Richi´s Lab

U1001 - NF-Filter

U1001 Blockschaltbild

Der U1001 ist ein Schaltkreis, der die Signale eines analogen Telefons so filtert, dass sie im Rahmen einer digitalen Übertragung sinnvoll verarbeitet werden können. Das Datenblatt enthält ein Blockschaltbild, dass den internen Aufbau zeigt. Das Ausgangssignal eines Telefons wird an den Eingängen SI+/SI- von einem Operationsverstärker entgegengenommen. Über externe Widerstände kann eine Verstärkung um bis zu 20dB eingestellt werden. Auf einen Vorfilter folgt der komplexeste Teil des U1001, ein Hochpass- und ein Tiefpassfilter. Es handelt sich dabei um sogenannte Switched-Capacitor-Filter. Diese Technik erlaubte es mit nur wenigen, kleinen Elementen ein elliptisches Tiefpassfilter 5. Ordnung und ein Tschebyscheff-Hochpassfilter 4. Ordnung umzusetzen. Die steilen Flanken der Filterkurven ermöglichen es das zur Verfügung stehende Frequenzband möglichst effizient zu nutzen. Der Durchlassbereich des Filters liegt zwischen 200Hz und 3,4kHz. 50Hz/60Hz-Störungen aus dem Versorgungsnetz werden damit noch sicher zurückgehalten. Die obere Grenzfrequenz ist so gewählt, dass das Frequenzband für eine Sprachübertragung noch ausreichend ist. Den Vorfilter beschreibt das Datenblatt als "2-Pol-RC-aktives Tiefpassfilter". Er verhindert Aliasing-Effekte im SC-Filter. Am Ausgang SO dämpft ein Glättungsfilter das Taktsignal der SC-Filter.

Das Eingangssignal erreicht über den Pin 10 einen Vorfilter, der wie im Ausgangspfad Aliasing im nachfolgenden SC-Filter verhindert. Die Bezeichnung des Pins 10 lautet EI und nicht EO, wie es im Blockschaltbild dargestellt ist. Der SC-Tiefpassfilter ist ein weiterer elliptischer Tiefpassfilter 5. Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 3,4kHz. Das Datenblatt gibt an, dass dieser Filter zusätzlich den Frequenzgang linearisiert, der durch die vorgelagerte Pulsamplitudenmodulation einen sinx/x-Abfall aufweist. Ein Glättungsfilter dämpft die Taktfrequenz des SC-Filters, bevor das Signal über den Pin 4, EO, ausgegeben wird. Der U1001 beinhaltet zwei Operationsverstärker, die als Ausgangsverstärker mit differentiellem Ausgang genutzt werden können.

Die Taktaufbereitung nimmt am Eingang T seinen Arbeitstakt entgegen. Laut Datenblatt kann der U1001 mit einer Taktfrequenz von 2048kHz oder 1536kHz betrieben werden. Für den Betrieb mit 1536kHz muss der Eingang TK mit dem negativen Versorgungspotential verbunden werden. Intern wird der Grundtakt in zwei Takte mit Frequenzen von 512kHz und 128kHz gewandelt, die für die SC-Filter benötigt werden.

Die Versorgung des U1001 erfolgt über die Pins Ucc und Ubb mit +5V und -5V. Das Massepotential ist auf das analoge Massepotential Ussa und das digitale Massepotential Ussd aufgeteilt.

 

U1001 Die

Das Die ist mit den Abmessungen 5,9mm x 3,4mm relativ groß. Laut Datenblatt erfolgte die Herstellung mit einem CMOS-Prozess der zwei Polysiliziumlagen bietet.

Die Oberfläche des Dies hat im Laufe der Zeit etwas unter den Umwelteinflüssen gelitten, die Strukturen sind aber noch sehr gut zu erkennen.

 

U1001 Die Detail

Die Bezeichnung U1001-3 lässt vermuten, dass es sich um die dritte Revision des Designs handelt.

 

U1001 Die Detail

Auf dem Die wurde die Silhouette eines alten Telefonhörers integriert.

 

U1001 Die Detail

Hier haben die Entwickler anscheinend die Buchstaben K und P in Form eines Logos verewigt.

