DE2159878B2

DE2159878B2 - Zweiweg-Übertragungssystem

Info

Publication number: DE2159878B2
Application number: DE2159878A
Authority: DE
Inventors: William John North Palm Beach Fla. Davis (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-12-09
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1974-07-11
Also published as: FR2117607A5; SE369998B; DE2159878A1; US3725582A; IT941888B; NL7116854A; CA960312A; AU3622071A; GB1359700A; AU453445B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweiweg-Übertragungssystem mit einer symmetrischen, an beiden Enden mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Zweidrahtleitung und mit zwei Sender-Empfängern, die an die Leitungsenden über Widerstandskoppelschaltungen angeschlossen sind, welche Einkopplungen der Sendersignale in den am selben Leitungsende befindlichen Empfänger verhindern.

Elektronische Rechen- oder Datenverarbeitungsanlagen enthalten eine Vielzahl von Einheiten, wie eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speicherwerke sowie pei'iphere Einheiten, die in gewissen Entfernungen voneinander angeordnet und über Kabel miteinander verbunden sind. Bei einem aus der USA.-Patentschrift 2 725 532_ bekannten Zweiweg-Übertragungssystem ist die Übertragungsleitung an beiden Enden mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen. An jedem Ende befindet sich eine Sender-Empfänger-Einheit. Der Sender speist aus zwei Ausgängen über den Wellenwiderstandsabscbluß digitale Signale in die Übertragungsleitung ein, die am anderen Leitungsende den beiden Eingängen eines Differentialempfängers zugeführt werden.

Die Kosten für die Kabelverbindungen lassen sich wesentlich senken, wenn man die Kabel in beiden Richtungen ausnutzen kann. Hierzu sind jedoch Maßnahmen erforderlich, die verhindern, daß die vom Sender an einem Ende der Leitung abgegebenen Signale in den Empfänger am selben Leitungsende gelangen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift I 762 072 ist nun ein Zweiweg-Ubertragungsystem bekannt, bei

ίο welchem ein Sender und ein Empfänger über eine Widerstandskoppelschaltung derart an ein Ende einer Zweidrahtleitung für eine Signalübertragung in beiden Richtungen angeschlossen sind, daß die vom Sender abgegebenen Signale nicht in den Eingang des am

selben Leitungsende befindlichen Empfängers gelangen. Die bekannte Schaltung verwendet hierzu zwei Brückenschaltungen, wobei die Lciuuu; jeweils an einer Diagonale jeder Brücke liegt, während der Sender an die freie Diagonale der einen Brücke und

der Empfänger an die "freie Diagonale der anderen Brücke angeschlossen ist. Diese Brücken lassen sich jedoch nur abgleichen, wenn man eine Leitungsnachbildung benutzt, wobei der Abgleich um so besser ist, je idealer die Leitungsnachbildung ist, also je größer

die Anzahl ihrer Glieder ist. Verständlicherweise ist die Güte der Leitungsnachbildung eine Kostenfrage, und daher hängt die Übersprechdämpfung vom Sender zum Empfänger am gleichen Leitungsende von dem für diese Nachbildung getriebenen Aufwand ab.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Koppelschaltung, welche auch mil: geringeren-Aufwand eine gute Übersprechdämpfung zwischen Sender und Empfänger am gleichen Leitungsende gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäßc Schaltung benötigt zur Vermeidung eines Übersprechens vom Sender auf den am gleichen Leitungsende befindlichen Empfänger keine Leitungsnachbildung (mit Widerständen, Kapazitäten und eventuell auch Induktivitäten, je nach der angestrebten Güte der Nachbildung), sondern sie kommt lediglich mit wenigen Widerständen aus. Der Leitungsabschluß erfolgt mit ohmschen Widerständen von der Größe des WeHenwiderstandes, wobei jedoch auch diese Anpassung lediglich die Größe der Leistungsübertragung zwischen Sender und Leitung bzw. Leitung und Empfänger beeinflußt: (Leistungsanpassung), nicht jedoch die Übersprechdämpfung zwischen Sender und Empfänger am selben Leitungsende.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Anzahl der Übertragungsleitungen L in einer Datenverarbeitungsanlage um bis zur Hälfte derjenigen Anzahl verringert werden kann, die erforderlich ist, wenn zwei

getrennte Leitungen für die Übertragung von Signalen in den beiden verschiedenen Richtungen verwendet werden. Allerdings hat dieses System den geringfügigen Nachteil, daß die zu den Empfängern gelangenden Eingangssignale eine geringere Spannungsamplitude haben, als sie bei Verwendung einer Einwegleitung haben würden. Die Empfänger sind daher etwas weniger unempfindlich gegen Störsignale in der Leitung. Trotzdem kann das System so ausgebildet werden, daß es die beabsichtigen Vorteile in wirtschaftlicher und praktischer Hinsicht hat und dennoch völlig verläßlich die Übertragung von digitalen Informationen in beiden Richtungen über die Übertragungsleitung besorgt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspriichen gekennzeichnet. Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F {g. 1 das Schaltbild eines Zweiweg-Übertragungssystems (im folgenden auch Duplexsystem genannt) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit erdsymmetrischer Übertragungsleitung mit je einer Sende-Empfangs-Einheit an beiden Enden für die gleichzeitige Übertragung von digitalen Informationen in beiden Richtungen,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Duplexsystems nach F i g. 1, die mit unipolaren start mit bipolaren Signalen arbeitet,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Duplexsystems, die eine eintaktige Übertragungsleitung hat und mit bipolaren Signalen arbeitet, und

F i g. 4 eine andere Ausführungsform de? Duplexsystems nach F i g. 3, die mit unipo) >.ren statt mit bipolaren Signalen arbeitet.

F i g. 1 zeigt ein Duplexsystem für die Übertragung von digitalen Signalen. Das mit bipolaren Spannungssignalen arbeitende Duplexsystem besteht aus einer symmetrischen Übertragungsleitung L und zwei Sende-Empfangs-Einbeiten TR und TR'. Die Übertragungsleitung L hat zwei Leiter Z., und L₂ mit einem Wellenwiderstand Z₀. Die Leiter können beliebig lang sein, und zwar bis zu einer Länge, bei welcher der Gleichstromwiderstand der Leitung im Verhältnis zum ohmschen Wert der Abschlußwiderstände beträchtlich wird. Längen bis ungefähr 70 m (200 Fuß) und mehr sind durchaus angängig. Die Übertragungsleitung kar' ? B. einen Wellenwiderstand von ungefähr 140 Ohm haben. In der Sende-Empfangs-Einheit TR haben die Leiter L_x und L₂ der Übertragungsleitung ,n Reihe geschaltete Wellenwiderstands-Abschlußwiderstände Rt, deren Wert jeweils gleich der Hälfte des erdsymmetrischen Wellenwiderstandes der Leitung ist.

Die Sende-Empfangs-Einheit TR enthält einen Sender T, der mit seinen Ausgängen an die Enden A und B der Abschlußwiderstände R_t angeschlossen ist und an seinem Logikeingang/ zu übertragende digitale informationssignale der Werte »1« und »0« empfängt.

Die Sende-Empfangs-Einheit TR enthält ferner einen Differentialempfärigüri? mit einem Direkt- oder Positiveingang £ und einem Umkehr- oder Negativemgang F, Die Eingänge E und /"sind über ein Widerstandsnetzwerk mit den Enden A, B, C und D der Abschlußwiderstände R_t verbunden. Das Widerstandsnetzwerk enthält einen zwischen den Senderausgang B und den Empfängereingang E geschalteten Widerstand Rbe, einen zwischen Senderausgang A und den Empfängereingang F geschalteten Widerstand R₀/, einen zwischen den Leitungsanschluß C und den

ίο Empfängereingang E geschalteten Widerstand R_ee und einen zwischen den Leitungsabschluß D und den Empfängereingang F geschalteten Widerstand Ra/. Die Widerstände Rbe und R_af sind vorzugsweise gleich bemessen und können einen Wert von z. B. 2000 Ohm haben. Die Widerständet?« und Ra/ sind vorzugsweise gleich bemessen und haben den halben Wert der vorgenannten Widerstände, d. h. im vorliegenden Beispiel je 1000 Ohm.
Der Sender Γ kann beispielsweise irgendeine geeignete integrierte Schaltungsanordnung von der Art eines sogenannten Differential-Leitungssteuersenders mit bipolarem Ausgang sein. Geeignet ist beispielsweise die Einheit Type 9614 der Fairchild Semiconductor Division of Fairchild Camera and Instrument Corporation in Verbindung mit einer zusätzlichen Ausgangsstufe, die ein bipolares Ausgangssignal liefert. Der Differentialempfänger R kann beispielsweise irgendeine geeignete integrierte Schaltungsanordnung, wie z. B. der Leitungsempfänger Type SN 7 5107 der Texas Instruments. Inc., sein.

Die Sende-Empfangs-Einheit T¹R' am anderen Ende der Übertragungsleitung ist identisch mit der Sende-Empfangs-Einheit TR und als Spiegelbild derselben in der Zeichnung dargestellt, wobei entsprechende Schaltungselemente mit den gleichen Bezugszeichen mit jeweils Strichindex bezeichnet sind.

