DE10045721C1 - Differentielle Leitungstreiberschaltung - Google Patents
Differentielle LeitungstreiberschaltungInfo
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Abstract
Differentielle Leitungstreiberschaltung (1) zum Treiben eines über eine Signalleitung abgegebenen Leitungssignals mit einem ersten Eingangsanschluss (2) zum Anlegen eines ersten Eingangssignals, einen zweiten Eingangsanschluss (3) zum Anlegen eines zweiten Eingangssignals, einem ersten Operationsverstärker (4), dessen nicht invertierender Eingang (6) mit dem ersten Eingangsanschluss (2) der Leitungstreiberschaltung (1) und dessen Signalausgang (16) über einen Rückkoppelwiderstand (24) mit dem invertierenden Eingang (8) verbunden ist, einem zweiten Operationsverstärker (5), dessen nicht invertierender Eingang (7) mit dem zweiten Eingangsanschluss (3) der Leitungstreiberschaltung (1) und dessen Signalausgang (17) über einen Rückkoppelwiderstand (25) mit dem invertierenden Eingang (9) verbunden ist, einem Einstellwiderstand (26) zur Verstärkungseinstellung, wobei der Einstellwiderstand (26) zwischen die Eingägnge (8, 9) der beiden Operationsverstärker (4, 5) geschaltet ist, einem ersten Anpassungswiderstand (20), der zwischen dem Signalausgang (16) des ersten Operationsverstärkers (4) und einem ersten Ausgangsanschluss (28) der Leitungstreiberschaltung (1) geschaltet ist, einem zweiten Anpassungswiderstand (21), der zwischen dem Signalausgang (17) des zweiten Operationsverstärkers (5) und einem zweiten Ausgangsanschluss (30) der Leitungstreiberschaltung (1) geschaltet ist, wobei die differentielle Leitungstreiberschaltung (1) einen ersten Mitkoppelwiderstand (31), der ...
Description
Die Erfindung betrifft eine differentielle
Leitungstreiberschaltung zum Treiben eines über eine Leitung
abgegebenen Leitungssignals, insbesondere eines xDSL-
Leitungssignals.
Aus Tietze, U.; Schenk, Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik,
11. Auflage, Berlin, Springer, 1999, S. 819, 820, 827,
ISBN 3-540-64192-0, ist eine spannungsgesteuerte Stromquelle
für geerdete Verbraucher mit einstellbarem Ausgangswiderstand
bekannt. Die Verwendung von zwei spannungsgesteuerten
Stromquellen für potentialfreie Verbraucher ist ebenfalls aus
diesem Dokument bekannt.
Die US 5,856,758 beschreibt einen Treiber-
Verstärkerschaltkreis mit einer positiven Rückkopplung. Dabei
ist ein Widerstand zwischen dem Ausgangsanschluss und einem
nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers
geschaltet.
Fig. 1 zeigt eine differentielle Leitungstreiberschaltung
nach dem Stand der Technik. Die Treiberschaltung besitzt zwei
Eingänge E1, E2, an die das zu verstärkende Eingangssignal
Uein angelegt wird. Die beiden Treibereingänge E1, E2 sind
jeweils an die nicht invertierenden Eingänge zweier
Operationsverstärker OPI, OPII angeschlossen. Die beiden
Operationsverstärker sind spannungsrückgekoppelte
Operationsverstärker, die mit einer Versorgungsspannung, UV =
VDD-VSS versorgt werden. Die Ausgänge der
Operationsverstärker OPI, OPII sind jeweils über
Rückkoppelwiderstände RRI, RRII an die invertierenden Eingänge
(-) rückgekoppelt. Die beiden invertierenden Eingänge (-) der
beiden Operationsverstärker OPI, OPII sind über einen
Einstellwiderstand RE zum Einstellen einer
Spannungsverstärkung miteinander verbunden. Die beiden
Ausgänge der Operationsverstärker OPI, OPII sind über
Leitungsanpassungswiderstände RAI, RAII, über die beiden
Treiber-Signalausgänge A1, A2 an die Signalleitung
angeschlossen. Die Signalleistung weist einen Lastwiderstand
ZLast von beispielsweise 100 Ohm auf.