 

U1001 Die Detail

Am rechten Rand des Dies sind fünf Strukturen integriert, die es ermöglichen die Ausrichtung der Masken gegeneinander zu prüfen.

 

U1001 Die Detail

Außerdem wurden einige nicht kontaktierte Strukturen auf dem Die integriert. Die vier Elemente in der linken oberen Ecke stellen mit ziemlicher Sicherheit MOSFETs dar.

In der unteren rechten Ecke sind zwei Quadrat aus den beiden Polysiliziumlagen übereinander platziert. Zwischen dem unteren, größeren und dem oberen, kleineren Element zeichnet sich ein Rahmen ab. Es handelt es sich hier um einen kleinen Kondensator, bei dem die beiden Polysiliziumlagen nur durch das dünne Gateoxid voneinander isoliert sind, was zu höheren Kapazitäten führt.

 

U1001 Die Detail

In der oberen rechten Ecke des Dies ist eine Teststruktur integriert, die anscheinend aus vier MOSFETs besteht. Die Transistoren teilen sich einen Gate- und einen Source-Anschluss. Die aktiven Flächen sind teilweise unterschiedlich groß und bieten entsprechend leicht unterschiedliche Eigenschaften. Über einen Bulk-Anschluss kann man während des Testens das Potential der darunter liegenden Fläche festlegen.

 

U1001 Die Detail

Oberhalb der gerade betrachteten Teststruktur befindet sich eine weitere Teststruktur. Es scheint sich ebenfalls um einen MOSFET zu handeln, vielleicht um einen komplementären Typ.

 

U1001 Die Detail

In der unteren rechten Ecke des Dies ist ein Widerstand über Testpads erreichbar. Der äußere Rahmen kann ebenfalls elektrisch angebunden werden und wirkt mit dem richtigen Potential wie eine Diodenstruktur, die den Widerstand vom Rest des Dies isoliert.

 

U1001 Die Detail

Im linken Bereich des Dies befinden sich weitere Testpads mit Widerständen. Dort ist die Rahmenstruktur mit dem positiven Versorgungspotential des U1001 verbunden.

 

U1001 Die Analyse

Mit Hilfe des Blockschaltbilds kann man die meisten Schaltungsteile identifizieren.

 

U1001 Die Detail

Abgesehen von den Versorgungspins Ubb und Ucc ist jedes Bondpad mit einer Schutzstruktur ausgestattet. Hinter einem grünen Längswiderstand begrenzen zwei Dioden das Eingangspotential auf den Versorgungsspannungsbereich.

Empfänger - Vorfilter

U1001 Die Empfänger Vorfilter

Der EI-Eingang ist direkt mit dem Vorfilter verbunden, der laut Datenblatt wie der Vorfilter des Senders ein "2-Pol-RC-aktives Tiefpassfilter" ist. Gut zu erkennen sind zwei Widerständen und zwei Kondensatoren, die an den daneben liegenden Operationsverstärker angebunden sind.

 

U1001 Die Empfänger Vorfilter

Es lässt sich der klassische Aufbau eines aktiven RC-Tiefpassfilters zweiter Ordnung nachvollziehen.

 

U1001 Die Kondensatoraufbau

Die Kondensatoren konnten auf Grund der zwei Polysiliziumlagen sehr effizient aufgebaut werden. Die rote, obere Polysiliziumlage bildet eine Elektrode des Kondensators. Die andere Elektrode wird sowohl durch die grüne, untere Polysiliziumlage als auch durch die Metalllage dargestellt, so dass für eine gewisse Kapazität weniger Fläche benötigt wird als bei einem Prozess mit nur einer Polysiliziumlage. In der oberen rechten Ecke der Metallfläche ist hier noch ansatzweise die Durchkontaktierung von der Metalllage zur unteren, grünen Polysiliziumlage zu erkennen.

Empfänger -Tiefpassfilter

U1001 Die Empfänger SC-Filter

Der Tiefpassfilter im Eingangspfad ist ein elliptischer Tiefpassfilter 5. Ordnung. Elliptische Filter werden üblicherweise mit LC-Gliedern aufgebaut und bieten sehr steile Flanken, was wünschenswert ist, um das Frequenzband möglichst effizient nutzen zu können. Die Umsetzung als Switched-Capacitor-Filter ermöglicht die Integration des Filters, ohne dass zusätzliche große Induktivitäten und Kondensatoren benötigt werden.

 

SC-Filter

Das Buch "Selective Linear-Phase Switched-Capacitor and Digital Filters" zeigt die grundlegenden Elemente eines Switched-Capacitor-Filters am Beispiel eines Integrators, eines Tiefpassfilters. Anstelle von dem dort normalerweise notwendigen Widerstand kommt ein geschalteter Kondensator zum Einsatz. Abhängig von der Schaltfrequenz und der Kondensatorgröße verhält sich dieses Element wie ein Widerstand. Da sich auch sehr große Widerstände abbilden lassen, kann der Kondensator des Integrators verhältnismäßig klein gewählt werden. Im unteren Schaltbild ist ein gedämpfter Integrator dargestellt, der einen weiteren geschalteten Kondensator enthält.

Um Aliasing-Effekte zu vermeiden, muss die Schaltfrequenz der Kondensatoren signifikant höher sein als die höchsten Frequenzen des Eingangssignals. Außerdem benötigt man am Ausgang einen Filter, der durch den Schaltvorgang verursachte Störungen filtert. Die großen Vorteile des Switched-Capacitor-Filters sind der geringe Flächenbedarf und die sehr viel kleineren Fertigungstoleranzen. Große Kapazitäten benötigen große Flächen. Große Widerstandswerte benötigen in der einfachsten Umsetzung ebenfalls große Flächen. Greift man auf Pinch-Widerstände zurück, so reduziert sich zwar der Flächenbedarf, die an sich schon hohen Toleranzen von in Halbleitern integrierten Widerständen erhöhen sich aber noch weiter.

 

SC-Filter fünfter Ordnung

Einige Seiten weiter ist die beispielhafte Umsetzung eines Tiefpassfilters fünfter Ordnung abgebildet. Dazu wird mit fünf Integratoren ein sogenannter Leapfrog-Filter aufgebaut. Leapfrog-Filter enthalten diverse Rückkopplungen und bilden so das Verhalten eines LC-Filters nach.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Aufbau

Die Gesamtsituation und die Anbindung an die umgebenden Schaltungsblöcke ermöglicht es die einzelnen Schaltungsteile des Filters zu identifizieren. Im unteren Bereich befinden sich sechs gleiche Strukturen (rot/türkis/gelb). In die erste Struktur (rot) mündet der RC-Vorfilter. Man kann davon ausgehen, dass es sich hier um sechs Operationsverstärker handelt, von denen der erste (rot) zum aktiven RC-Vorfilter gehört und gleichzeitig als Einspeisung in den SC-Filter dient, während die fünf folgenden Operationsverstärker (türkis/gelb) den SC-Filter treiben. Am rechten Rand befindet sich eine größere Struktur (grün), die über mehrere Leitungen mit allen Operationsverstärkern verbunden ist. Vermutlich wurden hier Schaltungsteile soweit möglich zusammengefasst.

Die rosa und die weißen Blöcke sind mit den Operationsverstärkern und der Kondensatorfläche verbunden. Höchstwahrscheinlich befinden sich darin die für den SC-Filter notwendigen Umschalter. Der schwarz hinterlegte Block scheint den Arbeitstakt bereitzustellen. Er erhält einen Grundtakt aus der Taktaufbereitung und gibt vier Arbeitstakte an die Schalterblöcke weiter.

