DE1248711B

DE1248711B - Übertragungsleitung fur lmpulsformige Signale

Info

Publication number: DE1248711B
Application number: DE1965J0029579
Authority: DE
Inventors: San Jose Calif Andrew Robert Berdmg (V St A)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-12-17
Filing date: 1965-12-11
Publication date: 1967-08-31
Also published as: CH437418A; US3383526A; DE1248711C2; NL6516295A; SE323418B; NL152417B; FR1457866A; GB1097919A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4WrW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Tnt. CL: H 03 k S ~~O*Q.

Deutsche Kl.: 21 zl-prfW £ 1UL

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 29579 VIII a/21 al
11. Dezember 1965
31. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Übertragungsleitung für impulsförmige Signale, an deren Ausgang eine Begrenzerschaltung angeordnet ist, die oberhalb einer vorgegebenen Signalamplitude einen Abschlußwiderstand mit einem den Wert des Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung entsprechenden Wert wirksam werden läßt.

Bei Impulsübertragung auf Übertragungsleitungen oder, was damit gleichbedeutend ist, Verzögerungsleitungen ergibt sich der Nachteil, daß die Anstiegs- flanke des zu übertragenden Impulses abgeflacht wird. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn diese Übertragungsleitung als Treiberleitung in einem Magnetkernspeicher verwendet wird. Diese Abflachung setzt der Betriebsgeschwindigkeit eine obere Grenze, so daß das Bestreben dahin geht, diese Grenze weiter hinauszuschieben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, an einer Übertragungsleitung solche Maßnahmen zu treffen, daß die normalerweise bei einer Übertragungsleitung bedingte Abflachung des übertragenen Impulses soweit wie möglich herabgesetzt wird.

In der USA.-Patentschrift 2 727 143 ist zwar bereits eine Begrenzerschaltung der oben beschriebenen Art gezeigt; sie dient aber nicht zur Durchführung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe. Diese bekannte Schaltung hat vielmehr den Zweck, die auf einer Übertragungsleitung auftretenden unerwünschten Reflexionen in ihrer Wirkung auszuschalten, indem beim Überschreiten bestimmter Amplituden durch die dort gezeigte Diodenschaltung der der Übertragungsleitung zugeordnete Abschlußwiderstand wirksam wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Begrenzerschaltung eine in Durchlaßrichtung vorgespannte, aber für die von der. Impülsquelle übertragenen Impulssignale in Sperrichtung gepolte Diodenstrecke parallel zum Abschlußwiderstand geschaltet ist und daß die Vorspannung so hoch gewählt ist, daß die Amplitude der eingespeisten Impulssignale der Impulsquelle um ein Vielfaches kleiner ist und ihre vorgegebene Signalamplitude erst nach einer diesem Vielfachen entsprechenden Anzahl von Reflexionen der eingespeisten Impulssignale erreicht wird, indem dieses Vielfache so bemessen ist, daß eine Anstiegszeit eines zu übertragenden Impulses erzielt wird, die etwa ein Drittel derjenigen Anstiegszeit beträgt, die sich bei bloßer Anwendung einer als verlustlos angenommenen Übertragungsleitung ergibt. Die erfindungsgemäße Schaltung ist besonders dann vorteilhaft, wenn es sich um Übertragung von Stromimpulsen handelt. Während also bei der be-Übertragungsleitung für impulsförmige Signale

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Andrew Robert Berding,
San Jose, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Dezember 1964
(419 050)

kannten Anordnung die Wirkung der sich auf Übertragungsleitungen bildenden Reflexionen weitgehend ausgeschaltet werden soll, wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung gerade die Wirkung dieser Reflexionen in vorteilhafter Weise ausgenutzt.

