DE10049331C1 - Breitbandtreiber - Google Patents

Breitbandtreiber

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DE10049331C1
DE10049331C1 DE10049331A DE10049331A DE10049331C1 DE 10049331 C1 DE10049331 C1 DE 10049331C1 DE 10049331 A DE10049331 A DE 10049331A DE 10049331 A DE10049331 A DE 10049331A DE 10049331 C1 DE10049331 C1 DE 10049331C1
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Abstract

Breitbandtreiber für Signale, die in verschiedenen Frequenzbereichen übertragen werden, mit: DOLLAR A (a) einer ersten Breitband-Treiberschaltung (19) zum Treiben von ersten Signalen mit Signalfrequenzen, die in einem ersten Frequenzbereich liegen; DOLLAR A (b) einer zweiten Breitband-Treiberschaltung (24) zum Treiben von zweiten Signalen mit Signalfrequenzen, die in einem zweiten Frequenzbereich liegen; DOLLAR A (c) wobei mindestens einer der beiden Breitband-Treiberschaltungen (19) eine frequenzabhängige Mitkopplungsschaltung (44) zur Impedanzsynthese einer frequenzabhängigen Ausgangsimpedanz (Z¶aus¶) der Breitband-Treiberschaltung (19) aufweist und die Ausgangsimpedanz (Z¶aus¶) in dem ersten Frequenzbereich und in dem zweiten Frequenzbereich unterschiedlich hoch ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Breitbandtreiber für Signale, die in verschiedenen Frequenzbereichen übertragen werden.
Aus ZOJER, B., KOBAN, R. PICHLER, J.: "A broadband high­ voltage SLIC for a Splitter- and Transformer-less Combined ADSL-Lite/POTS Linecard". 9. Februar 2000, Digest of Techni­ cal Papers, ISSCC 2000, S. 304-305, ist ein breitbandiger Hochspannungs-SLIC (SLIC: Subscriber line interface circuit) bekannt. Die SLIC-Schaltung besteht dabei aus einer ersten und zweiten Breitband-Treiberschaltung.
In vielen Kommunikationssystemen werden DC-Spannungen bzw. niederfrequente Signale und hochfrequente Signale über eine Signalleitung übertragen. Bei einem xDSL-Übertragungssystem werden über die Zweidraht-Telefonleitung sowohl hochfrequente Datensignale als auch niederfrequente Sprachsignale bzw. Gleichspannungen übertragen. Die DC-Spannungen bzw. Gleich­ spannungsanteile dienen zur Versorgung des Telefon-Endgeräts und zur Erzeugung von Klingel- bzw. Ruftönen. Diese übertra­ genen Gleichspannungen weisen oft Spannungsamplituden von mehr als 100 Volt auf. Dies macht eine sehr hohe Versorgungs­ spannung für die zugehörige Treiberschaltung notwendig. Dem­ gegenüber weisen die hochfrequenten Signalanteile zur Über­ tragung von Daten eine deutlich kleinere Spannungsamplitude auf. Aufgrund der niederohmigeren Lastimpedanz rufen die hochfrequenten Signalanteile jedoch große Versorgungsströme hervor, die der Leistungsversorgung zugehörigen Treiberschal­ tung entnommen werden. Dies führt zu sehr hohen Verlustleis­ tungen in der Treiberschaltung, die bei Full-rate-ADSL- Systemen in Verbindung mit analogen Sprachfunktionen eine In­ tegration der Treiberschaltung verhindert. Eine Treiberschal­ tung, die sowohl niederfrequente Signale mit hohen Amplituden als auch hochfrequente Signale mit niedrigen Amplituden zur Übertragung über eine Übertragungsstrecke aufbereitet, ist nur schwierig zu realisieren, da hier gegensätzliche schal­ tungstechnische Anforderungen, wie beispielsweise hohe Span­ nungsamplituden einerseits und hohe Geschwindigkeit anderer­ seits aufeinandertreffen.
Bei den bisherigen Kommunikationssystemen werden daher ver­ schiedene Treiberschaltungen für die niederfrequenten Signal­ anteile und die hochfrequenten Signalanteile zur Verfügung gestellt. Fig. 1 zeigt einen Treiber nach dem Stand der Tech­ nik. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Treiber ist der Signal­ ausgang einer niederfrequenten Hochspannungstreiberschaltung mit einer hohen Versorgungsspannung bis 150 Volt und der Sig­ nalausgang einer hochfrequenten treibbaren Treiberschaltung mit einer niedrigen Versorgungsspannung von 10 bis 30 Volt über einen Signalsplitter parallel geschaltet.
Der Splitter besteht aus einem Tiefpaßfilter und einem Hoch­ paßfilter. Dabei ist das Tiefpaßfilter an den Ausgang der niederfrequenten Hochspannungstreiberschaltung geschaltet und das Hochpaßfilter HP an den Ausgang der hochfrequenten Breit­ band-Treiberschaltung. Die niederfrequente Hochspannungstrei­ berschaltung erhält das zu übertragende Sprachsignal sowie die Gleichspannungen zur Versorgung des Endgeräts oder zur Erzeugung von Ruftönen. Die hochfrequente Breitband- Treiberschaltung erhält ein hochfrequentes Datensignal, bei­ spielsweise ein xDSL-Datensignal, das durch das Hochpaßfilter HP gefiltert an die Übertragungsstrecke abgegeben wird. Bei der Übertragungsstrecke handelt es sich beispielsweise um ei­ ne Zweidraht-Telefonleitung. Die niederfrequente Hochspan­ nungstreiberschaltung ist über das Tiefpaßfilter TP und die hochfrequente Breitband-Treiberschaltung ist über das Hoch­ paßfilter HP an einen Leitungsknoten K angeschlossen. Das Tiefpaßfilter TP und das Hochpaßfilter HP sind notwendig, da die beiden Treiberschaltungen Spannungstreiber mit einem nie­ derohmigen Signalausgang sind. Das Hochpaßfilter HP und das Tiefpaßfilter TP des Signalsplitters verhindern so, dass die Signalausgänge der beiden Treiberschaltungen kurzgeschlossen werden. Das Tiefpaßfilter TP und das Hochpaßfilter HP sind Filter höherer Ordnung zur scharfen Signaltrennung. Der Splitter muß hohe Anforderungen bezüglich Linearität und Güte erfüllen. Die Filter des Splitters sind aus passiven Baukom­ ponenten aufgebaut. Das Tiefpaßfilter kann dabei nicht als RC-Filter aufgebaut werden, da diese zu hohe Leistungsverlus­ te aufweisen. Das Tiefpaßfilter TP wird daher aus Induktivi­ täten L und Kapazitäten C aufgebaut, wobei insbesondere die Induktivitäten L schaltungstechnisch nur sehr aufwendig rea­ lisierbar und darüber hinaus nicht integrierbar sind. Demzu­ folge herkömmliche Splitter relativ groß und nur kosteninten­ siv herstellbar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Breitbandtreiber für Signale, die in verschiedenen Frequenz­ bereichen übertragen werden, zu schaffen, der schaltungstech­ nisch einfach realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Breitbandtrei­ ber mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft einen Breitbandtreiber für Signale, die in verschiedenen Frequenzbereichen übertragen werden, mit einer ersten Breitband-Treiberschaltung zum Treiben von ers­ ten Signalen mit Signalfrequenzen, die in einem ersten Fre­ quenzbereich liegen,
einer zweiten Breitband-Treiberschaltung zum Treiben von zweiten Signalen mit Signalfrequenzen, die in einem zweiten Frequenzbereich liegen,
wobei mindestens eine der beiden Breiband-Treiberschaltungen eine frequenzabhängiger Mitkopplungsschaltung zur Impedanz­ synthese einer frequenzabhängigen Ausgangsimpedanz der Breit­ band-Treiberschaltung aufweist und die Ausgangsimpedanz in dem ersten Frequenzbereich und in dem zweiten Frequenzbereich unterschiedlich hoch ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers ist die erste Breitband-Treiberschaltung zum Treiben niederfrequenter Sprachsignale, niederfrequenter Klingelsignale und von Gleichspannungssignalen vorgesehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Breitband-Treiberschaltung zum Treiben hochfrequenter Daten­ signale vorgesehen.
Der ersten Breitband-Treiberschaltung ist vorzugsweise eine Signal-Vorverstärkerschaltung vorgeschaltet.
Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breit­ bandtreibers koppelt die Mitkopplungsschaltung einen Signal­ ausgang der ersten Breitband-Treiberschaltung an einen Sig­ naleingang der ersten Breitband-Treiberschaltung.
Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Breitbandtreibers koppelt die Mitkopplungsschal­ tung den Signalausgang der ersten Breitband-Treiberschaltung an einen Signaleingang der Signal-Vorverstärkerschaltung.
Die Mitkopplungsschaltung weist vorzugsweise eine komplexe Impedanz auf.
Die Mitkopplungsschaltung enthält dabei vorzugsweise einen Kondensator.
Die komplexe Impedanz der Mitkopplungsschaltung sinkt vor­ zugsweise mit zunehmender Frequenz des mitgekoppelten Sig­ nals.
Die Breitband-Treiberschaltungen sind bei einer besonders be­ vorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitband­ treibers voll-differentiell aufgebaut.
Die Signalvorverstärkerschaltung ist vorzugsweise voll-differentiell aufgebaut.
Die Signalausgänge der beiden Breitband-Treiberschaltungen sind vorzugsweise parallel geschaltet und über einen Signal­ ausgang des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers an einen Ü­ bertragungskanal angeschlossen.
Bei dem Übertragungskanal handelt es sich vorzugsweise um ei­ ne Zweidraht-Telefonleitung.
Dem Signalausgang der zweiten Breitband-Treiberschaltung ist vorzugsweise ein Trafoschaltung nachgeschaltet.
Bei dem hochfrequenten Datensignal, das durch die zweite Breitband-Treiberschaltung getrieben wird, handelt es sich vorzugsweise um ein xDSL-Datensignal, insbesondere ein ADSL- Datensignal.
Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfin­ dungsgemäßen Breitbandtreibers unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merk­ male beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Treiber nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Breitband­ treibers;
Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers;
Fig. 4 einen Ausgangsimpedanzverlauf der ersten Breitband- Treiberschaltung zum Treiben niederfrequenter Signale bei der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Breitbandtreibers;
Fig. 5 eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Breitbandtreibers mit voll-differentiell aufge­ bauten Schaltungskomponenten.
Wie man aus Fig. 2 erkennen kann, weist der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 einen ersten Signaleingang 2 zum Empfang von Gleichspannungs-Signalanteilen und Klingelsignalen und einen zweiten Signaleingang 3 zum Empfang niederfrequenter Sprachsignale.
Der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 besitzt einen weite­ ren Signaleingang 7 zum Empfang eines hochfrequenten Daten­ signals, insbesondere eines xDSL-Datensignals.
Der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 weist einen Signal­ ausgang 12 auf, der an eine Übertragungskanal 13, bei­ spielsweise eine Zweidraht-Telefonleitung, angeschlossen ist.
Der Breitbandtreiber 1 enthält eine Summationsschaltung 14, die über Leitungen 15, 16 mit den beiden ersten Signaleingän­ gen 2, 3 verbunden ist und die Gleichspannungsanteile bzw. niederfrequenten Klingeltöne, die an dem ersten Signaleingang 2 anliegen, und die niederfrequenten Sprachsignale, die an dem zweiten Signaleingang 3 anliegen, addiert und überlagert über eine Leitung 17 an einen Signaleingang 18 einer ersten Breitband-Treiberschaltung 19 innerhalb des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1 abgibt. Die erste Breitband- Treiberschaltung 19 dient zum Treiben der niederfrequenten Signale, deren Signalfrequenzen in einem ersten niedrigen Frequenzbereich liegen. Die erste Breitband-Treiberschaltung 19 weist einen Signalausgang 20 auf, der über eine Leitung 21 mit einem Knoten 22 verbunden ist. Der Signalknoten 22 liegt über eine interne Leitung 23 an dem Signalausgang 12 des er­ findungsgemäßen Breitbandtreibers 1 an.
Der Breitbandtreiber 1 besitzt ferner eine zweite Breitband- Treiberschaltung 24, deren Signaleingang 25 über eine Leitung 26 an dem dritten Signaleingang 7 des Breitbandtreibers 1 zum Empfang der hochfrequenten Datensignale anliegt. Die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 besitzt ferner einen Signalaus­ gang 27, der über ein Hochpassfilter 27a und über eine Lei­ tung 28 an dem Knoten 22 angeschlossen ist. Die beiden Sig­ nalausgänge 20, 27 der ersten und zweiten Breitband- Treiberschaltung 19, 24 sind parallel an die Übertragungs­ strecke angeschlossen.
Die erste Breitband-Treiberschaltung 19 dient zum Treiben der niederfrequenten Sprachsignale, der Gleichspannungsanteile sowie der niederfrequenten Ruftöne, deren Signalfrequenzen in einem ersten niedrigen Frequenzbereich liegen. Die parallel geschaltete zweite Breitband-Treiberschaltung 24 ist zum Treiben von hochfrequenten Datensignale vorgesehen, deren Signalfrequenzen in einem zweiten höheren Frequenzbereich liegen. Dabei weist mindestens eine der beiden Breitband- Treiberschaltungen 19, 24 eine frequenzabhängige Mitkopp­ lungsschaltung zur Impedanzsynthese einer frequenzabhängigen Ausgangsimpedanz der Breitband-Treiberschaltung auf. Die durch die Mitkopplungsschaltung erzeugte frequenzabhängige Ausgangsimpedanz einer der beiden Breitband-Treiberschal­ tungen 19, 24 ist dabei in dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich unterschiedlich.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Breitbandtreibers, bei der die erste Breitband- Treiberschaltung 19 eine frequenzabhängige Ausgangsimpedanz aufweist, die in einem niederen Frequenzbereich niedrig ist und in einem hohen Frequenzbereich hoch ist.
Die erste Breitband-Treiberschaltung 19 enthält einen Ein­ gangswiderstand 29, der an den Signaleingang 18 angeschlossen ist. Der Eingangswiderstand 29 liegt über eine Leitung 30 an einem nicht-invertierenden Eingang 31 eines Operationsver­ stärkers 32 an. Der Operationsverstärker 32 wird über Versor­ gungsspannungsanschlüsse 33, 34 mit einer Versorgungsspannung VDDa, VSSa versorgt. Zum Treiben der hochfrequenten Gleichspan­ nungsanteile beträgt die Versorgungsspannung des Operations­ verstärkers 32 mehr als 140 Volt. Der Operationsverstärker 32 besitzt einen Signalausgang 35, der über eine Leitung 36 mit einem Ausgangswiderstand 37 der ersten Breitband- Treiberschaltung 19 verbunden ist. An einem Verzweigungskno­ ten 38 ist der Signalausgang 35 des Operationsverstärkers 32 über eine Gegenkopplungsleitung 39 mit einem invertierenden Signaleingang 40 des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Ausgangswiderstand 37 ist über eine Leitung 41 mit dem Sig­ nalausgang 20 der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 ver­ bunden. Dabei ist der Signalausgang 20 über eine Mitkopp­ lungsleitung 42 mit einem Signaleingang 43 einer Mitkopp­ lungsschaltung 44 verbunden. Die Mitkopplungsschaltung 44 be­ sitzt einen Signalausgang 45, der über eine Leitung 46 an ei­ nem Knoten 47 mit der Leitung 30 verbunden ist. Die Mitkopp­ lungsschaltung 44 bewirkt eine Impedanzsynthese der Ausgangs­ impedanz der ersten Breitband-Treiberschaltung 19. Aufgrund der Impedanzsynthese weist die erste Breitband- Treiberschaltung eine frequenzabhängige Ausgangsimpedanz auf. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform koppelt die Mit­ kopplungsschaltung 44 den Signalausgang 20 der ersten Breit­ band-Treiberschaltung 19 an den Signaleingang der ersten Breitband-Treiberschaltung 19. Die Mitkopplungsschaltung 44 weist eine komplexe Impedanz auf. Dabei besteht die Mitkopp­ lungsschaltung 44 bei der in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsform aus einem Kondensator mit einer komplexen Impedanz, die mit zunehmender Signalfrequenz sinkt.
Die Ausgangsimpedanz des Signalausgangs 20 der ersten Breit­ band-Treiberschaltung 19 beträgt:
wobei
C44 die Kapazität des Mitkopplungskondensators 44,
R29 der Widerstand des Eingangswiderstandes 29, und
R37 der Widerstand des Ausgangswiderstandes 37 ist.
Fig. 4 zeigt den Frequenzgang der Ausgangsimpedanz Zaus der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 in dem in Fig. 3 darge­ stellten erfindungsgemäßen Breitbandtreiber 1. Die Ausgangs­ impedanz Zaus und die Frequenz f sind dabei logarithmisch dar­ gestellt. Bis zu einer unteren Grenzfrequenz fu der Ausgangs­ impedanz zeigt Zaus im wesentlichen den Wert des Ausgangswi­ derstandes R37. Zwischen der unteren Grenzfrequenz fu und ei­ ner oberen Grenzfrequenz fo steigt die Ausgangsimpedanz Zaus stark an und weist oberhalb der oberen Grenzfrequenz fo einen Widerstandswert auf, der im wesentlichen dem Widerstand des Eingangswiderstandes 29 entspricht.
Für die obere und untere Grenzfrequenz gilt:
Bei xDSL-Anwendungen des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1 beträgt die untere Grenzfrequenz fu etwa 14 kHz und die o­ bere Grenzfrequenz fo etwa 138 kHz. Der Eingangswiderstand des Widerstandes 29 beträgt typischerweise etwa 5 bis 10 kΩ, während der Widerstand des Ausgangswiderstandes 37 bei etwa 200 Ω liegt. Die Kapazität des Mitkopplungskondensators 44 liegt im Nanofarad-Bereich. Die hohe Ausgangsimpedanz Zaus im hohen Frequenzbereich verhindert einen Kurzschluß mit dem in diesem Frequenzbereich niederohmigen Signalausgang der zwei­ ten Breitband-Treiberschaltung 24.
Wie man aus Fig. 3 erkennen kann, enthält der erfindungsgemä­ ße Breitbandtreiber der dort dargestellten bevorzugten Aus­ führungsform eine zweite Breitband-Treiberschaltung 24 für die hochfrequenten xDSL-Datensignale. Der Signaleingang 25 der zweiten Breitband-Treiberschaltung 24 ist über eine Lei­ tung 48 mit dem nicht-invertierenden Signaleingang 49 eines Operationsverstärkers 50 verbünden. Der Operationsverstärker 50 erhält über Versorgungsspannungsanschlüsse 51, 52 eine Versorgungsspannung VDDb, VSSb. Die Versorgungsspannung liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 30 Volt. Der Operationsverstärker 50 weist ein Signalausgang 53 auf, der über eine Signalleitung 54 an einen Ausgangswiderstand 25a angeschlossen ist. Bei einem Verzweigungsknoten 55 ist der Signalausgang 53 des Operationsverstärkers 50 über eine Kop­ pelleitung 56 mit einem invertierenden Signaleingang 57 des Operationsverstärkers 50 verbunden. Die zweite Breitband- Treiberschaltung 24 enthält ferner einen Kondensator 58, der über einen Ausgangswiderstand 25a an den Signalausgang 27 der Breitband-Treiberschaltung 24 angeschlossen ist. Der Konden­ sator 58 wirkt als analoges Hochpaßfilter für die hochfre­ quenten Datensignale.
Die beiden Operationsverstärker 32, 50 der beiden Breitband- Treiberschaltungen 19, 24 sind beide breitbandig aufgebaut. Der Operationsverstärker 50 benötigt beispielsweise zum Trei­ ben von ADSL-Datensignalen eine Signalbandbreite von etwa 1,1 MHz. Für die Impedanzsynthese weist der Operationsver­ stärker 32 der ersten Breitband-Treiberschaltung ebenfalls eine derartig hohe Signalbandbreite von etwa 1,1 MHz auf. Darüber hinaus besitzen die beiden Operationsverstärker 32, 50 vorzugsweise eine Linearität von über 65 dB.
Fig. 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1. Bei der in Fig. 5 dar­ gestellten Ausführungsform sind die wesentlichen Schaltungs­ komponenten voll-differentiell aufgebaut. Darüber hinaus kop­ peln die Mitkopplungsschaltungen 44a, 44b die Signalausgänge 20a, 20b der ersten Breitband-Treiberschaltung an einen Sig­ nalknoten 72a, 72b einer Signal-Vorverstärkerschaltung 60. An dem Signaleingang 59 der Signal-Vorverstärkerschaltung 60 liegen die niederfrequenten Sprachsignale, die niederfrequen­ ten Klingelsignale sowie die Gleichspannungssignale an. Die Signal-Vorverstärkerschaltung 60 enthält einen voll- differentiell aufgebauten Operationsverstärker 61 mit einem nicht-invertierenden Signaleingang 62, einem invertierenden Signaleingang 63, einem Gleichtaktsignaleingang 64, einem in­ vertierten Signalausgang 65 und einem nicht-invertierten Sig­ nalausgang 66. Darüber hinaus wird der voll-differenziell aufgebaute Operationsverstärker 61 über Versorgungsspannungs­ anschlüsse 67, 68 mit einer Versorgungsspannung VDD, Vss ver­ sorgt. Die angelegte Gleichtaktspannung beträgt vorzugsweise (VDD + VSS)/2. An den Signaleingängen 59a, 59b der Signal- Vorverstärkerschaltung 60 sind Eingangswiderstände 69a, 69b vorgesehen, die über Leitungen 70a, 70b mit den Eingängen 62, 63 des Operationsverstärkers 61 verbunden sind. Die Signal- Vorverstärkerschaltung 60 enthält ferner Gegenkopplungswider­ stände 71a, 71b. Der Ausgang 45a, 45b der Mitkopplungsschal­ tungen 44a, 44b ist über Leitungen 46a, 46b und über Signal­ knoten 72a, 72b an die Leitungen 70a, 70b angeschlossen. An Signalknoten 73a, 73b sind die Gegenkopplungswiderstände 71a, 71b über Leitungen 74a, 74b mit den Signalknoten 73a, 73b verbunden. Die Gegenkopplungswiderstände 71a, 71b sind ferner über Leitungen 75a, 75b mit den nicht-invertierenden Signal­ eingängen 31a, 31b der Operationsverstärker 32a, 32b der ers­ ten Breitband-Treiberschaltung 19 verbunden. Der invertieren­ de Signalausgang 65 des voll-differentiellen Operationsver­ stärkers 61 liegt über eine Leitung 76a und einem Knoten 77a an der Verbindungsleitung 75a an. Der nicht-invertierende Signalausgang 66 des Operationsverstärkers 61 liegt über eine Leitung 76b und einen Knoten 77b an der Verbindungsleitung 75b an.
Die Signalverstärkung der Signal-Vorverstärkerschaltung 60 wird über die Widerstände 69, 71 eingestellt. Die Signalver­ stärkung V beträgt dabei:
V = R71/R69 (4)
Solange f ≦ fu.
Die Mitkopplungsschaltung 44a bzw. 44b besteht bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform aus einer Reihenschal­ tung eines Kondensators 78 und eines Widerstandes 79.
Für den Ausgangswiderstand der ersten Breitband-Treiberschal­ tung 19 zwischen den Signalausgängen 20a, 20b gilt:
Aufgrund der Mitkopplung des Signalausgangs der ersten Breit­ band-Treiberschaltung 19 auf den Signaleingang der Signal- Vorverstärkerschaltung 60, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, sind Unsymmetrien zwischen den Bauelementen, die beispiels­ weise aufgrund des Herstellungsprozesses entstehen, sehr viel besser tolerierbar als bei einer Rückkopplung des Signalaus­ gangs 20 der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 auf den Signaleingang 31a, 31b der Breitband-Treiberschaltung 19. Die Auswirkungen einer Unsymmetrie werden durch die Gleichtaktun­ terdrückung an dem Eingang des Operationsverstärkers 61 um den Wert der Eingangsgleichtaktunterdrückung verringert.
Die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 für die hochfrequen­ ten Datensignale ist bei der in Fig. 5 dargestellten Ausfüh­ rungsform voll-differentiell aufgebaut, wobei die Signalaus­ gänge 53a, 53b der Operationsverstärker 50a, 50b jeweils über Rückkopplungswiderstände 80a, 80b mit den invertierenden Sig­ naleingängen 57a, 57b verbunden sind. Darüber hinaus sind die invertierenden Signaleingänge 57a, 57b und die Operationsver­ stärker 50a, 50b über einen Widerstand 80c miteinander ver­ bunden.
Ausgangsseitig ist die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 über eine Trafoschaltung 81 an den Signalausgang 12a, 12b des Breitbandtreibers 1 geschaltet. Die Trafoschaltung 81 besteht aus einer Primärspule 82, deren Eingänge an die Widerstände 25a, 25b angeschlossen sind, und zwei Sekundärspulen 83a, 83b, die über Leitungen 84a, 84b mit dem Signalausgang 12a, 12b und die über einen Kondensator 85 miteinander verbunden sind. Die Trafoschaltung 81 besitzt ein Übersetzungsverhält­ nis n. Durch entsprechende Einstellung des Übersetzungsver­ hältnisses n kann die Versorgungsspannung für die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 verringert werden, wodurch die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 in einer schnelleren Technologie aufgebaut werden kann. Die Widerstände 37a, 37b und die Widerstände 25a, 25b dienen der Anpassung an die Ü­ bertragungsstrecke bzw. der Leitungsanpassung.
Anstatt der Trafoschaltung 81 kann den Widerständen 25a, 25b wie in Fig. 3 jeweils ein Kondensator 58 nachgeschaltet wer­ den.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind alle Bauelemente symmetrisch aufgebaut, d. h. sie erfüllen folgende Bedingung:
Ria = Rib
Cia = Cib (6)
Wie man aus den Fig. 3 und 4 erkennen kann, enthält der er­ findungsgemäße Breitbandtreiber 1 keinerlei Induktivitäten, so dass er schaltungstechnisch mit Ausnahme der Kondensatoren 44, 78a, 785 in einfacher Weise integrierbar ist. Die Konden­ satoren 44, 78a, 78b weisen eine sehr hohe Spannungsfestigkeit von über 100 Volt auf.
Bei weiteren Ausführungsformen kann mittels Rückkopplung der Ausgangswiderstand der zweiten Breitband-Treiberschaltung aufgrund von Impedanzsynthese erzeugt werden.
Der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 eignet sich insbeson­ dere für den Einsatz von niederfrequenten Sprachsignalen und hochfrequenten xDSL-Datensignalen.
Bezugszeichenliste
1
Breitbandtreiber
2
Signaleingang
3
Signaleingang
7
Signaleingang
12
Signalausgang
13
Übertragungskanal
14
Summationsschaltung
15
Leitung
16
Leitung
17
Leitung
18
Signaleingang
19
erste Breitband-Treiberschaltung
20
Signalausgang
21
Leitung
22
Knoten
23
Leitung
24
zweite Breitband-Treiberschaltung
25
Signaleingang
25
a Ausgangswiderstand
26
Leitung
27
Signalausgang
27
a Hochpassfilter
28
Leitung
29
Eingangswiderstand
30
Leitung
31
nicht-invertierender Eingang
32
Operationsverstärker
33
Versorgungsspannungsanschlüsse
34
Versorgungsspannungsanschlüsse
35
Signalausgang
36
Leitung
37
Ausgangswiderstand
38
Verzweigungsknoten
39
Gegenkopplungsleitung
40
Invertierender Signaleingang
41
Leitung
42
Mitkopplungsleitung
43
Signaleingang
44
Mitkopplungsschaltung
45
Ausgang
46
Leitung
47
Knoten
48
Leitung
49
nicht-invertierender Signaleingang
50
Operationsverstärker
51
Versorgungsspannungsanschluss
52
Versorgungsspannungsanschluss
53
Signalausgang
54
Signalleitung
55
Verzweigungsknoten
56
Koppelleitung
57
invertierender Signaleingang
58
Kondensator
59
Signaleingang
60
Signalvorverstärkerschaltung
61
voll-differenziell aufgebauter Operationsverstärker
62
nicht-invertierender Signaleingang
63
invertierender Signaleingang
64
Gleichtaktsignaleingang
65
invertierender Signalausgang
66
nicht-invertierender Signalausgang
67
Versorgungsspannungsanschluss
68
Versorgungsspannungsanschluss
69
Eingangswiderstand
70
Leitung
71
Gegenkopplungswiderstand
72
Signalknoten
73
Signalknoten
74
Leitung
75
Leitung
76
Leitung
77
Knoten
78
Kondensator
79
Widerstand
80
Widerstand
81
Trafoschaltung
82
Primärspule
83
Sekundärspule
84
Leitung
85
Kondensator

Claims (16)

1. Breitbandtreiber für Signale, die in verschiedenen Fre­ quenzbereichen übertragen werden, mit:
  • a) einer ersten Breitband-Treiberschaltung (19) zum Treiben von ersten Signalen mit Signalfrequenzen, die in einem ersten Frequenzbereich liegen;
  • b) einer zweiten Breitband-Treiberschaltung (24) zum Treiben von zweiten Signalen mit Signalfrequenzen, die in einem zweiten Frequenzbereich liegen;
  • c) wobei mindestens einer der beiden Breitband-Treiberschal­ tungen (19) eine frequenzabhängige Mitkopplungsschaltung (44) zur Impedanzsynthese einer frequenzabhängigen Ausgangsimpe­ danz (Zaus) der Breitband-Treiberschaltung (19) aufweist und die Ausgangsimpedanz (Zaus) in dem ersten Frequenzbereich und in dem zweiten Frequenzbereich unterschiedlich hoch ist.
2. Breitbandtreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Breitband-Treiberschaltung (19) zum Treiben niederfrequenter Sprachsignale, niederfrequenter Klingelsig­ nale und von Gleichspannungssignalen vorgesehen ist.
3. Breitbandtreiber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Breitband-Treiberschaltung (24) zum Treiben hochfrequenter Datensignale vorgesehen ist.
4. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Breitband-Treiberschaltung (19) eine Signal- Vorverstärkerschaltung (60) vorgeschaltet ist.
5. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitkopplungsschaltung (44) einen Signalausgang (20) der ersten Breitband-Treiberschaltung (19) an einen Signal­ eingang der ersten Breitband-Treiberschaltung (19) koppelt.
6. Breitbandtreiber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitkopplungsschaltung (44) den Signalausgang (20) der ersten Breitband-Treiberschaltung (19) an einen Signal­ eingang der Signal-Vorverstärkerschaltung (60) koppelt.
7. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitkopplungsschaltung (44) eine komplexe Impedanz aufweist.
8. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitkopplungsschaltung (44) einen Kondensator auf­ weist.
9. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplexe Impedanz der Mitkopplungsschaltung (44) mit zunehmender Signalfrequenz sinkt.
10. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitband-Treiberschaltungen (19, 24) voll- differentiell aufgebaut sind.
11. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalvorverstärkerschaltung (60) voll-differentiell aufge­ baut ist.
12. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgänge (20, 27) der beiden Breitband- Treiberschaltungen (19, 24) parallel geschaltet sind und über einen Signalausgang (12) des Breitbandtreibers (1) an einen Übertragungskanal (13) angeschlossen sind.
13. Breitbandtreiber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungskanal (13) eine Zweidraht-Telefonleitung ist.
14. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Signalausgang der zweiten Breitband-Treiberschaltung (24) eine Trafoschaltung (81) nachgeschaltet ist.
15. Breitbandtreiber nach einem der vorangehenden Anspruche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfrequente Datensignal ein xDSL-Signal ist.
16. Breitbandtreiber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfrequente Datensignal ein ADSL-Datensignal ist.
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