Am linken Rand des Kondensatorbereichs befindet sich eine Metallfläche. Rechts des Blocks SW5 sind fünf weitere Metallflächen integriert. Es scheint sich hier um Testpunkte zu handeln, die man während der Entwicklung nutzen konnte. Die größeren Flächen sind an Ein- und Ausgang angebunden. Die kleineren Flächen machen die vier im schwarzen Block erzeugten Taktsignale verfügbar.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Operationsverstärker

Die Operationsverstärker erscheinen überraschend einfach aufgebaut. Es sind nur wenige, große Elemente und mehrere Kondensatoren zu erkennen. Wahrscheinlich konnte der schaltungstechnische Aufwand erheblich reduziert werden, da die Operationsverstärker nur einem speziellen Zweck dienen. Hilfreich war sicherlich auch die Auslagerung der gemeinsam genutzten Schaltungsteile.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Detail

An der oberen Kante des Dies befinden sich vier Testpunkte und drei über die Metalllage ausgebildete Fuses. Die Fuses sind über verschiedene Widerstände mit dem Versorgungspotential verbunden. Die andere Seite kontaktiert einen Schaltungsteil in der unteren linken Ecke des Bilds. Es scheint sich dabei um eine Justage der Arbeitspunkte der SC-Filter zu handeln. Von der Schaltung aus führen drei Leitungen zu den drei auf dem Die integrierten SC-Filtern und kontaktieren die gemeinsamen Schaltungsteile der dort integrierten Operationsverstärker.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Bias

In der unteren rechten Ecke des Dies, relativ weit entfernt vom Empfänger-SC-Filter, befindet sich eine relativ große Struktur. Es scheint, dass hier das analoge Massepotential aus den beiden Versorgungspotentialen ein Bezugspotential für den SC-Filter erzeugt. Höchstwahrscheinlich wollte man das analoge Massepotential nicht mit den potentiell störenden Strömen des SC-Filters belasten.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Umschalter

Die Bereiche, die die Kondensatoren des SC-Filters schalten, sind nicht übermäßig komplex. Man meint mittig sogar die Doppelschalterpaare erkennen zu können.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Kondensatoren

Die Kondensatoren bestehen aus vielen einzelnen Elementen. Mittig sind die Strukturen kleiner. Im SC-Tiefpassfilter des Senders finden sich nur große Elemente. Es scheint hier ein Zusammenhang mit der Korrektur des sinx/x-Pegelabfalls zu bestehen, der nur beim Empfänger notwendig ist. Wie genau diese Kompensation umgesetzt ist, bleibt unklar.

 

U1001 Die SC-Filter Kondensatoren Detail

Die Kondensatoren setzen sich aus quadratischen Elementen zusammen, die über schmale Stege miteinander verbunden sind. Die grüne Polysiliziumlage bildet die untere Elektrode. Die rote Polysiliziumlage bildet die obere Elektrode. Innerhalb der grünen Quadrate sind dunkle Rahmenstrukturen zu erkennen. In diesem Bereich befindet sich das dünnere Gateoxid, das die Kapazität erhöht. Die Farben der einzelnen Bereiche entstehen durch Resonanzen in den unterschiedlich dicken Schichten und sind auch abhängig von umgebenden Schichten. Aus diesem Grund wirkt die obere Polysiliziumlage weit weniger rot, wo sich darunter die grüne Polysiliziumlage befindet. Im Bereich des dünnen Gateoxids geht die Farbe in ein Gelb über.

Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass nicht alle Flächen miteinander verbunden sind. Die untere und die obere Polysiliziumlage formen unterschiedlich große Segmente, die so unterschiedliche und teilweise gekoppelte Kondensatoren darstellen.

Die Kapazitäten wurden sehr genau eingestellt. Es reichte nicht aus die Anzahl der Quadrate zu variieren. Man ergänzte zusätzlich unvollständige Quadrate bis hin zu verschwindend kleinen Elementen. (Dieser Bildausschnitt stammt aus dem unteren Sender-SC-Filter.)