Beim Betrieb breitet sich die Vorderflanke des eingegebenen Impulses bis zum Ende der Übertragungsleitung aus'und wird dort infolge des durch die Diode gebildeten Kurzschlusses auf den Eingang zurückreflektiert. Da der auf den Eingang zurückreflektierte Stromstoß in Phase', mit der Eingangsamplitude ist, entsteht dort die doppelte Amplitude, die sich wiederum bis zum Ende der Übertragungsleitung ausbreitet. Auf Grund des dort bedingungsgemäß bestehenden Kurzschlusses wird dieser Stromstoß erneut auf den Eingang der Leitung reflektiert und wiederum zur Eingangsamplitude des Impulsgenerators hinzuaddiert. Dieser Reflexionsvorgang wird so lange wiederholt, bis die Amplitude am Ausgang der Übertragungsleitung gleich oder größer dem Strom ist, der durch die Diode fließt. In diesem Augenblick wird die Diode gesperrt, so daß dann der Abschlußwiderstand wirksam wird. Die Übertragungsleitung ist dann mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen, so daß keine Reflexion mehr auftreten kann.

Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine Anstiegszeit eines zu übertragenden Impulses zu erreichen ist, die etwa ein Drittel der-

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jenigen Anstiegszeit beträgt, die sich bei Verwendung punkt die resultierende Stromamplitude auf der Vereiner übliche'n Übertragungsleitung ergibt, die als .. , .. , _n . 3 V . ,. „.. verlustlos angenommen werden soll ■ zogerungsleuung dem Betrag ^- entspricht. Diese

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dient zur Stromwellenfront wird so lange hin und her reflek-Zuführung der Vorspannung der Diode die Emitter- 5 tiert, bis der Strom am Abschlußwiderstand den in Kollektor-Strecke eines ersten Transistors in Basis- der Potentialquelle 14, — V fließenden Strom / überschaltung. Am Emitterwiderstand dieses Transistors steigt. Wenn diese Bedingung eintritt, dann wird wird dann die Ausgangsspannung abgegriffen. die Diode 12 in Sperrichtung vorgespannt und gelangt

In vorteilhafter Weise dient als Impulsquelle bei damit in den Zustand eines hohen Widerstandes. Verwendung einer unsymmetrischen Übertragungs- io Parallel zu dieser Diode 12 liegt dann die Abschlußleitung ein in Kollektoschaltung betriebener zweiter impedanz 16 mit dem Widerstandswert R₀. Nach dem Transistor. Eine solche Schaltung ist dann in vorteil- Maschensatz und dem Überlagerungssatz ist dies hafter Weise als Treiberschaltung für eine Magnet- aber gleichbedeutend mit einer Spannungsquelle, die kernmatrix geeignet. Die Übertragungsleitung wird in Serie mit einem ersten Widerstand R₀ und einem dabei durch eine durch die Magnetkerne einer Zeile 15 zweiten Widerstand R₀ liegt. Das heißt aber, daß oder Spalte geführten Leitung gebildet. die Leitung mit dem Widerstand R₀ abgeschlossen

Als Diodenstrecke kann außer der hier gezeigten ist, so daß keine weiteren Reflexionen auftreten Diode auch die Emitter-Basis-Strecke eines Tran- können und sich die Amplitude des Stromes am sistors eingesetzt werden, ohne daß sich eine wesent- Ende der Verzögerungsleitung zu liehe Abweichung von der erfindungsgemäßen An- 20 ν -λ. τ & ν

Ordnung ergibt. ——— — = ——\-'Ι

Weitere Vorteile und Aufgaben der Erfindung ° . -"o .

ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, ergibt. Aus dieser Beziehung läßt sich jede gewünschte die an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe Impulsstromamplitüde bei entsprechender Wahl des der Zeichnungen die Erfindung näher erläutert, und 25 Wertes / für eine gegebene Spannung und einen aus den Patentansprüchen. Es zeigt vorgegebenen Wellenwiderstand ableiten.

