DE69324597T2 - Leitungstreiberschaltung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des nachfolgenden Anspruchs 1 zur Anpassung einer Leitungsansteuerungsschaltung für verschiedene Übertragungsleitungen und eine Leitungsansteuerungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des nachfolgenden Anspruchs 4. Die erfindungsgemäße Leitungsansteuerungsschaltung ist dazu vorgesehen, einen gewünschten Signalpegel für eine durch eine Übertragungsleitung gebildete digitale Verbindung bereitzustellen, der sich zwischen zumindest zwei Übertragungsleitungen mit jeweils verschiedenen charakteristischen Impedanzen ändert. Eine Übertragungsleitung bedeutet in diesem Zusammenhang ein beliebiges Übertragungsmedium mit einem bestimmten Impedanzwert, wie eine verdrillte Doppelleitung oder ein Koaxialkabel.
• Die Druckschrift JP-A-2 063 212 offenbart eine Leitungsansteuerungsschaltung mit zwei derart angeordneten Schaltelementen, daß die Impulsbreite im EIN-Zustand der im AUS-Zustand gleich ist.
• Es ist oftmals wünschenswert, die gleiche Leitungsansteuerungsschaltung in Verbindung mit Übertragungsleitungen mit verschiedenen charakteristischen Impedanzen zu verwenden (beispielsweise an ein 75 Ω-Kabel oder ein 120 Ω-Kabel angeschlossen). Dann muß die Leitungsansteuerungsschaltung geeignete Signalpegel für genau die Übertragungsleitung bereitstellen, an die sie jeweils angeschlossen ist. Jede Übertragungsleitung mit einer spezifischen charakteristischen Impedanz weist spezifischen Anforderungen für die Amplituden der zu übertragenden Impulse auf.
• Bei bekannten zur Verwendung in Verbindung mit Übertragungsleitungen mit zwei verschiedenen Impedanzwerten vorgesehenen Leitungsansteuerungsschaltungen wird eine Sekundärwicklung mit einem eine Schnittstelle für eine Übertragungsleitung mit einem anderen Impedanzwert bildenden Abgriff bereitgestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine derartige Leitungsansteuerungsschaltung gemäß dem Stand der Technik, bei der eine Ansteuerungsstufe 11 ein Ausgangssignal über eine Transformatorkopplung 12 in eine an die Sekundärwicklung 12b des Transformators angeschlossene Übertragungsleitung 13 eingibt. Jeder Ausgangsanschluß der Ansteuerungsstufe ist über einen getrennten Ausgangswiderstand R an den entsprechenden Anschluß der Primärwicklung 12a angeschlossen. Die Ansteuerungsstufe weist typischerweise zwei Transistoren Tr1 und Tr2 auf, von denen einer während eines positiven Impulses und der andere während eines negativen Impulses leitend ist. Die Emitterelektrode jedes Transistors ist geerdet und die Kollektorelektrode jedes Transistors bildet den jeweiligen Ausgangsanschluß der Ansteuerungsstufe; dieser Anschluß ist wiederum an den entsprechenden Ausgangswiderstand R angeschlossen. Die Ansteuerungsschaltung stellt ein Ausgangssignal für die Übertragungsleitung bereit, die Signalpegel dieses Signals sind wie gewünscht und dieses Signal kann beispielsweise an den per se bekannten HDB3-Leitungscode (ein durch das CCITT empfohlenes und in PCM-Systemen verwendetes Codierungsverfahren) angepaßt sein. Die Primärwicklung 12a des Transformators ist mit einem Abgriff versehen, der an die Betriebsspannung +V angeschlossen ist.
• Die Ansteuerungsstufe kann beispielsweise eine kommerziell erhältliche XR-T5675 von Exar sein. Diese Schaltung ist zur Ansteuerung von PCM-Leitungen bis zu einer Rate von 10 Mbit/s vorgesehen.
