NL8400805A - Ladingsgekoppeld transversaal filter. - Google Patents

Description

c Λ EHN 10.973 1 N.V. Ehilips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Ladingsgekcppeld transversaal filter".

De uitvinding heeft betrekking op een ladingsgekqppeld transversaal filter ,omvattende een ladingsgekoppelde inrichting met een aantal in serie geplaatste trappen, waarbij eerste middelen aanwezig zijn voor het toevoeren van een ingangssignaal,tweede 5 middelen cm van dit ingangssignaal een aantal gewogen signalen te vormen door het ingangssignaal te vermenigvuldigen met weegfactoren en cm de gewogen signalen parallel in de genoemde trappen van de ladings-gekoppelde inrichting in ter voeren, en derde middelen om de ingevoerde signalen door de ladingsgekoppelde inrichting naar een uitgang te 10 transporteren die verbonden is met uitleesmiddelen, waarbij de ladings-gekoppelde inrichting van het begraven kanaaltype is een een aan een cppervlak van een halfgeleiderlichaam gelegen ladingstransportkanaal bevat in de vorm van een cppervlaktelaag van in hoofdzaak het ene geleidingstype die over zijn gehele dikte verarmd kan worden, en 15 voorzien is van een, tot genoemde derde middelen behorende, rij van elektroden bevattende een groep van oppervlaktezones van het tweede geleidingstype die elk geassocieerd zijn met een van de genoemde trappen van de ladingsgekoppelde inrichting waarbij in/op elk van deze oppervlaktezones een zone van het eerste geleidingstype ,is aangebracht 20 die van de half geleiderlaag van het eerste geleidingstype is gescheiden door een tussenliggend deel van de bijbehorende oppervlaktezones van het tweede geleidingstype.

Ladingsgekoppelde transversaal filters zijn in de literatuur veelvuldig beschreven. Meestal wordt hierbij een ladingsgekoppelde 25 inrichting (CCD) gebruikt die opgebouwö is uit MDS-elerrenten. Hierin zijn de elektroden die voor de opslag en het transport van ladings-paketten dienen, aangebracht in de vorm van geleidende lagen op een dunne oxydelaag boven het ladings transportkanaal. In een compacte uitvoeringsvorm worden de ingangssignalen serieel aan de ingang 30 van het CCD-toegevoerde en de gewogen uitgangssignalen aan de verschillende trappen van het CCD parallel afgenomen en in een sameerinrichting bij elkaar opgeteld.

Een ladingsgekoppeld transversaal filter van de in de aanhef 8400805 ΕΗΝ 10.973 2 1 Λ * beschreven soort is onder meer bekend uit het artikel "A PISO JCCD Filter with High-Speed Linear Linear Charge Injection" van E.A. Wolsheimer, gepubliceerd in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-18, No. 2, April 1983, pg. 193/200. In deze inrichting wordt een 5 CCD van het begraven kanaaltype gebruikt waarbij het ladingstransport-kanaal is gevormd In een n-type epitaxiale laag die is gegroeid qp een p-type substraat. De elektroden worden gevormd door p-type oppervlakte-zones die pn-overgangen van de epitaxiale laag vormen. Vanwege deze overgangen wordt deze inrichting JCCD (junctie-CCD) genoemd. Tijdens 10 bedrijf' worden de juncties in dë.-sperrichting voorgespannen. In tegenstelling tot het hierboven beschreven conventionele transversaal filter, worden van de ingangssignalen elk een aantal gewogen signalen gevormd die parallel aan het CCD worden toegevoerd, door het ladingstransport-kanaal verschoven en in het CCD gesommeerd met vooraf al ingevoerde 15 gewogen signalen. De gesommeerde signalen worden door het kanaal getransporteerd naar de uitgang van het kanaal waar de uitgangssignalen in serie kunnen worden af genomen. (PISO = parallel in - serial out).

Deze bekende Inrichting heeft onder meer het voordeel dat voor de vervaardiging ervan een bipolaire techniek kan worden toegepast zodat 20 het filter samen met een bipolaire schakeling op een gemeenschappenjk halfgeleiderlichaam kan worden geïntegreerd. Voor de invoer van de gewogen ingangssignalen kunnen in de bijbehorende p-type zones, n-type zones worden aangebracht, waardoor een bipolaire transistorstruktuur wordt verkregen met de n-type zone als emitter, de p-type oppervlakte-25 zone die een CCD-elektrode vormt, als basis en· met het onderliggende deel van het n-type ladingstransportkanaal als collector. In de hiervoor beschreven publicatie is een manier aangegeven om de gewogen signalen als emitterstromen aan de ingangstrappen van het CCD in te voeren.

30 In dit bekende filter wordt voor elke ingangs trap een spanning- stroom conversie uitgevoerd. Samen met de,buiten het CCD gevormde, filteröoëfficiënten of weegfactoren, vereist deze methode een grote hoeveelheid randelektronica. Bovendien worden twee JCCD-lijnen gebruikt, één voor de positieve weegfactoren, en het tweede voor de negatieve 35 weegfactoren.