Fraglich ist, warum die Kondensatoren nicht massiv ausgeführt wurden. Die Unterteilung der Kapazitäten in einzelne Elemente, die über minimale Impedanzen verbunden sind, könnte sich positiv auf das Hochfrequenzverhalten auswirken. Die Kondensatoren sind teilweise sehr schmal und lang. Es ist durchaus denkbar, dass eine massive Fläche mit dieser Geometrie bei schnellen Schaltvorgängen zu Problemen führt. Vermutlich machen sich bereits kleine Überschwinger als Verzerrungen im Ausgangssignal bemerkbar.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Kondensatoren

Die Blöcke mit den Umschaltelementen sind über viele Leitungen der oberen und unteren Polysiliziumlage mit der Kondensatorfläche verbunden. Trotz der kurzen Strecken dient die grüne, untere Polysiliziumlage teilweise als Schirm für Leitungen der roten, oberen Polysiliziumlage. Parasitären Kapazitäten sind bei SC-Filtern teilweise recht problematisch. Vielleicht sollten diese hier reduziert werden.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Kondensatorverschaltung

Die untere Polysiliziumlage besteht aus 17 Segmenten.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Kondensatorverschaltung

Die obere Polysiliziumlage besteht aus 10 Segmenten.

 

U1001 Die Empfänger SC-Filter Kondensatorverschaltung

Die Überlagerung der unteren und der oberen Polysiliziumlage erzeugt insgesamt 20 Kondensatoren ab.

Empfänger - Glättungsfilter

U1001 Die Empfänger Glättungsfilter

Am Ausgang des SC-Tiefpassfilters befindet sich der Glättungsfilter, der hochfrequente Störungen dämpft. Wie beim Vorfilter handelt es sich um einen aktiven RC-Filter zweiter Ordnung. Der dafür notwendige Operationsverstärker dient gleichzeitig als Ausgangspuffer am Pin EO.

Empfänger - Ausgangspuffer / Sender - Eingangspuffer

U1001 Die Empfänger und Sender Opamp

Der Operationsverstärker am Empfänger-Ausgang ist im Datenblatt nicht dargestellt, wird aber logischerweise benötigt, um ein stabiles Ausgangssignal darzustellen. In der oberen rechten Ecke des Dies sind zwei gleich aufgebaute Operationsverstärker integriert. Der obere Operationsverstärker puffert das Ausgangssignal, der unter Operationsverstärker puffert das Eingangssignal des Sender-Kanals. Das Eingangssignal wird dem Operationsverstärkern mittig zugeführt. Das ist gut zu erkennen, wenn man den Signalen von den Bondpads SI+/SI- aus folgt. Am rechten Ende des Operationsverstärkers befinden sich die großen Push-Pull-Transistoren des Ausgangs, von wo das Ausgangssignal zum VKS- bzw. zum EO-Bondpad geführt wird. Die großen Metallflächen am linken Ende stellen wahrscheinlich den Kompensationskondensator dar, der den Frequenzgang des Operationsverstärkers einschränkt.

Links des oberen Operationsverstärkers befindet sich eine Schaltung aus drei Transistoren und einem Widerstand. Diese Schaltung arbeitet mit den Versorgungspotentialen und dem analogen Massepotential und generiert daraus zwei Potentiale. Die zwei Potentiale werden zu den zwei hier zu sehenden Operationsverstärkern und zum noch folgenden Operationsverstärker am Ausgang des Sender-Kanals geführt. Anscheinend erzeugt die kleine Schaltung zwei Hilfspotential.

Das Signal des Sender-Kanals erreicht den Eingangsverstärker des U1001 über die Bondpads SI+/SI-. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem Pin VKS verbunden, dessen Potential allerdings gleichzeitig zum Sender-Vorfilter geführt wird. Der Ausgang wird nur nach außen geführt, um über die externe Rückkopplung den Verstärkungsfaktor einstellen zu können.

Sender - Vorfilter

U1001 Die Sender Filter

Am Ausgang des Eingangspuffer befinden sich Widerstände und Kondensatoren, die Teil des im Datenblatt beschriebenen aktiven RC-Tiefpassfilter zweiter Ordnung sind. Der Filter ist grundsätzlich genauso aufgebaut wie der Vorfilter und der Glättungsfilter des Empfänger-Kanals. Der zugehörige Operationsverstärker befindet sich im folgenden SC-Hochpassfilter.

Sender - Hochpassfilter

U1001 Die Sender SC-Filter HP

Der erste SC-Filter im Sender-Kanal ist ein Tschebyscheff-Hochpassfilter 4. Ordnung. Der grundsätzliche Aufbau unterscheidet sich nur unwesentlich vom SC-Tiefpassfilter im Empfänger-Kanal.

