DE2855789A1

DE2855789A1 - Integriertes halbleiter-transversalfilter

Info

Publication number: DE2855789A1
Application number: DE19782855789
Authority: DE
Inventors: James Francis Dubil; Alain Marc Falcoz; Rene Joseph Glaise; Christian Augustin Jacquart
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-07-19
Also published as: FR2414830B1; GB2012510B; GB2012510A; US4161706A; JPS6130769B2; JPS54101638A; FR2414830A1

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

gg/ib

Integriertes Halbleiter-Transversalfilter

Die Erfindung betrifft ein integriertes Halbleiter-Transversalfilter mit einstellbarer Übertragungsfunktion.

Ein Transversalfilter ist eine Einrichtung, die eine nach freiem Ermessen einstellbare Impulsanspräche oder Übertragungsfunktion endlicher Länge aufweist. Mit Transversalfiltern lassen sich weite Anwendungsbereiche der linearen Filter abdecken. Das klassische Transversalfilter besteht aus einer Verzögerungsleitung, die eine Anzahl von Abgriffen aufweist. Diese Abgriffe sind über getrennte Beitragseinstellvorrichtungen oder Selktionsschaltungen mit einer Addiereinrichtung verbunden. Durch geeignete Einstellung der Selektionsschaltungen wird die gewünschte Impulsansprache festgelegt. Der Einsatz derartiger Transversalfilter beispielsweise als Hochpaß-, Tiefpaß- oder Bandpaßfilter hat sich als vorteilhaft erwiesen. Diese Transversalfilter haben aber den Nachteil, daß eine Änderung in der Übertragungsfunktion eine Änderung der Beitragseinstellvorrichtung erforderlich macht. Das bedeutet, daß für jede neue Impulsansprache ein gesondertes Filter zu entwickeln ist. Soll ein Transversalfilter in integrierter Halbleitertechnik verwirklicht werden, so müßte für jede mögliche Übertragungsfunktion ein unterschiedlich aufgebautes Halbleiterplättchen bereitgestellt werden. Eine entsprechende Bereitstellung ist unpraktisch und unwirtschaftlich.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein integriertes Halbleiter-Transversalfilter anzugeben, das sich leicht so abwandeln läßt, daß es für eine Vielzahl von Über-

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tragungsfunktionen geeigent ist, wobei die jeweils erforderlich Modifikation sehr einfach durchzuführen ist. Gleichzeitig soll ein kostengünstiger Aufbau in hochintegrierter Technik ermöglicht sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Patentansprüche gekennzeichnet.

Zusammengefaßt weist das erfindungsgemäße Transversalfilter folgende Merkmale auf. Das erfindungsgemäße Transversalfilter kann auf einem monolithischen Halbleiterplättchen verwirklicht und ohne Rücksicht auf die erforderliche Personalisierung des fertigen Filters als Einzelteil auf Lager gehalten werden. Das Transversalfilter weist eine Anzahl von Kanälen auf, denen das Eingangssignal parallel zugeführt wird und deren Ausgangssignale in einer Addiereinrichtung aufsummiert werden, so daß sich die gewünschte Übertragungsfunktion ergibt. Jeder Konal umfaßt ein analoges Schieberegister und eine nachgeschaltete Abzweig- und Teilerschaltung. Die Schieberegister der einzelnen Kanäle weisen unterschiedliche Längen auf, so daß das allen Kanälen gleichzeitig zugeführte Eingangssignal an den Ausgängen der Kanäle zu unterschiedlichen Zeiten zur Verfügung steht. Die Abzweig- und Teilerschaltungen ergeben für jeden Kanal mehrere Signalzweige. Der Beitrag jedes Kanals zum Gesamtergebnis ergibt sich aus der Festlegung, die bzw. welche seine einzelnen Zweige, d.h., die in diesen geführten Signal in der Addiereinrichtung aufsummiert werden. Die Beitragseinstellung kann einfach durch Veränderungen in dem auf das Halbleiterplättchen aufzubringenden Leitungsmuster oder durch elektrisch gesteuerte Schaltelemente, die die erforderlichen Verbindungen zur Addiereinrichtung festlegen, bewirkt werden. Auf alle Fälle ist festzustellen, daß die Halbleiterplättchen unabhängig von der ihnen später zugeordneten übertragungsfunktion identisch aufgebaut sind. Die im Hinblick auf eine bestimmte übertra-

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gungsfunktion durchzuführende Personalisierung erfolgt erst mit der das Leitungsmuster festlegenden Metallisierung oder auf elektrischem Wege durch Steuerimpulse.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Transversalfilters,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Abzweig- und Teilerschaltung, ausgeführt in einer sogenannten '"Eimerketten-Schaltung", die bei einem erfindungsgemäßen Transversalfilter einsetzbar ist,

Fig. 3 eine Drei-Bit-Abzweig- und Teilerschaltung in ihren Einzelheiten und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch einstellbaren erfindungsgemäßen Transversalfilters.

Zunächst sei das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 näher betrachtete Das Eingangssignal einer Signalquelle 10 wird parallel η das signalverzögernden Kanälen 12 zugeführt. Die Ausgangssignale dieser Kanäle 12 werden in einer Addiereinrichtung aufsummiert, über deren Ausgang 16 das Ausgangssignal abgegeben wird. Das Ausgangssignal ist eine bestimmte Funktion des; Eingangssignals. Jede der Kanäle 12 weist eine Eingangs- oder Taktstufe (S) 18 eine oder mehrere analoge Schieberegisterstufen (D) 20 eine Abzweig- und Teilerschaltung (TB) 22 und eine Beitragseinstellvorrichtung 26 auf.

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Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß jede Schieberegisterstufe aus einer Ladungsverschiebeeinrichtung besteht. Eine solche Ladungsverschiebeeinrichtung umfaßt zwei Feldeffekttransistoren 28 und 30, deren Drain und Gate jeweils über eine Kapazität 32 bzw. 34 verbunden ist. Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Kanal eine solche Stufe 20 auf, während der zweite Kanal zwei und der n-te Kanal solche Stufen 20 umfaßt. Die Daten werden von links nach rechts in Form von Ladungen der Kapazitäten 32 und 34 durch diese Schieberegisterstufen transportiert. Die Verschiebung dieser Ladung erfolgt durch Einsatz von Taktimpulsen 0₁ und 0_?/ die zu sich einander ausschließenden, unterschiedlichen Zeiten auftreten. Nach jedem Auftreten eines Paares von Taktimpulsen 0. und 0„ ist die Ladung der Kapazität 32 einer Stufe 20a zu der Kapazität 32 der folgenden Stufe 20b übertragen. Derartige analoge Ladungsverschiebeeinrichtungen sind auch unter dem Begriff "Eimerketten-Schaltung" bekannt.

Der grundsätzliche Teil einer Abzweig- und Teilerschaltung 22, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, teilt die am Knoten 35 ankommende Gesamtladung in zwei gleiche Teilladungen auf, die beiden Zweige 36 und 38 auf. Sind die beiden Zweige 36 und identisch aufgebaut, so erfolgt die Aufteilung exakt in zwei gleiche Ladungshälften. Die Hälfte der Ladung der Kapazität 34 in der Stufe 20b wird demnach auf die Kapazität 42 und die andere Hälfte der Ladung auf die Kapazität 46 in der Abzweig- und Teilerschaltung 22 übertragen. Die Feldeffekt-Transistoren 38 und 39 sind auf dem Halbleiterplättchen in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, so daß sie möglichst gleiche Eigenschaften aufweisen und damit identische Zweige 36 und 37 gewährleisten.

Die in Fig. 3 dargestellte Abzweig- und Teilerschaltung 22 um-· faßt vier getrennte Ausgangssignalzweige 51 bis 54. Die erste ■ Verzweigung des Kanales 12 in zwei Zweige 36 und 37 hat zur

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Folge, daß die Hälfte der vom Kanal transportierten Ladung auf der Ausgangsleitung 51 erscheint. Eine zweite Aufteilung findet im Knoten 43 statt, so daß ein Viertel der Gesamtladung des Kanals auf der Ausgangsleitung 52 austritt. Eine dritte Verzweigung findet im Knoten 45 statt, so daß auf den Ausgangsleitungen 53 und 54 noch ein Achtel der von dem betreffenden Kanal übertragenen Ladung zur Verfügung steht.

Die Ausgangsleitungen 51 bis 54 sind zu einer Beitragseinstellvorrichtung 26, im betrachteten Fall einer Polaritätsauswahlschaltung geführt. Die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verwendete Polaritätsauswahlschaltung umfaßt ein Leitungsmuster, das über einer Passivierungsschicht auf das Halbleiterplättchen, indem das Transversalfilter integriert ist, aufgebracht ist. Durch dieses Leitungsmuster wird jede der Ausgangsleitungen 51 bis 54 aller vorkommenden Kanäle entweder mit einem positiven oder einem negativen Leiterzug 56 oder 57 verbunden. Diese beiden Leiterzüge bilden die Eingänge einer differenziellen Addiereinrichtung 14.