De uitvinding beoogt onder meer, een ladingsgekoppeld transversaal filter van de in de aanhef beschreven soort aan te geven, 8400805 EHN 10.973 3 dat eenvoudiger van opbouw is, en minder randelektronica nodig heeft.

De uitvinding beoogt verder dergelijk ladingsgekoppeld transversaal filter te geven waarin de trappen met positieve en negatieve weegfactoren in êên gemeenschappelijk JCGD zijn ondergebracht.

5 De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat het met voordeel mogelijk is eerste het te filteren signaal in een elektrische stroom cm te zetten, en vervolgens deze strocrn over de verschillende trappen te verdelen, in een verhouding die door dè weegfactoren wordt bepaald.

10 Een ladingsgekoppeld transversaal fiter volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat midelen aanwezig zijn met behulp waarvan het ingangssignaal wordt omgezet in een elektrische stroom waarvan de grootte bepaald wordt door de amplitude van het ingangssignaal, dat de oppervlakten van de zones van het eerste geleidings type de genoemde 15 weegfactoren vormen en dat deze zones gezamenlijk zijn verbonden met een knooppunt waaraan genoemde stroom wordt toegevoerd.. Door de uitvinding wordt een aanzienlijke vereenvoudiging van de schakeling bereikt doordat voor het genoemde aantal trappen slechts éên-spanning-strocm conversie nodig is, en doordat bovendien de weegfactoren"niet 20 als afzonderlijke elementen behoeven te worden uitgevoerd, maar in de CCD zelf kunnen zijn geïntegreerd.

Een voorkeursuitvoering die het voordeel van een bijzonder ccnpacte opbouw heeft doordat voor de positieve en de negatieve coëfficiënten slechts een CCD nodig· is, is daardoor gekenmerkt dat 25 de rij van elektroden, naast de genoemde groep van cppervlaktezones van het twaede geleidings type, verder eerste groep genoemd, een tweede groep omvat van cppervlaktezones van het tweede geleidingstype die eveneens elk geassocieerd zijn met een van de genoemde trappen van de ladingsgekcppelde inrichting en dat eveneens in/op elk van deze 30 cppervlaktezones een zone is aangebracht van het eerste geleidingstype die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidingstype is gescheiden door een tussenliggend deel van de bijbehorende oppervlaktezone van het tweede geleidingstype waarbij de oppervlakte van elk van deze zones van het eerste geleidingstype een van de genoemde weegfactoren vormt, 35 en waarbij deze zones eveneens met een gezamenlijke knooppunt, tweede knooppunt genoemd, zijn verbonden, en dat middelen aanwezig zijn om aan dit tweede knooppunt een stroom toe te voeren waarvan de grootte invers • i*. afhankelijk is van de amplitude van het ingangssignaal.

840Q3Ö5 » ί » ΡΗΝ 10.973 4

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de bijbehorende schematische tekening waarin

Fig. 1 een schema van een ladingsgekoppeld transversaal 5 filter volgens de uitvinding geeft;

Fig. 2 een langsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van dit filter geeft;

Fig. 3 een bovenaanzicht van het voorbeeld volgens Fig. 2 toont;

Fig. 4 en 5 dwarsdoorsneden'van de uitvoeringsvorm volgens 10 Fig. 2 tonen;

Fig. 6 een deel van het circuit van dit filter toont;

Fig. 7 klokspanningen waarmee de inrichting volgens Fig. 2 wordt bedreven toont;

Fig. 8 de bij deze klokspanningen optredende potentiaalver-15 delingen in het transpprtkanaal tonen.

Fig. 9 een bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van een filter volgens de uitvinding toont.

Fig. 10 het circuit van de inrichting volgens Fig. 9 weergeeft;

Fig. 11 het schakelschema van een derde uitvoer ingsvoorbeeld 20 van een filter volgens de uitvinding;

Fig. 12 het schakelschema van een vierde uitvoer ingsvoorbeeld van een filter volgens de uitvinding toont.

Fig. 1 geeft het principeschema van een ladingsgekoppeld transversaal filter van het type waarop de uitvinding betrekking heeft.

25 De inrichting cntvat een ladingsgekoppelde inrichting 1 waarin het ladingstransport van links naar rechts plaatsvindt/ en waarbij de uitgangssignalen aan de uitgang 2 kunnen worden af genomen. De inrichting 1 is voorgesteld als een serie van trappen 3 waartussen het ladingstransport plaatsvindt. De trappen 3 zijn voorzien van parallel-30 ingangen 4 via welke parallel ingangsignalen kunnen worden toegevoerd.

Deze ingangssignalen worden afgeleid van het te filteren signaal S, door het signaal S te vermenigvuldigen met de weegfactoren a^, a^, a2 enz. Voor het uitgangssignaal V t op tijdstip t zal dus gelden: 35 Vout(t) = ^ti S^trr0^) waarbij T de vertraging per trap voorsteld. De coëfficiënten ag...a^ kunnen berekend worden uit de gewenste filter karakteristiek.

Fig. 2 geeft een schema van een dergelijk parallel in-serie 8400805 ESN 10.973 5 uit transversaal fitler volgens de uitvinding. De ladingsgekoppelde inrichting die in deze tekening schematisch in doorsnede is weergegeven, is van het JCCD-type dat in de reeds genoemde publicatie is beschreven.

Een schematisch bovenaanzicht van een deel van deze ladingsgekoppelde 5 inrichting, met enkele doorsneden in een richting dwars op de ladings- transportrichting is in de Fig. 3-5 weergegeven. De inrichting is aangebracht in een halfgeleiderlichaam 5 waarvoor een ophouw kan worden gekozen die gebruikelijk is voor conventionele bipolaire geïntegreerde schakelingen met een substraat 7 van p-type silicium en 10 een hierop gegroeide epitaxiale laag 8 van n-type silicium. Het - begraven - kanaal van de JCCD is gevormd in een eilandvormig deel 9 van de laag 8, dat lateraal begrensd wordt door de eilandisolatie 10.

In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld wordt de eilandisolatie gevormd door een p-type zone die zich vanaf het oppervlak van het halfgelêider- 15 lichaam tot aan het substraat 7, dwars door de epitaxiale laag 8 uitstrékt. Uiteraard is de uitvinding hier niet op beperkt. Het zal duidelijk zijn dat ode andere, cp zichzelf bekende eilandisolatietech- nieken net voordeel kunnen worden toegepast, waarbij de p-type-zone 10 vervangen wordt door bijv, een patroon van silicium-oxide of door groeven.

2Q In plaats van MOS-eléktroden, die gewoonlijk gebruikt worden voor het aanleggen van klokspanningen, worden de elektroden gevormd door p-type gebieden 12, 13, 14 en 15, die door pn-overgangen 16 van het n-type kanaal 9 zijn gescheiden. Zoals uit het bovenaanzicht in Fig. 3 en de * dwarsdoorsneden volgens Fig. 4 en 5 blijkt, strekken de zones 12-15 25 zich over bijna de gehele breedte van het kanaal 9 uit. In het geval dat de eilandisolatie uit dieléktrisch materiaal (bijv. SiC^) of uit groeven bestaat, kunnen de zones 12-15 zich over de gehele breedte van het kanaal (eiland) 10 uitstrekken. In het onderhavige geval echter, waarin de eilandisolatie uit een p-type zone bestaat, is er tussen de 30 zone 10 en de elektroden 12-15 een ruimte 18 vrij gelaten die tenminste zo groot dient te zijn dat bij de aangelegde spanningen punch-through wordt vermeden. Voor de ruimte 18 is hier een grootte van ongeveer 4 yUm gekozen. Ter verkrijging van een goede definitie van de fuimte 18 is de isolatiezone 18 samengesteld uit 2 delen,n.l. 10a en 10b.

35 Het deel 10a, het zogenaamde diepe gedeelte, strékt zich vanaf het oppervlak van het halfgeleiderlichaam tot -aan het substraat 7 uit. Deze zone wordt gewoonlijk al in een vroegtijdig stadium van de productie gevormd, bijvoorbeeld direct na het aangroeien van de epitaxiale laag 8.

8400805 „ 5 « PHN 10.973 6

De zone 10b overlapt de zone 10a en steekt, althans langs de rand van het eiland 9 gedeeltelijk buiten de rand van de zone 10a. De zone 10b, .1 die samen met de elektroden 12-15 de ruimte 18 definieert, wordt tegelijk met de elektroden 12-15 aangebracht, en samen met de elektroden 12-15' 5 in hetzefde masker gedefinieerd. Voor de ruimte 18 kunnen daardoor kleinere toleranties in acht genomen· warden dan wanneer de eiland-isolatie 10 enkel uit de diepe zone 10a zou bestaan, zoals in conventionele eilanden gebruikelijk is.

De ladingsgekqppelde inrichting wordt als een 4-phase- quasi 10 2-phase-inrichting bedreven. De elektroden 12 en 14 fungeren als overdrachtselektroden en zijn relatief smal (bijvoorbeeld ongeveer 10 yUm). De elektroden 13 en 15 fungeren als opslag (storage) elektroden en hebben een breedte van ongeveer 20 ^um. De elektroden zijn pp de gebruikelijke wijze verbonden met kloklijnen 20-23 voor het aanleggen 15 van de spanningen j8y 02, β^ en β^. De kloklijnen 21, 22 en 23 zijn gevormd door strippen die vervaardigd zijn uit een eerste bedradingslaag van bijvoorbeeld Al en die zoals uit de Fig. 3-5 blijkt direct via openingen in de het oppervlak bedekkende oxydelaag 24 met de zones (elektroden) 12-14 zijn verbonden. De kloklijn 23 omvat eveneens een 20 Μ-strook die uit de eerste bedradingslaag is vervaardigd en via een kruisende verbinding met de elektroden (zones) 15 is verbonden. Deze kruisende verbinding omvat een strook 25 in een tweede bedradingslaag van bijvoorbeeld Al, die van de onderste bedradingslaag is gescheiden door een isolerende laag 26. Via, in de laag 26 aangebrachte , contact-25 gaten is de laag 25 enerzijds verbonden met de kloklijn 23, en met de zone 15. Zoals uit Fig. 5 blijkt, is t.b.v. het contact tussen de laag 25 en de elektroden 15 een, in de onderste bedradingslaag vervaardigd Al-vlekje 27 aangebracht, dat enkele vervaardigingstechnische voordelen biedt, maar uiteraard, niet essentieel is.

30 De uitgangstrap 31 kan van een conventionele aard zijn, en een n-zone 32 omvatten waarop de lading kan worden opgeslagen cm te worden uitgelezen. De zone 32 kan hiertoe verbonden zijn met de ingang van bijvoorbeeld een source-volger versterker 33, die voorzien is van een uitgangsklem 34 waaraan de uitgangssignalen kunnen worden af genoten.

35 De zone 32 is bovendien verbonden met een hoofdelektrodegebied van een terugstelsel-transistor 35 (reset-transistor) waarvan het andere hoofdelektrode-gebied aan een geschikte referentiespanning V kan worden gelegd. De transistor kan worden geopend en gesloten met behulp 8400805

* . V

PHN 10.973 7 van de klok J3r die aan de poort (basis) van transistor. 35 wordt aangelegd.

De transistoren 33 en 35 zijn in Fig. 5 als z.g. JFET transistoren getekend, waarvan desgewenst transistor 35 in het eiland 5 (kanaal) 9 zelf kan worden aangebracht, maar ook in een andere, in het halfgeleiderlichaam gevormde eiland, gelegen kan zijn. Transistor 33 is in een afzonderlijk eiland aangebracht. Het zal bovendien duidelijk zijn dat ook andere typen transistor dan JFET's 33 en 35, zoals bipolaire transistoren gberuikt kunnen worden.

10 Tussen de laatste klokelektrokde (zone) 15 en de n-zone 32 is een extra elektrode, gevormd door een p-type zone 36, aangebracht, die op een constante spanning Vd.c. wordt gezet, en die overspraak tussen de klokspanningen en de uitgang voorkomt. De waarde van Vd.c. kan door de vakman eenvoudig gekozen worden tussen het hoge en het lage niveau 15 van de klokspanning die aan de elektroden 15 wordt aangelegd.

De ingangstrappen via welke de gewogen ingangssignalen parallel worden ingevoerd, zijn geheel geïntegreerd met de elektroden 13.Daartoe zijn in de p-type· zones 13, die met deze ingangs trappen zijn geassocieerd, n-type qppervlaktezones 37 aangebracht die via een aansluiting 38 20 gemeenschappelijk zijn verbonden met een stroombron 39 waarmee een signaal-afhankelijke stroom kan worden toegevoerd. De zones 37 vormen elk de emitter van een bipolaire trans is tors truktuur waarvan de basis gevormd wordt door de p-type zone 13 en de collector door het onderliggende (feel van het kanaal 9. De weegfactoren, in het schema in Fig.

25 met Sq, a^ ... a^ aangegeven, worden in de inrichting volgens de uitvinding gevormd door de grootten van de emitteroppervlakten van de zones 37* In het bovenaanzicht volgens Fig. 3, waarin slechts drie ingangs trappen zijn weergegeven, zijn bij wijze van voorbeeld, de emitters van links naar rechts toenemende lengte weergegeven. Ctndat 30 ter verkrijging van de gewenste filtertechniek een nauwkeurige verhouding van de emitteroppervlakken van belang is, is het van voordeel dat de emitters 37 bij verschillende lengtes,, ongeveer dezelfde breedte vertonen.

Doordat de emitters 37 onderling zijn doorverbonden, evenals 35 de basiszones 13, zijn de emitter-basis spanningen in de verschillende transistoren aan elkaar gelijk, en zullen de verhoudingen tussen de stromen in de verschillende trappen, geheel bepaald worden door de verhoudingen tussen de emitteroppervlakken van de emitterzones 37. De 8400805 t a ·* I PHN 10.973 8 weegfactoren a^, a^/ ..., zijn derhalve geheel in de ladingsgekpppelde inrichting geïntegreerd en vergen geen extra middelen buiten de ladings-gekoppelde inrichting. Bovendien kan met een signaal-stroom conversie volstaan worden, wat ten opzichte van de in de inleiding beschreven g bekende inrichting een aanzienlijke vereenvoudiging betekent.

Fig. 6 geeft een circuit-technische voorstelling van het filter. De p-type zones 13 en de n-type zone 37 zijn hier voorgesteld als de basiszones en emitterzones van drie transistoren, waarvan de bases gemeenschappelijk door de klok 02 worden aangestuurd. Om het 10 verschil in grootte tussen de emitters aan te geven, is de linker transistor met één emitter, de middelste transistor met twee emitters, en de rechte transistors met drie emitters afgebeeld. De middelen 39 die een signaalafhankelijke stroom leveren worden in het schema volgens Fig. 6 eenvoudige gevormd door een transistor 40 waarvan de collector gemeen-15 schappelijk met de emiiters 37 is verbonden. Het te filteren ingangssignaal kan aan de basis worden toegevoerd. Deze transistor kan, zoals zonder meer duidelijk zal zijn, in het halfgeleiderlichaam 1 geïntegreerd zijn.

Voor het overdragen van lading van de ene trap naar een 2o volgende trap kan in principe elk bekend 4-phase klokschema worden toegepast. Bij voorkeur echter worden, zoals in het-onderhavige uit-voeringsvoorbeeld, klokken gebruikt waarbij aan de elektroden 13 een constante spanning wordt aangelegd waardoor overspraak van de klok-spanningen op de ladingsinjectie via de transistoren 13, 37 zoveel 2g mogelijk wordt vermeden. In Fig. 7 zijn de klökspannningen getekend als functie van de tijd t.

De inrichting wordt als een 4-phase quasi 2-phase-inrichting bedreven, waarbij de elektroden (zones) 12 en 14 als overdrachtselek-troden en de zones 13 en 15 als opslag-elektroden fungeren.

30 De elektroden 12 en 13 liggen op een vast niveau, in de tekening gemakshalve met 02 en 0^ aangeduid waarbij 0^ wat lager ten opzichte van een referentieniveau V gekozen issdan 0« ter verkrijging van een O « potentiaalbarrière onder de elektroden 12. .De klokken 0^ en 0^ zijn met elkaar in phase, waarbij 0^ ten opzichte van het referentieniveau VQ 35 weer wat lager is dan 0^. De spanningsniveaus van 0^ en 02 liggen ongeveer midden tussen de hoge en lage niveaus van 0^ resp. 0^.

Fig. 8 geeft het potentiaal verloop in het kanaal 9 onder een aantal elektroden 12-15 op twee tijdstippen t^ en t^. De potentiaal is in deze 8400805

» . ? V

EHN 10.973 9 tekening naar beneden uitgezet.

Op t^ staan 03 en 0^ op het lage spanningsniveau, waardoor onder de bijbehorende elektroden potentiaalbarrières en onder de andere elektroden potentiaalkuilen aanwezig zijn. Onder de elektrode 13, in 5 Fig. 8 met 0^ aangegeven is een ladingspakket 42 aanwezig dat kan bestaan uit lading die van voorgaande trappen onder deze elektrode is gevoerd en uit lading die toegevoerd wordt, afhankelijk van het momentane ingangssignaal op t^ en de bij deze trap behorende weegfactor a^. Op staan #2 en op het hoge spanningsniveau, d.w.z. op een spanning hoger dan Μ 0^ öh 0^· Onder de bij 02 behorende elektroden 15 ons taan nu potentiaal-puttan, terwijl de potentiaal onder de elektroden 13, af gezien van potentiaalverandering t.g.v. ladingstransport, niet is veranderd. De lading 42 stroont naar de potentiaalkuil onder de elektroden 15 (0^) · Tegelijk kan er, afhankelijk van het momentane ingangssignaal, nieuwe lading toegevoegd 15 worden aan het pakket. Deze toevoer stopt pas wanneer, in een volgende stap, de lading 42 verder wordt getransporteerd in een potentiaalkuil onder de volgende elektrode 13, wanneer 03 en 04 weer naar het lage spanningsniveau gaan.

Bij deze wijze van bedrijf wordt overspraak van klokspanningen 2q cp de ingangstrappen van het filter praktisch geheel voorkomen, en daarmee ook vervorming van het' ingangssignaal. Bovendien is het mogelijk 100% van een klokcyclus voor bemonstering te gébruiken.

In het hier besproken uitvoeringsvoorbeeld hebben de weegfactoren a^, ···· allen hetzelfde teken (plus of min). De uitvinding kan ook 2g worden toegepast in transversaélf liters met zowel positieve als negatieve weegfactoren. Met voordeel kan hierbij gebruik gemaakt worden van twee ladingsgekoppelde inrichtingen van de hierboven beschreven configuratie waarvan er een een scnineerinrichting voor de positieve en en· de andere een scrmeerinrichting voor de negatieve weegfactoren vormt, en waarbij 3q bijvoorbeeld de uitgangen worden verbonden met de ingangen van een differentiaalversterker waarvan de uitgang het uiteindelijke gefilterde uitgangssignaal geeft.

In het volgende uitvoeringsvoorbeeld zal een transversaal filter met positieve en negatieve weegfactoren waarbij slechts een 3g ladingsgekoppelde inrichting aanwezig is, worden beschreven. Fig. 9 geeft een schematisch bovenaanzicht van een deel van een dergelijk filter, lil deze figuren zijn gemakshalve voor overeenkomstige onderdelen dezelfde verwijzingscijfers gébruikt als in Fig. 3. De inrichting bevat weer een 8400805 PHN 10.973 10 i (begraven) kanaal in de vorm van een n-type eiland 9, waarin p-type oppervlaktezones 12-15 zijn aangebracht als klokelektroden. Van de elektroden 12, 14 en 15 en van de niet als ingang gebruikte elektroden 13 zijn er duidelijkheidshalve slechts enkele weergegeven. De meesten 5 2ijn in de tekening weggelaten, maar dienen tussen de wel aangegeven elektroden 13, 1 en 13, 2 gedacht te worden. De elektroden zijn verbonden met de eveneens schematisch aangegeven kloklijnen 20-23, waaraan de klokspanningen 0^, 02, 03 en 0^ volgens Fig. 7 kunnen worden aangelegd.

De elektroden 13, die als ingang worden gebruikt, zijn in Fig. 9 10 onderscheiden in 2 groepen, die met 13, 1 c.q. 13, 2 zijn aangegeven.

De elektroden 13, 1 zijn voorzien van emitters 37, 1 die zijn verbonden met een gezamenlijke toevoergeleider 50. De elektroden 13, 2 zijn voorzien van emitters 37, 2 die zijn verbonden met de gezamenlijke toevoergebieden 51. De grootten van de emitters 37. 1 en 37, 2 vormen weer de weegfactoren, 15 waarbij de emitters 37, 1 de positieve, ën de emitters 37, 2 de negatieve weegfactoren representeren. In Fig. 9 zijn drie trappen met positieve weegfactoren en twee met negatieve factoren weergegeven, maar het zal duidelijk zijn dat deze aantallen ook anders kunnen zijn. Bovendien zijn in Fig. 9 de weegfactoren afwisselend positief en negatief, maar dit 20 is uiteraard ook niet noodzakelijk.

Fig. 10 toont een circuitschema overeenkomstig aan het schema volgens Fig. 6, voor een transversaal filter met positieve en negatieve weegcoëfficiënten. De grootte van de weegfactoren is weer '.aangegeven door het aantal emitters 37 van de transistoren 52, 1 en 52, 2.

25 Voor het toevoeren van de stromen is de gezamenlijke emitteraansluiting 50 van de emitter 37, 1 verbonden met de collector van de transistor 53. Op dezelfde wijze is de gezamenlijke emitteraansluiting 51 van de emitters 37, 2 verbonden met de collector van de transistor· 54.

De transistoren 53 en 54 die onderling dezelfde dimensies hebben, zijn aan 30 de emitterkant gezamelijk via gelijke weerstanden R/2 verbonden met een stroombron 55. De basis van transistor 54 ligt aan een geschikt gekozen referentiespanning VQ. De basis van transistor 54 is via de signaalbron 56 eveneens met V verbonden, o

Tijdens bedrijf zal, wanneer het ingangssignaal Us = 0 is, 35 door elk der beiden takken een stroom 1^ lopen. Wanneer üs ongelijk is aan 0 en positief is, zal transistor 53 iets meer stroom trekken, afhankelijke van de grootte van Us, terwijl door transistor 54 evenveel minder stroon zal lopen. Door de tak met transistor 53 loopt dan de 8400805 * ? PHN 10.973 11 stroom I + i waarbij i de signaalstrocm en I een D.C. niveau respre-9 9 9 9" senteren, terwijl door de tak met transistor 54 een stroom I - i zal - g g.

lopen.

Omgekeerd zullen bij een negatief ingangssignaal Us, door de tak 5 met transistor 53 een stroom I - i en door de tak met transistor 54 g g een stroom I + i lopen.

g g

Op deze wijze kunnen signaalstrcmen worden verkregen voor transistoren 52, 1 en 52, 2 die ten opzichte van elkaar tegengestelde teken hebben, met d.c. stroom 1^. als referentieniveau.

10 De grootte van kah doof de vaksianop een eenvoudige wijze en afhankelijk van de situatie gekozen worden. De minimum waarde wordt in het algemeen bepaald door de maximale waarde van ig. De maximale waarde : van I zal in het algemeen bepaald worden door de ladingsopslagcapaciteit in het CCD-kanaal. De weeratanden R/2 die in het schema volgens Fig. 10 15 zijn opgencmen cm een lineair verband Us - i te verkrijgen, dienen veel g groter te zijn dan de interne impedantie van de basis-emitter overgang van de transistoren 53, 54 d.w.z. dat i bij benadering gelijk dient te zijn

Us U 2ΚΓ aan en dat derhalve R veel groter gekozen wordt dan waarbij K de constante van Boltzmann, T de absolute temperatuur, g de Ilementaire 20 hoeveelheid lading en 1^. het D.C. instelniveau van de transistoren voorstellen.

In praktische uitvoeringen van de hier beschreven transversaal filters bedroeg de maximale hoeveelheid lading die door het CCD-kanaal kon worden getransporteerd, ongeveer 0.25 p.C. Bij een klokfrequentie 25 van 20 Mhz betekende dit dat de maximale injectorstroom niet meer dan ongeveer slechts 5 ^uA. bedroeg. Bij een transversaal filter moet deze kleine stroom evenredig met de waarden van de weegfactoren over de verschillende CCD-ingangstrappen verdeeld worden. Bij filters met veel coëfficiënten kan de totale injectorcapaciteit zo groot zijn dat de 3Q injectorafsnijfrequentie lager is dan de te verwerken signaalfrequenties.

Het frequentiegedrag kan, indien dit nodig is, verbeterd worden door parallel aan de CCD-injectoreh- 'een dumptransistor te plaatsen en een, relatief grote stroom door deze dumptransistor te sturen. Fig. 11 toont het schakelschema van een uitvoeringsvoorbeeld van 35 een transversaal filter met een dergelijke dumptransistor. De ingangs-trappen van het filter zijn weer weergegeven door transistoren 52 waarvan het aantal emitters de grootten voorstellen van de bijbehorende weegfactoren. De emitters zijn gezamenlijk verbonden met de stroombron 57, die 84 0 0 80*5 + * ~~ PHN 10.973 12 een stroon levert I + waarbij 1^. een d.c.-niveau voorstelt ên i^ de. signaalcomponent vormt. De bases 13 van de transistoren 52 zijn via een voorspanningsbron 58 verbonden met de basis van de dumptransistor Qr De spanningsbron 58 levert een spanning VT = jT waarbij j een geschikt 5 gekozen temperatuurcoëfficiënt is. Wanner aangenomen wordt dat het totale emitteroppervlak van de transistoren 52 n x zo groot is als van Q^, geldt *0 _ 1 f^T..

XCCD " * ^ * K

10 Deze verhouding is praktisch terrperatuuronafhankelij k. Bovendien geldt XCCD + -¾ = Xg

Uit deze twee vergelijkingen volgt: 15 i -L- CCD = qv

Xg 1 + η^Έ-

Voor de signaalcorrponenten iCCD en i^. geldt: 20 irrn 1_ 1 f waarbij r2 - i qv * i + j 1 1 j het imaginaire^ getal is, f de frequentie, en de af snij f rekwentie van de totale schakeling is. Voor f^ kan worden afgeleid dat bij benadering geldt:

f . f^-j . I

^ ^ TCCD iyl ^ , waarbij fr* “ T fflB, + I,,r~ o™ 1 a -?cq? 30 f TCCD ^ snij f rekwentie van het CCD en , de af snij f rekwentie van 0χ voorstellen. Bij een juiste dimensionering kan een f^ verkregen worden die veel groter is dan f„

CCD

Wanneer bijvoorbeeld in een specifieke uitvoering waarin fT 0.5 MHz

CCD

35 en ICCD— 2 ^um A, een dumptransistor wordt uitgevoerd met f,^ Cl ^ en IQ^ = 10 ^ur. A, wordt een af snij frequentie f^fe verkregen van ongeveer 5.2 MHz. voor veel toepassingen is een dergelijke afsnijfrequentie voldoen- 8400805 * * ·? ï EHN 10.973 13

Fig. 12 geeft het schema van een transversaal filter met positieve en negatieve weegfactoren, overeenkomstig het schema volgens Fig. 10, dat voorzien is van dergelijke, af snij frequentie verhogende, dumptransis-toren en Q^'. Voor overeenkomstige onderdelen zijn in dit schema 5 dezelfde verwijzingstekens gebruikt als in Fig. 10. Ter verkrijging van een duidelijk schema zijn de transistoren 52, 1, behorende bij de trappen net positieve weegfactoren als een groep, links in het schema weergegeven, terwijl de transistoren 52, 2 behorende bij de ingangstrappen met negatieve weegfactoren als een groep, rechts op de tekening zijn weergegeven.

10 Het zal echter duidelijk zijn dat de verdeling van de trappen met positieve en negatieve weegfactoren geheel bepaald wordt door de gewenste filterkarakteristiek. In plaats van éeh . dumptransistor, omvat de schakeling twee dumptransistoren, en Q^’ die praktisch identiek aan. talkaar zijn. De transistor behoort bij de positieve coëfficiënten 15 de transistor bij de negatieve coëfficiënten. Tussen de bases van en Q1* en de bases 13 van de transistoren 52, kan een voorspanning aangelegd worden door middel van de constante weerstand 60 en de tempe-ratuurafhankelij ke stroombron 61, die een lineair met de temperatuur T veranderende stroon levert, waardoor over de weerstand 13 een temperatuur 20 afhankelijke spanning VT, overeenkomstig met de spanning VT in Fig. XI wordt aangelegd. Evenals in het uitvoeringsvoorbeeld volgens Eig. 10, kan de basis van transistore54 aan een geschikt gekozen referentieniveau worden aangelegd, en kan het', ingangssignaal, fluctuerend rondom, deze referentiewaarde, aan de basis van transistor 53 worden aangelegd.

25 Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de hier gegeven uitvoeringsvoorbeelden, maar dat binnen het kader van de uitvinding voor de vakman nog veel variaties mogelijk zijn.

30 8400805 35

Claims (5)

1. Ladingsgekoppeld transversaal filter, omvattende een ladings-gekoppelde inrichting met een aantal in serie geplaatste trappen, waarbij eerste middelen aanwezig zijn voor het toevoeren van een ingangssignaal, tweede middelen on van dit Ingangssignaal een aantal gewogen signalen te 5 vormen door het ingangssignaal te vermenigvuldigen met weegfactoren en cm de gewogen signalen parallel in de genoemde trappen van de ladings-gekoppelde inrichting in te voeren, en derde middelen cm de ingevoerde signalen door de ladingsgekoppelde inrichting naar een uitgang te transporteren die verbonden is met uitleesmiddelen, waarbij de ladingsgekoppelde 10 inrichting van het begraven kanaaltype is en een aan een oppervlak van een halfgeleiderlichaam gelegen ladingstransportkanaal bevat in de vorm van een oppervlaktelaag van in hoofdzaak het ene geleidingstype die over zijn gehele^ dikte verarmd kan worden, en voorzien is van een, tot genoemde derde middelen behorende, rij van elektroden bevattende een groep van 15 oppervlaktezones van het tweede geleidingstype die elk geassocieerd zijn met een van de genoemde trappen van de ladingsgekoppelde inrichting waarbij in/op elk van deze oppervlaktezones een zone van het eerste geleidingstype is aangebracht die van de halfgeleiderlaag van het eerstargeleidingstype is geschreven door een tussenliggend deel van de bijbehorende oppervlakte-20 zone van’ het tweede geleidingstype, met het kenmerk, dat middelen aanwezig zijn met behulp waarvan het ingangssignaal wordt crogezt in een elektrische stroon waarvan de grootte bepaald wordt door de amplitude van het ingangssignaal, dat de oppervlakten van de zones van het 2g eerste geleidingstype de genoemde weegfactoren vormen en dat deze zones gezamenlijk zijn verbonden met een knooppunt waaraan genoemde stroom wordt toegevoerd.

2. Ladingsgekoppeld transversaal filter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rij van elektroden, naast de genoemde groep van 30 oppervlaktezones van hetrweede geleidingstype, verder eerste groep genoemd een tweede groep omvat van oppervlaktezones van het tweede geleidingstype die eveneens elk geassocieerd i zijn met een van de genoemde trappen van de ladingsgekoppelde inrichting en dat eveneens in/op elk van deze oppervlaktezones een zone is aangebracht van het eerste geleidingstype die van 35 de halfgeleiderlaag van het eerste geleidingstype is gescheiden door een tussenliggend deel van de bijbehorende oppervlaktezone van het tweede geleidingstype waarbij de oppervlakte van elk van deze zones van het eerste geleidingstype een van de genoemde weegfactoren vormt, en waarbij deze 8400805 * ^ » PHN 10.973 15 zones eveneens met een gezamslijk knooppunt, tweede knooppunt genoemd, zijn verbonden, en dat middelen aanwezig zijn cm aan dit tweede knooppunt een stroom toe te voeren waarvan de grootte invers afhankelijk is van de amplitude van het ingangssignaal.

3. Ladingsgekoppeld transversaal filter volgens conclusie 1 en 2, net het kenmerk dat genoemde middelen voor het cmzetten van een ingangssignaal in een elektrische stroon een stroombron omvat die een signaal onafhankelijke stroom I levert en dat verdere middelen aanwezig zijn cm een deel I + 41 naar het eerste knooppunt en een deel I -Al 10 naar het tweede knooppunt te voeren, waarbij het stroomdeel I bepaald wordt door de amplitude van het ingangssignaal.

4. Ladingsgekoppeld transversaal filter volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de genoemde verdere middelen twee bipolaire transistoren omvatten waarvan de emitters gezamenlijk met de stroombron 15 zijn verbonden, en de collectoren met het eerste c.g. het tweede knooppunt, en dat verder schakelmiddelen aanwzig zijn cm tussen de bases van de eerste en de tweede transistor een lineair met het ingangssignaal veranderend spanningsverschil aan te leggen.

5. Ladingsgekoppeld transversaal filter volgens een of meer van 20 de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat ter verhoging van de af snij frequentie, aan de groep van ingangstrappen met positieve weegfactoren en/of de groep van ingangstrappen met negatieve weegfactoren, een transistor is toegevoegd waarvan de emitter is verbonden met het knooppunt dat eveneens verbonden is met de bijbehorende oppervlaktezones 25 van het eerste geleidingstype, en de basis is verbonden met middelen voor het" aanleggen van een spanningsverschil dat evenredig is met de absolute temperatuur, tussen de basis en de bijbehorende oppervlaktezones van het tweede geleidingstype. 30 8400803 35