• Die Sekundärwicklung der bekannten Leitungsansteuerungsschaltungen ist mit einem getrennten Abgriff versehen, wodurch zwei Ausgänge erzeugt werden, abhängig von dem Impedanzwert des verwendeten Kabels. Falls eine Verwendung der Leitungsansteuerungsschaltung beispielsweise in Verbindung mit einem symmetrischen zweiadrigen 120 Ω-Kabel erwünscht ist, wird das Kabel an einen entsprechenden mit der Markierung T120 bezeichneten Anschluß und an einen gemeinsamen Anschluß TCOMM angeschlossen (Fig. 2). Falls andererseits eine Verwendung der Leitungsansteuerungsschaltung beispielsweise in Verbindung mit einem 75 Ω-Koaxialkabel erwünscht ist, wird das Kabel an einen entsprechenden mit der Markierung T75 bezeichneten Anschluß (Abgriff) und einen gemeinsamen Anschluß TCOMM angeschlossen (Fig. 1)
• Die Nachteile der vorstehend beschriebenen bekannten Lösung sind mit dem getrennten Abgriff der Sekundärwicklung verbunden. Zunächst erhöht der getrennte Abgriff die Komplexität der Leitungsansteuerungsschaltung und mithin die damit verbundenen Kosten. In diesem Fall müssen auch die drei Anschlüsse der Sekundärwicklung mit einer an der Schnittstelle der Übertragungsleitung angeordneten Verbindungseinrichtung elektrisch verbunden werden. Dies verursacht zwei weitere Nachteile. Erstens neigt ein unbenutzter nicht geerdeter Anschluß dazu, die kapazitiven und induktiven Anteile der Ausgangsschaltung zu erhöhen, was die Form des zu übertragenden Signals verzerren kann, besonders bei hohen Übertragungsgeschwindigkeiten. Zweitens machen diese elektrischen Verbindungen den praktischen Aufbau komplizierter als vorher, besonders auf Schaltungsplatinen mit mehreren Schnittstellen.
• Bei bekannten Lösungen kann die Leitungansteuerungsschaltung gemäß Fig. 3 mit Anschlüssen A bis C versehen sein, die gemäß dem jeweils verwendeten Impedanzwert mechanisch verbunden werden. Wenn eine 120 Ω-Kabel verwendet wird, werden die Anschlüsse A und B verbunden, und wenn ein 75 Ω-Kabel verwendet wird, werden die Anschlüsse B und C verbunden. Es sollte jedoch bevorzugt sein, zu versuchen, die Verwendung von mechanischen Schaltern zur Impedanzwertauswahl zu vermeiden, da sie den Aufbau verkomplizieren und in einigen Fällen ein Übersprechen verursachen können. Fig. 3 zeigt die Transistoren Tr1 und Tr2 der Ansteuerungsstufe 11 als (durch die Transistoren gebildete) Schalter S1 und S2 in Beschreibung ihrer Betriebsweise.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile loszuwerden und eine derartige Letiungsansteuerungsschaltung anzugeben, bei der der Impedanzwert einer Übertragungsleitung automatisch ohne irgendwelche notwendigen Veränderungen in der Leitungsansteuerungsschaltung verändert werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, was im Kennzeichnungsteil des nachfolgenden Anspruchs 1 angegeben ist. Die erfindungsgemäße Leitungsansteuerungsschaltung ist wiederum dadurch gekennzeichnet, was im Kennzeichnungsteil des nachfolgenden Anspruchs 4 angegeben ist.
• Die erfinderische Idee besteht darin, die Ausgangswiderstände und die Anzahl der Windungen derart zu bestimmen, daß die durch die Übertragungsleitungen erforderlichen Signalpegel ohne irgendwelche Veränderungen in der Schaltung erzielt werden.
• Die erfindungsgemäße Schaltung weist einen einfachen Aufbau auf, da die Übertragungsleitungen von den gleichen Anschlüssen versorgt werden (daher werden lediglich zwei Anschlüsse benötigt), und es sind keine Veränderungen in der Schaltung nötig, wenn der Impedanzwert einer Verbindung verändert wird. Die Transformatorkopplung wird außerdem einfacher und preiswerter sein, da kein getrennter Abgriff für die Sekundärwicklung mehr benötigt wird. Dadurch werden auch die vorstehend beschriebenen durch einen nicht geerdeten Anschluß verursachten Probleme vermieden. Da jedoch der Aufbau auf bekannten Entwürfen basiert und ebenso bei anderen Ausgestaltungen möglich ist, kann hierbei von der verfügbaren Technik so gut wie möglich Gebrauch gemacht werden.
• Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
• Die Fig. 1 und 2 eine bekannte an Übertragungsleitungen mit unterschiedlichen charakteristischen Impedanzen anschließbare Leitungsansteuerungsschaltung;
• Fig. 3 eine weitere bekannte an Übertragungsleitungen mit unterschiedlichen charakteristischen Impedanzen anschließbare Leitungsansteuerungsschaltung;
• Fig. 4 eine erfindungsgemäße Leitungsansteuerungsschaltung;
• Fig. 5a ein Ersatzschaltbild der Leitungsansteuerungsschaltung gemäß Fig. 4 während eines zu übertragenden Impulses;
• Fig. 5b ein weiterentwickeltes Ersatzschaltbild der Fig. 5a; und
• Fig. 6 das Auffinden von optimalen Werten bei der erfindungsgemäßen Lösung.
• Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Leitungsansteuerungsschaltung. Der Grundaufbau entspricht vollständig dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Grundaufbau, außer daß bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Abgriff der Sekundärwicklung völlig beseitigt wurde. Die erfindungsgemäße Leitungsansteuerungsschaltung kann trotzdem ohne irgendwelche notwendigen Veränderungen in der Schaltung an Übertragungsleitungen mit jeweils unterschiedlichen Impedanzwerten angeschlossen werden. Dies beruht auf der Idee, die Bestandteile (Ausgangswiderstände und Anzahl der Windungen) derart zu dimensionieren, daß geeignete Signalpegel für beide Impedanzwerte bereitgestellt werden. Die Leitungsimpedanz ist in Fig. 4 durch das Bezugszeichen RL bezeichnet und die Spannung (identisch dem gewünschten Signalpegel) darüber durch das Bezugszeichen VL. Folglich bilden die zwei Anschlüsse 13 und 14 der Sekundärwicklung der erfindungsgemäßen Leitungsansteuerungsschaltung immer die Kontakte, an die die Übertragungsleitung angeschlossen wird (unabhängig von dem Impedanzwert der Übertragungsleitung).
• Es ist möglich, für die in Fig. 4 gezeigte Schaltung ein Ersatzschaltbild für den Zeitpunkt einer Impulsübertragung zu entwickeln, wobei dieses Schaltbild dem in Fig. 5a gezeigten entspricht, und bei dem die Kollektorelektrode eines Schalttransistors an einen Anschluß der Primärwicklung mit N1 Windungen angeschlossen ist, und der andere Anschluß der Primärwicklung an eine Betriebsspannung +V über einen Ausgangswiderstand R gekoppelt ist (N1 gibt die Anzahl der Windungen der Primärwicklung des Transformators zwischen dem Anschluß der Wicklung und einem an die Betriebsspannung angeschlossenen Mittelabgriff an, vgl. Fig. 4). Die Anschlüsse der Sekundärwicklung (mit N2 Windungen) sind an eine Leitungsimpedanz RL angeschlossen. Die Sättigungsspannung des Schalttransistors (Kollektor-Emitterspannung, wenn der Schalttransistor leitend ist) ist mit dem Bezugszeichen Vtr bezeichnet.
