DE2130916B2

DE2130916B2 - Übertragungsschaltung für digitale Signale

Info

Publication number: DE2130916B2
Application number: DE2130916A
Authority: DE
Inventors: Ryoji Yokohama Imazeki; Hiroshi Kawasaki Kanagawa Ishida; Norito Kawasaki Yoshitake
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1970-06-22
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1974-04-04
Also published as: FR2096419B1; CH528189A; DE2130916C3; FR2096419A1; SU420198A3; SE368126B; CA933607A; DE2130916A1; GB1351043A; US3705418A; JPS527286B1

Description

2. Übertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element einen Transistor und der in einer Richtung wirksame Schalter eine Diode enthält.

Die Erfindung betrifft eine gegenüber Masse isolierte Übertragungsschaltung for digitale Signale, bei der ein digitales Datensignal einer Oszillatorschaltung zugeführt, das Oszillatorsignal mit dem Datensignal moduliert und das modulierte Ausgangssignal der Oszillatorschallung über einen Übertrager einem Doppclwcggleichrichlcr zugeführt wird, ferner das Glcichstromausgangssignal des Doppclweggicichrichtcrs durch einen Reihen- und einen Querwiderstand geteilt und die Ausgangsgröße des Querwiderstandes auf die Übertragungsleitung gegeben wird.

Bei Steuerungssystem^, bei denen zwischen den Einrichtungen Uingcre Entfernungen vorliegen, werden die Polcntialdirfercnz zwischen den Einrichtungen und Masse sowie das Rauschen zu einem wesentlichen Problem. Man kann die unerwünschten Auswirkungen dadurch mindern, daß beide Klemmen der Übertragungsleitung gegenüber Masse isoliert werden. Das Datensignal wird zu diesem Zweck einem Oszillator zugeführt und der Oszillator mit dem Signal moduliert. Die modulierte Ausgangsgröße wird über einen Übertrager -und eine DoppclweggJeichrichterschaltimg sowie eine Anpassungsschallung in die übertragungsleitung eingespeist. Bei dieser Methode sind in der Doppelwcgglcichrichtcrschaltung Dioden enthalten, und die Impedanz dieser Dioden verändert sich, je nachdem, ob es sich um einen abfließenden oder einen zufließenden Strom handelt. Es ist deshalb sehr schwierig sowohl für den abfließenden als auch für den zufließenden Strom, den Quellemviderstand der Senderschaltung an die Impedanz der Übertragungsleitung anzupassen. Als Folge hiervon ist es unmöglich, gleichzeitig die Vorderflanken und die Rückflanken der Datensignale zu

ίο verbessern, d. h. eine formgetreue Übertragung von Vorder- und Rückflanken der Impulse zu erzielen. " Durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 900 917

ist eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Steuersignalen in datcnvcrarbckcnden Anlagen vom Ausgang einer Sendestellc über eine Mehrdrahtvcrbindungsieitung zu einer signalvcrarbcitenden Empfangsstclle bekanntgeworden, bei der ein den Ausgang in der Sendeslelle bildender Schalttransistor kollektorseitig mit der einen und emitterseitig mit

ao der anderen geerdeten Ader der Übertragungsstrecke verbunden ist und die Übertragungsstrecke sowohl am Sendeende als auch am Empfangsende durch je eine in Spcrrichtung gcpolte Diode überbrückt ist. Es handelt sich somit um eine unsymmetrische Anordnung mit den obenerwähnten Problemen. Eine Anpassung der Sendeslelle für den aus der Übertragungsleitung zufließenden Strom ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gegenüber Masse isolierten Übertragungsschaltung der einleitend genannten Art eine Anpassung des Quellcnwiderstandes der Sendcanordnung sowohl für den in die Übertragungsleitung abfließenden als r.uch für den aus der Übertragungsleitung zufließcnden Strom zu ermöglichen, um hierdurch sowohl die Ansticgscharaktcrislik als auch die Abfallcharakteristik der Datensignale verbessern zu können. Die Übertragungsschaltung soll in der Lage sein, digitale Daten möglichst formgetreu ohne Verringerung der Ausgangssignalspannung und ohne die Notwendigkeit einer Vergrößerung der Ausgangsleistung des Oszillators zu übertragen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Anschlüsse des Querwiderstandes ein aktives Element und längs der Übertragungsleitung ein stromrichtungsabhängiger Schalter zum Steuern des aktiven Elements geschaltet ist und daß

a) während der Aussendung des Ausgangsgleichstromsignals der siromrichtungsabhängigc Schal-

tcr einen Spannungsfall in Durchlaßrichtung erzeugt, durch den das aktive Element gesperrt wird, und

b) während der Zeit, zu der kein Gleichstromsignal ausgesandt wird, der stromrichtungsabhängige Schalter gesperrt ist und dann das aktive Element durch den Entladungsstrom aus der in der Übertragungsleitung gespeicherten elektrisphen Ladung in den leitenden Zustand versetzt wird.

Bei der crfindungsgcmiißen Lösung ist also zwischen die Ausgangsklemmen der Senderschaltung ein aktives Element geschaltet, das automatisch von einem in Reihe zur Übertragungsleitung liegenden polarisierten Schalter gesteuert wird. Die Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in einem Rechncrstcucrungsystem geeignet.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipscha'ltbild einer bekannten Übertragungsschaltung für digitale Signale,

F i g. 2 ein Diagramm der Wellenformen an verschiedenen Stellen der übertragungsschaltung,

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Übertragungsschaltung für digitale Signale,

Fig. 4a die Kennlinie der Ausgangswellenform der bekannten Übertragungsschaltung für digitale Signale und

Fig. 4b die Kennlinie der Ausgangswellenform der erfindungsgemäßen Übertragungsschaltung für digitale Signale.

Bei der bekannten in F i g. 1 dargestellten Übertragungsschaltung für digitale Daten wird das unter a in Fig. 2 dargestellte Datensignal einem Oszillator OSC zugeführt und der Oszillator OSC mit dem Datensignal α moduliert. In der Primärwindung eines Übertragers T wird die Ausgangsgröße des OsziHators erhalten, die die unter b in F i g. 2 dargestellte Wellenform besitzt. Die modulierte Wellenform b (gemäß Fig. 2) wird über den Übertrager T einer Doppelweggleichrichterschaltung, die aus den Dioden D 1 und D 2 bc steht, zugeführt und durch diese Dioden gleichgerichtet. Die unter r in Fig. 2 dargestellte Ausgangsgröße der Doppelwegglcichrichterschaltung wird einer aus den Widerständen R 1 und R 2 bestehenden Anpassungsschaltung zugeführt. Die Ausgangsgröße der Anpassungsschallung, d. h. die Ausgangsgröße der Senderschaltung 7"C, wird über eine Übertragungsleitung L mit dem Wellenwiderstand Z₀ zu einer weiteren Einrichtung gesandt, d. h. einer Empfangsschaltung RC mit der Belastung RL. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist die Übertragungsleitung L zwischen die Ausgangsklemmen 1 und 2 der Senderschaltung TC und die Eingangsklcmmen 3 und 4 der Empfangsschaltung RC geschaltet, und es ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, die Übertragungsleitung L gegenüber Masse isoliert. Im allgemeinen ist zur Verringerung der erforderlichen Leistung der Senderschaltung TC der Lastwiderstand RL so gewählt, daß RL > Z₀. Ferner muß die Ausgangsimpedanz der Senderschaltung TC so gewählt werden, daß ihr Wert in der Nähe des Wellenwiderstandes Z₀ der Übertragungsleitung L liegt, damit die digitalen Daten mit kleiner Zeitverzögerung übertragen werden können.

Es sei angenommen, daß der Oszillatoi OSC, der Übertrager T und die Dioden D₁ und D₂ ideale Elemente sind. Dann ist die Ausgangsimpedanz zwischen den Klemmen 1 und 2 während der Zeit, während der das Datensignal gesendet wird:

.Γ> η

R₁ + R,

und die Ausgangsimpedanz wird zu R„, wenn sich die Streukapazität der Übertragungsleitung L entlädt, weil die Dioden D₁ und D₂ nichtibitcnd werden. Unter der Voraussetzung, daß

hat die Ausgangsgröße zwischen den Klemmen 1 und 2, die unter <f in Fi g. 2 dargestellte Wellenform. Wie erwähnt, ist die Ausgangsimpedanz zwischen den Klemmen 1 und 2 für den abfließenden Strom durch Gleichung 1 und für den zufließenden Strom durch A₂ bestimmt, da die Dioden D₁ und D₂ im nichtleitenden Zustand sind, so daß die Wellenform d in F i g. 2 zwar eine kurze Amteigszeit besitzt, der abfallende Teil jedoch die in dieser Figur dargestellte Abfallzeit aufweist. Wenn zur Verbesserung der Abfallcharakteristik der Wellenform d der F i g. 2 deir Widerstandswert des Widerstandes Λ., klein gewählt wird, nimmt die Ausgangsspannung der Senderschaltung ab, da die gleichgerichtete Ausgangsgröße der Senderschaltung durch die Widerstände ^₁ und R₂ geteilt wird. Wenn die Werte der Widerstände .R₁

ίο und R.₂ sehr klein gewählt werden, um das Verhältnis RjR„ auf einem konstanten Wert zu haken, ist für den Oszillator eine große Ausgangsleistung erforderlich.
Bei der Senderschaltung der in F i g. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Übertragungsschaltung für digitale Zeichen wird der Oszillatorschaltung OSC das unter α in F i g. 2 dargestellte Datensignal zugeführt und der Oszillator OSC durch dieses Datensignal moduliert. Das unter b in F i g. 2 dargestellte modulierte Ausgangssignal wird über den Übertrager T der Doppelweggleichrichterschaltung zugeführt. Die Ausgangsgröße der Doppelweggleichrichterschaltung wird durch den Reihenwiderstand R₁ und den Parallelwidcrstand R₂ geteilt, und diese geteilte Ausgangsgröße zur Übertragungsleitung L gesendet. Soweit es den Widerstand R₂ betrifft, hat die Senderschaltung TC gemäß dieser Erfindung die gleiche Funktion wie die bekannte Übertragungsschaltung. Bei der Erfindung sind jedoch der Kollektor und der Emitter eines Transistors Q mit den Klemmen 1 bzw. 2 verbunden, und eine Diode D₃ ist zwischen den Emitter des Transistors Q und die Verbindungsstelle zwischen der Basis des Transistors Q und dem Parallewidcrstand R„ geschaltet. Die Polarität der Diode D₃ ist so gewählt, daß die Durchlaßrichtung der Diode mit der Stromrichtung des Signalstroms übereinstimmt.

Wenn bei dieser Schaltung die du-ch die Doppelweggleichrichterschaltung gleichgerichtete Welle aus den Anschlüssen 1 und 2 austritt, wird zufolge des hcrausfließenden Stroms die Basis des Transistors Q durch den Spannungsfall in Durchlaßrichtung der Diode D₃ umgekehrt vorgespannt, und der Transistor Q wird nichtleitend. In diesem Fall ist, da der

« Spannungsfall in Durchlaßrichtung der Diode D₃ sehr klein ist, der Wert der Ausgangsimpedanz durch Gleichung 1 gegeben, und dieser Wert ist so gewühlt, daß die Ausgangswcllcnform eine steile Anstiegsflanke besitzt. Wenn dann der Wert der gle'.chgcrich- leten Ausgangsgröße der Doppciwegglcichrichtcrschaltung zu 0 wird, fließt die in der Streukapazität der Übertragungsleitung gespeicherte Ladung über die Klemmen 1 und 2 ab. In diesem Fall wird die Diode D₃ umgekehrt zum zufließenden Strom vo;gespannt, und der zufließende Strom fließt über den Parallclwiderstand R₂ zur Basis des Transistors Q als ' Basisstrom. Als Folge hiervon fließt der /Mache Basisstrom (// ist der Stromverstärkungsfaktor des Transistors Q) im Kollcktorkrcis des Transistors Q. Demgemäß ist die Ersatzausgaugsiinpedanz für den zufließenden Strom

l+ß

Somit lautet die notwendige Bedingung für das Aufrechterhalten der Ausgangsimpedanz der Senderschaltung TC auf einem konstanten Wert sowohl für

den abfließenden als auch für den zufließenden Strom: :

R_x + /ζ~ 1 + ß '
woraus

/J .R₁ == R₂ (4)

folgt.

Wenn der Wert des Reihenwiderstandes R₁ und des Parallelwiderstandes R« so gewählt wird, daß Gleichung (4) erfüllt ist, dann wird die Abfallcharaktcristik der Ausgangswellcnform der Senderschaltung verbessert.

Wie erwähnt, wird zufolge des Spannungsfalls der Diode D₃ in Durchlaßrichtung der Transistor Q nichtleitend, wenn das Datensignal übertragen wird, und es fließt in Transistor Q ein Basisstrom, wenn kein Signal übertragen wird. Dann verändert sich der Ersatzwert des Parallclwidcrstandes Λ₂, und die Ausgangsimpedanz der Senderschaltung kann stets auf einem vorgegebenen konstanten Wert gehalten werden. Dies wird automatisch durch die Diode D₃ und den Transistor Q bewirkt. Hierdurch kann sowohl die Anstiegszeit als auch die Abfallzeit der Ausgangswellenform verbessert werden. Fig.4b stellt die expcrimentell durch die erfindungsgemäße Schaltung erhaltene Ausgangswellenform dar und Fig.4a die mit der bekannten Schaltung experimentell erhaltene Ausgangswellcnform. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung kann das digitale Signal wirksam ohne Abnähme der Spannung des Ausgangssignals und ohne die Notwendigkeit, die Ausgangsleistung des Oszillators zu erhöhen, übertragen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gegenüber Masse isolierte Übertragungsschaltung für digitale Signale, bei der ein digitales Datensignal einer Oszillatorschaltung zugeführt, das Oszillatorsignal mit dem Datensignal moduliert und das modulierte Ausgangssignal der Oszillatorschallung über einen Übertrager einem Doppchveggleichrichtcr zugeführt wird, femer das Gleichstromausgangssignal des Doppclwesgleichrichters durch einen Reihen- und einen Qucrwidcrstand geteilt und die Ausgangsgröße des Querwiderstandes auf die Übertragungsleitung gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Anschlüsse des Querwidcrstandcs (R₂) ein aktives Element (Q) und längs der Übertragungsleitung ein stromrichtungsabhängiger Schalter (D₃) zum Steuern des aktiven Elements geschaltet ist und daß

a) während der Aussendung des Ausgangsglcichstronisignals der stromrichtungsabhängige Schalter einen Spannungsfall in Durchlaßrichtung erzeugt, durch den das aktive Element gesperrt wird, und

b) wahrend der Zeit, zu der kein Gleichslromsignal ausgesandt wird, der stromrichtungsabhängigc Schalter gesperrt ist und dann das aktive Element durch den Entladungsstrom aus der in der Übertragungsleitung gespeicherten elektrischen Ladung in den leitenden Zustand versetzt wird.