Im Betrieb des Duplexsystems nach F i g. 1 gibt es vier verschiedene mögliche Gleichstromzustände, je nach den gleichzeitig von den Sendern T und T' übertragenen digitalen Informationsbits. Der Sender T kann entweder eine »1« oder eine »0« übertragen. Wenn der Sender T eine »0« überträgt, kann der Sender T' entweder eine »0« oder eine »1« übertragen. Ebenso kann, wenn der Sender T eine »1« überträgt, der Sender T entweder eine »0« oder eine »1« übertragen. Die vier möglichen Gleichstromzustände im System sind daher wie folgt:

Tabelle 1 — Zustände in F i g. 1

A

B

TR

D

EF

Ausgang

CF'

T¹R'

D'

C

B'

Ä

Eingang

—e

+e

+ <?

-leß

0

0'

-leß

Spannung

+ e

—e

+ e

—e

/'

1

+e

—e

Spannung

0

-leß

»0«

+2e/3

0

+e

—e

»0«

—e

+e

C

0

+2eß

»0«

»1«

-leß

0

—e

-te

»0«

»1«

+e

—<?

—e

+2e/3

»1«

»0«

+2eß

—e

+e

—e

+e

»1«

»0«

0

»1«

0

+e

Die erste Zeile der obigen Tabelle gibt die Zustände im System für den Fall wieder, daß die Logikeingangssignale beider Sender T und 7" den Digitalwert »0« haben. In diesem Fall haben die Spannungen an den Ausgängen A und B des Senders T den Wert — e bzw. -he. Die Spannungen an den Ausgängen A' und B' des Senders 7" sind ebenfalls — e bzw. ~\-e. Da das System vollkommen symmetrisch ist und da die Übertragungsleitung an beiden Enden in ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist herrscht die Spannung —e an den Punkten A und C des Leiters L₁ und an den Punkten C und Ä. Abenso herrscht die Spannung +e an den Punkten B und D des Leiters L₁ und an den Punkten D' und B'.

Die Spannung am Empfängereingang E ist durch die Spannungsteilerwirkung des Widerstands Ri,_e, der beim Punkt i? an +eVolt liegt, und des Widerstands Rce, der beim Punkt C an — e Volt liegt, bestimmt. Die Spannung am Empfängereingang E beträgt somit —e/3. Die Spannung am Empfängereingang F ist durch die Spannungsteilerwirkung des Widerstands Ra/, der beim Punkt A an —eVolt liegt, und des Widerstands Ra/, der beim Punkt D an +e Volt liegt, bestimmt. Die den Empfänger R erreichende differentielle Eingangsspannung EF ist somit gleich —2/3e, wenn der Positiveingang E als Bezugspunkt angesehen wird. Der Empfänger R erzeugt bei Empfang des negativen differentiellen Eingangssignals EF an seinem O-Ausgang ein Signal »0«. Dieses Logikausgangssignal entspricht dem Eingangssignal »0«, das dem Eingang/' des entfernten Senders 7" zugeführt ist.

Die obige Tabelle 1 der Zustände im System nach F i g. 1 zeigt vier verschiedene mögliche Zustände. Ein Empfänger R oder R' erzeugt bei Empfang einer negativen differentiellen Eingangsspannung EF oder E'F' ein Ausgangssignal »0« und bei Empfang einer positiven differentiellen Eingangsspannung ein Ausgangssignal »1«. Immer wenn am Eingang/ eines Senders eine »0« ansteht, ist die Ausgangsgröße 0 oder 0' des entfernten Empfängers ebenfalls eine »0«. Ebenso ist, wenn die Eingangsgröße / oder /' eines Senders eine »1« ist, die Ausgangsgröße 0'oder 0 des entfernten Empfängers stets eine »1«.

Die Tabelle 1 gibt die Gleichspannungszustände im System wieder, um zu zeigen, wie über die Übertragungsleitung L Informationen gleichzeitig in beiden Richtungen übertragen werden können. Das System sorgt auch dafür, daß Informationen in beiden Richtungen unter dynamischen Bedingungen, unabhängig von der Zeiteinstellung der von beiden Sendern T und T' in die Übertragungsleitung eingespeisten Signale, richtig übertragen werden. Wenn die beiden Sender völlig asynchron arbeiten, kann es sein, daß die Ausgangsgröße des örtlichen Senders ihren Zustand unmittelbar vor, genau gleichzeitig mit oder kurz nach dem Empfang einer ankommenden Wellenfront, die vom entfernten Sender ausgesendet worden ist, ändert. Jedoch sind die senderseitigen Spannungsausschwingungen oder -amplituden sehr groß und sehr schnell beim Durchlaufen desjenigen empfängerseitigen Schwellenspannungsbereichs, in dem der Empfänger unsicher bei der Erzeugung einer »1« oder einer »0« als Logikausgangsgröße ist.

Die Senderausgangsspannung kann sich über einen Bereich von ±4 Volt oder ±4000 mV ändern, und dei Empfänger kann einen Schwellenunsicherheitsbereich von nur ±25 mV haben. Unter Berücksichtigung dei Spannungsteilerwirkung im Widerstandsnetzwerk beträgt der Schwellenunsicherheitsbereich für die Empfängerspannung nur ungefähr 1,25% der Ausschwingung der Senderausgangsspannung. Die Anstiegs- oder Abfallzeit des senderseitigen Spannungsimpulses kann

ίο 10 Nanosekunden betragen, und ein Kabel mit einer Länge von ungefähr 30 m (100 Fuß) kann eine Anstiegs- oder Abfallzeit von 50 Nanosekunden haben. Die Zeit, während der die Spannungsänderung von 4000 mV den Schwellenunsicherheitsbereich eines Empfängers von ±25 mV durchläuft, ist dann nur ungefähr 1,25 Nanosekunden. In einer so kurzen Zeit kann der Empfänger nicht ansprechen, um eine falsche logische Ausgangsgröße zu erzeugen. Die zeitliche Lage der richtigen logischen Ausgangsgröße des Empfängers

so kann um einen kleinen Betrag im Bereich von ungefähr ±2 Nanosekunden verschoben sein. Dies ist unerheblich im Verhältnis zu den normalen Ansprechzeitschwankungen im System, die durch Schaltungsund Lütungsverzögerungen oder -laufzeiten bedingt

as sind.

Das in F i g. 2 dargestellte Duplexsystem ist gleich ausgebildet wie das System nach F i g. 1, außer daß die an den Senderausgängen A und B erzeugten Signale unipolare Signale sind, wobei eine »0« durch 0 Volt bei A und +e Volt bei B und eine »1« durch +e Volt bei A und 0 Volt bei B dargestellt werden. Das System nach F i g. 2 enthält zusätzliche Widerstände R_eo, Rf₀, R'_ec und R'f₀, die jeweils zwischen einen Empfängereingang und einen Punkt mit Null- oder Massepotential geschaltet sind. Diese Widerstände haben vorzugsweise den gleichen Wert, z. B. je 2000 Ohm.

Für den Sender T kann wiederum irgendeine geeignete integrierte Schaltungsanordnung, beispielsweise die bereits erwähnte Einheit Type 9614 verwer>de1 werden. Ebenso kann für den Differentialempfänger B irgendeine geeignete integrierte Schaltungsanordnung, beispielsweise die obenerwähnte Einheit Type SN7 5107, verwendet werden.

Die Arbeitsweise des Systems nach F i g. 2 ist ahn-Hch wie die des Systems nach Fig. 1. Die unter der vier möglichen Signalbedingungen in F i g. 2 sich ergebenden Zustände sind wie folgt:

Tabelle 2 — Zustände in F i g. 2

A

B

TR

^D

EF

Ausgang

E'F'

T'R'

D-

c·

B-

A'

Eingang

0

e

-e/4

0

0'

-e/4

Spannung

e

0

e

0

Γ

/

e

0

Spannung

e/2

-e/4

»0«

+e/4

e/2

e

0

»0«

0

e

C

e/2

+e/4

»0«

»1«

-e/4

e/2

0

e

»0«

»1«

e

0

+e/Ί

»1«

»0«

+e/4

0

e

0

e

»1«

»0«

e/2

»1«

e/2

e

Ein Empfänger R oder R' erzeugt eine Logikausgangsgröße »0«, wenn das differentielle Eingangssignal EF oder E'F' eine negative Spannung ist, während er als Logikausgangssignal eine »1« erzeugt, wenn das differentielle Eingangssignal eine positive Span nung ist.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform ist füi eine eintaktige Übertragungsleitung mit einem ein

<o

zigen Leiter und einem gemeinsamen Masseanschluß oder Rüdkleitungsweg, der auf Null- oder Massepotential liegt, bestimmt. Die von den Sendern gelieferten Spannungen, die auf Nullpotential bezogen sind, sind bipolare Signale, bei denen eine »0« durch —e Volt bei A oder A' und eine »1« durch +e Volt bei A oder A' dargestellt werden. Das System nacl F i g. 3 hat eine einzige Abschlußimpedanz R_n ai jedem Ende der eintaktigen Leitung. DerohmscheWer der Abschlußimpedanzen ist jeweils gleich den Wellenwiderstand der Leitung. Die vier im Betriei des Systems möglichen Zustände sind wie folgt:

