DE1288823B

DE1288823B - Schaltungsanordnung zur UEbertragung schneller Taktgeberimpulse

Info

Publication number: DE1288823B
Application number: DE1963S0083550
Authority: DE
Inventors: Prohofsky Leroy Arthur; Eddy Charles Walter
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1962-02-15
Filing date: 1963-02-01
Publication date: 1969-02-06
Also published as: NL288976A; GB1033962A; CH397767A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- faktors der Impulse, die zur Schaltung nach F i g. 2 a anordnung zur Übertragung schneller Taktgeberim- : gehören;

pulse aus einem Generator hoher Impedanz auf eine F i g. 3 a ist eine schematische Darstellung des Aus-

Verteilerschiene für Lasten niedriger Impedanz unter führungsbeispiels nach F i g. 1, bei dem die Koaxial-Verwendung eines Eingangs- und Ausgangstransfor- S kabelübertragungsleitung so lang ist, daß eine Vermators. zögerung des Signals durch sie erfolgt, und bei der

Solche Schaltungsanordnungen finden insbesondere eine abgleichende Koaxialkabelverzögerungsleitung für elektronische Datenverarbeitungsanlagen Anwen- angewendet wird;

dung. Bei solchen wird oft mit Taktgeberimpulsfre- F i g. 3 b ist eine Darstellung des Zeit- und Form-

quenzen in der Größenordnung von 10 Megahertz io faktors der Impulse, die zur Schaltung nach F i g. 3 a und mehr gearbeitet. gehören.

Bekannte Einrichtungen zum Betrieb einer Sam- Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Er-

melschienen-Verteilungsanlage für Taktgeberimpulse findung enthält mit Vorteil eine Kombination eines wurden für schnelles Arbeiten als unbrauchbar be- Impulstransformators und mehrerer aus Übertrafunden, da die verwendeten Schaltelemente Be- 15 gungsleitungen gebildeten Breitbandtransformatoren, schränkungen hinsichtlich hoher Leistung und hoher die eine Impedanzumformung und Übertragungslei-Geschwindigkeit unterliegen. Die Eingangsimpedanz tungen für die Übertragung von Zähltaktgeberimpulder Taktgeberimpuls-Sammelschienenverteilungsan- sen zur Bildung einer Sammelschienenverteilanlage lage ist, von der Impulsquelle aus gesehen, sehr nied- ergeben.

rig, und die geforderte Leistung zum Betrieb der 20 Wie vorstehend erläutert, ergibt die Erfindung Sammelschienenverteilanlage ist sehr hoch. Von eine Lösung des in Rechenwerken für hohe Ge-Halbleitergeräten in Emitterfolgeschaltungen wurde schwindigkeit auftretenden Problems, ein Taktgeberfestgestellt, daß sie die erforderliche Amplitude und signal hoher Geschwindigkeit, z. B. einer Frequenz die Zeitanstiegscharakteristiken, die für einen Takt- von 10 Megahertz, über verschiedene Entfernungen geberimpuls notwendig sind, nicht liefern können. 25 an verschiedene Belastungen ohne Verminderung des Steuerstromkreise mit Halbleiterelementen haben Impulsformfaktors zu übertragen. Die Impulsanebenfalls nicht ausgereicht, um der Anstiegszeit und stiegs- und Abfallzeiten sind wesentlich für ein geden Amplituden-Verhältnissen einer Taktgeberim- naues Arbeiten der logischen Kreise und der Steuerpulsverteilanlage zu genügen. kreise von Rechenwerken. Bekannte Einrichtungen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 30 besitzen wegen der hohen Geschwindigkeit nur eine hochfrequentes Taktgebersignal an eine stark be- begrenzte Impulsübertragungstreue und unterliegen lastete Sammelschienenverteilanlage mit niedriger hohen Leistungsbeschränkungen bei Anwendungen, Impedanz zu übertragen, während die gewünschten bei denen die Belastungsimpedanz niedrig ist. Die beAnstiegs- und Abfallcharakteristiken des Impulses schriebene Einrichtung ist im wesentlichen ein Breiterhalten bleiben. 35 bandtransformator, der eine genaue Impedanzanpas-

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß sung zwischen dem Impulsgenerator und der Sammeldie zwischen Eingangs- und Ausgangstransformator schienenverteilanlage ergibt.