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfmdungsgemä- In F i g. 2 wird eine spezielle Schaltungsanordnung

ßen Übertragungsleitung, gezeigt, bei der die Spannungsquelle durch einen

F i g. 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel der erfin- Transistor 20 dargestellt wird, der in die Sättigung dungsgemäßen Übertragungsleitung, 30 gelangt, wenn ein positiver Impuls an die Basis-

Fig. 3 die Verwendung der erfindungsgemäßen elektrode angelegt wird. Der Ausgang der Span-Übertragungsleitung zum Ansteuern eines Magnet- nungsquelle am Emitter des Transistors 20 ist mit kernspeichers, dem Eingang der Verzögerungsleitung 28 gekoppelt,

Fig. 4a und 4b graphische Darstellungen zur während der Ausgang der Verzögerungsleitung28 Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemä- 35 einen Abschlußwiderstand 22 enthält, dem andererßen Übertragungsleitung. seits das Bezugspotential, nämlich Erdpotential, zugein der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist eine führt wird. Die stromempfindliche Schaltungsvor-Spannungsquelle V über eine Schaltvorrichtung 10 richtung enthält eine Diode 24, die sowohl an den mit einer Verzögerungsleitung verbunden, die mit Ausgang der Verzögerungsleitung 28 als auch an einer Impedanz 16 abgeschlossen ist. Parallel ■ zu 40 die Potentialquelle, bestehend aus dem Transistor 30, dieser Abschlußimpedanz 16 liegt eine stromemp- in Basisschaltung angeschlossen ist. Die Diode 24 findliche Schaltungsvorrichtung 18, die aus einer liegt andererseits an Erdpotential, während der Potentialquelle 14, — V. mit hieran gekoppelter, nor- Emitter des hier verwendeten NPN-Transistors 30 malerweise in Vorwärtsrichtung vorgespannter Di- über einen Widerstand an eine negative Potentialode 12 besteht. Ist die Schaltvorrichtung 10 geöffnet, 45 quelle angelegt ist. Die Diode 24 ist dabei so gepolt, dann besteht ein Stromfluß durch die Diode 12, daß sie normalerweise in Vorwärtsrichtung vorder von der Quelle des Bezugspotentials des Signals gespannt ist. Die Verzögerungsleitung 28 ist so _ aufüber die Diode 12 zur Potentialquelle 14, — V führt. gebaut, daß sie in ihrem Verhalten einer Überist hingegen die Schaltvorrichtung 10 geschlossen, tragungsleitung entspricht. Die erfindungsgemäße dann wird ein Stromstoß mit der Amplitude ^ mit Z₀ ⁵° Schaltung ist so ausgelegt, daß sie als Treiberschal-

" Z ^u tung fur induktive Last, insbesondere fur Treiber-

als Wellenwiderstand der Verzögerungsleitung über leitungen von Magnetkernspeichern dienen kann, diese Verzögerungsleitung übertragen. Die in Vor- was natürlich nicht bedeuten soll, daß ihre Anwenwärtsrichtung vorgespannte Diode 12 wirkt als Kurz- dung hierauf beschränkt sein soll. Der in die Verschluß für den Stromstoß auf der Verzögerungs- 55 zögerungsleitung 28 eingegebene Stromstoß wird durch leitung, so daß die an den Abschluß der Verzöge- die im wesentlichen einen Kurzschluß darstellende, rungsleitung gelangende Wellenfront reflektiert wird in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode 24 refiek- und sich am Eingang mit dem eintretenden Strom' tiert. Wie vorhin beschrieben wird die Stromwelle überlagert, da beide ,in Phase sind. Die Amplitude in ihrer Amplitude verdoppelt, wenn sie zum Eingang des sich so ergebenden Stromes ist dann — Ist ⁶° ^der Verzögerungsleitung reflektiert ist. Die relativ des sicn so ergebenden btromes ist dann ^ . 1st _{niedrige Impedanz des} leitenden Transistors

diese Amplitude geringer als der in die Potential- läßt diese Stromwelle dann wieder gegen das Ende quelle 14, — V fließende Strom /, dann bleibt die der Verzögerungsleitung 28 zurücklaufen. Diese Diode 12 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und der Reflexionen werden unter jeweiliger Addition einer dann reflektierte Strom gelangt zurück an den Ein- 65 Stromeinheit, die gleich der Amplitude des ursprünggang der Verzögerungsleitung. Der so reflektierte liehen Stromstoßes ist, fortgesetzt, bis der Gesamt-Strom wird dann wiederum an der niederohmigen wert des Stromes den Wert des Stromes durch den Spannungsquelle reflektiert, so daß zu diesem Zeit- Transistor 30 übersteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird

dann die Diode 24 in Rückwärtsrichtung vorgespannt, so daß die Verzögerungsleitung dann mit dem Widerstand 22, dessen Wert so gewählt ist, daß er dem Wellenwiderstand der Verzögerungsleitung 28 entspricht, in Serie mit der äquivalenten Spannungsquelle 1-JR₀, dem Wert des Widerstandes 22, wie oben angegeben, abgeschlossen ist. Daraus ergibt sich aber, daß ein Teil des Gesamtstromes auf der Verzögerungsleitung 28 von der Spannungsquelle 20 und ein anderer Teil von der Potentialquelle, nämlich dem Transistor 30, geliefert wird. Das heißt aber, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung den Vorteil besitzt, daß der Strom auf der Verzögerungsleitung 28 in einem äußerst kurzen Zeitintervall seinen Endwert unter Verwendung nur einer Spannungsquelle V erreicht.

In Fig. 3 wird die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Treiberschaltung für einen Magnetkernspreicher gezeigt. In dieser Schaltungsanordnung ist eine von den Zuführungsleitungen 40 der jeweils zugeordneten Treiberleitung 58 zur Beeinflussung der Magnetkerne 41 gezeigt. Um eine bestimmte Treiberleitung 58 auszuwählen, werden über die jeweils zugeordneten Adreßleitungen ein zugeordneter Treiber sowie eine Torschaltung gleichzeitig erregt. So werden z. B., um die gezeigte Treiberleitung 58 für einen Strom in Schreibrichtung auszuwählen, die Schreibtorschaltung 46 und der Schreibtreiber 44 eingeschaltet, um einen Strom in der Treiberleitung 58 in gewünschter Richtung zu übertragen. Um dagegen diese Treiberleitung 58 für einen Strom in Leserichtung auszuwählen, müssen der Lesetreiber 48 und die Lesetorschaltung 50 wirksam gemacht werden. Die Matrixdioden 52 sind erforderlich, um zu gewährleisten, daß nur die gewünschten Strompfade errichtet werden. Zum Schreiben werden also Schreibtreiber 44 und 46 gleichzeitig über die entsprechenden Adreßleitungen 42 wirksam gemacht, so daß positive Schreibimpulse bereitgestellt werden. Diese Eingangsimpulse haben zur Folge, daß die Transistoren 54 und 56 in ihren Leitfähigkeitszustand gelangen, so daß ein vorgegebener Strom, der sich aus der jeweiligen Spannungsänderung und aus dem Wellenwiderstand der Treiberleitung ergibt, durch die Treiberleitung 58 übertragen wird. Dieser Stromstoß wird durch den Abschluß der Treiberleitung, der aus der in Vorwärtsrichtung mit Hilfe der Stromquelle 62 vorgespannten Diode 60 gebildet wird, reflektiert. Der so reflektierte Impuls wird infolge der relativ niedrigen Impedanz des Treibers 44 wiederum reflektiert. Dieser Impuls wird nun so oft reflektiert, wobei bei jedem Hin- und Rücklauf, wie oben beschrieben, jeweils ein Zuwachs i hinzugefügt wird, bis der Strom in der Treiberleitung den durch die Stromquelle gelieferten Strom / übersteigt. Die Treiberleitung 58 ist dann mit dem Widerstand 70 abgeschlossen, dessen Wert vorzugsweise gleich dem Wellenwiderstand der Treibefleitung 58 ist. Die Summe der Ströme, geliefert aus der Schreibtreiberschaltung und der Schreibtorschaltung, entspricht dann dem für die Umschaltung der Magnetkerne erforderlichen Strom. In gleicher Weise ergibt sich ein Strom in der Leserichtung, wenn der Lesetreiber 48 und die Lesetorschaltung 50 wirksam gemacht werden. Der aus der Stromquelle 64, der Diode 66 und dem Widerstand 68 gebildete Ab-Schluß gestattet dann die Bildung eines Stromes auf der Treiberleitung 58 mit Hilfe aufeinanderfolgender Reflexionen, wie oben beschrieben.

Der Gesamtstrom I_t auf der Treiberleitung 58 wird natürlich in den Fällen, wo durch Koinzidenz ein Magnetkern ausgewählt werden soll, so gewählt, daß er der Hälfte des für den Wechsel des remanenten Zustandes der Magnetkerne erforderlichen Stromes entspricht. Der Wert des Gesamtstromes entspricht natürlich dem vollen Wert des für die Umschaltung des Remanenzzustandes der Magnetkerne erforderlichen Stromes, wenn in an sich bekannter Weise eine Wortauswahl stattfinden soll. Jede gewünschte Anzahl von Reflexionen kann ausgenutzt werden, um den gewünschten Gesamtstrom zu erhalten.

Eine Berechnung zeigt, daß beim Erregen einer induktiven Last unter Annahme einer verlustlosen Treiberleitung mit Hilfe einer Spannungsquelle V und eines Strombegrenzerwiderstandes eine Stromanstiegszeit ti von 10 bis 90% gemäß der Formel

; 2,2Li

erhalten wird, wohingegen bei der Schaltung gemäß der Erfindung die Formel

anzusetzen ist.

Die Anstiegszeit U des Gesamtstromes It bei Erregung einer Übertragungsleitung mit einer Übertragungszeit t läßt sich aus folgender Beziehung ableiten:

/ IfZ₀

t,

worin ta die Anstiegszeit des ursprünglichen Stromes ist.

Hieraus ist ersichtlich, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung eine Verbesserung in der Anstiegszeit um den Faktor von ungefähr 3 : 1 ermöglicht wird. Eine solche Verbesserung hat sich in der Praxis bei einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ergeben. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine enge Übereinstimmung zwischen gerechneten und gemessenen Werten der Anstiegszeiten zu erreichen ist. . ■

Claims

Patentansprüche:

■ 1. Übertragungsleitung für impulsförmige Signale, an deren Ausgang eine Begrenzerschaltung angeordnet ist, die oberhalb einet vorgegebenen Signalamplitude . einen Abschlußwiderstand mit einem dem Wert des Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung entsprechenden Wert wirksam werden läßt, dadurch gekennzeichnet, daß als Begrenzerschaltung eine in Durchlaßrichtung vorgespannte, aber für die von der Impulsquelle (10) übertragenen Impulssignale in Sperrichtung gepolte Diodenstrecke (12) parallel zum Abschlußwiderstand (16) geschaltet ist und daß die Vorspannung (—V) so hoch gewählt ist, daß die Amplitude der eingespeisten Impulssignale der Impulsquelle (10) um ein Vielfaches kleiner ist und ihre vorgegebene Signalamplitude erst nach einer diesem Vielfachen entsprechenden Anzahl von Reflexionen der eingespeisten Impulssignale erreicht wird, indem dieses Vielfache so bemessen ist, daß eine Anstiegszeit eines zu übertragenden

Impulses erzielt wird, die etwa ein Drittel derjenigen Anstiegszeit beträgt, die sich bei bloßer Anwendung einer als verlustlos angenommenen Übertragungsleitung ergibt.
2. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der Vorspannung (— V) die Emitter-Kollektor-Strecke

eines ersten Transistors (30) in Basisschaltung dient.
3. Übertragungsleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer unsymmetrischen Übertragungsleitung (28) ein' in Kollektorschaltung betriebener zweiter Transistor (20) als Impulsquelle dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen