DD255424A1

DD255424A1 - ACTIVE MULTILINGER ALLPASS

Info

Publication number: DD255424A1
Application number: DD29816286A
Authority: DD
Inventors: Albrecht Hermann
Original assignee: Deutsche Post Rundfunk
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1988-03-30
Also published as: DD255424B3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven mehrgliedrigen Allpass zur breitbandigen Gruppenlaufzeitentzerrung z. B. im Videofrequenzbereich. Bei einem Allpass mit mehreren in Kette geschalteten als Phasenspalter betriebenen Transistoren bzw. Transistorkombinationen ist Gleichspannungskopplung ohne wesentlichen temperaturabhaengigen Spannungsversatz dadurch erreicht, dass als aktive Glieder abwechselnd Transistoren bzw. Transistorkombinationen unterschiedlichen Leitfaehigkeitstyps eingesetzt sind. FigurThe invention relates to an active multi-element all-pass for broadband group delay equalization z. B. in the video frequency range. In the case of an all-pass with a plurality of transistors or transistor combinations connected in a chain as phase splitters, DC coupling without significant temperature-dependent voltage offset is achieved by alternately using transistors or transistor combinations of different conductivity types as active elements. figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen aktiven mehrgliedrigen Allpaß zur Gruppenlaufzeitentzerrung von Geräten und Anlagen zur breitbandigen Signalübertragung, z.B. im Videofrequenzbereich.The invention relates to an active multi-element all-pass filter for group delay equalization of devices and systems for broadband signal transmission, e.g. in the video frequency range.

Characteristic of the known state of the art

Zur Entzerrung der Gruppenlaufzeitfehler von Geräten und Anlagen zur breitbandigen Signalübertragung sind aktive mehrgliedrige Allpässe eingesetzt, die in ihrem Gruppenlaufzeitfrequenzgang problemlos einstellbar sind und eine Kompensation der durch Spulenverluste hervorgerufenen Fehler im Amplitudenfrequenzgang gestatten. Eine bekannte, in der Praxis bewährte Lösung ist in der DD-PS 79333 angegeben. Sie hat den Nachteil eines hohen Aufwandes (5 Transistoren je Allpaßglied) und benötigt zwischen den einzelnen Allpaßgliedern Koppelkondensatoren, die bei Anwendungen im Videofrequenzbereich groß sein müssen, daher viel Volumen beanspruchen und als Elektrolytkondensatoren die Zuverlässigkeit vermindern.To equalize the group delay errors of devices and systems for broadband signal transmission active multi-element all-passes are used, which are easily adjustable in their group delay frequency response and allow compensation caused by coil losses error in the amplitude frequency response. A known, proven in practice solution is given in DD-PS 79333. It has the disadvantage of a high outlay (5 transistors per all-pass member) and requires coupling capacitors between the individual all-pass members, which must be large in applications in the video frequency range, therefore require a lot of volume and reduce the reliability as electrolytic capacitors.

Diese Nachteile lassen sich durch die Anwendung von Phasenspalterstufen vermeiden, die über einen aus einem ohmschen und einem Blindzweig bestehenden Spannungsteiler mit dem nächsten Allpaßglied bzw. mit einer Ausgangsstufe verbunden sind. Entsprechende Lösungen sind in der DD-PS 105695 und in der DE-OS 2934586 für den Videofrequenzbereich und in der DE-PS 22 56273 für den Hörfrequenzbereich beschrieben. Während der ersten PS keine Angaben über die Ausführung der Phasenspalterstufen zu entnehmen sind, sind nach der OS und nach dem Stand der Technik der zweiten PS einfache Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps eingesetzt. Dabei tritt zwischen Eingang (Basis) und Ausgang (Emitter) ein temperaturabhängiger Spannungsversatz entsprechend der Schwellspannung eines pn-Überganges auf, typisch etwa 0,6V, der sich bei Kettenschaltung mehrerer Allpaßglieder schnell zu einigen Volt aufsummiert, also mehr als die gewöhnlich übertragene Signalamplitude, bei Videosignalen z. B. 1V. Dieser Nachteil ist bei der DE-PS 2256273 durch den Einsatz nur eines Allpaßgliedes mit einer komplizierten R-C-Brückenschaltung vermieden, was andererseits zu unvermeidlichen und nicht einfach kompensierbaren Fehlern im Amplitudenfrequenzgang führt. Eine einfache Abgleichmöglichkeit für den Gruppenlaufzeitfrequenzgang ist bei dieser Lösung nicht gegeben.These disadvantages can be avoided by the use of phase splitter stages, which are connected via a voltage divider consisting of an ohmic and a dummy branch to the next all-pass member or to an output stage. Corresponding solutions are described in DD-PS 105695 and in DE-OS 2934586 for the video frequency range and in DE-PS 22 56273 for the audio frequency range. While no information about the execution of the phase splitter stages is to be taken from the first PS, simple transistors of the same conductivity type are used according to the OS and the prior art of the second PS. In this case occurs between the input (base) and output (emitter), a temperature-dependent voltage offset corresponding to the threshold voltage of a pn junction, typically about 0.6V, which adds up quickly to several volts in chaining multiple all-pass members, that is more than the usual transmitted signal amplitude, for video signals z. B. 1V. This disadvantage is avoided in DE-PS 2256273 by the use of only one all-pass element with a complicated R-C bridge circuit, which on the other hand leads to unavoidable and not easily compensated errors in the amplitude frequency response. A simple adjustment for the group delay frequency response is not given in this solution.