liegende Koaxialleitung auf der Eingangsseite mit Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung speist ein

dem Innenleiter und ihrem Mantel am Eingangstrans- Impulsgenerator 10 die Primärwicklung eines Einformator angeschlossen ist und deren Ausgangsseite 40 gangstransformators 12. Die Sekundärwicklung des unter Zwischenschaltung je eines Ausgangstrans- Transformators 12 ist mit einem Impedanzwandler formators an räumlich voneinander entfernte 14 verbunden, der eine Ausgangsschaltung 16 belie-Punkte der Verteilerschiene angeschlossen sind fert, deren Ausgänge an die Klemmen 20 und 22 und daß die Wicklung eines Kernes hoher Per- einer Sammelschiene 24 einer Sammelschienenverteilmeabilität bei niedrigen Frequenzen, Teil der 45 anlage 18 angeschlossen sind. Mit einer Sammel-Koaxialleitung ist. schiene 24 sind mehrere Belastungen 26 verbunden.

Die Erfindung ermöglicht es, ein hochfrequentes Das eine Ende der Sekundärwicklung 30 des EinSignal über eine lange Leitung ohne Änderung der gangstransformators 12 ist mit dem linken Ende des Charakteristik zu übertragen und die Impedanz der Mittelleiters 32' eines Koaxialkabels 32 und das anBelastung an die der Impulsquelle anzupassen. Die 50 dere Ende der Sekundärwicklung 30 ist mit dem abErfindung ermöglicht es ferner, aus einem einzigen schirmenden Außenleiter 34" eines Koaxialkabels 34 Übertragungsleitungseingang Ausgangssignale mit verbunden. Das linke Ende des Außenleiters 32" ähnlichen Verzögerungs- und Impulscharakteristiken des Koaxialkabels 32 ist mit dem. linken Ende des an zwei Ausgängen zu erhalten. Mittelleiters 34' des Koaxialkabels 34 verbunden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind 55 Das rechte Ende des Mittelleiters 32' des Koaxialin den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt kabeis 32 ist mit der Wicklung 36 eines Impedanz-

F i g. 1 eine Kombination eines Impulstransforma- wandlers 38 verbunden, deren anderes Ende an tors und eines aus Übertragungsleitungen gebildeten einem Punkt 40 liegt, der mit der Klemme 20 der Breitbandtransformators, bei dem der Ausgang auf- Sammelschiene 24 verbunden ist. Das rechte Ende gespalten und an zwei Transformatoren geführt wird, 60 des abschirmenden Außenleiters 32" des Koaxialdie mit entgegengesetzten Enden einer Sammel- kabeis 32 ist mit der Wicklung 42 des Impedanzschienenverteilanlage verbunden sind, wandlers 38 verbunden, deren anderes Ende ebenfalls

F i g. 2 a eine schematische Darstellung des Aus- am Punkt 40 liegt. Zusätzlich liegt das rechte Ende führungsbeispiels nach Fig. 1, bei dem die Koaxial- des Außenleiters32" des Koaxialkabels32 über einen kabelübertragungsleitung so lang ist, daß sie eine 65 Kondensator 44 an Erde. Die rechten Enden des Verzögerung des Signals ergibt und eine abgleichende Mittelleiters 34' und des Außenleiters 34" des Ko-Koaxialkabelverzögerungsleitung nicht vorgesehen ist; axialkabels 34 sind mit Wicklungen eines Impedanz-Fig. 2b ist eine Darstellung des Zeit- und Form- wandlers 46 in entsprechender Weise verbunden, de-

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ren andere Enden an der Klemme 22 der Sammel- Eingangswicklung 28 des Transformators 12 gegeben,

schiene 24 liegen. Schließlich liegt das linke Ende Die Eingangswicklung 28 und die Ausgangswicklung

des Außenleiters 34" des Koaxialkabels 34 über eine 30 des Transformators 12 sind um einen ringförmi-

Parallelschaltung eines Widerstandes 48 und eines gen Kern 52 gewickelt.

Kondensators 50 an Erde. 5 Der Kern 52 ist aus einem Material gefertigt, das

In dem Beispiel nach F i g. 1 besitzt der Impuls- eine hohe Permeabilität bei niedriger Frequenz, d. h.

generator 10 eine Impedanz von ungefähr 300 Ohm etwa 100 Kilohertz, aufweist. Die Ausgangswicklung

während der Impuls-»EIN«-Zeit; die effektive Impe- 30 überträgt das Taktgeberimpulssignal auf die Ko-

danz der an der Sammelschiene 24 liegenden Be- axialkabel 32 und 34. Das Koaxialkabel 32 ist zehn-

lastungen kann von 8 bis 18 Ohm unter normalen io mal um einen Ringkern von 11,9 mm Außendurch-