Die Anpassungswiderstände RAI, RAII dienen der Vermeidung von
Signalreflexionen auf der Signalleitung L.
Für die Ausgangsimpedanz der Treiberschaltung nach dem Stand
der Technik, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, gilt:
Zaus = RAI + RAII = ZL (1)
Die beiden Anpassungswiderstände RAI, RAII, sowie die
Leitungsimpedanz ZL bilden einen Spannungsteiler, wobei gilt:
UopAus = 2.Uaus (2)
Für jedes Volt Außenspannung Uaus müssen daher die
Operationsverstärker OPI, OPII zwei Volt Ausgangsspannung zur
Verfügung stellen. Die an den Ausgängen A1, A2 zur Verfügung
zu stellende Ausgangsspannung Uaus ist durch die technische
Anwendung vorgegeben und beträgt beispielsweise bei ADSL-
Treiberschaltungen 17,6 Volt. Die Operationsverstärker müssen
daher an ihrem Ausgang die Spannung UopAUS von 35,2 Volt zur
Verfügung stellen. Die Versorgungsspannung Uversorgung beträgt:
Uversorgung = VDD - VSS (3)
Die Versorgungsspannung der beiden Operationsverstärker muss
in jedem Fall größer sein als die an ihren Ausgängen
abzugebende Ausgangsspannung UopAus:
Uversorgung ≧ UopAus = 2.Uaus (4)
Bei ADSL-Anwendungen wird typischerweise eine
Versorgungsspannung Uversorgung von 42 Volt benötigt.
Die in Fig. 1 dargestellte Treiberschaltung nach dem Stand
der Technik weist somit den Nachteil auf, dass sie eine sehr
hohe Versorgungsspannung Uversorgung benötigt und eine sehr hohe
Verlustleistung aufweist, die durch die beiden
Leitungsanpassungswiderstände RAI, RAII hervorgerufen werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
differentielle Leitungstreiberschaltungen zu schaffen, die
mit einer geringen Versorgungsspannung auskommt und eine
niedrige Verlustleistung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine differentielle
Leitungstreiberschaltung mit den in Patentanspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft eine differentielle
Leitungstreiberschaltung zum Treiben eines über eine
Signalleitung abgegebenen Leitungssignals mit
einem ersten Eingangsanschluss zum Anlegen eines ersten Eingangssignals,
einen zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen eines zweiten Eingangssignals,
einem ersten Operationsverstärker, dessen nicht invertierender Eingang mit dem ersten Eingangsanschluss der Leitungstreiberschaltung und dessen Ausgang über einen Rückkoppelwiderstand mit dem invertierenden Eingang verbunden ist,
einem zweiten Operationsverstärker, dessen nicht invertierender Eingang mit dem zweiten Eingangsanschluss der Leitungstreiberschaltung und dessen Ausgang über einen Rückkoppelwiderstand mit dem invertierenden Eingang verbunden ist,
einem Einstellwiderstand zur Verstärkungseinstellung, der zwischen den beiden invertierenden Eingängen der beiden Operationsverstärker geschaltet ist,
einem ersten Anpassungswiderstand, der zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers und einem ersten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung geschaltet ist,
einen zweiten Anpassungswiderstand, der zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und einem zweiten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung geschaltet ist, wobei die differentielle Leitungstreiberschaltung zusätzlich einen ersten Mitkoppelwiderstand, der zwischen dem ersten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung und dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers geschaltet ist, sowie einen zweiten Mitkoppelwiderstand aufweist, der zwischen dem Ausgang der Leitungstreiberschaltung und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers geschaltet ist,
wobei die Ausgangsimpedanz der Leitungstreiberschaltung an die Impedanz der Leitung angepasst ist.
