DE1262340C2 - Signalabtastschaltung mit zwei in sperrichtung vorgespannten dioden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalabtastschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Schaltung ist aus der US-PS 30 Π 129 bekannt. Sie weist einen Eingangsschaltkreis mit zwei in Reihe geschalteten und im Ruhezustand in Sperr-Richtung vorgespannten Dioden auf, welche jedoch zu einem weiteren Diodenpaar parallel geschaltet sind und durch zwei von einem Impulsgeber gelieferte Abtastimpulse entgegengesetzter Polarität kurzzeitig aufsteuerbar sind. Wenn die Dioden leitend sind, gelangt das abgetastete Eingangssignal durch den Eingangsschaltkreis über eine Verstärkerschaltung zu einem Speicherkondensator. Dabei können jedoch die abgetasteten Signale die Abtastimpulse störend beeinflussen.

Es ist ferner bekannt, zur Erzeugung schmaler Abtastimpulse für Sampling-Oszillographen kurzgeschlossene Wellenleitungsstücke zu benutzen. Ein in das offene Ende der Wellenleitung gelangender Spannungssprung wird am kurzgeschlossenen Ende reflektiert und pflanzt sich in der entgegengesetzten Richtung mit der umgekehrten Polarität fort. Die Breite des auf diese Weise aus einem Spannungssprung erzeugten Impulses läßt sich somit durch die Wahl der Leitungslänge bestimmen.

Aus der Zeitschrift »Elektronische Rundschau« Nr. 4, 1960, Seiten 137 bis 144, ist eine Abtastschaltung bekannt, bei der die Breite des Abtastimpulses durch Reflexion an einer kurzgeschlossenen Wellenleitung erfolgt und der Impuls eine Diode kurzzeitig auftastet, so daß das abgetastete Signal während der Auftastung der Diode abgespeichert werden kann.

Signal und Abtastimpuls werden derselben Seite der Diode zugeführt und mittels eines Abschwächers von reflexionsfrei voneinander entkoppelt. Dieses bedeutet einen zusätzlichen Schaltungsaufwand, und eine gewisse gegenseitige Beeinträchtigung der Impulse rnuß schaltungsbedingt in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalabtastschaltung anzugeben, welche Signale mit einer Bandbreite von mehreren Gigahertz mit sehr kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten in der Größenordnung von Bruchteilen einer Nanosekunde derart abtasten kann, daß dabei eine wechselseitige Verfälschung der Abtastimpulse und der abzutastenden Signale vermieden und ein Schaltungsaufbau mit geringen Zuleitungsinduktivitäten für die Dioden erreicht wird.

Bei einer Signalabtastschaltung der im Oberbegriff angegebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angeführten Merkmale der Abtastschaltung. Die Impulsflanke des Abtastsignals von der Abtastsignalquelle ruft entlang der Weüenleitung eine Potentialdifferenz hervor. Etwa in der Mitte zwischen beiden Leitern wird eine virtuelle Ebene mit Nullpotential ausgebildet. Der in dieser Ebene mit Nullpotemial liegende Signalleiter wird somit von den Abtastimpulsen auf den kurzgeschlossenen Leitern der Wellenleitung nicht beeinflußt. Andererseits wirkt das abzutastende Signal gleichmäßig auf die Leiter der Wellenleitung und beeinträchtigt die Abtastimpulse nicht, da die Potentialdifferenz auf den Wellenleiterflächen nicht verändert wird. Weiterhin werden die Zuleitungsinduktivitäten zu den Abtastdioden durch den gedrängten Aufbau verkleinert.

Während der Auftastung der Dioden erhöht das abgetastete Signal die Ladung des einen Kondensators und erniedrigt die Ladung des anderen Kondensators, welche durch den Abtastimpuls aufgebracht wurde. Falls der Fegel des abgetasteten Signals Null ist, beträgt auch die Differenz der Ladungen auf den Kondensatoren Null. Wenn aber ein Signal abgetastet wird, das einen von Null verschiedenen Pegel aufweist, ist der Ladungsunterschied und damit das Ausgangssignal abhängig vom Pegel des abgetasteten Signals.

Im folgenden werden die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar:

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung der in F i g. 3 und 4 veranschaulichten Erfindung,

Fig. 2 einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Schaltbildes, bei welchem statt der Induktionsspule eine kurzgeschlossene Wellenleitung an die Signalabtastquelle angeschlossen ist,

Fig 3 eine schematisierte, perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsforrr Jer Erfindung,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Das in F i g. 1 dargestellte Schaltbild enthält zwei entgegengesetzt gepolte Dioden 9, 11, welche mit jeweils einer Klemme an eine Leitung 13 angeschlossen sind. Mit den anderen Endklemmen 45,47 der Dioden 9 bzw. 11 ist jeweils über einen Kondensator 17 bzw. 19 eine Ausgangsklemme einer Abtastsignalquelle 15 gekoppelt. Die Diodenklemmen 45,47 sind über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 21, 23 miteinander verbunden. Das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung wird zwischen Masse und einer den Widerständen 21, 23 gemeinsamen Klemme 35 abgenommen. Den Ausgangsklemmen der Abtastsignalquelle 15 ist eine Induktivität 25 mit einem Mittelabgriff parallel geschaltet. Den Dioden 9,11 wird über Widerstände 27 bzw. 29

von Klemmen 31 bzw. 33 einer Spannungsquelle eine in Sperrichtung gepolte Vorspannung zugeführt.