Bei Allpässen zur analogen Signalübertragung, insbesondere für Videosignale, bestehen hohe Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung linearer und nichtlinearer Verzerrungen, die sich nur erfüllen lassen, wenn die Arbeitspunkte der beteiligten aktiven Stufen in engen Grenzen einhaltbar sind. Dies ist bei Gleichstromkopplung zwischen den einzelnen Gliedern mit den oben beschriebenen Allpaßschaltungen nicht gegeben. Zur Vermeidung von tieffrequenten Einschwingvorgängen, zur Volumenverminderung und zur Gewährleistung langfristiger Zuverlässigkeit der Allpaßschaltungen sind jedoch Koppelkondensatoren zwischen den einzelnen Allpaßgliedern ungeeignet.For all-passes for analog signal transmission, in particular for video signals, there are high requirements with regard to the avoidance of linear and non-linear distortions, which can only be met if the operating points of the participating active stages can be maintained within narrow limits. This is not the case with DC coupling between the individual elements with the all-pass circuits described above. However, to avoid low-frequency transients, to reduce the volume and to ensure long-term reliability of all-pass circuits coupling capacitors between the Allpaßgliedern are unsuitable.

Es sind auch transistorierte Verstärker bekannt, die zwecks Temperaturkompensation des Arljeitspunktes zwei zueinander komplementäre Transistoren verwenden, wobei der erste als Emitterfolger betrieben ist und sein Emitter (Ausgang) direkt mit der Basis (Eingang) des zweiten Transistors verbunden ist (DE-AS 1908753, DE-AS 2414651), diese Anordnungen sind jedoch nicht ohne weiteres als Phasenspalter mit hohem Eingangs- und niedrigem Ausgangswiderstand einsetzbar, wie sie für Allpaßglieder mit aus einem ohmschen und einem Blindzweig bestehenden Spannungsteiler erforderlich sind.There are also transistorized amplifiers are known which use two mutually complementary transistors for the purpose of temperature compensation of Arljeitspunktes, the first is operated as an emitter follower and its emitter (output) directly to the base (input) of the second transistor is connected (DE-AS 1908753, DE However, these arrangements are not readily usable as phase splitters with high input and low output resistance, as required for Allpaßglieder with ohmic and a dummy branch voltage divider.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der erwähnten Nachteile mit geringem Aufwand.The aim of the invention is to avoid the mentioned disadvantages with little effort.

Explanation of the essence of the invention

Eine Analyse der technischen Mängelursachen ergibt Widersprüche zwischen den Lösungswegen zum Erzielen der geforderten Eigenschaften.An analysis of the technical causes of defects reveals contradictions between the solutions for achieving the required properties.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen aktiven mehrgliedrigen Allpaß üblicher Art derart abzuwandeln, daß gleichzeitig und gegenseitig unbeeinträchtigt folgende Effekte erreicht sind:The invention is therefore based on the object of modifying an active multi-element all-pass of a conventional type in such a way that the following effects are achieved at the same time and mutually unimpaired:

— Vermeidung von Koppelkondensatoren zwischen den einzelnen Gliedern,Avoidance of coupling capacitors between the individual links,

— Vermeidung eines gegenüber der maximalen Amplitude des zu übertragenden Signals ins Gewicht fallenden temperaturabhängigen Gleichspannungsversatzes zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluß des Allpasses,Avoidance of a temperature-dependent DC offset between the input and output terminals of the all-pass, which is significant in comparison with the maximum amplitude of the signal to be transmitted,

— Erhaltung der Möglichkeiten zur einfachen Einstellung der Allpaßglieder nach Lage (Frequenz) und Größe des Gruppenlaufzeitmaximums,Preservation of the possibilities for easy adjustment of the all-pass members by position (frequency) and size of the group delay maximum,

— Erhaltung der Möglichkeiten zum einfachen Abgleich des Amplitudenfrequenzganges der Allpaßglieder nach Betrag und Phase.- Preservation of the possibilities for easy adjustment of the amplitude frequency response of Allpaßglieder by magnitude and phase.