einem ersten Eingangsanschluss zum Anlegen eines ersten Eingangssignals,
einen zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen eines zweiten Eingangssignals,
einem ersten Operationsverstärker, dessen nicht invertierender Eingang mit dem ersten Eingangsanschluss der Leitungstreiberschaltung und dessen Ausgang über einen Rückkoppelwiderstand mit dem invertierenden Eingang verbunden ist,
einem zweiten Operationsverstärker, dessen nicht invertierender Eingang mit dem zweiten Eingangsanschluss der Leitungstreiberschaltung und dessen Ausgang über einen Rückkoppelwiderstand mit dem invertierenden Eingang verbunden ist,
einem Einstellwiderstand zur Verstärkungseinstellung, der zwischen den beiden invertierenden Eingängen der beiden Operationsverstärker geschaltet ist,
einem ersten Anpassungswiderstand, der zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers und einem ersten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung geschaltet ist,
einen zweiten Anpassungswiderstand, der zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und einem zweiten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung geschaltet ist, wobei die differentielle Leitungstreiberschaltung zusätzlich einen ersten Mitkoppelwiderstand, der zwischen dem ersten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung und dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers geschaltet ist, sowie einen zweiten Mitkoppelwiderstand aufweist, der zwischen dem Ausgang der Leitungstreiberschaltung und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers geschaltet ist,
wobei die Ausgangsimpedanz der Leitungstreiberschaltung an die Impedanz der Leitung angepasst ist.
Die Ausgangsimpedanz der differentiellen
Leitungstreiberschaltung wird vorzugsweise durch das Produkt
eines Ausgangsimpedanz-Synthesefaktors und der Summe der
Impedanzen der beiden Anpassungswiderstände festgelegt.
Der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Leitungstreiberschaltung in Abhängigkeit von den
Mitkoppelwiderständen und den Rückkoppelwiderständen
einstellbar.
Der erste Mitkoppelwiderstand und der zweite
Mitkoppelwiderstand weisen vorzugsweise die gleiche Impedanz
auf.
Der erste Rückkoppelwiderstand und der zweite
Rückkoppelwiderstand weisen ebenfalls vorzugsweise die
gleiche Impedanz auf.
Die beiden Operationsverstärker sind bei einer ersten
Ausführungsform der differentiellen Leitungstreiberschaltung
spannungsrückgekoppelte Operationsverstärker.
Die beiden Operationsverstärker sind bei einer alternativen
Ausführungsform der differentiellen Leitungstreiberschaltung
stromrückgekoppelte Operationsverstärker.
Bei einer weiteren Ausführungsform der differentiellen
Leitungstreiberschaltung weist der Einstellwiderstand eine
unendlich hohe Impedanz auf.
Der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor ist vorzugsweise größer
als eins.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft der
Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor etwa fünf.
Die erfindungsgemäße differentielle Leitungstreiberschaltung
ist vorzugsweise voll-symmetrisch aufgebaut.
Die Eingangsimpedanz der erfindungsgemäßen
Leitungstreiberschaltung weist vorzugsweise eine hohe
Eingangsimpedanz auf, die der hohen Eingangsimpedanz eines
Operationsverstärkers entspricht.
Die durch die erfindungsgemäße Leitungstreiberschaltung
verstärkten Leitungssignale sind vorzugsweise xDSL-Signale.
Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen differentiellen Leitungstreiberschaltung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung
erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine differentielle Leitungstreiberschaltung nach
dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der differentiellen
Leitungstreiberschaltung gemäss der Erfindung;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der differentiellen
Leitungstreiberschaltung gemäss der Erfindung.
Die in Fig. 2 gezeigte erste Ausführungsform der
differentiellen Leitungstreiberschaltung 1 weist einen ersten
Eingangsanschluss 2 zum Anlegen eines ersten Eingangssignales
und einen zweiten Eingangsanschluss 3 zum Anlegen eines
zweiten Eingangssignales auf. Bei den beiden Eingangssignalen
handelt es sich in der Regel um differentielle Signale, d. h.
das zweite Eingangssignal ist zu dem ersten Eingangssignal
invertiert.
Die Leitungstreiberschaltung 1 enthält zwei
Operationsverstärker 4, 5, die jeweils einen nicht-
invertierenden Eingang 6, 7 und einen invertierenden Eingang
8, 9 besitzen. Die nicht invertierenden Eingänge 6, 7 sind
über Leitungen 10, 11 direkt an die Eingangsanschlüsse 2, 3
angeschlossen. Die beiden Operationsverstärker 4, 5 werden
über Stromversorgungsanschlüsse 12, 13 mit einer positiven
Versorgungsspannung VDD und über
Versorgungsspannungsanschlüsse 14, 15 mit einer negativen
Versorgungsspannung VSS und einer Versorgungsspannung Uversorg
versorgt. Die beiden Operationsverstärker 4, 5 weisen jeweils
Signalausgänge 16, 17 auf, die über Leitungen 18, 19 an
Anpassungswiderstände 20, 21 angeschlossen sind. Die
Signalausgänge 16, 17 sind an Abzweigungsknoten 22, 23 an
Rückkoppelwiderstände 24, 25 angeschlossen, die den
Signalausgang 16, 17 des Operationsverstärkers 4, 5 jeweils
an dessen invertierenden Signaleingang 8, 9 rückkoppeln.
Die beiden invertierenden Signaleingänge 8, 9 der beiden
Operationsverstärker 4, 5 sind über einen Einstellwiderstand
26 miteinander verbunden.
Der an dem Signalausgang des ersten Operationsverstärkers 4
angeschlossene erste Anpassungswiderstand 20 liegt über eine
Leitung 27 an einem ersten Ausgangsanschluss 28 der
differentiellen Leitungstreiberschaltung 1 an. Der an dem
Signalausgang 17 des zweiten Operationsverstärkers 5
angeschlossene zweite Anpassungswiderstand 21 liegt über eine
Leitung 29 an einem zweiten Ausgangsanschluss 30 der
differentiellen Leitungstreiberschaltung 1 an. Zwischen dem
ersten Ausgangsanschluss 28 der Leitungstreiberschaltung 1
und dem invertierenden Eingang 9 des zweiten
Operationsverstärkers 5 ist ein erster Mitkoppelwiderstand 31
geschaltet. Zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 30 der
Leitungstreiberschaltung 1 und dem invertierenden Eingang 8
des ersten Operationsverstärkers 4 ist ein weiterer
Mitkoppelwiderstand 32 geschaltet. Wie man aus Fig. 2
erkennen kann, ist die differentielle
Leitungstreiberschaltung 1 vollsymmetrisch aufgebaut.
Über die Mitkoppelwiderstände 31, 32 wird ein positives
Rückkopplungssignal bzw. ein Mitkopplungssignal in die
invertierenden Signaleingänge 8, 9 der beiden
Operationsverstärker 4, 5 aus dem Signalausgang 16, 17 des
jeweils anderen Operationsverstärkers 4, 5 eingekoppelt.
Durch die Kopplung aus dem Signalausgang des jeweils anderen,
gegenphasigen Operationsverstärkers wird eine positive
Rückkopplung bzw. Mitkopplung bewirkt, die zu einer Synthese
der Ausgangsimpedanz ZAus der differentiellen
Leitungstreiberschaltung 1 führt.
Für die Ausgangsimpedanz ZAus der Leitungstreiberschaltung 1
gilt:
ZAus = m.(R20 + R21) (5)
wobei m der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor,
R20 die Impedanz des Anpassungswiderstandes 20 und
R21 die Impedanz des Anpassungswiderstandes 21 ist.
R20 die Impedanz des Anpassungswiderstandes 20 und
R21 die Impedanz des Anpassungswiderstandes 21 ist.
Die Ausgangsimpedanz ZAus der Leitungstreiberschaltung 1 ist
an die Impedanz ZL der zu treibenden Leitung angepasst. Es
gilt somit:
ZAus = ZL (6)
Der Impedanz-Synthesefaktor m ist in Abhängigkeit von den
Impedanzen der Mitkoppelwiderstände und der
Rückkoppelwiderstände 24, 25 einstellbar. Die beiden
Mitkoppelwiderstände 31, 32 weisen die gleiche
Mitkoppelimpedanz auf:
R31 = R32 = RMK (7)
Die beiden Rückkoppelwiderstände 24, 25 weisen ebenfalls die
gleiche Rückkoppelimpedanz auf:
R24 = R25 = RRK (8)
Für den Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor m ergibt sich:
Die Ausgangsspannung Uausop zwischen den beiden
Operationsverstärkern 4, 5, d. h. zwischen den Signalausgängen
16, 17, beträgt:
Uausop = (1 + 1/m)Uaus (10)
Der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor m ist stets größer als
eins.
Mit zunehmendem Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor m sinkt die
notwendige Signalspannung zwischen den beiden Signalausgängen
16, 17 der beiden Operationsverstärker 4, 5 zur Erzielung der
vorgegebenen notwendigen Ausgangstreiberspannung Uaus.
Beträgt die Impedanz ZL zwischen den beiden
Ausgangsanschlüssen 28, 30 beispielsweise 100 Ohm, muss die
Ausgangsgesamtimpedanz Zaus der der Treiberschaltung 1
ebenfalls 100 Ohm betragen. Ist der Ausgangsimpedanz-
Synthesefaktor m beispielsweise auf fünf eingestellt,
benötigt man als Widerstandswerte der beiden
Anpassungswiderstände 20, 21 jeweils lediglich 10 Ohm, um die
Ausgangsimpedanz zu erreichen (siehe Gleichung (5)). Aufgrund
des größer als eins gewählten Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor
m und somit geringeren notwendigen Ausgangssignalspannung
Uopaus zwischen den beiden Signalausgängen 16, 17 der beiden
Operationsverstärker 4, 5 kann auch die notwendige zur
Verfügung gestellte Versorgungsspannung Uversorgung für die
beiden Operationsverstärker 4, 5 an den
Versorgungsspannungsanschlüssen 14, 17 bzw. 13, 15 abgesenkt
werden.
Die Verlustleistung der differentiellen Treiberschaltung 1
beträgt:
PVerlust = ILast.UVersorgung + IRuhe UVersorgung - PSignal (11)
wobei ILast der an die Leitung abgegebene Laststrom,
die IRuhe der Ruhestrom der Operationsverstärker,
UVersorgung die notwendige Versorgungsspannung, und
PSignal die abgegebene Signalleistung ist.
die IRuhe der Ruhestrom der Operationsverstärker,
UVersorgung die notwendige Versorgungsspannung, und
PSignal die abgegebene Signalleistung ist.
Die abgegebene Signalleistung beträgt:
Aufgrund der geringeren notwendige Versorgungsspannung
UVersorgung sinkt die Verlustleistung PVerlust der erfindungsgemäßen
differentiellen Leitungstreiberschaltung.
Bei einem Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor m = 5 ergeben sich
bereits 80% der maximalen möglichen Ausgangspegelreduktion.
Leistungsimpedanz-Synthesefaktoren m von mehr als fünf führen
zu keiner wesentlichen Verlustleistungseinsparung.
Da die Ausgangsimpedanzen R20, R21 der beiden
Leitungsanpassungswiderstände 20, 21 wesentlich kleiner sind
als die Impedanzen des Einstellwiderstandes 26, der
Rückkoppelwiderstände 24, 25 sowie der Mitkoppelwiderstände
31, 32
R20, R21 << R26, R24, R25, R31, R32 (13)
gilt für die Leerlaufverstärkung (ZL = ∝) der
erfindungsgemäßen Leitungstreiberschaltung 1:
Unter Einführung des Ausgangsimpendanz-Synthesefaktors ergibt
sich die Leerlaufverstärkung GLeerlauf zu:
Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen differentiellen Leitungstreiberschaltung 1,
bei der der Einstellwiderstand 26 eine unendlich hohe
Impedanz aufweist bzw. aus der Schaltungen entfernt worden
ist.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weist die minimal
mögliche Leerlaufverstärkung GLeerlauf auf, weil R26 gegen
Unendlich geht.
GLeerlauf = 2 . m - 1 wenn R26 = ∝ (16)
Die hohe Eingangsimpedanz der erfindungsgemäß differentiellen
Leitungstreiberschaltung 1 begünstigt den Einsatz von
stromrückgekoppelten Operationsverstärkern, da bei Verwendung
der invertierenden Struktur, bedingt durch die sehr
niederohmigen Rückkoppelwiderstände der Eingangswiderstand
leicht Werte um 100 Ohm erreichen kann und damit in
Größenordnung der zu treibenden Last kommt. Bei
stromrückgekoppelten Operationsverstärkern stellen die
Rückkoppelwiderstände die Transkonduktanz der Eingangsstufe
dar. Durch Absenken der Impedanz der Rückkoppelwiderstände
24, 25 kann die Frequenzbandbreite der
Leitungstreiberschaltung 1 bei Einsatz stromrückgekoppelter
Stromverstärker 4, 5 erhöht werden. Übliche Impedanzwert für
die Rückkoppelwiderstände bei Breitband-Leitungstreibern mit
stromrückgekoppelten Operationsverstärkern liegen bei 200 bis
1000 Ohm. Durch die Mitkopplung über die Mitkoppelwiderstände
31, 32 wird bei der Impedanzsynthese die Gegenkopplung über
die Rückkoppelwiderstände 24, 25 abgeschwächt. Durch den
Einsatz von stromrückgekoppelten Operationsverstärkern kann
dem Absinken der Schleifenverstärkung und somit einem
Absinken der für Breitband-Leitungstreiber wichtigen
Linearität durch Verkleinerung der Rückkoppelwiderstands-
Impedanzen der Rückkoppelwiderstände 24, 25 entgegengewirkt
werden. Dadurch wird die Schleifenverstärkung wieder erhöht.
Werden die Widerstände derart verkleinert, dass der Verlust
der Schleifenverstärkung durch die Impedanzsynthese
ausgeglichen wird, bleiben auch die Stabilitätsverhältnisse
unverändert.
Die Widerstände 20, 21, 24, 25, 26, 31, 32 sind bei einer
alternativen Ausführungsform komplexe Impedanzen, so dass die
erfindungsgemäße differentielle Leitungstreiberschaltung 1
ebenfalls eine komplexe Ausgangsimpedanz Zaus aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Widerstände bzw.
Impedanzen der differentiellen Leitungstreiberschaltung 1
zwischen verschiedenen Impedanzwerten umschaltbar, so dass
die Treiberschaltung 1 durch Programmierung an verschiedene
Leitungsimpedanzen ZL adaptiv anpassbar ist.
Durch die Entnahme des Rückkoppelsignals auf dem
Signalausgang des jeweils anderen gegenphasigen
Operationsverstärkers bleiben die nicht-invertierenden
Signaleingänge 6, 7 der beiden Operationsverstärker 4, 5 frei
von Rückkoppelwiderständen und die Eingangsimpedanz der
Treiberschaltung 1 wird durch die Impedanz der
Operationsverstärker 4, T bestimmt. Ferner weist die
Eingangsimpedanz der erfindungsgemäßen
Leitungstreiberschaltung 1 eine sehr hohe Eingangsimpedanz im
Megaohmbereich auf, so dass die Signalquelle selbst keinen
niedrigen Ausgangswiderstand benötigt. Durch die
erfindungsgemäße Leitungstreiberschaltung 1 wird mit der
positiven kreuzweisen Rückkopplung über die
Mitkoppelwiderstände 31, 32 lassen sich
Verlustleistungseinsparungen von beispielsweise 40% bei einem
gewählten Synthesefaktor m = 5 erzielen.
Bei einem Synthesefaktor m = ∞ wird eine maximale
Verlustleistungseinsparung von 50% erreicht.