Signale kleiner Amplitude, die dem Kreis zwischen Masse 26 und der Leitung 13 zugeführt werden, bleiben ohne Einfluß, bis die Dioden 9, 11 aufg;tastet werden. Den Dioden 9,11 wird ein Signal vou der Abtastsignalquelle 15 über die Kondensatoren 17, 19 mit ausreichender Amplitude und entsprechender Polarität zugeführt, so daß die Sperrspannung der Moden überwunden wird. Die die Dioden in Flußrichtung vorspannenden Signale erscheinen als Abtastimpulse 18, 20 gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polarität. Die Amplitude der Impulse nimmt ab, während der Strom durch die Induktivität 25 zunimmt! Die Dioden 9, 11 leiten so lange, bis die abfallenden Impulse an den Endklemmen 45, 47 nicht mehr ausreichen, die den Dioden zugeführten Sperrspannungssignale zu überwinden. Während die Dioden leiten, laden sich die Kondensatoren >7, 19 über die Dioden auf einen Teil des Eingangssignals auf der Leitung 13 auf. Wenn die Dioden wieder sperren, erscheint an der gemeinsamen Klemme 35 und damit am Ausgang der Schaltungsanordnung eine dem Mittelwert der Signale an den Kondensatoren 17, 19 entsprechende Spannung. Die am Ausgang der Schaltungsanordnung auftretende Spannung stellt also ein Maß für die Amplitude des Signals auf der Leitung 13 im Moment des Abgreifens, währenddessen die Dioden 9, 11 momentan aufgetastet wurden, dar. Wie lange die Dioden leiten, hängt in hohem Maß von der Innenimpedanz der Abtastsignalquelle 15 und von der Induktivität 25 ab. Da die Bandbreite der durch die Signalabtastscbaltung verarbeiteten Signale durch die Länge der Zeit, während der die Dioden leiten, und damit durch die Breite des Abtastimpulses bestimmt wird, soll die Auftastdauer der Dioden 9, 11 möglichst klein sein. Da die Dioden nur kurz leiten, ist es wesentlich, daß der Ladekreis der Kondensatoren 17,19 eine niedrige Impedanz hat, so daß sich die Kondensatoren so weit wie möglich auf die Signalamplitude während der Auftastdauer aufladen können. Der Abtastwirkungsgrad der Schaltung, der als das Verhältnis der Aufladespannung der Kondensatoren zu der Amplitude des abzutastenden Signals im Moment der Abtastung definiert ist, nimmt mit abnehmender Impedanz det- Ladekreises der Kondensatoren 17,19 zu. da sich diese dann um so besser auf die Amplitude des während des Abtastens anliegenden Signals aufladen können.

Fig. 2 zeigt einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Schaltbildes, bei dem die Induktivität 25 (F i g. 1) durch eine am Ende nach Masse kurzgeschlossene Wellenlcitung ersetzt ist. Wenn die Abtastsignalquelle 15 dem übrigen Teil der Schaltungsanordnung über die Kondensatoren 17,19 und an die WeUenleitung 37 einen Stromsprung liefert, werden die Dioden 9, 11 (F ig. 1) leitend, und es entsteht eine Welle, die sich längs der Leitung 37 ausbreitet. Die Dioden bleiben also so lange leitend wie die Welle braucht, um die Leitung nach unten zu laufen, am kurzgeschlossenen Ende reflektiert C-zu werden und wieder zum Eingangsende zurückzugelangen, wo sie das den Dioden zugeführte Signa! beendet. Die kurzgeschlossene Leitung 37 differenziert also das durch die Abtastsignalquelle 15 gelieferte Signal und verbessert die Form der Abtastimpulse. Ein dieser Anordnung naturgemäß anhaftender Nachteil besteht darin, daß die Ladeimpedanz für die Kondensatoren 17, 19 während der Stromzuführungszeit der

Dioden die durch die Induktivität der Leiter der Wellenleitung 37 und den Wellenwiderstand der Leitung gebildste Impedanz mitumfaßt Diese Impedanzkombination hat eine Verringerung des Verhältnis ses der Amplitude des zugeführten Signals zur Ladespannung der Kondensatoren 17,19 und damit eine Verringerung des Abiastwirkungsgrades zur Folge.

Die Signalabtastschaltung gemäß F i g. 3 enthält einen Wellenleiter, welcher durch eine obere leitende Kaschierung 39 und einen in dieser längsseitig verlaufenden Schlitz 41 einer bei gedruckten Schaltungen verwendeten Platte gebildet ist. Die Abtastsignale von der Abtastsignalquelle 15 werden der Mitte der oberen Kaschierung 39 zugeführt, so daß zwei parallelgeschaltete, an ihren äußeren Enden kurzgeschlossene Wellenleitungsabschnitte gebildet werden. Diese formen aus dem von der Signalquelle abgegebenen Sprungsignalen einen Abtastimpuls, dessen Breite gleich der doppelten Fortpflanzungsdauer längs eines der parallelgeschalteten Wellenleitungsabschnitte ist.

Die Mitte der oberen Kaschierung 39 ist außerdem über Kondensatoren 17 bzw. 19 mit den Dioden 9 bzw. 11 verbunden, die wiederum an die Mitte einer unteren leitenden, dem Schlitz 41 gegenüberliegenden Kaschierung 43 angeschlossen sind. Die Dioden 9 bzw. 11 sind so lange leitend, wie das Sprungsignal von der Abtastsignalquelle 15 zur Ausbreitung längs jedes der beiden parallelgeschalteten Wellenleitungsabschnitte und zurück benötigt. Die Kondensatoren 17 bzw. 19 laden sich dabei auf einen bestimmten Bruchteil des während des Abtastens an der unteren Kaschierung liegenden Signals auf. Das Ausgangssignal wird aus den an den Kondensatoren 17 bzw. 19 liegenden Spannungen gewonnen, die an Klemmen 45 bzw. 47 erscheinen. Dieser Schaltungsaufbau gewährleistet eine minimale Impedanz im Ladekreis der Kondensatoren 17 bzw. 19. Die beiden parallelgeschalteten Welienleitungsabschnitte bieten der Abtastsignalquelle eine sehr niedrige Impedanz dar, und es ist daher schwierig, Abtastimpulse zu erzeugen, deren Amplitude zum Auftasten der Dioden ausreicht.

Der Nachteil der niedrigen Impedanz der parallelgeschalteten Wellenleitungsabschnitte wird bei der Anordnung gemäß F i g. 4 vermieden. Der oberen Kaschierung 39 entsprechen dabei Außenleiter 39'. und der unteren Kaschierung 43 entspricht ein (von den Außenleitern 39') umgebener Mittelleiter 43'. Die von den Außenleitern gebildete Wellenleitung bietet der Abtastsignalquelle 15 eine acht- bis zehnmal höhere Impedanz dar als die Wellenleitung nach der F i g. 3. so daß größere Abtastimpulse für lie Vorspannung der Dioden 9 bzw. 11 in Flußrichtung erzeugt werden. Die Ausgangsklemmen der Abtastsignalquelle 15 sind bei dieser Anordnung außerdem mit den entsprechenden Klemmen der Dioden 9,11 über Kondensatoren 17, 19 verbunden, deren Beläge durch die Klemmen 45 bzw. 47 einerseits und die Außenleiter 39' andererseits gebildet werden, die in der Mitte ihrer Längsseiten von den Klemmen 45, 47 durchsetzt werden. Die Dioden 9 bzw. It kontaktieren den Mittelleiter 43' in der Mitte zwischen seinen Enden. Die in F i g. 4 dargestellte Anordnung arbeitet praktisch ebenso wie in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde. Ein von der Abtastsignalquelle den Außenleitern 39' in der Mitte ihrer Längsseiten zugeführtes Sprungsignal gelangt über die Kondensatoren 17 bzw. 19 zu den Dioden 9 bzw. 11 und läßt Wellen entstehen, die sich von der Mitte aus in entgegengesetzten Richtungen längs der parallelge-

chalteten Wellenleitungsabschnitten ausbreiten. Die )ioden bleiben so lange leitend, bis sich diese Wellen zu ;en Enden der Leitung ausgebreitet haben, dort eflektiert worden sind und sich in der Mitte wieder ereinigen und dabei den Abtastimpuls beenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Signalabtastschaltung mit zwei in Sperrichtung vorgespannten Dioden, von denen die Anode der S einen mit der Kathode der anderen verbunden ist, an deren Verbindungspunkt ein abzutastendes Signal liegt, und mit einer an die anderen Enden der Dioden angeschlossenen Abtastsignalquelle, die ein die Dioden in Durchlaßrichtung vorspannendes Abtastsignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastsignalquelle (15) mit der Mitte einer an den beiden Enden kurzgeschlossenen Wellenleitung (39,41; 39') verbunden ist, daß das abzutastende Signal einem mii dem Verbindungspunkt der Dioden (9, 11) verbundenen und mit der Wellenleitung elektromagnetisch gekoppelten Leiter (43; 43') zugeführt ist, daß der das abzutastende Signal führende Leiter (43; 43') bei Verwendung einer geschützten Streifenleitung (39, 41) als Wellenleitung zwischen den kurzgeschlossenen Enden der Streifenleitung dem Schlitz gegenüberliegt, bzw. bei Verwendung zweier paralleler, an den Enden miteinander verbundener Außenleiter (39') als Wellenleitung zwischen den kurzgeschlossenen Enden und in der Mitte zwischen den Außenleitern verläuft, und daß die beiden nicht miteinander verbundenen Enden der Dioden (9, 11) über Kondensatoren (17,19) mit der Mitte der Wellenleitung und mit der Abtastsignalquelle (15) verbunden sind.