Bedingungen schwanken und unter schlechteren Be- messer gewickelt, der aus einem Material besteht,

dingungen den Wert 6 Ohm annehmen. Es ist des- das eine hohe Permeabilität bei niedriger Frequenz,

halb eine Impedanzanpassung von 300 Ohm auf etwa d. h. unter 100 Kilohertz, besitzt. Koaxialkabel mit

6 Ohm erforderlich, ohne daß der Formfaktor des einer 50-Ohm-Charakteristik bewirken, daß die Im-

Ausgangsimpulses wesentlich verändert wird, aus- 15 pedanzwandlereinrichtung aus den Kabeln 32 und

genommen die von der Belastungsimpedanz abhän- 34, die beide an Enden der Ausgangswicklung 30

gige Änderung der Impulsamplitude. Der Eingangs- angeschlossen sind, und dem Kern 54 eine Impe-

transformator 12 besitzt ein Windungsverhältnis Pri- danzumformung von 2:1 vornimmt und jeder der

mär zu Sekundär von 21:12; der Koaxialkabelimpe- Koaxialkabelausgänge 25 Ohm aufweist,

danzwandler 14 besitzt eine Eingangs-Ausgangs- 20 Die Bedeutung der Verwendung eines Koaxial-

Impedanz von 50 Ohm am Eingang zu 25 Ohm am kabeis 34 zur Erzielung einer Übertragung hoher

Ausgang, und der Ausgangstransformator 16 besitzt Wiedergabetreue eines Impulssignals wird am besten

ein Eingangs-Ausgangs-Impedanz-Verhältnis von mit Hilfe der Fig. 2a, 2b, 3a und 3b erläutert. In

4:1. Dadurch wird die Eingangsimpedanz von Fig. 2a sind der Mittelleiter 32' und der Außenlei-

300 Ohm auf eine Ausgangsimpedanz von etwa 25 ter 32" des Koaxialkabels 32 als Induktivitäten dar-

6,25 Ohm an der Sammelschienenverteilanlage 18 gestellt. Der Impulsgenerator 10 überträgt die Im-

transformiert. pulse 56 auf den Mittelleiter 32', der als Primär-

Der Fachmann kann erkennen, daß die beschrie- wicklung eines aus dem Mittelleiter 32' und dem bene Einrichtung bei in weitem Bereich unterschied- Außenleiter 32" gebildeten Transformators gezeigt liehen Übertragungsentfernungen zwischen dem Im- 30 wird. Da das Eingangsende des Außenleiters 32" pulsgenerator und mehreren Sammelschienen in der durch den Leiter 66 an das Ausgangsende des Mittel-Verteilanlage angewendet werden kann. Für Anlagen, leiters 32' angeschlossen ist und das Ausgangsende in denen mehrere Impulsverteiler verwendet werden, des Außenleiters 32" an Erde liegt, sind der Einmüssen alle Übertragungsleitungen jedes Impulsver- gangsendpunkt 58 des Außenleiters 32" und der tellers praktisch dieselbe Länge besitzen, so daß 35 Ausgangsendpunkt 60 des Mittelleiters 32' elektrisch Taktgebersignale mit praktisch ähnlichen Verzöge- identische Punkte. Wenn der Impuls 56 den Punkt rungszeiten vom Impulsgenerator an jede Sammel- 62 am Mittelleiter 32' passiert, erzeugt er im Außenschiene der Anlage geliefert werden. Dementspre- leiter 32" am Punkt 58 einen ähnlichen Impuls 64, chend bestimmt in jeder Anlage die größte Entfer- der gleichzeitig auf den Punkt 60 gebracht wird, nung von Impulsgenerator zur Sammelschiene die 40 Wenn der Leiter 66, der den Punkt 58 an den Punkt Länge aller Übertragungsleitungen der Anlage. 60 legt, eine vernachlässigbare Verzögerung für Im-

Ein Verteilersystem entsprechend dem Ausfüh- puls 64 bildet, erreicht der Impuls 64 den Punkt 60

rungsbeispiel wurde als Übertragungssystem mit vor dem Impuls 56, der auf seinem Wege durch den

Ubertragungsentfernungen vom Impulsgenerator 10 Mittelleiter 32' verzögert wird. Die Wirkung der Ver-

zur Sammelschiene 24 zwischen 150 und 800 mm 45 zögerung des Impulses 56 in bezug auf den Impuls 64

mit Erfolg angewendet. Das Koaxialkabel 32 hat wird in Fig. 2b gezeigt. Die Verzögerung!) ist eine

hierbei die Funktionen einer üblichen Übertragungs- Funktion der Länge des Koaxialkabels 32. Je länger

leitung und zusätzlich die eines Impedanzwandlers. das Kabel ist, um so größer ist die Verzögerung.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wurde in allen Die Anstiegszeit des sich ergebenden Impulses 68

