Bucket Brigade

Ein Bucket Brigade Device (BBD) ist ein integrierter Schaltkreis, der ein elektrisches Signal über eine Kondensatorkette speichert und weiterleitet und ihn bei jedem Taktsignal um eine Stufe voranschiebt. Jeder Kondensator hält eine kleine Spannungsprobe; ein von Taktsignalen gesteuertes Schaltnetzwerk überträgt diese Probe auf den nächsten Kondensator in der Reihe und erzeugt so eine programmierbare Verzögerung. Das Ausgangssignal kommt vom letzten Kondensator in der Kette, zeitversetzt zum Eingang um eine Anzahl von Taktzyklen, die proportional zur Anzahl der Stufen ist.

BBDs wurden in den 1970er und 1980er Jahren zu einem Standard in der analogen Effektverarbeitung, besonders für Chorus-, Flanger- und Echo-Schaltungen, wo spannungsgesteuerte analoge Verzögerung ohne die Kosten und Baugröße von Bandmaschinen nötig war. Ein typisches Gerät enthält 100 bis 4.000 Stufen; ein 512-stufiges BBD mit 100 kHz erzeugt eine maximale Verzögerung von etwa 5 Millisekunden. Die Taktfrequenz bestimmt direkt die Verzögerungszeit: Eine Halbierung der Taktrate verdoppelt den Verzögerungszeitraum. Die Eingangssignalamplitude ist typischerweise auf 100 mV Spitze-zu-Spitze begrenzt, um Verzerrungen bei der Kondensatorübertragung zu vermeiden.

Die kritische Einschränkung ist die Ansammlung von Rauschen und Verzerrungen. Jede Kondensator-zu-Kondensator-Übertragung führt zu kleinen Ladungsverlusten und Injektionsrauschen; das Signal verschlechtert sich, je weiter es die Kette hinunter wandert. Leckstrom durch das Kondensatordielektrikum führt zum Verfall der gehaltenen Spannung, wenn der Takt stoppt, was BBDs für statische Speicherung ungeeignet macht. Temperaturänderungen und Clock-Feedthrough-Rauschen verfälschen das Signal ebenfalls, daher verwendeten professionelle Audioanwendungen abgestimmte Paare mit sorgfältiger Vorspannung und Filterung.

Der Name spiegelt die Analogie zu Relaisarbeitern wider, die Wassereimer von Hand zu Hand weitergeben: Jede Stufe nimmt Ladung von einer Seite auf und gibt sie an die nächste weiter. Diese diskret-zeitliche Architektur unterscheidet sich grundlegend von kontinuierlichen Verzögerungsleitungen (die akustische oder elektromagnetische Ausbreitung nutzten) und von moderner digitaler Verzögerung (die diskrete Zahlen im Speicher abtastet und speichert). BBDs verbinden analoge und digitale Welten ohne Datenwandlung.

Die praktische Anwendung erforderte sorgfältiges Schaltungsdesign rund um den Chip. Eingangsverstärker, Ausgangsfilter und ein präziser zweiphasiger oder vierphasiger Taktgenerator waren Standardbegleiter. Der CDA3094 und SAD1024 waren Arbeitspferde in Synthesizer- und Effektgeräten. Als digitale Signalverarbeitung in den 1990er Jahren billiger und leistungsfähiger wurde, verschwanden BBDs aus neuen Designs, aber sie bleiben in Vintage-Geräten wegen ihres sanften, musikalischen Charakters unter Signalverschlechterung beliebt.