Ausgehend von einem aktiven mehrgliedrigen Allpaß mit je einem bipolaren Transistor je Allpaßglied, der als Phasenspalter betrieben und über einen aus einem ohmschen und einem Blindzweig bestehenden Spannungsteiler mit dem nächsten Allpaßglied bzw. einer Ausgangsstufe direktiohne Koppelkondensator) verbunden sind, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den aufeinanderfolgenden Gliedern Transistoren ständig wechselnden Leitfähigkeitstyps eingesetztStarting from an active multi-element all-pass with one bipolar transistor per all-pass member, which is operated as a phase splitter and connected via a resistive and a dummy branch voltage divider to the next all-pass member or an output stage direktiohne coupling capacitor), this object is achieved by that used in the successive members transistors of constantly changing conductivity type

In einer ersten Weiterbildung der Erfindung besteht der gesamte mehrgliedrige Allpaß einschließlich einer im Bedarfsfall vorgesehenen direkt gekoppelten Ausgangsstufe aus einer geraden Gliederzahl.In a first embodiment of the invention, the entire multi-element all-pass including an if necessary provided directly coupled output stage of an even number of links.

In einer zweiten Weiterbildung der Erfindung weist jedes Glied zwei Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps auf und aufeinanderfolgende Glieder wechseln in der Folge der Leitfähigkeitstypen.In a second embodiment of the invention, each member has two transistors of different conductivity type and successive members change in the sequence of conductivity types.

In einer dritten Weiterbildung der Erfindung sind zwischen der direkten Verbindung des Emitters des ersten mit dem Kollektor des zweiten Transistors und vom Emitter des zweiten Transistors jedes Gliedes gleiche bzw. abgleichbare Widerstände zu den Bezugspotentialen eingesetzt.In a third development of the invention, equal or adjustable resistances to the reference potentials are used between the direct connection of the emitter of the first to the collector of the second transistor and of the emitter of the second transistor of each element.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß bei bipolaren Transistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps der Spannungsversatz zwischen Eingang (Basis) und Ausgang (Emitter) zwar etwa den gleichen Betrag und den gleichen Temperaturgang des Betrages aufweist, daß sein Vorzeichen jedoch vom Leitfähigkeitstyp abhängt. Bei gleicher Struktur zweier Allpaßglieder, jedoch Verwendung der jeweils komplementären Transistortypen im zweiten Glied gegenüber denen im ersten Glied, heben sich bei Kettenschaltung beider Glieder mit Gleichstromkopplung zwischen ihnen die Spannungsversätze beider Glieder gegenseitig fast vollkommen auf. Damit ist insbesondere bei einer geraden Anzahl von Gliedern einschließlich einer im Bedarfsfall vorgesehenen Ausgangsstufe ein Spannungsversatz weitgehend vermeidbar. Bei einer ungeraden Anzahl entsteht ein Spannungsversatz etwa gleich dem einer einzelnen Stufe. Die Arbeitspunkte aller Glieder können gleich gewählt sein und sind in erster Näherung temperaturunabhängig.The essence of the invention is that in bipolar transistors of different conductivity type, the voltage offset between the input (base) and output (emitter) Although about the same amount and the same temperature response of the amount has, however, that its sign depends on the conductivity type. With the same structure of two all-pass members, but using the respective complementary transistor types in the second term compared to those in the first member, the voltage offsets of both members cancel each other almost perfectly when chaining both members with DC coupling between them. Thus, in particular with an even number of links, including an output stage provided if necessary, a voltage offset can be largely avoided. An odd number results in a voltage offset approximately equal to that of a single stage. The operating points of all members can be chosen the same and are in a first approximation temperature independent.

Ob eine Ausgangsstufe vorzusehen ist oder nicht, hängt davon ab, ob der Ausgang des Allpasses mit einem hochohmigen (keine Ausgangsstufe erforderlich) oder einem niederohmigen Ausgangsstufe erforderlich) Eingang der nachfolgenden Signalsenke verbunden ist.Whether an output stage is to be provided or not depends on whether the output of the all-pass filter is connected to a high-impedance (no output stage required) or a low-impedance output stage input) of the subsequent signal sink.

Da die Struktur jedes einzelnen Gliedes für sich dem bekannten Stand der Technik entspricht, bleiben alle Möglichkeiten zur einfachen Einstellung des Gruppenlaufzeitfrequenzganges der Allpaßglieder und zum Abgleich des Amplitudenfrequenzganges erhalten.Since the structure of each individual element corresponds to the known state of the art, all options for easy adjustment of the group delay frequency response of the all-pass elements and for the adjustment of the amplitude frequency response are retained.

embodiment

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen dreigliedrigen Allpaß einschließlich Ausgangsstufe.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a tripartite all-pass including output stage.

Die drei Allpaßglieder sind mit 1; 2; 3 bezeichnet, die Ausgangsstufe mit 4. Gleiche Elemente in den Gliedern sind gleich bezeichnet. Als Transtorkombinationen sind Komplementär-Darlington-Schaltungen eingesetzt, die sich durch einen niedrigen Eingangsstrom und damit einen geringen Spannungsversatz je Stufe sowie einen hohen Eingangswiderstand (Größenordnung 1 MOhm) und niedrigen Ausgangswiderstand (Bruchteile eines Ohms) besonders eignen.The three all-pass members are with 1; 2; 3, the output stage with 4. Identical elements in the links are denoted the same. As Transtorkombinationen complementary Darlington circuits are used, which are particularly suitable by a low input current and thus a low voltage offset per stage and a high input resistance (order of magnitude 1 MOhm) and low output resistance (fractions of an ohm).

Die Phasenspaltung entsteht durch zwei gleiche Widerstände, Parallelschaltung aus Festwiderstand R 3 und Abgleichwiderstand R4 einerseits und Festwiderstand R 2 andererseits. Mit dem Abgleichwiderstand R4ist der Amplitudenfrequenzgang nach dem Betrag, mit den parallelen Kondensatoren C3 (einstellbar) in Verbindung mit C 2 (fest) nach der Phase abgleichbar. Die Größe des Gruppenlaufzeitmaximums ist mit dem abgleichbaren Widerstand R1 einstellbar, der den ohmschen Zweig des Spannungsteilers bildet. Der Blindzweig besteht bei den Allpaßgliedern zweiten Grades 1 und 2 aus dem Reihenkreis C1/L, bei dem Allpaßglied ersten Grades 3 nur aus Cl. Bei den Allpaßgliedern zweiten Grades 1 und 2 ist mit C1 die Frequenz des Gruppenlaufzeitmaximums grob und mit L fein einstellbar, bei dem Allpaßglied ersten Grades 3 liegt das Gruppenlaufzeitmaximum bei der Frequenz Null. Bei der Ausgangsstufe 4 entfallen bei sonst gleicher Struktur die Blindzweig- und Einstellelemente R1, C1, L sowie R2, R4 und C2, C3.The phase split is formed by two equal resistors, parallel circuit of fixed resistor R 3 and trimming resistor R4 on the one hand and fixed resistor R 2 on the other. With the compensation resistor R4, the amplitude frequency response can be adjusted according to the magnitude, with the parallel capacitors C3 (adjustable) in combination with C 2 (fixed) after the phase. The size of the group delay time maximum is adjustable with the tunable resistor R1, which forms the ohmic branch of the voltage divider. The dummy branch consists in the Allpaßgliedern second degree 1 and 2 from the series C1 / L, in the Allpaßglied first degree 3 only from Cl. With the all-pass members of the second degree 1 and 2, the frequency of the group delay time maximum is coarse and finely adjustable with L; with the first-order all-pass member 3, the group delay time maximum lies at zero frequency. In the case of the output stage 4, the dummy branch and setting elements R1, C1, L as well as R2, R4 and C2, C3 are omitted with an otherwise identical structure.

Während die Glieder 1 und 3 insgesamt jeweils npn-Charakter aufweisen, wobei die Ausgangsspannung negativer als die Eingangsspannung ist, weisen die Glieder 2 und 4 pnp-Charakter auf mit gegenüber der Eingangsspannung positiverer Ausgangsspannung, so daß über jeweils zwei Glieder und auch über alle vier Glieder praktisch kein Spannungsversatz auftritt.While the members 1 and 3 have a total npn character, wherein the output voltage is more negative than the input voltage, the members 2 and 4 pnp-character with respect to the input voltage positive output voltage, so that over two members and also over all four Links virtually no voltage offset occurs.

Claims

1. Active multi-membered all-pass with one bipolar transistor or transistor combination each all-pass member, which are operated as a phase splitter and connected via an ohmic and a dummy branch voltage divider to the next all-pass member or an output stage without the use of coupling capacitors, characterized that are used in the successive members transistors of constantly changing conductivity type.

2. Active multi-member all-pass according to claim 1, characterized in that it consists of an even number of members including a provided if necessary directly coupled output stage.

3. Active multi-member all-pass according to claim 1, characterized in that each member has two transistors of different conductivity type and successive members irj, change the sequence of conductivity types.

4. Active Mehrgliedriger all-pass according to claim 1 and 3, characterized in that between the direct connection of the emitter of the first to the collector of the second transistor and the emitter of the second transistor of each element same or adjustable resistors are used to the reference potentials.

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