort zwei Koppelschaltungen Vund V miteinander verbunden, und es sind zur einfachen Unterscheidung die Ausgangsgrößen gegenüber den Eingangsgrößen mit einer Apostrophierung versehen. Auch ist zu erkennen, daß an das mit q₂ und pz bezeichnete Leitungspaar der ersten Verzweigung V ein Filterabschnitt 4 angeschaltet ist, der aus CTD-Leitungen realisiert ist An das weitere Leitungspaar pj und φ der Verzweigung V ist eine Überbrückung 5 angeschaltet, und es ist davon auszugehen, daß auch diese

Überbrückung 5 aus CTD-Leitungen besteht. Die Filterschaltung 4 und die Überbrückungsschaltung 5 sind ausgangsseitig an der zweiten Koppelschaltung V wieder vereinigt, so daß also das Leitungspaar p\ und q\ des Filterabschnittes 4 sowie das Leitungspaar ρϊ und qi der Überbrückung 5 in der Koppelschaltung V vereinigt werden. Der Ausgang der Koppelschaltung V ist mit q₂ und ρϊ bezeichnet. Die ebenfalls an die jeweiligen Leitungsabschnitte angeschriebenen Faktoren u, ν wurden im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 ebenfalls bereits erläutert. Hinsichtlich der Berechnung kann hier auf die bekannten Regeln der Betriebsparametertheorie verwiesen werden, die es auch bei diesen aus CTD-Leitungen bestehenden Filtern gestattet, die Lage der Dämpfungspole und die Beeinflussung des Laufzeitverhaitens in freier weise zu wählen.

Wenn nach den Regeln dieser Theorie in den Zweipol Z nach Fi g. 7 bzw. die Überbrückungsschaltung 5 nach F i g. 8 reelle Widerstände eingeführt werden, dann lassen sich mit Hilfe der dort angegebenen Schaltungen auch Entzerrerschaltungen zur Beeinflussung des Dämpfungsganges realisieren.

In den Fig.9 bis 12 sind Sonderfälle einer Koppelschaltung dargestellt, bei denen die ein Leitungspaar charakterisierenden Bemessungsgrößen den Wert Null haben. Im Beispiel der Fig. 9 entfällt das Leitungspaar p>, φ, wenn die dort angegebenen Bedingungen erfüllt sind. Unter diesen Bedingungen ergibt sich die Streumatrix 5Ί analog zu F i g. 1 bzw. den in F i g. 3 angegebenen Beziehungen. In Analogie dazu zeigt Fig. 10 die Streumatrix S'b für Schaltungen nach F i g. 2 mit den in F i g. 4 angegebenen Beziehungen.

Die in F i p. 11 gezeigte Schaltung ist unmittelbar das Ergebnis der in Fig. 10 dargestellten Streumatrix. Aus einem unmittelbaren Koeffizientenvergleich der Streumatrizen für S.,' und Si,' folgen die in Fig. 12 angegebenen Beziehungen, die gleichzeitig die Dimensionierungsvorschriften für die in F i g. 11 angegebene Schaltung sind. Wie vorstehend bereits erwähnt, wurde die Spannungsverstärkung mit K und die Ladungsver-Stärkung mit Q bezeichnet. Die Beziehung zwischen diesen beiden Größen ist in F i g. 11 zusätzlich angegeben.

Weitere Dimensionierungen von Resonatorkopplungen zeigen die Fig. 13 bis 17. In Fig. 13 ist die Streumatrix der Schaltung von Fig. 15 angegeben, in der ausschließlich Verstärker K vorgesehen sind, die eingangs- und ausgangsseitig an CTD-Leitungen gleichen Wellenleitwertes α angeschlossen sind. Ein Koeffizientenvergleich zwischen Fig. 13 und 14 ergibt die Dimensionierungsgrößen von F i g. 15.

In den F i g. 13 und 15 wurde nicht mit Ladungswellen ρ und q sondern mit Spannungswellen u\, v\-, u₂, v₂ gerechnet, um eine weitere Variante für die Dimensionierung von Koppelschaltungen aufzuzeigen, mit denen sich Filterstrukturen mit verstärkerfreien CTD-Leiterschleifen gewinnen lassen.

Die Schaltung von Fig. 15 geht hervor aus der Schaltung von Fig. 11, wenn dort die Dimensionierungsgröße v= 1 gesetzt wird. Damit werden auch die Verstärkungsfaktoren Ka und Kj,'= 1, und es können somit diese Verstärker entfallen.

Fig. 16 zeigt ein Beispiel für die Verkopplung von drei Resonatoren A₁, R₂, R3, wobei noch durch eine einfache Umwandlung in den Koppelgliedern die beiden Verstärker K\ und K₂ jeweils in einem einzigen Verstärker K\' · K₂ zusammengefaßt sind, so daß nur in einem Abschnitt c_t dieser Koppelschaltung, der nicht zugleich Bestandteil des Resonators R] bzw. R₂ bzw. Rj ist, dieser einzige Verstärker K₁' ■ AT₂ liegt.

Die Schaltung in Fig. 17 zeigt eine Verkopplung zweier Resonatoren /?_t, R₂ über eine zusätzliche Koppelschleife 6 mit dem Phasenmaß

womit sich die Größe der Verstärkungsfaktoren K¹K₂ reduzieren läßt. Physikalisch hängt dies damit zusammen, daß sich unter Beibehaltung der Bandbreite die Größe der Wellenwiderstandssprünge reduzieren läßt.

Fig. 18 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel eine CCD-Koppelschaitung entsprechend F i g. 2 der Einfachheit halber jedoch mit u— v— 1 und ohne die äußeren Verstärker K^b, K*'b- Diese Darstellung muß deshalb als schematisch bezeichnet werden, weil der platzsparenden und übersichtlicheren Darstellung wegen die Verhältnisse von Länge a zu Schlitzbreite s sowie von Länge a zu Breite b der leitenden Belegungsflächen der Umladekapazitäten c\, c?, cj kleiner gewählt wurden als bei einer wirklichen Realisierung. So sind auch die Doppelverstärker Q_t„ Q'„ mit gemeinsamem Eingang (2ci) und zwei Ausgängen (L₁,, C]) lediglich als schraffierte Dreiecke dargestellt. Dabei bedeutet eine die Indizes bezeichnende ganze Zahl 1 bzw. 2 bzw. 3.

Die in Fig. 18 dargestellten galvanischen Leitungen L, bis L₃ können dabei in der gleichen Weise hergestellt sein wie es bei der Realisierung von CTD-Schaltungen üblich ist. Beispielsweise können die Leitungen in Form von aufgedampften leitenden Belägen auf ein Substrat aufgebracht werden, also in der gleichen Weise wie beispielsweise die Belegungen für die Umladekapazitäten C] bis C]. Auch läßt sich in der Art der CCD-Technologie leitend dotiertes Silizium als Leiterbahn verwenden. Wie auch F i g. 2 erkennen läßt, dürfen die Leitungen Lt bis L] an den Überkreuzungsstellen nicht elektrisch verbunden sein. Solche sich kreuzenden Leiterbahnen stellen auch in der Technologie kein Problem deshalb dar. weil dafür gesorgt werden kann, daß ein dielektrischer Belag zwischen sich überkreuzende Leiterbahnen eingebracht werden kann.

Zur Verdeutlichung der Verstärkersymbole in den F i g. 2,11 und 15 bis 18, zeigt Fig. 19 ein Beispiel für die Realisierung von Verstärkern in CCD-Technologie mit einer sogenannten »floating gatew-Auskopplung, wie u. a. auch von D. D. Wen unter dem Titel »Design and operating of a floating gate amplifier« in »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Vol. SC 9, Nr. 6, Dez. 1974, Seiten 410 bis 414, beschrieben. Fig.20 stellt den Querschnitt A-A 'längs der eine »floating gate«-Elektrode (FG) enthaltenden CCD-Leitung in Fig. 19 dar. Der FG-Elektrode wird keine der Taktspannungen Φι bis Φ3 zugeführt, sie ist vielmehr mit dem Gate Gi eines Feldeffekt-Transistors verbunden, der als Source-Folger arbeitet, wobei der Source-Widerstand R durch einen weiteren Feldeffekt-Transistor mit dem Gate G₂ realisiert ist Fig.21 zeigt diesen Ausschnitt aus der Substratdraufsicht von F i g. 19 mit Transistorsymbolen.

Um den Ladungstransport längs der CCD-Leitung mit den Umladekapazitäten C_x und Cb nicht zu stören, ist die CCD-Elektrode für die Taktspannung Φ₂ oberhalb der FG-Elektrode angeordnet Die sich an der FG-Elektrode einstellende Spannung steuert den Stromfluß durch beide Feldeffekt-Transistoren und

damit die Spannung an der Source/Drain-(S/D-)Elek- Fig.2 zu, wofür trode, mit der die Umladekapazitäten Ck und ck sind, aufgeladen werden. Mit Ck bzw. cvc'>c\ ist eine Ladungsverstärkung gegeben, mit ck>c, und Ck'>c, wird die Ladungsverstärkung in eine Spannungsverstär- 5 kung umgewandelt. Dabei sind c_y und c_z die Umladekapazitäten zweier weiterer CCD-Leitungen. Das Aufladen der Kapazitäten Ck bzw. Cy₁-' mit Hilfe der Dioden D, bzw. Dt und damit das Einspeisen eines Signals in eine CCD-Leitung ist von C. M. Sequin und A. M. Mohsen io unter dem Titel »Linearity of elektrical charge injection into charge-coupled devices« in »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Vol. SC-IO, Nr. 2, April 1975, Seiten 81 bis 92, beschrieben.

Ein Doppelverstärker, ζ. B. Ο., Q/ in F i g. 2 bzw. 18 ergibt sich mit c_x = C\ + C\ bzw. 2ci; c_y=zc\ bzw. C\ und c,=yc\ bzw. C]. Außerdem muß die zur Umladekapazität Cb gelangende Ladung nach jedem Umladevorgang abgeleitet (vernichtet) werden, um für das nächstfolgende Ladungspaket aufnahmebereit zu sein. Dies trifft auch für die Realisierung, z. B. des Verstärkers Am in

10

y=VCj Und Cz-Ck =

Zusammenfassung

zu setzen

Aus CTD-Leitungen bestehende Koppelschaltung

Es wird eine aus CTD-Leitungen (p\, c/i, pi, q₂, pj, qi) bestehende Koppelschaltung (2) angegeben, bei der die für nicht unidirektionale Mikrowellenleitungen (Fig. 1) charakteristischen Eigenschaften auch für CTD-Koppelschaltungen (Fig.2) erhalten bleiben. Hierzu sind zueinander entgegengesetzte Durchlaßrichtungen aufweisende CTD-Leitungen (z. B. p\, q\) zu einem Leitungspaar zusammengefaßt, und es ist jede zuführende Leitung (p\) mit jeder wegführenden Leitung (q<) verbunden. Die Verbindung erfolgt zum Teil über CTD-Leitungen (c\ + C\) und zum anderen Teil über eine galvanische Leitung (Li). Solche Koppelschaltungen lassen sich zum Aufbau von CTD-Filtern mit versteuerter Übertragungscharakteristik und auch zum Aufbau von Entzerrerschaltungen verwenden (F i g. 2).

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aus CTD-Leitungen bestehende Koppelschaltung, deren einzelne CTD-Leitungen unidirektionales Übertragungsverhalten haben und deren Wellenleitwert durch die Größe ihrer charakteristischen Umladekapazitäten festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei CTD-Leitungen mit zueinander entgegengesetzter Durchlaßrichtung (p_u qwpi, qr, p* qi) zu einem Leitungspaar zusammengefaßt sind, daß die Zusammenfassung der zu einem Leitungspaar (z. B. p_u q{) gehörenden Leitungen durch deren Verbindung über eine weitere CTD-Leitung (z.B. C₂) erfolgt, deren Durchlaßrichtung von der zuführenden (z. B. p\) zur wegführenden (z.B. q\) Leitung des jeweiligen Lr;itungspaares (z. B. p,_T q\) gerichtet ist, und daß jede zuführende Leitung (z. B. pi) mit den wegführenden Leitungen (2. B. q₂, qi) der anderen Leitungspaare (z. B. P₂, q₂, Pz, φ) verbunden ist, und diese Verbindung aus wenigstens einem Abschnitt (z. B. Ci + Ci', zc\ bzw. yC]') einer CTD-Leitung, einem Verstärker (Q] bzw. Q]) und einer galvanischen Leitung (z. B. Li) besteht.

2. Koppelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen, an denen eine (z. B. pi) oder mehrere CTD-Leitungen zu einer gemeinsamen Umladekapazität (z. B. C₃) geführt sind, von der wiederum mehrere (z. B. ei + c/ und c₂) oder eine CTD-Leitung wegführen, die Summe der charakteristischen Umladekapazitäten (z. B. C₁) der zuführenden CTD-Leitungen (z. B. pi) gleich ist der Summe der charakteristischen Umladekapazitäten (z. B. Ci +Ci' + C2)der wegführenden CTD-Leitungen (z.B. c, +c' und C₂) (F ig. 2).

3. Koppelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer der CTD-Leitungen (z. B. P₂) wenigstens ein integrierter Verstärker (z. B. Ka) vorgesehen ist (F i g. 2).

4. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einer Zuführungsleitung (z. B. Ci + ei') ein Doppelverstärker (Q], Q]') mit einem Eingang und zwei Ausgängen gespeist wird (F i g. 2).

5. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil einer elektrischen Filterschaltung ist (Fig.7,Fig.8).

6. Koppelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Leitungspaare (z. B. pi, qfi mit einem aus CTD-Leitungen bestehenden Zweipol (Z) abgeschlossen ist (F i g. 7).

7. Koppelschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipol (Z) als aus CTD-Leitungen bestehender Reaktanzzweipol ausgebildet ist.

8. Koppelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an ein Leitungspaar (P₂, q₂) dieser Koppelschaltung (V)e\ne aus CTD-Leitungen bestehende Filterschaltiing (4) angeschaltet ist, daß an ein weiteres Leitungspaar (p>. qfi weiterführende CTD-Leitungen (5) angeschaltet sind, und daß die Filterschaltiing (4) ausgangsseitig an ein Leitungspaar (p,\ q\') einer weiteren Koppelschaltung (V) angeschaltet ist und die CTD-Leitungen (5) ausgangsseitig an ein weiteres I.eitungspaar (pu q·!)

dieser weiteren Koppelschaltung (V) angeschaltet sind (F ig. 8).

9. Koppelschaltung nach AnsDruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der CTD-Leitungen (5) ein aus CTD-Leitungen bestehender Impedanz-Vierpol eingeschaltet ist

10. Koppelschaltung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (z. B. K₄, K*') der zu- und wegführenden Leitungen (z. B. P₂, q₂) eines Leitungspaares zueinander reziproke Verstärkungsfaktoren (K_A ■ /C₄' = 1) haben.

11. Koppelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Leitungspaar (z. B. P₃, ^₃) charakterisierenden Bemessungsgrößen (z, w, Kt, K_b', Q₁, Q₂', Q₃, Q₃') den Wert Null haben (F i g. 9 bis 12).

12. Koppelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (K₄, Ka,') in einem Leiiungspaar (P₂, q₂) den Verstärkungsfaktor eins haben (F i g. 13 bis 15).

13. Koppelschaltung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte dieser Koppelschaltung (C₂) zugleich Bestandteil von wenigstens einem zugeschalteten, aus CTD-Leitungen bestehenden Resonator (R], R-, R_s) sind (Fig. 16).

14. Koppelschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nur in einem Abschnitt (ei) dieser Koppelschaltung, der nicht zugleich Bestandteil des Resonators ist, ein Verstärker (K]' ■ K₂) liegt (Fig. 16).

15. Koppelschaltung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte dieser Koppelschaltung (c₂) zugleich Bestandteil von wenigstens einer in sich geschlossenen Koppelschleife (6) sind, die ebenfalls aus CTD-Leitungen besteht (F ig. 17).