1
Leitungstreiberschaltung
2
Signaleingang
3
Signaleingang
4
Operationsverstärker
5
Operationsverstärker
6
Nicht invertierender Eingang
7
Nicht invertierender Eingang
8
Invertierender Eingang
9
Invertierender Eingang
10
Leitung
11
Leitung
12
Versorgungsspannungsanschluss
13
Versorgungsspannungsanschluss
14
Versorgungsspannungsanschluss
15
Versorgungsspannungsanschluss
16
Operationsverstärker-Signalausgang
17
Operationsverstärker-Signalausgang
18
Leitung
19
Leitung
20
Anpassungswiderstand
21
Anpassungswiderstand
22
Verzweigungsknoten
23
Verzweigungsknoten
24
Rückkoppelwiderstand
25
Rückkoppelwiderstand
26
Einstellwiderstand
27
Leitung
28
Signalausgang
29
Leitung
30
Signalausgang
31
Mitkoppelwiderstand
32
Mitkoppelwiderstand
Claims (13)
1. Differentielle Leitungstreiberschaltung zum Treiben eines
über eine Signalleitung abgegebenen Leitungssignals mit:
- a) einem ersten Eingangsanschluss (2) zum Anlegen eines ersten Eingangssignals,
- b) einen zweiten Eingangsanschluss (3) zum Anlegen eines zweiten Eingangssignals,
- c) einem ersten Operationsverstärker (4), dessen nicht invertierender Eingang (6) mit dem ersten Eingangsanschluss (2) der Leitungstreiberschaltung (1) und dessen Signalausgang (16) über einen Rückkoppelwiderstand (24) mit dem invertierenden Eingang (8) des ersten Operationsverstärkers (4) verbunden ist,
- d) einem zweiten Operationsverstärker (5), dessen nicht invertierender Eingang (7) mit dem zweiten Eingangsanschluss (3) der Leitungstreiberschaltung (1) und dessen Signalausgang (17) über einen Rückkoppelwiderstand (25) mit dem invertierenden Eingang (9) des zweiten Operationsverstärkers (5) verbunden ist,
- e) einem Einstellwiderstand (26) zur Verstärkungseinstellung, wobei der Einstellwiderstand (26) zwischen die invertierenden Eingänge (8, 9) der beiden Operationsverstärker (4, 5) geschaltet ist,
- f) einem ersten Anpassungswiderstand (20), der zwischen dem Signalausgang (16) des ersten Operationsverstärkers (4) und einem ersten Ausgangsanschluss (28) der Leitungstreiberschaltung (1) geschaltet ist,
- g) einem zweiten Anpassungswiderstand (21), der zwischen dem Signalausgang (17) des zweiten Operationsverstärkers (5) und einem zweiten Ausgangsanschluss (30) der Leitungstreiberschaltung (1) geschaltet ist,
- a) einen ersten Mitkoppelwiderstand (31), der zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (28) der Leitungstreiberschaltung (1) und dem invertierenden Eingang (9) des zweiten Operationsverstärkers (5) geschaltet ist, und
- b) einem zweiten Mitkoppelwiderstand (32), der zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss (30) der Leitungstreiberschaltung (1) und dem invertierenden Eingang (8) des ersten Operationsverstärkers (4) geschaltet ist,
- c) wobei die Ausgangsimpedanz (ZAus) der Leitungstreiberschaltung (1) an die Impedanz (ZL) der Leitung angepasst ist.
2. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangsimpedanz (ZAus) durch das Produkt eines
Ausgangsimpedanz-Synthesefaktors (m) und der Summe der
Impedanzen der beiden Anpassungswiderstände (20, 21) bestimmt
ist.
3. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach Anspruch
2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor (m) in Abhängigkeit
von den Mitkoppelwiderständen (31, 32) und den
Rückkoppelwiderständen (24, 25) einstellbar ist.
4. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Mitkoppelwiderstand (31) und der zweite
Mitkoppelwiderstand (32) die gleiche Impedanz aufweisen.
5. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Rückkoppelwiderstand (24) und der zweite
Rückkoppelwiderstand (25) die gleiche Impedanz aufweisen.
6. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Operationsverstärker (4, 5)
spannungsrückgekoppelte Operationsverstärker sind.
7. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach Anspruch 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Operationsverstärker (4, 5)
stromrückgekoppelte Operationsverstärker sind.
8. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Einstellwiderstand (26) eine unendlich hohe Impedanz
aufweist.
9. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor (m) größer als eins
ist.
10. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausgangsimpedanz-Synthesefaktor (m) etwa fünf
beträgt.
11. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitungstreiberschaltung (1) symmetrisch aufgebaut
ist.
12. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Einstellwiderstand (26), die Rückkoppelwiderstände
(24, 25), die Mitkoppelwiderstände (31, 32) und die
Anpassungswiderstände (20, 21) komplexe Impedanzen sind.
13. Differentielle Leitungstreiberschaltung nach einem der
vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Impedanzwerte des Einstellwiderstandes (26), der
Rückkoppelwiderstände (24, 25), der Mitkoppelwiderstände (31,
32) und der Anpassungswiderstände (20, 21) durch
Schalteinrichtungen umschaltbar sind.
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