DE2727504A1 - Ladungsuebertragungs-transversalfilter - Google Patents

Description

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BöblIngen, den 16. Juni 1977 bu-bd/bb i

AnmelderIn:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der
Anmelderin:

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Vertreter:

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Robert Busch Böblingen

Bezeichnung:

LADUNGSÜBERTRAGÜNGS-TRANSVERSALFILTER

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Transversale Filter mit einstellbaren Bewertungsfaktoren, bestehend aus Eimerkettenschieberegistern sind an sich bekannt. Ein Beispiel hierfür findet sich in der USA Patentschrift 3 809 923. Die dort gezeigte Anordnung verwendet ein Transversalfilter unter Anwendung einer Ladungsübertragung, jwobei das Problem des Ladungsschwundes über die mit den Stufenkapazitäten gekoppelten Widerstände durch Aufladen der Stufenkapazitäten über Bewertungsstromaufteiler überwunden wird.

In der Veröffentlichung "An Electrically Programmable LSI Transversal Filter for Discrete Analog Signal Procressing (DASP)", von D. R. Lampe, M. H. White, J. H. Mims und J. L. Fagan, Report ECOM Contr. Nr. DAABO 7-73-C-O337, Westinghouse Electric Corporation, Defense and Electronic Systems Center, Systems Development Division, Baltimore, Maryland 21203, ist eine Kombination von ladungsträgergekoppelter Anordnung und programmierbarer MNOS-Speicherbank beschrieben, mit Hilfe derer die Operationen der übertragung, Multiplikation und Aufsummierung durchführbar sind, um eine anpassungsfähige übertragungsfunktions-Anordnung bereitzustellen. Doch ist hierbei die Filterübertragungsfunktion nicht von einem der zugeführten Analogsignale gesteuert; statt dessen sind die Anzapfwerte unter Ausnutzung von MNOS-Leitwerten elektronisch einstellbar bzw. justierbar.

Ander· Veröffentlichungen aus diesem Problemkreis sind: "Bucket Brigade Transversal Filters", C. M. Puckette u.a. in "IEEE Transactions on Circuits and Systems", Bd. CAS-21, Nr. 4, JuIi 1974, S. 502; "Programmable Bandpass Filter and Tone Generator Using Bucket Brigade Delay Lines";, von D. A.

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i
j Smith u.a. in "IEEE Transactions on Circuits and Systems," 'Bd. CAS-21, Nr. 4, JuIi 1974, S. 597; "Transversal Filtering Using charge-Transfer Devices" von D. D. Buss u.a. in "IEEE ;J. Solid-state Circuits", Bd. SC-8, Nr. 2, April 1973, S. 138; USA Patent Nr. 3 819 958; "Analogue Correlators Using Charge Coupled Devices", von J. G. Harp, u.a. in "Int. Conf. on the Appl. of CCDs", NELC - San Diego, 1975, Seiten 229-235.

Unter diesen Voraussetzungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Transversalfilter zur Verarbeitung von Analogsignalen bereitzustellen, um Faltungs- und/oder Korrelations-I funktions-Analogsignale vorzugsweise für den Gebrauch in der !zeichenerkennung, Sprachanalyse, Seismik und dgl. in relativ !einfacher Weise zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist. Demnach sind also zwei Ladungsübertragungsstrukturen vorgesehen, die äquivalente Übertragung und Echtzeit-Geschwindigkeitseigenschaften bei Eingangsanalogsignalen zu gewährleisten und zwar unter Anwenden von Ubertragungsfunktionregistern. Hierbei wird zeitweilig die nicht zerstörbare Ladungsaddition an Feldeffekttransistorgates ausgenutzt, um eine nichtlineare Produkttermfunktion au liefern. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Transversalfilters gemäß der Erfindung enthält eine Analogschaltungsfunktions- oder Korrelationsanordnung mit Bewertungsabgriffen, die mittels eines zweiten Analogsignals gesteuert werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung 1st die FaItungsfunktions- und Korrelationsfunktionsanordnung wahlweise einstellbar, indem die die quadratischen Charakteristiken von MOSFET-Bauelementen in Verbindung mit Ladungsübertragungs-Analogsignalverarbeitung ausgenutzt wird.*

Aus dem oben aufgeführten Stand der Technik geht nicht hervor, daß Ladungen an Gateelektroden einzelner reldeffekttransisto—

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ren nachbildbar sind oder zeitweilig addiert werden können, und schon gar nicht daß Eingangssignal und Bezugssignal in einem Schieberegistersystem zu verschieben sind. Außerdem ist nicht gezeigt, daß Ladungsträgerkopplungsanordnung und MNOS-Speicher gleichwertige Strukturen darstellen.

¹ Weitere Vorteile der Erfindung lassen sich den Unteran- ', Sprüchen entnehmen.

Anschließend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.

:Es zeigen:

j Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Transversalfilters,

■ gemäß der Erfindung,

i Fig. 2Au. 2B in entsprechender Zusammenfügung gemäß über-

■ sieht in Fig. 2 ein Blockdiagramm eines

Ausführungsbeispiels eines Transversalfilters

i gemäß der Erfindung, unter Verwendung der

: Ladungsträgerkopplungstechnologie,

i Fig. 3 Ein anderes Ausführungsbeispiel des Trans-, versalfilters gemäß der Erfindung unter Ver-

• wandung der Eimerketten-Technologie.

Der Betrieb eines Transversalfilters läßt sich durch eine übertragungsfunktion h charakterisieren, wobei der Ausgang g des Filters eine Faltung der übertragungsfunktion h darstellt. Hit der Eingangsfunktion f für einzelne Signale oder Datensignalproben gilt dann:

g (n) - σ h (m) f (n-m)
m » - «·

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Drei Operationen sind im Faltungsprozeß eingeschlossen, nämlich: Übertragung, Punkt-für-Punkt-Multiplikation und Summierung bzw. Integration. Im allgemeinen lassen sich Verzögerungsleitungs-Schieberegister zur Übertragung verwenden, wobei bewertete Abgriffe zur Multiplikation und Stromoder Ladungssummierung zur Integration herangezogen werden.

Das in Fig. 1 gezeigte Prinzipblock-Schaltbild zeigt ein Transversalfilter, bestehend aus zwei Ladungsübertragungs-Verzögerungsleitungen für die eigentliche übertragung, bei dem jeweils entweder eines oder beide Signale (f) und (h), in vorliegender Abhandlung als Eingangssignale (f) und übertragungs funktionssignale (h) bezeichnet, hin- und hergeschoben werden können; oder eines stationär gehalten wird, während das andere verschoben wird. Damit läßt sich dann eine Korrelation ebensogut wie eine Faltung durchführen. Je nach Anwendung braucht also eine vorgesehene Schieberegisterausführung, wie z.B. in Fig. 3, nicht für eine Ladungsübertragung in reversibler Richtung ausgelegt zu sein.

Die in Fig. 1 vorgesehenen Ladungsübertragungschieberegister-Verzögerungsleitungen 10 und 12 enthalten die Stufen oder Einheiten 10-1, 10-2, 10-3,..., 10-K und 12-1, 12-2, 12-3, ..., 12-K. Die Eingangsanalogsignale (f) werden in das Schieberegister 10 und die übertragungsfunktions-Analogsignale (h) in das Schieberegister 12 eingegeben.

Die Schieberegister 10 und 12 bestehen für sich aus üblichen Ladungsübertragungs-Anordnungen bekannter Bauart, die sich entweder in Ladungsträger-Kopplungs- oder Eimerkettenn- Baugruppen gemäß den Fign. 2 und 3, realisieren lassen. Die diskreten Analogabtastproben der Ladung, die den (f)-Signalen und den (h)-Signalen entsprechen, werden entweder unten oder oben in die in Fig. 1 gezeigten Schieberegister 10 und 12 eingegeben, um diese Signale dann nach oben, bzw. nach unten

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entweder in gleicher oder zueinander entgegengesetzter Richtung zu verschieben; andererseits kann auch ein Signal stationär gehalten werden, wohingegen das andere Signal dann nach oben oder unten verschoben wird.

Ganz allgemein läßt sich sagen, wenn eine Korrelationsfunktion verlangt wird, werden beide Signale in gleicher Richtung; und wenn eine FaItungsfunktion erwünscht ist, werden beide Signale in zueinander entgegengesetzten Richtungen verschoben. Bei der Anordnung nach Fig. 1 versteht es sich, daß die Verschiebung durch Anwenden von Taktgeberiinpulsen und Folgesteuermitteln durchgeführt wird, die auf die Schieberegister einwirken, bzw. den Schieberegistern zugeordnet sind, jedoch hier nicht näher gezeigt sind, da entsprechende Maßnahmen zum Stande der Technik gehören oder andernfalls den Anordnungen nach den Fign. 2A und 2B bzw. Fig. 3 zu entnehmen sind.

Entsprechende Stufen oder Einheiten beider Ubertragungs- ^: schieberegister sind jeweils über Signalverarbeitungsmittel 14, enthaltend Addierer, Quadrierer und Summierer miteinander verbunden. Speziell sind hierbei Einheiten oder Stufen 10-1 j und 12-1 mit Addierer 16-1 verbunden, dessen Ausgang am Ein- j gang des Quadrierers 18-1 liegt, der seinerseits mit dem j Summierer 20-1 verbunden ist. In gleicher Heise sind die Stufen bzw. Einheiten 10-2 und 12-2 mit dem Addierer 16-2 verbunden, dessen Ausgang am Quadrierer 18-2 liegt, der seinerseits wiederum mit dem Summierer 20-2 verbunden ist. Das gleiche gilt für alle folgenden Stufen, bzw. Einheiten 10-K und 12-K, die allgemein mit dem jeweiligen Addierer 16-K verbunden sind, dessen Ausgang am Eingang des jeweiligen Quadrierers 18-K liegt, der seinerseits dann mit dem jeweils zugeordneten Summierer 20-K verbunden ist.

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Bel Betrieb werden die einzelnen Abtastproben der Ladung für die Analogsignale (f) und (h) In die Schieberegister 10 und 12 eingegeben, Indem jeweils die Inhalte entsprechender Schlebereglsterstufen oder Entsprechungen hiervon mit Hilfe der Addierer 16-1, 16-2, 16-3 ..., 16-K addiert und die jeweils erhaltenen Ergebnisse mit Hülfe der Quadrierer 18-1, 18-2, 18-3, ..., 18-K quadriert werden. Die sich jeweils beim Addieren und Quadrieren ergebenden Resultate werden dann aufsummiert, um einen Term für eine Faltungs- oder Korrelationsfunktion bereitzustellen. Anschließend findet eine Verschiebeoperation in einem oder beiden Schieberegistern 10 und 12 statt und zwar jeweils in ausgewählten Richtungen, bzw. ausgewählter Richtung, um das Addieren, Quadrieren und Summieren für die in den entsprechenden Schieberegisterstufen erhaltenen neue Kombinationnen zu wiederholen. Vorgenannte Operation wird fortgesetzt, bis alle gewünschten Abtastproben der (f)- und (h)-Signale verarbeitet sind.

So enthalten bei jedem Schritt in der Operationsfolge die , Schieberegisterstufen 10-1, 10-2, 10-3, ..., 10-K und 12-1, 12-2, 12-3, ..., 12-K gewissermaßen Ladungspakete, die jeweils Analogabtastproben der Signale (f) und (h) entsprechen. Die Addierer 16-1, 16-2, 16-3, ... 16-K und die Quadrierer 18-1, 18-2, 18-3, ..., 18-K werden jeweils durch Feldeffekttransistoren dargestellt. Bei jedem Operationsschritt wird die jeweils in den Schieberegisterstufen enthaltene Ladung zeitweilig auf die Gateelektrode des zugeordneten Feldeffekttransistors verschoben. Als Alternative hierzu läßt sich die jeweils in den Schieberegisterstufen enthaltende Ladung gewissermaßen kopieren, wobei dann diese "Kopie" übertragen und nach Bearbeitung jeweils zerstört wird. In jedem Falle wird die jeweils in die Schieberegisterstufen 12-1 und 10-1 enthaltende Ladung am Gate des zugeordneten Addiererfeldeffekt-Transistors addiert, ebenso wie es für die in den Schiebere-

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gisterstufen 12-2 und 10-2 enthaltende Ladung usw. jeweils der Fall ist. Die Addition am Gate jedes Addiererfeldeffekt-Transistors ruft eine entsprechende Spannungsänderung an der jeweiligen Gateelektrode hervor, die ursprünglich auf Schwellenwert gelegen hat. Die Spannung läßt sich ausdrücken durch (V - V^). Der Stromfluß über den jeweiligen Feldeffekttransistor ist infolge seiner Charakteristik proportional dem Quadrat dieser Spannungsänderung. Der Strom ergibt sich aus folgender Beziehung:

I(m_fn) - öl V_g(m,n) - V^] ² (1) V (m) « h(m) + f(n-m), stellt demnach die Addition beider

Ladungspakete in entsprechend zugeordneten Schieberegisterstufen der Schieberegister 10 und 12 dar. Unter dieser VorrausSetzung läßt sich schreiben:

I(m,n) - h²(m) + f²(n-m) + V^ - 2h (m) V^

- 2f (n-m) V..+ 2h (m) f (n-m) (2) tn

Diese Gleichung steht für die quadratische Funktion des jeweiligen Feldeffekttransistors, bei dem der Ausgangsstrom proportional dem Quadrat der Differenz aus Gatespannung V und Schwellenwertspannung V^ ist. Die Ströme werden anschließend summiert, so daß sich ein Ausgangsstrom wie folgt ergibt:

M + M
I (n) - ° _E I(m,n) (3)

m - M_Ä
ο

Hierin bedeuten M einen willkürlich gewählten Bezugspunkt zur ttbertragungs- oder Verschiebeoperation. Wenn h und f von endlicher Länge sind, und M dem zweifachen ihrer Länge entspricht, dann lassen sich die Summierungsgrenzen nach unendlich verschieben und die Variablen wie folgt ändern:

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I (η)

	h2	4k - yi -	2(m) + V2^1	- 2h (m)
OB Σ	2h	(m) + f	(n-m)	(4)
OB Σ m ■ -	(m) f

Es ist zu beachten, daß der Ausgangsstrom aus einem konstanten Term plus dem Faltungsausdruck besteht:

OB

^{1 (n) m} konstant ^{+ Σ 2h (m) f {n}-^{m) (5)}

_m = - o»

Sowie h und f zu den Enden des endlichen Ausdrucks gelangen, flukturieren die Terme, die zur ersten Summe in Gleichung (4) beitragen; jedoch sind diese Änderungen Kn) - I(n-1) in der Größenordnung des Ausmaßes der Korrelationsspitze dividiert durch die Länge der Eingangsfolgen für angepaßte Funktionen f und h, so daß ein Tiefpaßfilter in Verbindung mit einem Schwellenwert oder entsprechendes, diesen Fluktuationstyp in einer langen, für viele Abtastproben vorgesehenen Anordnung eliminieren.

Fig. 1 zeigt lediglich ein grundlegendes Funktionsschema-Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung und läßt sich mit Hilfe von Ladungsübertragungsanordnungen verwirklichen, wie z.B. ladungsträgergekoppelten Halbleiteranordnungen und Eimerketten-Halbleiteranordnungen jeweils in Verbindung mit Feldeffekttransistoren. Fig. 2A und 2B zeigen ein spezielles Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, basierend auf Ladungsträger-Kopplungstechnik, während Fig. 3 ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung in Eimer—Kettentechnik zeigt.

Die Fign. 2A und 2B sind wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, aneinander angeschlossen. Hierin enthält die Verarbeitungs-

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mittelanordnung 14 vier ladungsträgergekoppelte Bauelemente mit Elektroden, die jeweils den Stufen 10-1, 10-2, 10-3,..., 10-K und 12-1, 12-2, 12-3, ..., 12-K zugeordnet sind. Die vier Elektroden in Schieberegisterstufe 10-1 sind mit 22-1, 22-2, 22-3 und 22-4 bezeichnet, wohingegen die vier Elektroden in Schieberegisterstufe 12-1 mit 24-1, 24-2, 24-3 und 24-4 bezeichnet sind. Die anderen Schieberegisterstufen in den Schieberegistern 1O und 12 sind identisch zu den Schieberegisterstufen 10-1 und 12-1 aufgebaut, mit Ausnahme der jeweiligen Ladungseingangs- und Ausgangsstrukturen an den Schieberegisterenden.

Ladungsträgergekoppelte Schieberegister, die sich in den Schaltungsanordnungen nach Fig. 2A und 2B verwenden lassen, sind an sich bekannt. Theorie und Betrieb von ladungsträgergekoppelten Strukturen sind ausserdem im Buch "Charge Transfer Devices" von Carlo H. Sequin und Michael F. Tompsett, "Academic Press", Inc., 1975 Bell Telephone Laboratories, Ine, beschrieben. Die in Fign. 2A und 2B beschriebenen ladungsträgergekoppelten Schieberegister sind wie ersichtlich vom vier-Phasen-Takt-typ, wobei in jeder Schieberegisterstufe die I vier Elektroden jeweils mit einem der Taktgeberanschlüsse j 30-1, 3O-2, 3O-3, 30-4 und andererseits 40-1, 40-2, 40-3, ! 40-4 verbunden sind. Im einzelnen ist eine hier angegebene ! vier-Elektroden-ladungsträgergekoppelte-Zellenstufe auf den Seiten 23 bis 25 des oben genannten Buches beschrieben.

Das in den Fign. 2A und 2B beschriebene, spezielle Ausführungsbeispiel ist derart ausgelegt, daß für eine Faltungsfunktion die (f)-Signale oben in das Schieberegister 10 und die (h)-Signale unten in das Schieberegister 12 eingegeben werden. Das Analogladungssignal (f) wird über eine Diffusionszone 23 vom Schieberegister 10 übernommen und wird abgetastet sowie in die erste Stufe 10-1 verschoben und zwar mit Hilfe der Elektrode 25 und mit Hilfe eines Abtaststeuer-

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signals über Zuleitung 26. Das gleiche Verfahren wird für das (h)-Signal angewendet, das über eine Diffusionszone 28 und eine Elektrode 32 unter Steuerung eines Abtastsignals über Zuleitung 36 in das Schieberegister 12 eingegeben wird. Nach einer einleitenden Periode zur Auffüllung jedes Schieberegisters, wie oben im Zusammenhang mit den Fluktuationstennen beschrieben, führt die Schaltungsanordnung gemäß den Fign. 2A und 2B die gewünschte FaItungsfunktion gemäß der Gleichung (5) durch.

Die Signalverarbeitung wird anhand der Schieberegisterstufen 10-1 und 12-1 beschrieben, wobei sich versteht, daß gleiche Abläufe bei den anderen Schieberegisterstufen stattfinden. Die Ladungsprobe an der Elektrode 22-1, der Schieberegisterstufe 10-1 wird unter Steuerung eines Taktgeberimpulses auf Zuleitung 44 auf die Elektrode 42 übertragen. In gleicher Weise wird die Ladungsprobe an der Elektrode 24-1 der Schieberegisterstufe 12-1 unter Steuerung eines Taktgeberimpulses auf Zuleitung 50 auf die Elektrode 48 übertragen.

Die hierdurch bedingte Spannungsänderung führt zu einer Stromänderung über den Feldeffekttransistor, d.h. des Stromes

j von Zuleitung 60 über Source-Drain-Elektroden des Feldeffekttransistors 54, wobei die sich dann ergebende Stromänderung

! aufgrund der typischen Feldeffekttransistor-Charakteristiken

proportional dem Quadrat der entstandenen Spannungsänderung

2 ist. Dies entspricht dem V (m,n) - V.. -Term, wie er oben

*J bit

im Zusammenhang mit Fig. 1 behandelt ist. Die sich aus allen Feldeffekttransistoren, wie Feldeffekttransistor 54, ergebenden Ströme, aufgrund ähnlicher Wirkungen auch der anderen Schieberegisterstufen, werden auf der Ausgangsleitung 62 summiert, so daß ein Gesamtausgangsstrom entsteht, der einem Term der Ausdrücke (4) und (5) wie oben abgehandelt, genügt, bzw. einen solchen darstellt.

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Weitere Taktgebersignale treten auf den Zuleitungen 30-1 bis 30-4 und 40-1 bis 40-4 auf, um die Ladungspakete zur jeweils nächsten Schieberegisterstufe zu verschieben, um jeweils so weiteres Addieren, Quadrieren und Stromsummieren durchzuführen. Dies ftihrt jeweils zu einem anderen Term der Ausdrücke (4) und (5). Dieser Ablauf wird in der gezeigten Weise für die gewünschten Zeitperioden der (f)- und (h)-Analogsignale durchgeführt.

Weiterhin läßt sich die Filtercharakteristik (h) modifizieren oder nachbessern, indem ein Korrektions- oder Fehlerdifferenzterm über Schieberegister 12 eingetaktet wird und die Korrekturwerte den Ladungspaketen unter den Elektroden 48 sowie alle anderen entsprechenden Elektroden unter entsprechender Ansteuerung des Ubertragungsgates 50 zugefügt werden. In gleicher Weise lassen sich Inkrementänderungen bei den Eingangssignalen (f) anbringen, indem Übertragungsstruktur 44 mit zugeordneten Elektroden 42 usw. Verwendung findet.

Ein Phasen- oder Taktgebersignal auf Zuleitung 56 sowie ein entsprechender Spannungspegel auf der Zuleitung 60 läßt den Feldeffekttransistor 58 sowie alle anderen entsprechenden Feldeffekttransistoren das Gate 52 sowie alle anderen entsprechenden Gates auf einen entsprechenden Schwellenwert einstellen, der jeweils auf die Feldeffekttransistoren, entsprechend 54, zur Einwirkung gelangt. Obgleich aus Gründen der Klarheit das Gate 52 in geteilter Ausführung gezeigt ist, besteht es in Wirklichkeit nur aus einer einzigen Elektrodenstruktur. Die Bildladung an den Elektroden 42 und 48 addiert sich zur Spannungssteuerung am Gate 52, obleich die Ladungspaket· von den beiden Schieberegistern, die sich nunmehr unterhalb der Elektroden 42 und 48 befinden, physikalisch nicht kombiniert sind. Nach Einstellen der Gatespannung am

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Gate 52 und bei durch Feldeffekttransistor 58 isoliertem Gate werden die unterhalb der Elektroden 42 und 48 befindlichen Ladungen zurück in ihre jeweiligen Schieberegister und 12 getaktet. Die durch diese Ladungsrückübertragung am Gate 52 hervorgerufene Spannungsänderung ist proportional der Summe beider Ladungspakete, so daß diese Gatespannungsänderung dem Term V (m,n) * V.. wie er im Zusammenhang mit der Fig. diskutiert ist, entspricht.

Die bisherige Abhandlung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ladungsträgergekoppelte Techniken angewendet werden. In Fig. 3 ist eine spezielle Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gezeigt, die die Eimerkettentechnik anwendet.

Die Eimerkettenschaltungsanordnung gemäß Fig. 3 enthält die Schieberegister 10 und 12. Die Schieberegister 10 und 12 bestehen aus einer größeren Anzahl voneinander getrennter Diffusionszonen 70-1 bis 70-K und 72-1 bis 72-K, wobei die einzelnen Stufen jedes Schieberegisters jeweils durch ihnen ge- ; meinsamejtf' Elektroden 74-1 bis 74-K definiert sind. Die An- ; wendung jeweils einer beiden Schieberegisterstufen gemein- ' samen Elektrode in Form eines entsprechenden Überzugs, stellt eine bekannte Eimerkettenanordnung dar, die zur erheblichen Vereinfachung der Taktgebung beiträgt. Die (f)-Signale werden über die Diffusionszone 76 in das Schieberegister 10 und die (h)-Signale werden über die Diffusionszone 78 in das Schieberegister 12 eingegeben. Diese Signale werden eingetaktet ebenso wie Analogladungsproben in üblicher Heise bei Eimerkettenanordnungen eingegeben werden.

Die Feldeffekttransistoren 80-1 bis 8O-K/2 stellen Ladungskopierbauelemente dar und die Feldeffekttransistoren 82-1 bis 82-K/2 dienen jeweils zur Einstellung e^-sr geeigneten

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Gatespannung für die Feldeffekttransistoren 84-1 bis 84K+2, die gemäß der Quadrat-Gesetzmäßigkeit betrieben werden. Die Feldeffekttransistoren 84-1 bis 84-K/2 sind untereinander über ihre Drain-S-und Source-Elektroden wie in Fig. 3 angegeben verbunden. Der Schaltkreis 86 stellt einen Stromintegrator dar, der die Stromaddierungsfunktion, wie noch weiter unten beschrieben, übernimmt.

Die Betriebsweise der Anordnung nach Fig. 3 wird beispielsweise für einen Zyklus oder Verschiebevorgang beschrieben, und zwar für Ladungsproben in den Diffusionszonen 7O-2 und 72-2, wobei es sich versteht, daß alle anderen Schieberegisterstufen in dieser Schaltungsanordnung in gleicher Heise arbeiten. Die Betriebsweise ist entsprechend der Zeitfolge ti, t2, t3, t4, t5, t6, t7 beschrieben.

Zum Zeitpunkt ti besitzt die Phasen-1-Leitung 88 einen niedrigen Pegel, die Phasen-2G-LeItung 90 einen hohen Pegel, die Phasen-2RG-Leitung 92 ebenfalls einen hohen Pegel, während die Phasen-2RS-Leitung 94 einen geringen Pegel aufweist. Die Phasen-S-Leitung liegt dauernd auf einem Gleichspannunspegel. Hiedruch wird eine Bedingung bereitgestellt, bei der die Feldeffekttransistoren 80-1 und 82-1 im leitenden Zustand j sind, so daß der Verbindungspunkt 98 an der Elektrode 74-1 j unterhalb des Differenzwertes V - V^_n zu liegen kommt, wobei ! V die Amplitude des Phasen-2G-Impulses und V^. der Schwellenwert des Feldeffekttransistors 80-1 ist. Zur Zeit t2 geht der Signalpegel auf der Phase-1-Leitung 88 für einen kurzen Augenblick hoch und fällt zurück auf einen niedrigen Wert, wobei die Ladung auf die Diffusionszonen 70-3 und 72-1 verschöbet wird. Zum Zeitpunkt t3 befinden sich die Phase-1-Leitung 88 auf einem niedrigen Pegel, der Pegel auf Phase-2G-Leitung sinkt nach unten, der Pegel auf Phase-2RG-LeItung 92 bleibt hoch und der Pegel auf Phase-2RS-Leitung 94 bleibt niedrig.

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Zum Zeitpunkt t4 besteht die einzige Änderung darin, daß der Pegel auf Phase-2RS-Leitung 94 steigt, so daß damit auch am Verbindungspunkt 110 ein entsprechend hohes Potential auftrittί Zum Zeitpunkt t5 besteht die einzige Änderung darin, daß der Pegel auf der Phase-2RG-Leitung 92 absinkt und zum Zeitpunkt t6 geht der Pegel auf Phase-2G-LeItung 90 in die Höhe, so daß eine Verschiebungsstrom-Integration über Feldeffekttransistor 80-1 durchgeführt wird, die zu einer Kopierung der Ladungsübertraung auf die Diffusionszonen 70-2 und 72-2 führt. Die kopierte Ladung tritt am Verbindungspunkt 110 als Überlagerung eines signalunabhängigen Grundpegels auf. Die j kopierte Ladung am Verbindungspunkt 110 führt zu einer pro- ^: portionalen Spannungsänderung am Gate des Feidefekttransistorsj 84-1, der, da er im quadratischen Bereich der Charakteristik j betrieben wird, einen Strom über Source und Drain führt, der proportional dem Quadrat des Resultats der Ladungsaddition an den Diffusionszonen 70-2 und 72-2 ist, nämlich der kopierten Ladung. Der Strom über dem Feldeffekttransistor 84-1 sowie über Feldeffekttransistor 84-2, über Feldeffekttransistor 84-3 usw. wird jeweils zueinander addiert, indem ein Stromintegrator bekannter Bauart eingesetzt wird.

; Aus oben stehender Beschreibung läßt sich entnehmen, daß die Analogsignal-Abtastproben (f) und (h), die durch die Schieberegister 10 und 12 übertragen worden sind, addiert und durch dl· Feldeffekttransistoren quadriert sind; schließlich sind sie durch den Stromintegrator 86 summiert, um den gewünschten Bedingungen, wie sie durch die Gleichungen (4) und (5) formuliert sind, zu genügen.

Es ist also ein Ladungsübertragungs-Transversalfilter beschrieben, daß sich für Signalübertragungen zweierr Eingangssignalabtastproben-Schieberegister bedient, wobei die Signalübertragungen unabhängig voneinander in zwei Richtungen er-

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folgen. Die Anwendung einer Ladungsaddition in Verbindung mit Bauelementen quadratischer Charakteristik zum Addieren und Quadrieren, stellt in Verbindung mit abschließender Summierung der verarbeiteten Signale je nach Bedarf eine Faltungs- oder Korrelationsfunktion zweier Eingangssignäle bereit. Die Erfindung ist speziell anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die durch Ladungsträgerkopplungsoder Eimerkettenbauelementen realisiert sind, jedoch kann die Erfindung hierauf nicht beschränkt sein. Die Erfindung wendet außerdem das Konzept der Ladungskopierung an, um Betriebsgeschwindigkeit. Wirkung und Betriebszuverlässigkeit in vorteilhafter Weise zu gestalten.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE

   Ladungsübertragungs-Transversalfilter, bestehend aus mindestens einem Ladungsübertragungsschieberegister, das auf ein erstes periodisch abgetastetes Analog- j signal anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein | zweites Ladungsübertragungsschieberegister auf ein j zweites, periodisch abgetastetes Analogsignal anspricht,! indem das erste und das zweite Schieberegister jeweils aus einer Anzahl von Stufen besteht, über welche die i periodisch abgetasteten Analogsignale einzeln ver- ! schiebbar sind, so daß eine relative übertragung zwischen erstem und zweiten periodisch abgetasteten Analogsignal ' entsteht, daß weiterhin hiermit eine der Schiebere- j gisterstufenanzahl entsprechende Anzahl von Multiplikationseinheiten enthalten ist, die jeweils mit einem Schieberegisterstufenpaar, bereitgestellt aus dem ersten und dem zweiten Schieberegister, verbunden sind, so daß jeweils ein dem Quadrat des Additionsergebnisses der jeweils paarweise einwirkenden Analogsignalproben in den entsprechenden Schieberegisters tuf en für jede Verschieboperation bereitgestallt wird und daß Summierungsmittel mit den Multiplikationseinheiten verbunden sind, um die den Quadraten der Additionsergebnisse der jeweiligen einzelnen Analogsignalproben bei jeder Verschiebeoperation proportionalen Signale aufzusummieren, so daß das resultierend· Ausgangssignal proportional der Addition der Quadrate der Additionsergebnisse der übertragenen Analogsignalproben ist, wobei das resultierende Auegangseignal eine Paltungs- oder Korrelationsfunktion des ersten und des zweiten Analogsignals darstellt.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aur Bildung einer Korrelationsfunktion das erste

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   Analogsignal Im ersten Ladungsübertragungsschieberegister und das zweite Analogsignal Im zweiten Ladungsübertragungsschlebereglster In zueinander gleicher Richtung verschiebbar sind.

   Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Analogsignal im ersten Ladungsübertragungsschieberegister und das zweite Analogsignal im zweiten Ladungsübertragungsschieberegister in jeweils zueinander entgegengesetzter Richtung zur Bildung einer FaItungsfunktion verschiebbar sind.

   Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß entweder das erste oder das zweite Analogsignal im jeweils zugeordneten Ladungsübertragungsschieberegister stationär gehalten wird und das jeweils andere Analogsignal in seinem jeweils zugeordneten LadungsÜbertragungsschieberegister verschiebbar ist.

   Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Ladungs-Übertragungsschieberegister als ladungsträgergekoppelte Anordnung aus einem Halbleitersubstrat mit darauf angebrachter Vielzahl von Elektroden mit jeweils darunter befindlichen Potentialtopfen besteht, in dem die jeweiligen Analogsignalproben speicherbar sind, bzw. zwischen denen die Analogsignalproben übertragbar sind.

   Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplikationseinheiten jeweils aus einen Feldeffekttransistor mit Gate-, Source* und Drainelektroden besteht, daß jeweils zwischen

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   Gateelektrode eines Feldeffekttransistors und dem jeweils zugeordneten Schieberegisterstufenpaar eine Verbindung besteht, um in den jeweiligen Schieberegisterstufen auftretende Analogsignalproben auf die jeweilige Gateelektrode einzukoppeln, so daß an dieser Gateelektrode ein Potential proportional des Additionsergebnisses genannter Analogsignalproben herbeiführbar ist, daß Mittel zum Hervorbringen eines Stromes über die jeweils zugeordnete Source- und Drainelektrode zum Bereitstellen eines dem Quadrat des Additionsergebnisses des Analogsignalprobenpaares proportionalen resultierenden Stromes vorgesehen sind und daß Mittel zum Summieren der aus den Feldeffekttransistoren stammenden Ströme zur Herbeiführung der Ausgangssignale vorgesehen sind.

   7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die jeweils zwischen Gateelektrode eines Feldeffekttransistors und einem entsprechenden Schieberegisterstufenpaar geschaltet sind, jeweils einen ersten Ladungstibertragungs-Transistor der zwischen dem genannten Gate und einer der Schieberegisterstufen geschaltet ist und einen zweiten Ladungsübertragungstransistor einschließen, der zwischen dem genannten Gate und der anderen Schieberegisterstufe des Schieberegisterstufenpaars geschaltet ist, wobei jeweils erste und zweite Ladungsübertragungstransistoren zur Ladungsentnahme aus den jeweils zugeordneten Schieberegisterstufen für die Übertragung auf daa jeweils zugeordnete Gate und zur RückÜbertragung dieser Ladungen in die Schieberegisterstufen ausgelegt sind.

   8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Analogladungssignale

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   auf die ersten und zweiten ladungsgekoppelten Schieberegisterstufen übertragbar sind, wenn die ursprünglich vorhandenen Ladungsmengen in diesen Schieberegisterstufe^n auf die genannten Gateelektroden zuübertragen sind, wobei die zusätzlichen Analogladungssignale zur Modifizierung und Ausrichtung der ursprünglich vorhandenen Ladungsmengen dienen.

   9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ladungs-Ubertragungsschieberegisterstufen aus Eimerkettenschieberegisters truktüren bestehen, wobei ein Halbleitersubstrat eine Anzahl von Diffusionszonen mit jeweils zugeordneten Elektroden besitzt, um die Analogsignalproben jeweils hierin zu speichern und hier-

   ! zwischen zu übertragen.

   10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, j

   • daß jedes der Multiplikationsmittel aus einem FeId-' effekttransistor mit Gate-Source- und Drainelektroden

   besteht, daß Mittel zwischen jeweiliger Gateelektrode eines Feldeffekttransistors und jeweils zugeordnetem Schieberegisterstufenpaar geschaltet sind, um jeweils eine der Ladungsaddition entsprechende Ladungsmenge in diesen Diffusionszonen der Schieberegisterstufenpaare nachzubilden, daß Mittel zur Auskopplung der jeweils nachgebildeten Ladungsmenge auf das zugeordnete Feldeffekttransistor-Gate vorgesehen sind, daß Mittel zur Herbeiführung eines Stromes über genannte Source- und Drainelektroden des jeweiligen Feldeffekttransistors vorgesehen sind, so daß ein dem Quadrat der nachgebildeten Ladungsmenge proportionaler resultierender Strom entsteht, der infolgedessen seiner-

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   seits dem Quadrat der Ladungsaddition in der jeweiligen Diffusionszonen eines zugeordneten Schieberegister-Stufenpaares proportional ist und daß Mittel zum Aufsummieren der resultierenden Ströme aller
   Feldeffekttransistoren zur Herbeiführung eines Ausgangssignals vorgesehen sind.

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