Tabelle 3 — Zustände in F i g. 3

	A	TR	EF	Ausgang	Ausgang	*T'R'*	*E'F'*	C	A'	Eingang
Eingang	—e	Spannung	*-eß*	0	0'	Spannung	*-eß*	—e	—e	/'
I	+e	C	*-eß*	»0«	»0«	+eß	0	—e	»0«
»0«	—e	-<?	+ eß	»0«	»1«	*-eß*	0	+e	»0«
»1«	+e	0	+eß	»1«	»0«	+ eß	+e	+e	»1«
»0«	0		»1«	»1«			»1«
»1«	*+ e*

Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform hat eine eintaktige Übertragungsleitung und unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 3 darin, daß die von den Sendern in die übertragungsleitung eingespeisten Signale unipolar sind. Das heißt, das von einem Sender auf den Punkt A oder A' gegebene Signal stellt eine »0« dar, wenn es 0 Volt beträgt, und stellt eine »1« dar, wenn es +e Volt beträgt.

Ferner unterscheidet sich das System nach F i g. A vom System nach F i g. 3 darin, daß die an die Eingänge der Empfänger angeschlossenen Widerstände mit einer Vorspannungsquelle gleich +eß statt mil Null- oder Massepotential verbunden sind. Die viel möglichen Zustände des Systems sind wie folgt:

Tabelle 4 — Zustände in F i g. 4

	A	TR	EF	Ausgang	Ausgang	*T'R'*	*E'F'*	C	^A'	Eingang
Eingang	0	Spannung	-e\A	0	0'	Spannung	-el A	0	0	/'
I	e	^C	*-el A*	»0«	»0«	ejA	eß	0	»0«
»0«	0	0	e/4	»0«	»1«	-e/A	eß	e	»0«
»1«	e	eß	e/4	»1«	»0«	e/4	e	e	»1«
»0«	eß		»1«	»1«			»1«
>>1«	e

Die Systeme in den vier Ausführungsformen nach F i g. 1 bis 4 enthalten jeweils Widerstandsnetzwerke mit relativen Widerstandswerten, die eine maximale Signalspannungsausschwingung für die Empfänger ergeben, während die Eingangsspannungen auf den gleichen positiven Werten für die beiden eine Ausgangsgröße »1« erzeugenden Eingangsgrößen und auf den gleichen negativen Werten für die beiden eine Ausgangsgröße «0« erzeugenden Eingangsgrößen gehalten werden. Man kann zwar auch andere Widerstandswerte verwenden, jedoch hat dies eine Verringerung der Störunempfindlichkeit und/oder eine erhöhte Schwankung im Zeitansprechverhalten der Empfänger zur Folge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409528/225

Claims

Patentansprüche:

1. Zweiweg-Übertragungssystem mit einer symmetrischen, an beiden Enden mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Zweidrahtleitung und mit zwei Sender-Empfängern, die an die Leitungsenden über Widerstandskoppelschaltungen angeschlossen sind, weiche Einkopplungen der Sendersignale in dem am selben Leitungsende befindlichen Empfänger verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (T, T¹) gegenphasige Ausgangssignale (+e, —e) liefern und mit ihrem Normal- und Umkehrausgang (A bzw. B) jeweils über einen Anpassungswiderstand (Rt₁, Rt^ vom halben Wert des Wellenwiderstandes an ein Ende (C bzw. D) der Leitung angeschlossen sind und daß di* Empfänger (R, R') Differenzeingangsschaltungeu haben, deren Normal- undUmkehreingänge (E bzw. F) jeweils über gleiche erste Widerstände (R_cc bzw. Raj) der Widerstandskoppelschaltungen mit den entsprechenden Enden (C, D) der Leitung verbunden sind und über gleiche zweite Widerstände (Rt,_e bzw. R„f) der Widerstandskoppelschaltung, die größer als die ersten Widerstände (/?„, R,i_f) bemessen sind, über Kreuz mit den jeweils entgegengesetzten Ausgängen (B, A) der am gleichen Leitungsende befindlichen Sender verbunden sind.

2. Übertragungssystem "ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Widerstandskoppelschaltung ferner ein Irittes Paar gleicher Widerstände (R_ea< K/o) aufweist, welche die Eingänge (E, F) des Empfängers mit einem Bezugspotential verbinden.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Widerstände (Rbe, Raf) doppelt so groß bemessen sind wie die ersten Widerstände (Rcc, Rd/) ■