• Darüber hinaus kann das Schaltbild aus Fig. 5a reduziert werden, wodurch es auf das Schaltbild aus Fig. 5b angepaßt wird, indem die Transformatorkopplung und die Leitungsimpedanz durch eine äquivalente Impedanz Req ersetzt wird, dabei ist der Wert von Req = (N1/N2)² · RL.
• Durch die vorstehend beschriebenen Ersatzschaltbilder ist es möglich zu beweisen, daß der Wert des Widerstandes R und das Windungsverhältnis der Wicklungen n = N1/N2 die nachstehende Abhängigkeit aufweisen:
• (1) R = RL · n·[(V - Vtr)/VL - n]
• Wenn eine erste Übertragungsleitung, für die RL = RL1 und VL = VL1 ist, und eine zweite Übertragungsleitung, für die RL = RL2 und VL = VL2 ist, bestimmt werden, können gemeinsame Werte Ropt und not für den Widerstand R und das Windungsverhältnis n gefunden werden, falls die nachstehenden Gleichungen (2) und (3) gleichzeitig erfüllt werden:
• Diese Gleichungen können weiter auf erheblich einfachere Sätze von Bedingungen a und b reduziert werden:
• a. (V - Vtr) > 0 und VL1/VL2 < RL1/RL2 und RL2 < RL1 und VL2 < VL1
• b. (V - Vtr) > 0 und VL1/VL2 > RL1/RL2 und RL1 > RL1 und VL2 > VL1
• Für Ropt und nopt werden positive Werte erzielt, wenn einer der beiden Bedingungssätze a oder b erfüllt ist.
• Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung der Gleichung (1) mit den Parametern RL1, VL1 bzw. RL2, VL2 für zwei verschiedene Übertragungsleitungen. Falls der gemeinsame Punkt dieser beiden Parabeln auf positive Werte für R und n fällt, bestimmt dieser gemeinsame Punkt die optimalen Werte Ropt und nopt, durch die der erwünschte Signalpegel für beide Übertragungsleitungen bereitgestellt wird.
• Als praktisches Beispiel kann eine entweder in Verbindung mit einem symmetrischen zweiadrigen Kabel (ein 120 &Omega;-Kabel) oder einem Koaxialkabel (ein 75 &Omega;-Kabel) gemäß der CCITT-Empfehlung G.703 verwendete Leitungsansteuerungsschaltung angeführt werden. Der erforderliche Signalpegel für die erste und die letztere Übertragungleitung beträgt ± 3 V (± 10%) bzw. ± 2,37 V (± 10%). Durch Verwendung dieser Signalpegel als Werte für die Größen VL1 bzw. VL2 und durch Auswahl von typischen Werten V = +5 V und Vtr = 0,6 V für die Größen V und Vtr beträgt der Wert für den Ausgangswiderstand (da der Bedingungssatz a erfüllt ist) Ropt = 63, 7 &Omega; und für das Windungsverhältnis nopt = 0,81687.
• Obwohl die Erfindung vorstehend anhand der Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben wurde, ist es klar, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sie kann vielmehr innerhalb der vorstehend beschriebenen und in den nachfolgenden Ansprüchen angeführten erfinderischen Idee verändert werden. Die Erfindung ist beispielsweise nicht auf eine ausschließliche Verwendung in Verbindung mit der vorstehend angeführten Ansteuerungsstufe beschränkt, sondern kann mit einer beliebigen Ansteuerungsstufe verwendet werden, deren Ausgangsstufen (Transistor-) Schalter in der vorstehend beschriebenen Weise aufweisen. Prinzipiell ist es auch möglich, mehr als zwei Übertragungsleitungen anzusteuern, die Parameter der anderen Übertragungsleitungen müssen jedoch derart gewählt werden, daß der Funktionsverlauf der Gleichung (1) durch den Punkt (nopt, Ropt) verläuft.

