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Die Erfindung betrifft einen Transceiver
bzw. eine Sende- und Empfangsschaltung mit integrierter Hybrid-Schaltung.
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1 zeigt
eine Sende- und Empfangsschaltung bzw. einen Transceiver nach dem
Stand der Technik.
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Die Sende- und Empfangsschaltung
enthält eine
Sendesignalquelle, die ein Sendesignal an einen Leitungssignaltreiber
LT abgibt. Der Leitungstreiber ist differentiell aufgebaut und verstärkt das
empfangene Sendesignal. Ausgangsseitig ist der Leitungstreiber über Widerstände an eine
Sendesignalleitung zur Übertragung
eines Sende- und Empfangssignals angeschlossen. Die Signalleitung
weist eine bestimmte Leitungsimpedanz auf.
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Die Sende- und Empfangsschaltung
enthält ein
Empfangsfilter, das das über
die Signalleitung empfangene Signal herausfiltert. Ein zwischen
dem Leitungstreiber LT und den Widerständen R angeschlossenes Echokompensationsfilter
bzw. Balancingfilter dient zur Nachbildung des Frequenzganges, den
das Sendesignal bis zum Eingang des Subtrahierers durch ZLINE und das Empfangsfilter erfährt. Das
Echokompensationsfilter filtert das durch den Leitungstreiber LT
verstärkte
Sendesignal heraus. Das durch das Echokompensationsfilter herausgefilterte
Sendesignal wird von einem Ausgangssignal des Empfangsfilters durch
einen Subtrahierer subtrahiert, so dass das in das Ausgangssignal
des Empfangsfilters enthaltene Sendesignal kompensiert wird. Am
Ausgang des Subtrahierers liegt dann das gewünschte Empfangssignal an, welches
zur weiteren Signalverarbeitung einer Empfangssignalverarbeitungsschaltung
innerhalb des Transceivers zugeführt
wird.
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Sende- und Empfangsschaltungen bzw. Transceiver
die in Breitband-Kommunikationssystemen insbesondere in XDSL-Systemen
eingesetzt werden, müssen
sehr hohe Anforderungen bezüglich der
Verlustleistung erfüllen.
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In dem deutschen Patent Nr. 100 45
721 wird eine differentielle Leitungstreiberschaltung beschrieben,
die mit einer geringen Versorgungsspannung auskommt und eine niedrige
Verlustleistung aufweist. Die dort beschriebene differentielle Leitungstreiberschaltung
besitzt zwei Eingangsanschlüsse
zum Anlegen eines ersten und zweiten Eingangssignals. Die differentielle
Leitungstreiberschaltung enthält
ferner zwei Operationsverstärker.
Der nicht-invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers ist
mit dem ersten Eingangsanschluss der Leitungstreiberschaltung verbunden
und der Signalausgang des ersten Operationsverstärkers ist über einen Rückkoppelwiderstand mit dem
invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers verbunden.
Der nicht-invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers ist
mit dem zweiten Eingangsanschluss der Leitungstreiberschaltung verbunden.
Der Signalausgang des zweiten Operationsverstärkers liegt über einen
weiteren Rückkoppelwiderstand
an dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers an.
Ein Einstellwiderstand dient zur Verstärkungseinstellung, wobei der
Einstellwiderstand zwischen den invertierenden Eingängen der
beiden Operationsverstärker
geschaltet ist. Ferner ist ein erster Anpassungswiderstand, der
zwischen dem Signalausgang des ersten Operationsverstärkers und einem
Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung geschaltet ist, vorgesehen.
Ein zweiter Anpassungswiderstand ist zwischen dem Signalausgang des
zweiten Operationsverstärkers
und einem zweiten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung vorgesehen.
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Die differentielle Leitungstreiberschaltung der
DE 100 45 721 besitzt einen
ersten und zweiten Mitkoppelwiderstand. Der erste Mitkoppelwiderstand wird
zwischen dem ersten Ausgangsanschluss der Leitungstreiberschaltung
und dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers geschaltet.
Der zweite Mitkoppelwiderstand ist zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss
der Leitungstreiberschaltung und dem invertierenden Eingang des ersten
Operationsverstärkers
vorgesehen. Bei der herkömmlichen
differenziellen Leitungstreiberschaltung, wie sie in der
DE 100 45 721 beschrieben
wird, ist die Ausgangsimpedanz der Leitungstreiberschaltung an die
Impedanz der Signalleitung angepasst. Dabei wird die Ausgangsimpedanz
durch das Produkt eines Ausgangsimpedanzsynthesefaktors und der
Summe der Impedanzen der beiden Anpassungswiderstände bestimmt.
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Bei dem in
1 dargestellten Transceiver nach dem
Stand der Technik kann eine differentielle Leitungstreiberschaltung,
wie sie in der
DE 100 45 721 beschrieben
ist, nicht eingesetzt werden, da das Echokompensationsfilter bei
Verwendung eines Leitungstreibers LT mit Impedanzensynthese nicht
mehr direkt an die empfangssignalfreien Ausgänge des Leitungstreibers anschließbar sind.
Ein Leitungstreiber LT mit synthetisierter Ausgangsimpedanz weist physikalisch
keine empfangssignalfreien Ausgänge auf.
Ein Anschluss des Echokompensationsfilters an die Signaleingänge des
Leitungstreibers LT ist ebenfalls nicht möglich, da die Nichtlinearitäten des
Leitungstreibers LT an dem Subtrahierer nicht mehr zur Kompensation
gebracht werden. Hierzu hat der Leitungstreiber um die Echounterdrückung des
analogen Echokompensationsfilters bzw. Balancefilters linearer aufgebaut
zu sein, d.h. in einer Größenordnung
von 20 bis 30 Dezibel. Dies wiederum führt nachteiligerweise zu höheren Ruheströmen im Leitungstreiber
LT und somit zu einer höheren
Verlustleistung. Ein Anschluss des Echokompensationsfilters zwischen
dem synthetisierten Anteil (R
SYN) und dem
physikalischen Anteil (R) der Abschlussimpedanz ist ebenfalls nicht
möglich.
In diesem Falle wird ein Großteil
des Empfangssignals durch den Subtrahierer unterdrückt.
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Aufgrund der o.g. Nachteile wird
daher bisher auf den Einsatz von synthetisierten Leitungstreibern
LT, d.h. von Leitungstreibern, die eine synthetisierte Ausgangsimpedanz
aufweisen, in Breitband-Kommunikationssystemen, die Echokompensationsfilter
beinhalten, verzichtet.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Transceiver mit Echokompensationsfilter zu schaffen, der aufgrund
des differentiell aufgebauten Leitungstreibers mit synthetisierter
Ausgangsimpedanz eine geringe Verlustleistung aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Transceiver mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die Erfindung schafft einen Transceiver
für ein über eine
Signalleitung übertragbares
Sende- und Empfangssignal mit:
einem Leitungstreiber zum Treiben
eines Sendesignals über
die Signalleitung und mit einem analogen Echokompensationsfilter
zur Signalunterdrückung
eines durch das Sendesignal hervorgerufenen Echosignals,
wobei
der Leitungstreiber eine synthetisierte Ausgangsimpedanz aufweist
und eine Hybridschaltung vorgesehen ist, die zum Anschluss des analogen Echokompensationsfilters
an die Signalübertragungsleitung
vorgesehen ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Transceiver
ist eine Hybridschaltung vorgesehen, die den Anschluss des analogen
Echokompensationsfilters auch bei Verwendung eines Leitungstreibers
mit synthetisierter Ausgangsimpedanz ermöglicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Transceivers
ist das analoge Echokompensationsfilter programmierbar.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Transceivers weist
die Übertragungsfunktion
des Echokompensationsfilters eine programmierbare Polstelle und
eine programmierbare Nullstelle auf.
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Der Leitungstreiber ist vorzugsweise
differentiell aufgebaut.
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Die synthetisierte Ausgangsimpedanz
ist vorzugsweise real.
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Die in dem erfindungsgemäßen Transceiver eingesetzte
Hybridschaltung weist vorzugsweise einen ersten zweipoligen Anschluss
zum Anschluss an den Ausgang des Leitungstreibers,
einen zweiten
zweipoligen Anschluss zum Anschluss an die Signalleitung und
einen
dritten zweipoligen Anschluss zum Anschluss an das Echokompensationsfilter
auf.
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Zwischen dem ersten Anschluss der
Hybridschaltung und dem zweiten Anschluss der Hybridschaltung sind
vorzugsweise Reihenwiderstände vorgesehen,
die in Reihe zu der Leitungsimpedanz ZLINE der
Signalleitung geschaltet sind.
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Zwischen dem ersten Anschluss der
Hybridschaltung und dem zweiten Anschluss der Hybridschaltung sind
vorzugsweise jeweils ein erster und ein zweiter in Reihe geschalteter
Kreuzkoppelwiderstand vorgesehen.
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Der dritte zweipolige Anschluss der
Hybridschaltung zum Anschluss des Echokompensationsfilters ist vorzugsweise
zwischen jeweils zwei in Reihe geschalteten Kreuzkoppelwiderständen abgegriffen.
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Die in der Hybridschaltung verschalteten
Widerstände
sind vorzugsweise reale Widerstände.
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Die Hybridschaltung ist bei einer
bevorzugten Ausführungsform
symmetrisch aufgebaut.
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Der erfindungsgemäße Transceiver weist vorzugsweise
ein analoges Empfangsfilter zum Filtern eines über die Signalleitung empfangenen
Signals auf.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Transceivers
ist eine Subtrahierschaltung vorgesehen, die von dem gefilterten
Ausgangssignal des Empfangsfilters das durch das analoge Echokompensationsfilter
herausgefilterte Sendesignal zur Generierung eines von dem Echosignal befreiten
Empfangssignals subtrahiert.
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Der erfindungsgemäße Transceiver wird vorzugsweise
für Breitbandkommunikationssysteme verwendet.
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Das Breitbandkommunikationssystem
ist vorzugsweise ein xDSL-Breitbandkommunikationssystem.
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Im weiteren wird eine bevorzugte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Transceivers
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren zur Erläuterung
erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen
Transceiver nach dem Stand der Technik;
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2 eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Transceivers.
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Der Transceiver bzw. die Sende- und
Empfangsschaltung 1 gemäß der Erfindung,
wie es in 2 dargestellt
ist besitzt ein Leitungsinterface mit zwei Anschlüssen 2a, 2b zum
Anschluss einer Signalleitung mit einer bestimmten Leitungsimpedanz ZLINE. Über
die Signalleitung sendet der Transceiver 1 ein Sendesignal
und empfängt
ein Empfangssignal. Der Transceiver 1 verfügt über eine
Sendesignalquelle 3, die ausgangsseitig über Leitungen 4a, 4b, an
Eingangsanschlüsse 5a, 5b eines Leitungstreibers 6 angeschlossen
ist. Der Leitungstreiber 6 dient zur Signalverstärkung des
Sendesignales und ist vorzugsweise differentiell aufgebaut. Zur
Signalverstärkung
enthält
der Leitungstreiber 6 bei einer bevorzugten Ausführungsform
mindestens einen Operationsverstärker 7 mit
synthetisierten Ausgangsimpedanzen 7a, 7b zur
Verlustleitungsminimierung. Der Leitungstreiber 6 besitzt
Ausgangssignalklemmen 8a, 8b, die über Leitungen 9a, 9b mit
Anschlussklemmen 10a, lOb eines ersten zweipolige Anschlusses 10 einer
Hybridschaltung 11 verbunden sind. Die Hybridschaltung 11 weist
insgesamt drei zweipolige Anschlüsse 10a, 10b auf.
Der erste zweipolige Anschluss dient zum Anschluss an den Ausgang
des Leitungstreibers 6. Der zweite zweipolige Anschluss 12 mit
den Anschlussklemmen 12a, 12b dient zum Anschluss
der Hybridschaltung 11 an das Leitungsinterface 2a, 2b des
Transceivers 1. Hierzu sind die Anschlussklemmen 12a, 12b über Signalleitungen 13a, 13b mit
den Anschlussklemmen 2a, 2b des Leitungsinterfaces 2 verbunden.
Die Hybridschaltung 11 verfügt über einen dritten zweipoligen
Anschluss 14 mit Anschlussklemmen 14a, 14b zum
Anschluss eines analogen Echokompensationsfilters bzw. B-Filters 15.
Das Echokompensationsfilter 15 ist über Leitungen 16a, 16b mit
den Anschlussklemmen 14a, 14b der Hybridschaltung 11 verbunden.
Das Echokompensationsfilter 15 ist ein analoges Filter,
das zur Signalunterdrückung
eines durch das Sendesignal hervorgerufenen Echosignals vorgesehen
ist.
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Das analoge Echokompensationsfilter 15 ist vorzugsweise
programmierbar. Das Echokompensationsfilter 15 kann dabei
an die komplexe Leitungsimpedanz ZLINE angepasst
werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Echokompensationsfilters 15 bzw.
B-Filters 15 besteht dieses Filter aus einer aktiven Stufe
und einem passiven Schaltungsteil. Das Echokompensationsfilter 15 weist
vorzugsweise eine Übertragungsfunktion
mit einer Polstelle und einer Nullstelle auf. Das Echokompensationsfilter 15 bildet
das durch den Transceiver 1 gesendete Sende-Signal nach
und gibt dieses nachgebildete Sendesignal über Leitungen 17 an
einen ersten Eingang 18 einer Subtrahierschaltung 19 ab.
Dabei bildet das Echokompensationsfilter 15 den Frequenzgang nach,
den das Sendesignal bis zum Eingang des Subtrahierers durch ZLINE und das Empfangsfilter erfährt. Die
Subtrahierschaltung 19 weist einen weiteren Eingang 20 auf,
der über
Leitungen 21 an einen Ausgang eines Empfangfilters 22 angeschlossen
ist. Das analoge Empfangsfilter 22 ist eingangsseitig über Leitungen 23a, 23b mit
dem Leitungsinterface 2a, 2b des Transceivers 1 verbunden.
Das Empfangsfilter 22 filtert aus dem an dem Leitungsinterface 2a, 2b anliegenden
Signal das Empfangssignal heraus. Das Empfangssignal und das ihm überlagerte
Sendesignal wird ausgangsseitig von dem Empfangsfilter 22 an
den zweiten Eingang 20 der Subtrahierschaltung 19 abgegeben.
Die Subtrahierschaltung 19 subtrahiert von dem mit dem
Sendesignal überlagerten
Empfangssignal das von dem Echokompensationsfilter 15 herausgefilterte
Sendesignal, so dass das in dem überlagerten
Signal enthaltene Sendesignal kompensiert wird. Die Subtrahierschaltung 19 gibt
ausgangsseitig das reine Empfangssignal über Leitungen 24 an
eine in dem Transceiver enthaltene Empfangssignalverarbeitungsschaltung 25 zur
weiteren Signalverarbeitung ab.
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Die Hybridschaltung 11 wird
zum Anschluss des analogen Echokompensationsfilters 15 an
die Signalübertragungsleitung
vorgesehen. Durch die Leitungstreiberschaltung 6 wird das
von der Sendesignalquelle 3 abgegebene Sendesignal verstärkt und mit
Nichtlinearitäten
beaufschlagt. Um das mit Nichtlinearität des Leitungstreibers 6 beaufschlagte
Sendesignal am Ausgang des Leitungstreibers 6 zu erhalten
wird die Hybridschaltung 11 speziell dimensioniert. Die
Hybridschaltung 11 verfügt über Reihenwiderstände R1,
R1' die in Längsrichtung
zwischen dem ersten zweipoligen Anschluss 10a, 10b und
dem zweiten zweipoligen Anschluss 12a, 12b geschaltet sind.
Die Reihenwiderstände
R1, R1' werden vorzugsweise durch die Anpassungswiderstände des Leitungstreibers 6 gebildet,
die zur Impedanzsynthese vorgesehen sind. Darüber hinaus sind in der Hybridschaltung 11 erste
und zweite Kreuzkoppelwiderstände R2,
R3 und R2' und R3' vorgesehen. Jeweils zwei Kreuzkoppelwiderstände R2,
R3' und R3, R2' sind dabei, wie aus 2 ersichtlich,
in Reihe geschaltet. Der dritte zweipolige Anschluss 14 der
Hybridschaltung 11 wird zwischen den in Reihe geschalteten
Kreuzkoppelwiderständen
R2', R3 bzw. R2, R3' über
Leitungen 26a, 26b abgegriffen. Die Hybridschaltung 11 ist
symmetrisch aufgebaut, d.h. es gilt:
R1 = R1'
R2 = R2'
und
R3 = R3'
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Die synthetisierten Ausgangsimpedanzen 7a, 7b der
Leitungstreiberschaltung 6 und die Widerstände R1,
R1' dienen als Abschlussimpedanzen für den Transceiver 1.
Durch die Hybridschaltung 11 wird an dem dritten zweipoligen
Anschluss 14a, 14b das von einem Leitungstreiber 6 verstärkte Sendesignal abgegeben.
Dies wird erreicht, indem man das an dem Leitungsinterface 2a, 2b ankommende
Empfangssignal am Ausgang 14a, 14b der Hybridschaltung 11 vollständig zur
Auslöschung
bringt.
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Das durch den Transceiver
1 an
dem Leitungsinterface
2a,
2b empfangene Signal
ist an dem Ausgang des Leitungstreiber
6 verglichen mit
der Amplitude an dem Leitungsinterface
2a,
2b um
einen Faktor F
kleiner, aufgrund der durch
die Widerstände
hervorgerufenen Spannungsteilung. Damit durch das Empfangssignal
an dem Ausgangsanschluss
14a,
14b der Hybridschaltung
11 keine
Ansteuerung hervorgerufen wird, wird der Widerstand R2 um diesen
Faktor F kleiner gewählt
als der Widerstand des Widerstandes R3. Bei diese Dimensionierung
gilt ferner die Randbedingung, dass die Widerstandswerte der Reihenwiderstände R1,
R1' viel kleiner sind als die Widerstandswerte der Kreuzkoppelwider stände R2,
R2' und R3, R3', beispielsweise um etwa zweihundert Mal geringer.
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Für
eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der Hybridschaltung 11 ist diese symmetrisch aufgebaut,
wobei
R1 = R1',
R2 = R2' und
R3 = R3' gilt .
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Ferner genügen die Widerstandswerte unter der
Nebenbedingung R1, R1' kleiner R2, R2', R3, R3' in folgender Beziehung:
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Wird die Hybridschaltung 11 entsprechend den
o.g. Bedingungen dimensioniert ist das Ausgangssignal der Hybridschaltung
am dritten Anschluss 14a, 14b vollständig von
Empfangsignalanteilen befreit. Dies gilt für beliebige Impedanzwerte der
Leitungsimpedanz ZLINE. Dem B-Filter 15 werden somit
ausschließlich
das mit den Nichtlinearitäten des
Leitungstreibers 6 beaufschlagte verstärkte Sendesignal zugeführt. Das
B-Filter bzw. Echokompensationsfilter 15 generiert
daraus ein dem Frequenzgang des Empfangssignalpfades nachgebildetes Sendesignal,
das dem Subtrahierer 19 zugeführt wird. Durch die Hybridschaltung 11 ist
es möglich,
ein B-Filter 15 bzw. Echokompensationsfilter 15 auch
bei Leitungstreibern 6 mit synthetisierter Ausgangsimpedanz
vorzusehen. Aufgrund der synthetisierten Ausgangsimpedanz ist die
Verlustleistung des Leitungstreibers 6 innerhalb des Transceivers 1 gering.
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Der erfindungsgemäße Transceiver 1 zeichnet
sich somit durch eine geringe Verlustleistung bei gleichzeitiger
hoher Echosignalunterdrückung
aus. Der Transceiver 1 eignet sich somit hervorragend für den Einsatz
in Breitband-Kommunikationssystemen, insbesondere von xDSL-Kommunikationssystemen.
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- 1
- Transceiver
- 2
- Leitungsinterface
- 3
- Sendesignalquelle
- 4
- Leitung
- 5
- Leitungstreiber
Eingang
- 6
- Leitungstreiberschaltung
- 7
- Operationsverstärker
- 7a,7b
- synthetisierte
Ausgangsimpedanz
- 8
- Leitungstreiberausgang
- 9a,9b
- Leitungen
- 10a,10b
- Anschluss
der Hybridschaltung
- 11
- Hybridschaltung
- 12a,12b
- zweiter
Anschluss der Hybridschaltung
- 13a,13b
- Leitungen
- 14a,14b
- dritter
Anschluss der Hybridschaltung
- 15
- Echokompensationsfilter
- 16a,16b
- Leitungen
- 17
- Leitungen
- 18
- Eingang
des Subtrahierers
- 19
- Subtrahierer
- 20
- Eingang
des Subtrahierers
- 21
- Leitungen
- 22
- Empfangsfilter
- 23a,23b
- Leitungen
- 24
- Signalleitungen
- 25
- Empfangssignalverarbeitungsschaltung
- 26a,26b
- Leitungen