Der von einem bestimmten Kanal 12 gelieferte Beitrag zum Gesamtergebnis wird durch die spezielle Anordnung der leitenden Verbindungen 55 zwischen den Ausgangsleitungen 51 bis 54 und den Leiterzügen 56 und 57 festgelegt. Sind sämtliche auswählbaren Ausgangsleitungen 51 bis 53 mit dem negativen Leiterzug 56 über leitende Verbindungen 55 verbunden, so beträgt der Beitrag der Schaltung -1. Währen jedoch sämtliche Ausgangsleitungen 51 bis 53 über die leitenden Verbindungen 55 mit dem positiven Leiterzug 57 verbunden, so wäre der Beitrag der Schaltung +3/4. Unter Berücksichtigung sämtlicher möglicher Kombinationen von leitenden Verbindungen 55 ergeben sich acht unterschiedliche Beiträge, die von -1 bis +3/4 in acht gleichen Teilbeiträgen variieren.

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Mit Ausnahme der drei leitenden Verbindungen 55, die in jedem Kanal in verschiedener Kombination angeordnet sein können, sind sämtliche, das erfindungsgemäße Transversalfilter enthaltende Halbleiterplättchen identisch aufgebaut. Das bedeutet, daß die Halbleiterplättchen bis zur abschließenden Metallisierung, bei der die leitenden Verbindungen 55 definiert werden, fertiggestellt und auf Lager gelegt werden können, bis die Forderung nach einer bestimmten Übertragungsfunktion vorliegt, die dann in einem abschließenden Metallisierungsprozeß verwirklicht wird. Die leitenden Verbindungen lassen sich in einem Metallisierungs- und konventionellen Ätzprozeß !verwirklichen. Ein anderes vorteilhafters Verfahren zur Per- -sonalisierung der Halbleiterplättchen besteht darin, bereits _;alle möglichen leitenden Verbindungen auf dem Halbleiterplättchen vorzusehen und dann zur Verwirklichung der gewünschten übertragungsfunktion die nicht benötigten Verbindungen zu entfernen.

^;Das Vorsehen eines personalisierenden Leitungsmuster ist eine !Methode zur Änderung bzw. Einstellung einer bestimmten Übertragungsfunktion eines Transversalfilters. Eine rein elektrische Methode zur Änderung der Übertragungsfunktion am !Beispiel eines Drei-Bit-Transversalfilters ist in Fig. 4 dargestellt. Die Zweige 51 bis 54 sind dabei sellektiv über Feldeffekttransistoren 61 bis 67 mit dem positiben Leiterzug 56 Joder negativen Leiterzug 57 verbindbar. Die Gates jedes der !drei Transistorpaare werden von den Ausgängen eines zuge- !ordneten Flipflops 60 gesteuert, so daß in Abhängigkeit von der Schaltlage des Flipflops entweder der eine oder der andere Transistor leitend ist. Bildet jedes Flipflop 60 eine Stufe eines Schieberegisters, so kann das gewünschte Verbindungsmuster durch serielle Eingabe entsprechender Daten in das Schieberegister hergestellt werden. Die Tabelle in Fig. 4 i zeigt, wie der Beitrag eines Kanals die in den von den Flipflops gebildeten Schieberegister enthaltene Information ver- : ändert. ' ί

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Claims

L O -J ..j j f> PATENTANSPRÜCHE

1. Integriertes Halbleiter-Transversalfilter mit einstellbarer Übertragungsfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal mehreren jeweils ein analoges Schieberegister enthaltenden Kanälen (12) abgestufter Verzögerungszeit zugeführt wird,

daß jedem Kanal (12) eine Abzweig- und Teilerschaltung (22) nachgeschaltet ist, über die das Signal auf jeweils mehreren, abgestuften Bitwertigkeiten zugeordnete Zweige (36, 37) aufgeteilt wird, und

daß sämtliche Zweige (36, 37) über jeweils eine Beitragseinstellungsvorrichtung (26) auf eine das Ausgangssignal liefernde Addiereinrichtung (14) geführt sind.

2. Integriertes Halbleiter-Transversalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schieberegister aus ladungsgekoppelten Verschiebeeinrichtungen (20) bestehen.

3. Integriertes Halbleiter-Transversalfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Beitragseinstellungsvorrichtung (26) durch elektrisch leitende Verbindungen (55) zwischen den Ausgangsleitungen (51, 52, 53) der einzelnen Zweige (36, 37) und jeweils dem positiven oder negativen Eingang einer Differenzial-Addiereinrichtung verwirklicht ist.

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