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP

An der linken Seite sind fünf Operationsverstärker zu erkennen, von denen der Erste (rot) wie beim SC-Tiefpassfilter des Empfänger-Kanals zum einen dem RC-Vorfilter dient und zum anderen als Eingangspuffer arbeitet. Es folgen vier weitere Operationsverstärker (türkis/gelb), was zu einem SC-Filter 4. Ordnung passt. Auch hier ist ein gemeinsamer Schaltungsteil integriert (grün), der über mehrere Leitungen mit allen Operationsverstärkern verbunden ist. Es findet sich eine Taktaufbereitung (schwarz) und rechts der Operationsverstärker sind die zu erwartenden vier Umschalter-Blöcke platziert (weiß/rosa).

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP Operationsverstärker

Die Operationsverstärker und die Schalterblöcke scheinen sich nur unwesentlich von den Elementen im SC-Tiefpassfilter des Empfänger-Kanals zu unterscheiden.

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP Kondensator

Der Kondensatorbereich ist grundsätzlich genauso aufgebaut wie im SC-Tiefpassfilter des Empfänger-Kanals. Auf der unteren, grünen Polysiliziumlage befinden sich Elemente der oberen, roten Polysiliziumlage. Der Bereich enthält einen interessanten Fehler. Zwei Quadrate wurden nicht sauber ausgebildet, was sich zum Beispiel durch Verschmutzungen bei der Herstellung ergeben kann. Darunter sind die Quadrate zu erkennen, die das dünnere Gateoxid beinhalten, das für höhere Kapazitäten sorgt.

Warum man hier die Größe der einzelnen Elemente reduziert hat, bleibt unklar. Eine feingranulare Anpassung der Kapazitäten würde sich auch über Bruchteile von Quadraten realisieren lassen, wie es im SC-Tiefpassfilter des Empfänger-Kanals erfolgte. Ein weiterer Unterschied ist die massive untere Elektrode. Vielleicht war bei derart kleinen Elementen keine sinnvolle Strukturierung mehr möglich.

Die Farben der oberen Polysiliziumlage sind in diesem Bereich etwas verwirrend. Die untere, grüne Polysiliziumlage und die Konturen der dünneren Gateoxidschichten sind eindeutig zu erkennen. In den Unterbrechungen der massiven, grünen Flächen stellt sich die obere Polysiliziumlage wie erwartet rot dar. Auf der grünen Polysiliziumschicht ist die obere Polysiliziumschicht gelblich. In den Gateoxid-Quadraten wechselt die Farbe dann in ein kräftiges Gelb.

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP Kondensatorverschaltung

Die Kondensatorfläche des SC-Hochpassfilters enthält insgesamt 16 einzelne Kondensatoren. Neben acht großen Kondensatoren befinden sich an der unteren Kante vier Kondensatoren, die aus nur einem Quadrat bestehen. An der oberen Kante sind vier weitere, kleine Kondensatoren integriert.

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP Kondensator

Auch hier werden die Potentiale teilweise geschirmt von der grünen Polysiliziumlage in die Kondensatorfläche geführt. An der unteren Kante sind die roten Leitungen zu erkennen, die die Spalten der Kondensatoren miteinander verbinden. Im Gegensatz zum SC-Tiefpassfilter des Empfänger-Kanals befinden sich hier teilweise rote Leitungen als Schirmung zwischen den Kondensatoren. Diese sind an die Rahmenstruktur angebunden.

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP Kondensatorabgleich

Die hier zu sehenden vier kleinen Kondensatoren sind mit vier Fuses der Metalllage verbunden, die sich über fünf Testpunkte auslösen lassen. Anscheinend war es notwendig die Kondensatoren im Nachgang noch justieren zu können. Ein direktes Abtrennen der Kondensatoren war wohl nicht möglich. Zwischen Fuses und Kondensatoren befinden sich noch kleine Schaltungen.

Schön zu sehen ist hier noch einmal die Schirmung der Kondensatoren über die obere, rote Polysiliziumlage. Auch die Ausbildung der oberen Elektrode über die dort ins gelbliche übergehende, obere Polysiliziumlage ist gut zu erkennen.

