Ken Shirriff a étudié un circuit Harris en boîtier céramique fourni par CuriousMarc après sa découverte dans une boîte de composants inconnus. Le boîtier portait l’inscription incertaine F1-10-5 ou FI-10-5, ainsi qu’un code de fabrication de 1985. Une fois ouvert, le die affichait la référence HF-10. Le composant a ainsi été identifié comme le remplacement direct, par Harris, du filtre MF10 de National Semiconductor.

National Semiconductor a lancé le MF10 en 1981. Le circuit contient deux sections de filtrage indépendantes. Chaque section peut produire une sortie passe-bas, passe-bande ou passe-haut. Des résistances externes et des broches de commande définissent son fonctionnement. Les moitiés supérieure et inférieure du die sont en grande partie symétriques. Chaque section utilise trois amplificateurs opérationnels et fournit les trois sorties de filtrage.

La caractéristique la plus visible est une matrice de 72 condensateurs carrés. Ils sont formés de deux couches de polysilicium séparées par une couche d’oxyde. Shirriff estime la capacité de chaque carré à environ 5 picofarads. Certains carrés restent individuels, d’autres sont assemblés par groupes de huit. Cette disposition produit un rapport de capacité précis de 8:1. La capacité absolue des condensateurs intégrés peut varier d’environ 20 % d’un circuit à l’autre. L’appariement de structures identiques reste beaucoup plus stable et peut atteindre environ ±0,01 %.

Des commutateurs CMOS relient les condensateurs selon deux phases d’horloge alternées. Un condensateur se charge pendant une phase, puis transfère sa charge pendant la suivante. Le courant obtenu équivaut approximativement à celui d’une résistance de valeur 1/(fC). La résistance équivalente dépend donc de la fréquence d’horloge et de la capacité. Cette méthode économise de la surface, car les résistances intégrées sont volumineuses et imprécises, surtout pour les valeurs élevées. Une horloge stable fournit aussi une référence précise pour régler le filtre.

Une configuration à quatre commutateurs inverse la polarité du signal lors du transfert de charge. Elle réduit l’effet des capacités parasites. Les intégrateurs du MF10 utilisent des condensateurs commutés à leurs entrées. Leurs condensateurs d’intégration fixes regroupent huit ou 16 carrés. Ces rapports donnent des rapports fréquence d’horloge sur fréquence de filtrage de 50:1 et 100:1. La relation provient de la division de la fréquence d’horloge par 2π multiplié par le rapport de capacité. 2π×8 vaut environ 50,27 et 2π×16 environ 100,5. La fiche technique indique une erreur de fréquence typique de ±0,2 %. Shirriff l’associe aux effets du routage et des capacités parasites.

La partie gauche du die contient les circuits de translation de niveau d’horloge, de mise en forme, de sélection du rapport, de démarrage et de génération de courants fixes. Vingt fils de connexion relient le die aux 20 broches externes. Le die porte aussi le logo Harris, le contour de la Floride et des initiales probablement liées aux concepteurs du circuit.

Chaque commutateur CMOS associe un transistor NMOS et un transistor PMOS. Leur fonctionnement complémentaire procure une faible résistance à l’état passant et une très forte résistance à l’état bloqué. Le MF10 utilise des paires de commutateurs pour ses deux phases. Un générateur d’horloge non chevauchante impose un délai entre la désactivation d’une phase et l’activation de l’autre. Les deux chemins ne se ferment donc pas simultanément. Des anneaux d’isolation et une couche de polysilicium reliée à la masse réduisent le bruit de commutation dans le substrat.

Le cœur du filtre repose sur une structure à variables d’état introduite en 1967. Un amplificateur sommateur et deux intégrateurs produisent les réponses passe-bas, passe-bande et passe-haut. La fréquence, le gain et le facteur de qualité peuvent être réglés séparément. Des résistances externes configurent les chemins de sommation et de rétroaction. Une entrée de mode commande la rétroaction issue de la sortie passe-bas.

Une broche de commande accepte trois niveaux de tension. Le niveau d’alimentation sélectionne le rapport 50:1, le niveau intermédiaire sélectionne 100:1. Le niveau bas arrête le filtrage et active le mode basse consommation. Deux chemins d’inverseurs, avec des seuils différents, identifient le niveau intermédiaire. La désactivation des miroirs de courant réduit la consommation d’environ 70 %. Chaque amplificateur opérationnel contient environ 35 transistors, une paire différentielle, un étage de gain supplémentaire et un condensateur de compensation.

Harris est entré dans le secteur des circuits intégrés en rachetant Radiation, Inc. en 1967. Cette activité est ensuite devenue Harris Semiconductor. En 1999, Harris a quitté les semi-conducteurs et a séparé Intersil. Renesas a acquis Intersil par la suite. Harris a fusionné avec L3 Technologies en 2019 pour former L3Harris. Texas Instruments a racheté National Semiconductor en 2011. TI présente toujours le MF10 comme actif, mais le composant est cher et indisponible. Sa fabrication pourrait donc avoir cessé. Le traitement numérique a réduit l’usage de nombreux filtres à condensateurs commutés. Les filtres à variables d’état restent présents dans les synthétiseurs, car une seule structure fournit plusieurs réponses.

Pour observer les transistors, Shirriff a retiré la couche métallique avec du produit antirouille Whink contenant 1,5 à 3,5 % d’acide fluorhydrique, puis avec de l’acide chlorhydrique. Les produits ont été appliqués pendant environ 20 et 16 minutes au total, par séquences courtes. Il s’est arrêté après l’apparition des transistors afin de préserver le polysilicium. Le boîtier céramique s’est ouvert facilement. La référence obscure a finalement cédé devant un microscope et une architecture de circuit connue.