Ken Shirriff untersuchte einen keramischen Harris-Chip, den CuriousMarc aus einer Kiste mit nicht identifizierten Bauteilen beigesteuert hatte. Auf dem Gehäuse stand möglicherweise F1-10-5 oder FI-10-5, dazu ein Datumscode von 1985. Nach dem Öffnen des Gehäuses zeigte der Chip die Kennzeichnung HF-10. Damit ließ er sich als Harris’ direkter Ersatz für den MF10 von National Semiconductor bestimmen.

National Semiconductor brachte den MF10 1981 auf den Markt. Der Baustein enthält zwei unabhängige Filtersektionen. Jede Sektion kann Tiefpass, Bandpass oder Hochpass liefern. Externe Widerstände und Steueranschlüsse legen das Verhalten fest. Die obere und die untere Hälfte des Dies sind weitgehend spiegelbildlich aufgebaut. Jede Sektion besitzt drei Operationsverstärker und stellt die drei Filterausgänge bereit.

Auffällig ist ein Feld aus 72 quadratischen Kondensatoren. Sie bestehen aus zwei Polysiliziumschichten mit einer Oxidschicht als Isolator. Shirriff schätzt die Kapazität eines Quadrats auf etwa 5 Pikofarad. Einzelne Quadrate werden zu Gruppen aus acht Elementen verbunden. So entsteht ein präzises Kapazitätsverhältnis von 8:1. Die absolute Kapazität integrierter Kondensatoren kann zwischen Chips um etwa 20 Prozent schwanken. Die Übereinstimmung identischer Strukturen bleibt deutlich stabiler und kann bei ungefähr ±0,01 Prozent liegen.

CMOS-Schalter verbinden die Kondensatoren in abwechselnden Taktphasen. In der ersten Phase wird ein Kondensator geladen, in der zweiten gibt er seine Ladung weiter. Das Verhalten entspricht näherungsweise einem Widerstand mit dem Wert 1/(fC). Die Ersatzgröße lässt sich somit über Taktfrequenz und Kapazität verändern. Diese Methode spart Chipfläche, denn integrierte Widerstände sind groß und ungenau, besonders bei hohen Widerstandswerten. Ein stabiler Takt liefert zugleich eine genaue Referenz für die Filterfrequenz.

Eine Variante mit vier Schaltern kehrt bei der Ladungsübertragung die Signalpolarität um. Dadurch sinkt der Einfluss parasitärer Kapazitäten. Die Integratoren des MF10 verwenden an ihren Eingängen geschaltete Kondensatoren. Ihre festen Integrationskondensatoren bestehen aus acht oder 16 Quadraten. Daraus entstehen Takt-zu-Filter-Verhältnisse von 50:1 und 100:1. Die zugrunde liegende Beziehung teilt die Taktfrequenz durch 2π und das Kapazitätsverhältnis. 2π×8 ergibt etwa 50,27, 2π×16 etwa 100,5. Das Datenblatt nennt einen typischen Frequenzfehler von ±0,2 Prozent. Shirriff führt die Abweichung auf Layout- und Streukapazitätseffekte zurück.

Links auf dem Die liegen Schaltungen für Pegelwandlung, Taktaufbereitung, Verhältniswahl, den Startvorgang und Stromsenken mit festen Strömen. Am Rand verbinden 20 sehr dünne Bonddrähte den Die mit den 20 Anschlüssen des Gehäuses. Das Die trägt außerdem ein Harris-Logo, den Umriss Floridas und wahrscheinlich die Initialen beteiligter Entwickler.

Jeder CMOS-Schalter kombiniert einen NMOS- und einen PMOS-Transistor. Zusammen bieten sie einen niedrigen Widerstand im eingeschalteten Zustand und einen sehr hohen Widerstand im ausgeschalteten Zustand. Der Chip arbeitet mit Schalterpaaren für die beiden Taktphasen. Eine Logikschaltung erzeugt nicht überlappende Phasen. Nach dem Abschalten einer Phase vergeht eine Verzögerung, bevor die andere aktiviert wird. So schließen beide Signalwege nicht gleichzeitig. Isolationsringe und eine geerdete Polysilizium-Abschirmung begrenzen das Taktrauschen im Siliziumsubstrat.

Der Filterkern folgt dem Prinzip eines Zustandsvariablenfilters, das 1967 eingeführt wurde. Ein Summierverstärker und zwei Integratoren erzeugen Tiefpass-, Bandpass- und Hochpasssignale. Frequenz, Verstärkung und Gütefaktor lassen sich unabhängig beeinflussen. Externe Widerstände konfigurieren die Rückkopplungs- und Summierpfade. Ein Modusanschluss steuert die Rückkopplung vom Tiefpassausgang.

Ein Steueranschluss besitzt drei Spannungszustände. Die Versorgungsspannung wählt das Verhältnis 50:1, eine mittlere Spannung 100:1. Eine niedrige Spannung stoppt die Filterung und aktiviert den Energiesparmodus. Zwei Inverter mit unterschiedlichen Schaltschwellen erkennen den mittleren Pegel. Das Abschalten der Stromspiegel senkt die Leistungsaufnahme um etwa 70 Prozent. Die Operationsverstärker bestehen jeweils aus ungefähr 35 Transistoren und enthalten eine Differenzstufe, eine weitere Verstärkerstufe sowie einen Kompensationskondensator.

Harris stieg 1967 durch die Übernahme von Radiation, Inc. in das Geschäft mit integrierten Schaltungen ein. Daraus entstand später Harris Semiconductor. 1999 trennte sich Harris vom Halbleitergeschäft und gliederte Intersil aus. Renesas übernahm Intersil später. 2019 fusionierte Harris mit L3 Technologies zu L3Harris. Texas Instruments kaufte National Semiconductor 2011. TI führt den MF10 weiterhin als aktiv, das Bauteil ist jedoch teuer und nicht lieferbar. Die Produktion könnte deshalb beendet sein. Digitale Signalverarbeitung hat viele geschaltete Analogfilter verdrängt. Zustandsvariablenfilter werden in Synthesizern weiterhin eingesetzt, weil eine Schaltung mehrere Filtercharakteristiken liefert.

Für die Untersuchung entfernte Shirriff die Metallschicht mit einem Rostentferner namens Whink, der 1,5 bis 3,5 Prozent Flusssäure enthält, sowie mit Salzsäure. Die Einwirkzeiten betrugen insgesamt etwa 20 beziehungsweise 16 Minuten. Er wechselte die Mittel in kurzen Anwendungen ab und stoppte, sobald die Transistoren sichtbar waren, um das Polysilizium zu schonen. Das keramische Gehäuse ließ sich leicht öffnen. Die rätselhafte Beschriftung führte über das Mikroskop zu einer bekannten Schaltung.