 

U1001 Die Sender SC-Filter HP Bias

Auch der SC-Hochpassfilter des Sender-Kanals besitzt einen Schaltungsteil, der ein analoges Bezugspotential bietet, ohne das analoge Bezugspotential selbst zu belasten.

Sender - Tiefpassfilter

U1001 Die Sender SC-Filter LP

Der SC-Tiefpassfilter des Sender-Kanals ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie der SC-Tiefpassfilter des Empfänger-Kanals. Die Kondensatorgröße ist hier einheitlich. Da der Ausgang des SC-Hochpassfilters bereits einen Operationsverstärker enthält, benötigt der SC-Tiefpassfilter keinen weiteren Puffer und kommt mit fünf Operationsverstärkern aus.

Sender - Glättungsfilter

U1001 Die Sender Glättungsfilter

Hinter dem SC-Tiefpassfilter folgt auch im Empfänger-Kanal ein Glättungsfilter, der rechts des Tiefpassfilters integriert ist. Die notwendigen Kapazitäten sind auf mehrere Kondensatorflächen verteilt.

Dem Kondensator C1_1 fehlt die Metalllage. Vergleicht man die dort sichtbaren Farben mit den Farben der Kondensatoren im SC-Hochpassfilter, so bestätigt sich noch einmal die Zuordnung der Strukturen.

Sender - Ausgangspuffer

U1001 Die Sender Operationsverstärker

In der unteren rechten Ecke des Dies ist der Ausgangspuffer des Sender-Kanals integriert. Es handelt sich um den gleichen Operationsverstärker, wie er auch am Eingang des Sender-Kanals und am Ausgang des Empfänger-Kanals zum Einsatz kam.

Taktaufbereitung

U1001 Die Taktaufbereitung

In der unteren linken Ecke des Dies befindet sich die Taktaufbereitung. Vom Bondpad T wird das Taktsignal nach links zu eine Art Puffer geführt. Die kleinteiligeren Strukturen darüber stellen mit Sicherheit die Frequenzteiler dar, die die notwendigen Arbeitsfrequenzen der SC-Filter erzeugen. Die SC-Hochpassfilter erhält ein anderes Signal als die SC-Lowpassfilter.

Das TK-Steuersignal, das der Taktaufbereitung die Frequenz des Grundtakts übermittelt, konfiguriert höchstwahrscheinlich die Frequenzteiler so, dass die Arbeitstakte immer die gleichen Frequenzen aufweisen. Es wird vom rechten Bereich des Dies zugeführt. Das Potential des Pins BR wird ebenfalls in den Bereich der Taktaufbereitung geführt. Das Datenblatt gibt an, dass der U1001 darüber in einen stromsparenden Bereitschaftszustand geschaltet werden kann. Höchstwahrscheinlich deaktiviert das Signal den Arbeitstakt der SC-Filter.

Der Anschluss Ussd, der das digitale Massepotential führt, wird im Datenblatt als hochohmiger Eingang beschrieben. Das scheint sich hier zu bestätigen. Ussd wird anscheinend lediglich als Bezugspotential für den Eingangstakt herangezogen.

Empfänger - Endstufe

U1001 Die Sender Endstufe

Der U1001 bietet neben seiner Filterfunktionen auch eine differentielle Endstufe, die es ermöglicht die damals in den Signalpfaden von Telefonsystemen noch anzutreffenden Übertrager zu treiben. Die zwei großen Push-Pull-Endstufen sind gut zu erkennen.

 

U1001 Die Sender Endstufe Rückkopplung

Die Rückkopplungswiderstände des Operationsverstärkers, der das invertierte Signal erzeugt, nehmen überraschend viel Fläche ein. Sie sind außerdem ineinander verflochten. Diesen Aufwand hat man getrieben, damit das Widerstandverhältnis immer möglichst konstant bleibt. Jegliche Abweichung erzeugt am Ausgang einen Gleichspannungsoffset, der in Übertragern zu Sättigungseffekten führen kann.

 

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