Claims (5)

1. Verfahren zur Anpassung einer Leitungsansteuerungsschaltung für verschiedene Übertragungsleitungen mit wechselweise verschiedenen charakteristischen Impedanzen, wobei die Leitungsansteuerungsschaltung eine Ansteuerungsstufe (11) und einen mit primären und sekundären Wicklungen (12a, 12b) versehenen Transformator aufweist,

so daß jeder Ausgangsanschluß der Ansteuerungsstufe (11) mit dem entsprechenden Anschluß der primären Wicklung (12a) des Transformators über einen Ausgangswiderstand (R) verbunden ist, und

die sekundäre Wicklung (12b) des Transformators dazu vorgesehen ist, an beliebige der verschiedenen Übertragungsleitungen (13) angeschlossen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anpassung durch die Auswahl der Werte von Ausgangswiderständen und Windungszahl des Transformators (Ropt, nopt) ausgeführt wird, so daß die gleichen Werte den für eine beliebige der Übertragungsleitungen erforderlichen Signalpegel bereitstellen.

2. Verfahren zur Anpassung nach Anspruch 1 für zwei verschiedenen Übertragungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Leitungsansteuerungsschaltung derart ausgewählt werden, daß die Bedingungen

(V - Vtr) > 0 und VL1/VL2 < RL1/RL2 und RL2 < RL1 und VL2 < VL1

erfüllt sind, wobei V die an einen Abgriff der primären Wicklung (12a) angeschlossene Betriebsspannung ist, Vtr die Sättigungsspannung eines Schalttransistors an dem Ansteuerungsstufenausgang ist, RL1 und RL2 die charakteristischen Impedanzen der Übertragungsleitungen sind und VL1 und VL2 die gewünschten Signalpegel der Übertragungsleitungen sind.

3. Verfahren zur Anpassung nach Anspruch 1 für zwei verschiedene Übertragungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Leitungsansteuerungsschaltung derart ausgewählt werden, daß die Bedingungen

(V - Vtr) > 0 und VL1/VL2 > RL1/RL2 und RL2 > RL1 und VL2 > VL1

erfüllt sind, wobei V die an einen Abgriff der primären Wicklung angeschlossene Betriebsspannung ist, Vtr die Sättigungsspannung eines Schalttransistors an dem Ansteuerungsstufenausgang ist, RL1 und RL2 die charakteristischen Impedanzen der Übertragungsleitungen sind und VL1 und VL2 die gewünschten Signalpegel der Übertragungsleitungen sind.

4. Leitungsansteuerungsschaltung mit einer Ansteuerungsstufe (11) und

einem mit primären und sekundären Wicklungen (12a, 12b) versehenen Transformator,

so daß die Ausgangsanschlüsse der Ansteuerungsstufe (11) mit den Anschlüssen der primären Wicklung (12a) des Transformators über einen Ausgangswiderstand (R) verbunden sind, und

zusätzlich mit Schnittstelleneinrichtungen zur alternativen Verbindung von verschiedenen Übertragungsleitungen daran,

wobei die Übertragungsleitungen wechselweise verschiedene charakteristische Impedanzen aufweisen dadurch gekennzeichnet, daß

die beiden Anschlüsse (13, 14) der sekundären Wicklung die Schnittstelleneinrichtungen für die Übertragungsleitungen bilden und

die Werte der Ausgangswiderstände und der Windungszahl des Transformators derart ausgebildet sind, daß die gleichen Werte den für eine beliebige der für den Anschluß an die Schnittstelleneinrichtungen vorgesehenen Übertragungsleitungen erforderlichen Signalpegel bereitstellen.

5. Leitungsansteuerungsschaltung nach Anspruch 4 für zwei verschiedene Übertragungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Ausgangswiderstände und der Windungszahl des Transformators eine der nachstehenden Bedingungen A) und B) erfüllt:

A) (V - Vtr) > 0 und VL1/VL2 < RL1/RL2 und RL2 < RL1 und VL2 < VL1,

B) (V - Vtr) > 0 und VL1/VL2 > RL1/RL2 und RL1 > RL1 und V

wobei V die an einen Abgriff der primären Wicklung (12a) angeschlossene Betriebsspannung ist, Vtr die Sättigungsspannung eines Schalttransistors an dem Ansteuerungsstufenausgang ist, RL1 und RL2 die charakteristischen Impedanzen der Übertragungsleitungen sind und VL1 und VL2 die gewünschten Signalpegel der Übertragungsleitungen sind.