Fällen benutzt, in denen die Länge der Übertra- 50 vom Grundsignal zur Spitzenamplitude wächst ent-

gungsleitung nicht verändert wurde. Die Länge der sprechend dem Wert der Verzögerung D mit der

Übertragungsleitung ist dabei durch die größte Über- Wirkung einer Verzerrung des Impulsformfaktors,

tragungsentfernung bestimmt, deren Länge in dieser Das Hinzufügen des Koaxialkabels 34 zur Impe-

Anwendung 1,550 m betrug. danzwandler-Übertragungsleitung nach F i g. 3 a ver-

Eine kritische Beschränkung besteht darin, daß die 55 bessert diesen Mangel, wie aus dem Impuls 70 der Längen der Koaxialkabel 32 und 34 in jedem System F i g. 3 b zu erkennen ist. Zum Unterschied von nicht mehr als 12,5 mm voneinander abweichen sol- Fig. 2a ist hier das Koaxialkabel 34 elektrisch zwilen, um eine Impulsverzögerung zu kompensieren. sehen Punkt 58 und Punkt 60 eingefügt, und es ist Wenn die Länge der Übertragungsleitung statt 1500 von derselben Länge wie das Koaxialkabel 32 und nur 150 mm beträgt, ist diese Beschränkung weniger 60 bewirkt eine Verzögerung ähnlich der durch das Kokritisch. Bei einer Länge der Übertragungsleitung axialkabel 32 hervorgerufenen Verzögerung. Wenn von weniger als 300 mm wurde experimentell fest- der Impuls 56 den Punkt 62 am Mittelleiter 32' pasgestellt, daß das Koaxialkabel 34 weggelassen und siert, erzeugt er, wie vorhin, einen ähnlichen Impuls Mittelleiter 34' sowie Außenleiter 34" durch einen 64 im Außenleiter 34" am Punkt 58. Wenn nun der einzigen Leiter ersetzt werden können. 65 Impuls 56 über den Mittelleiter 32' zum Punkt 60

Der Impulsgenerator 10 liefert im wesentlichen wandert und dadurch um eine gewisse Zeit verzögert

rechteckige Taktgeberimpulse mit einer Frequenz wird, muß der Impuls 64 über den Mittelleiter 34'

von 10 Megahertz. Diese Impulse werden auf die zum Punkt 60 wandern und wird hierbei um eine

Zeit verzögert, die gleich der des Impulses 56 ist. Der Impuls 56 und der Impuls 64 kommen daher am Punkt 60 gleichzeitig an. Die Wirkung dieser gleichzeitigen Ankunft der Impulse 56 und 64 am Punkt 60 ist, wie Fig. 3b zeigt, daß die Anstiegszeit des Impulses 70 gleich derjenigen des Impulses 56 oder 64 ist, aber der Impuls 70 eine Amplitude besitzt, die gleich der Summe der Amplituden der Impulse 56 und 64 ist.

Der Impedanzwandler 38 besteht aus verdrillten Leitern 36 und 42, die um einen Ringkern 72 gewickelt sind. Der Kern 72 ist aus einem Material hergestellt, das bei niedriger Frequenz von etwa 100 Kilohertz eine hohe Permeabilität besitzt. Die verdrillten Leiter 36 und 42 ergeben eine Übertragungsleitung von 25 Ohm; sie sind zwölfmal um den Kern 72 gewunden, der einen Außendurchmesser von 5,5 mm und eine Dicke von 1,5 mm besitzt. Der Impedanzwandler 46 ist elektrisch mit dem Koaxialkabel 34 und der Sammelschiene 24 in ähnlicher Weise verbunden, wie für den Impedanzwandler 38 beschrieben. Beide Impedanzwandler 38 und 46 sind parallel an die Sammelschiene 24 angeschlossen. Jeder der Impedanzwandler 38, 46 besitzt eine Impedanz von 6,25 Ohm, was bei einer 4:1-Impedanzumformung bewirkt, daß das Ausgangsende der Impedanzwandler 38 und 46 eine durch die Koaxialkabel 32 und 34 gebildeten Impedanz von 25 Ohm ergeben.

Die Parallelschaltung von Widerstand 48 und Kondensator 50 legt das Eingangsende des Außenleiters 34" an Erde und bildet ein Netzwerk zur Erzeugung einer Gleichvorspannung. Der Wert des Kondensators 50 ist ausreichend hoch, um eine vernachlässigbare Impedanz bei der zu betrachtenden Frequenz aufzuweisen, während der Wert des Widerstandes 48 so gewählt ist, daß er das richtige Gleichvorspannungsniveau mit der erwarteten Belastung und dem entsprechenden Zyklus ergibt.

Wie bereits in den vorstehenden Betrachtungen ausgeführt, ist es ein Hauptzweck der Erfindung, Breitbandimpedanzwandler zu schaffen, die bei Einsatz in einem Verteilersystem für Impulse einer elektrischen Übertragungsleitung Steuerimpulse von ähnlichen Eigenschaften hinsichtlich Verzögerungs- und Formfaktor an mehrere Sammelschienen liefern. Dieses Ziel wird durch Aufspalten des Ausgangssignals der Übertragungsleitung und Anlegen eines jeden von zwei ähnlichen Signalen an entsprechende Teile einer Sammelschiene erreicht, die in der beschriebenen Ausführung ein Kupferstreifen von 625 mm Länge, 9,4 mm Breite und 3,1 mm Dicke war. Infolge der hohen Frequenz des an die Sammelschiene angelegten Signals kann der Signalformfaktor an jedem Punkt entlang der Sammelschiene anders sein, außer wenn die Klemmen 20 und 22 der F i g. 1, an denen die Signale an die Sammelschiene gekoppelt sind, in geeigneter Weise in bezug auf die Geometrie der Sammelschiene angeordnet sind. In der beschriebenen Anwendung wurden jede der Klemmen 20 und 22 ungefähr ein Viertel der Gesamtlänge der Sammelschiene von dem entsprechenden Sammelschienenende entfernt angeordnet. Bei einer anderen Anwendung würde die Anordnung der Klemmen durch Faktoren bestimmt sein, die die Impulsfrequenz und die Sammelschienengeometrie enthalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung schneller Taktgeberimpulse aus einem Generator hoher Impedanz auf eine Verteilerschiene für Lasten niedriger Impedanz unter Verwendung eines Eingangs- und Ausgangstransformators^ dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Eingangs- und Ausgangstransformator liegende Koaxialleitung (32) auf der Eingangsseite mit dem Innenleiter (32^ und ihrem Mantel (32") am Eingangstransformator angeschlossen ist und deren Ausgangsseite unter Zwischenschaltung je eines Ausgangstransformators (38, 46) an räumlich voneinander entfernte Punkte (20, 22) der Verteilerschiene angeschlossen sind und daß die Wicklung eines Kernes (54) hoher Permeabilität bei niedrigen Frequenzen, Teil der Koaxialleitung (32) ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Koaxialkabelleitung (32) gekoppelte Kern (54) ringförmig ist.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangstransformator (12) aus einem Ringkern (52) mit zwei getrennten Wicklungen besteht.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Ausgangstransformatoren (38, 46) zwei miteinander verdrillte Wicklungen (36,42) besitzt, deren Verbindungspunkte (40) mit den jeweiligen Anschlußpunkten (20, 22) der Verteilerschiene (24) verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitung (32) durch eine parallele Koaxialleitung (34) ergänzt wird, daß die Ausgänge der Mittelleiter der Koaxialleitungen (32, 34) über je einen Ausgangstransformator (38, 46) an den Verteilerschienenanschlüssen (20, 22) liegen, daß an der Eingangsseite der Mittelleiter (32') an einem Ende des Eingangstransformators, der Außenmantel (34") am anderen Ende der Sekundärwicklung des Eingangstransformators liegt und daß der Außenmantel (32") mit dem Innenleiter (34') verbunden ist und daß an der Ausgangsseite der Koaxialleitungen die Außenmäntel (32" und 34") über je eine Wicklung der Ausgangstransformatoren (38, 36) mit den Verteilerschienenanschlüssen (20, 22) verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausgangsseite jeder Koaxialleitung, der Außenmantel (32", 34") über einen Kondensator (44) an Masse (Erde) und über eine Wicklung des Ausgangstransformators (38, 46) über den Verbindungspunkt (40) mit dem zugeordneten Anschlußpunkt der Verteilerschiene (20, 22) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Parallelschaltung des Widerstandes (48) und des Kondensators (50), das mit dem Außenmantel (34") der Koaxialleitung (34) verbundene Ende des Eingangstransformators mit Masse (Erde) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen