DE2227675A1

DE2227675A1 - Entzerrer mit einstellbarer amplitudencharakteristik

Info

Publication number: DE2227675A1
Application number: DE2227675A
Authority: DE
Inventors: Seiya Shida; Toru Tsuchiya
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1971-06-09
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1973-02-15
Also published as: US3794935A; JPS5334698B1; DE2227675B2; GB1386668A

Description

Patentanwalt Dr. Uwe Dreiss
7 Stuttgart 1
Alexanderstr. 88
Tel.: (0711) 24 68 29

Anmelder:

Mein Zeichen: Ni - 230

Nippon Electric Co., Ltd.
7-151 Shiba Gochome, Minato-ku
Tokyo-to , Japan

Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik

Die Erfindung betrifft einen Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik. Er betrifft die Entzerrung der Amplitudenverzerrung, die in Übertragungsleitungen für Frequenzteilung-Multiplex-Signale entstehen.

Die herkömmlichen einstellbaren Entzerrer können grob in zwei Arten eingeteilt werden. Die eine arbeitet mit einer Impedanzreflektion, die andere verwendet Kopplungsschleifen. Zu der ersten Gruppe gehört der nach seinem Erfinder, H.W. Bode, benannte einstellbare Bode-Entzerrer. Es sind eine ganze Reihe von Entzerrern dieser Art bekannt geworden. Ein Entzerrer der

xn: zweitgenannten Art ist beispielsweise ναι Undo et al. "A method for constructing a variable equalizer", Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, April 1969» S. A 166 - 172 beschrieben worden.

Bei beiden Arten von einstellbaren Entzerrern ist die einstellbare Charakteristik eine lineare Annäherung, d.h. die Dämpfung verändert sich im we sentliehen linear proportional zur Frequenzänderung. Die Übertragungsfunktion dieser Entzerrer kann man

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wie folgt angeben:

R₊Oi ₍₁₎

1 + RaC

Diesen Ausdruck kann man wie folgt modifizieren:

1 - R¹O^ 1 + R'oS

(2)

Dabei bedeutet o£ eine Funktion, durch die die veränderbare
Frequenzcharakteristik bestimmt wird. R und R^f sind reale
Koeffizienten» die die veränderbaren Werte bestimmen.

Wie in dem genannten Aufsatz erörtert, muß im Hilfsschaltkreis eines veränderbaren Bode-Entzerrers ein Netzwerk vorgesehen
sein, das zumindest an seinem einea Ende eine Impedanznachbil~ dung in Form eines festen Widerstandes aufweist. Wird ein derartiger Entzerrer als Breitbaiid-Kompensations-Entzerrer eingesetzt, dann ist ein Pufferverstärker zwischen den Hilfsschaltkreisen notwendig. Das bringt unabdingbar eine Komplizierung
der gesamten Schaltung mit sich,,

Der von Endo et al. vorgeschlagene Entzerrer arbeitet nicht
mit der Impedanz-Reflektion, sondern mit einer Rückkopplungsschleife« Das macht jedoch einen ausreichenden Stabilitätsabstand für die Rückkopplungsschleife notwendig. Je größer dabei die Phasenabweichung ist, desto größer wird die Abweichung der veränderbaren Charakteristik vom angestrebten Wert. Damit aber wird der Stabilitätsabstand geringer. Besonders, in der für die Übertragung eines breiten Bandes oder hoher Frequenzen vorgesehenen Schaltung muß diese Anforderung an einen hohen Stabilitätsabstand strikt eingehalten werden. Zu diesem Zweck sind Verstärker sehr· hoher Qualität/ausgezeichneten Übertragungseigenschafken notwendig, die einen erheblichen technologischen
Aufwand bei der Herstellung bedingen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die dargestellten Nachteile der bekannten veränderbaren, d.h, einstellbaren Entzerrer zu vermeiden. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen einstellbaren Entzerrer zu schaffen, der einen einfachen schaltungsmäßigen Aufbau aufweist und im Betrieb stabil ist, und dessen einstellbare Übertragungscharakteristik durch die genannten Formeln (i) und (2) wie bei den vorbekannten Entzerrern gegeben ist.

Ein Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik ist erfindungsgemäß dadurch, gekennzeichnet, daß das Eingangssignal an eine Schaltung gelangt, die ein Analogsignal mit einer Amplitude erzeugt, die im wesentlichen zweimal so groß ist, wie die des Eingangssignals, daß ferner dieses Analogsignal an eine von einem Zweipol und einem einstellbaren Widerstand gebildete Reihenschaltung gelangt,wobei der Realteil der Admittranz des Zweipols eine vorbestimmte Frequenzcharakteristik aufweist, und daß ferner eine Subtrahierschaltung als Ausgangssignal des Entzerrers ein Differenzsignal bildet, das die arithmetische Differenz der Amplituden eines dem Eingangssignal hinsichtlich seiner Amplitude proportionalen Analogsignale und des an der Verbindung des Zweipols mit dem einstellbaren Widerstand entstehenden Analogsignals darstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines einstellbaren Entzerrers

gernäß der Erfindung;
*iß·. 2 ein schernatisches Schaltbild eines konkreten Beispiels

des Hetzwerkes h gem. ^iQ* 2; Fig. 3 den Kurvenverlauf einer einstellbaren Ainplituden__charal;tr;ristik;

3 0 ^(J 8 Π 7 / (J V 9 2

Fig. h ein Schaltbild einer beispielsweisen Verwirklichung

des Zweipols 10 gem. Fig. 2;
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführinigsfortn des Netzwerkes 4§

Fig. 6 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels

Teiles der der Xu Fig. 5 durch gestrichelte Linien bezeichneten

Sehalt«ngι · - -

I*ig_t 7 ein Schaltbild eines-einstellbaren Entzerrers gemäß

der Erfindungs der- zu demjenigen nach Fig. 2 dual ist; Fig. .8 ein Schaltbild eines Ausfüferungsbeispiels des Zwei-

pols 10 gem. Pig. 7§
Fig.—-9 ein Schaltbild eines weiteren Ausfülirungsbei spiels

des eisstellbaren Entzerrers gem, der Erfindung;
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines einstellbaren Breitband- ■ Entzerrers gemäß der Erfindung.

Fig, 1 zeigt /grundsätzliche Schaltung₉ die das Prinzip der Erfingtang erkennen läßt. Eine Spannung V\ liegt an einer Eingangsklemme l_e an. Von dort gelangt sie atsf die Hauptübertragungsleitung 2 und eine Hilfsübertragiangsleitung 3. Ein Netzwerk h mit dev Spannungs-Übertragungsfunktion T. ist in der Hilfs-ÜbertragungslBitung 3 zwischengeschaltet. Die Spannungs-Übertragungsfunktion T ist folgendes

_{T B} - ² ^^R (3)

An einer Subtrahierschaltung 5» deren Ausgang an die Aus—
gangsklesKme 6 gelangt _s wird die Differenz zwischen den Ausgangs spannungen der Hauptübertragungsleitung 2 und der Hilfs-Übertx-agiHigsieituing 3 gebildet. Nisnmt man an, daß die' Spannung an der Ausgangsklemme 6 gleich V ist, dann ist die Spannungs-Übertragungsfunktion T der Schaltung zivischen der EingangskleiRiae 1 und der Ausgangskiems«e 6

— ) —

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T = ^V2 = 1 - T = ¹ " °j^R (4)

Es ergibt sich also, daß Gleichung (4) rait Gleichung (2) übereinstimmt. Hat man also bei einem grundsätzlichen Schaltungsaufbau nach Fig. 1 ein Netzwerk, dessen Spannungs-Übertragungsfunktion T gleich derjenigen nach Gleichung (3) ist, dann arbeitet die in Fig. 1 gezeigte Schaltung als einstellbarer Entzerrer, dessen einstellbare Charakteristik dieselbe wie diejenige der bekannten Entzerrer ist.

Fig. 2 enthält eine vereinfachte Darstellung eines Netzwerkes,

" ^haV

das eine derartige Spannungs-Ubertragungsfunktion TJ. An der Eingangsklemme 7 liegt die Spannung V an. Sie wird von einem Verstärker 8 verstärkt, dessen Verstärkungsfaktor 2 ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 8 beträgt demnach 2V., an der Klemme 9· Diese Ausgangsspannung des Verstärkers gelangt an die Ausgangsklemme 11 über einen Zweipol 10 mit der Admittanz jr. Die Verbindungsstelle des Zweipols 10 mit der Ausgangsklemme ist über einen einstellbaren Widerstand 12 geerdet. Die Spannungs-Übertragungsfunktion T. der Schaltung zwischen den Klemmen 7 und 11 ist · ·

1 + yk

Der Realteil von y [Re (y)J sei nun c6 . Dann wird deutlich, daß das Netzwerk 4 mit der durch Gleichung (3) gegebenen Spannungs-Übertragungsfunktion, wie sie in der Schaltung nach Fig. enthalten ist, realisiert werden kann. Die einstellbare Amplituden-Frequenz-Charakteristik Δ A (in Neper) ergibt sichjdann zu:

Δ A = log &γ— = 2k 'Re(y) = 2ko£ (6)

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Ein derartiger Entzerrer entsteht, wenn man den Realteil der Adraittanz y_ der gewünschten Frequenzcharakteristik annähert.

Die einstellbare Amplituden-Frequenz-Charakteristik ΔΑ nimmt die einstellbare Charakteristik eines einstellbaren Stoßentzerrers (bump type variable equalizer), die in Fig. 3 dargestellt ist, an, wenn sich der Realteil von y_ aus einer Schaltung ergibt, wie sie in Fig. k dargestellt ist, und die aus einer Reihenschaltung eines induktiven Elementes 13» eines kapazitiven Elementes 14 und eines Ohm'sehen Widerstands-Elementes 15 ergibt..

Jedoch muß darauf hingewiesen werden, daß die Verwendung lediglich eines einstellbaren Widerstandes 12 (Fig. 2) noch nicht dazu ausreicht, eine bidirektionale (aufwärts und abwärts) einstellbare Charakteristik, wie sie in *ig. 3 dargestellt ist, zu erzielen. Um auch einen negativen Widerstand k am Widerstand 12 zu verwirklichen, muß ein negative Widerstandskonverter (NIC) oder eine ähnliche Schaltungsanordnung verwendet werden. Bei einem Stoßentzerrer kann diese bidirektionale einstellbare Charakteristik nur in dem Fall erzielt werden, wenn der Widerstand des* Ohm'sehen Widerstandselementes 15 nach Fig. h der folgenden Anforderung genügt;

R j£ 2max(k) (7)

Ein Beispiel eines Netzwerkes gemäß der Erfindung ist in Fig, dargestellt. An der Ausgangskleinme 9a erhält man die Spannung +2V . An einer weiteren Ausgangsklemme 9b erhält man die Spannung -2V . Dabei handelt es sich um Ausgangsklemmen eines Difforentialveriitärkers 8 mit dem Spannungs-Vex"stärkungsfaktor 2. Diese Ausgangsklemmen 9a und $b des Differentialverstärkers 8 werden jeweils über einen Schalter 16 mit dem Zweipol 17 verbunden, dessen Admittanz y· ist« Es sei nun angenommen, daß folgende Beziehung zwischen den Admittanzen y¹ und y existiert:

- 309807/0792 f, _ 7 -

ORIGINAL INSPECTED

— 7 —
-J- = -~- + R (8)

y y^{1 v} '

Das zeigt, daß in dem Netzwerk nach Fig. h die Admittanz desjenigen Teils, der das Ohm'sche Widerstandselement 15 'nicht mit einschließt^ gleich y¹ ist. Das andere Ende des Zweipols ist mit der Ausgangsklemme 11 über einen der Kontakte des Schalters 18 und von daher über einen Widerstand 19 mit dem Widerstandswert R verbunden. Der andere Schaltkontakt des Schalters 18 ist über einen einstellbaren Widerstand 20 an Erde gelegt. Der bewegliche Kontakt des einstallbaren Widerstandes 20 und ebenso der des anderen einstellbaren Widerstandes 21 ist mit der Ausgangsklemme 11 verbunden.

Ein Ende, des einstellbaren Widerstandes 21 ist geerdet. Der Gesamtwiderstand der einstellbaren Widerstände 20 und 21 sei R; der Widerstand des Teiles der Schaltung, der zwischen Erde und jedem der beiden einstellbaren Kontakte liegt, sei 2k. Die Schalter 16 und 18 sind miteinander gekoppelt. Der Schalter 18 lißgt am Widerstand -19» wenn der Schalter 16 an der Ausgarigsklemme 9a des Differentialverstärkers 8 anliegt.

In der SchaltisteHung, die in Fig. 5 mit durchgezogenen Linien angezeigt ist, stimmt die Spannungs-Übertragungsfunktion T des Teiles der Schaltung zwischen den Klemmen 7 und 11 mit

Gleichung (5) überein. In der Schaltstellung, die in Fig. 5 ^durch gestrichelte Linien angedeutet ist, liegt ein Teil des eSilstellbaren Widerstandes 20 vom Wert(R - 2k) ohne Wirksamwerden des Widerstandes 19 zwischen dem Schalter 18 und der Klemme 11. In diesem Zustand genügt die Übertragungsfunktion T der Gleichung (5)ι wenn man R durch -R ersetzt. Auf diese Weise kann man die in Fig. 3 gezeigte bidii"ektionale Charaktex-istik realisieren.

Der von gestrichelten Linien umgrenzte Bereich 22 der Schaltung, nach Fig. 5 kann auch dxixch eine Jfvumaim-Schaltung nach

3 0 9 H Π 7 / Π 7 9 2

Fig. 6 realisiert werden.

Die Spannungs-Übertragungsfunktion T basiert gundlegend auf der Schaltung nach Fig. 2. Sie kann jedoch auch durch eine Schaltung Jiach Fig. 7 verwirklicht werden, die zu der in Fig. 2 gezeigten im Verhältnis der Dualität steht. In Fig. 7 liegt wieder eine Spannung V₁ an der Eingangsklemme 7 an. An der Ausgangsklemme 9 eines Verstärkers 8 erhält man die Spannung V_?« Der Verstärker 8 hat wiederum den Verstärkungsfaktor 2. Mit 12 ist ein einstellbarer ¥iderstand mit dem Leitwert g bezeichnet. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Zweipol mit der Impedanz Z. Bei dieser Schaltung kann die Spannungs-Übertragungsfunktion T wir folgt angegeben werden:

*p — — —
^A^-V₁ " 1 + gZ

Ersetzt man also in Gleichung (9) den ReZ durch o^ dann erhält man Gleichung (3). Die Schaltung nach Fig. 7 ermöglich dieselben Modifikationen wie diejenige nach Fig. 2. Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Zweipols, wie er in der Schaltung nach Fig. 7 verwendet wird und wie er im Rahmen dieser Schaltung zu demselben Ergebnis führt, wie der Zweipol nach ^ig. 4 im Rahmen der Schaltung nach ^ig. 2.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das demjenigen nach Fig. 5 und 6 entspricht. Am Ausgang eines Verstärkers 8 erhält man wiederum die Spannung 2V . Diese Sapnnung wird durch einen Gabelübertrager in zwei Komponenten aufgeteilt, von denen eine gleiche Phase, die andere invertierte Phase hat. Man erhält also an den Klemmen 25 und 26 die Spannungen 2V und -2V . Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Zweipol mit dor Impedanz Z*. Für sie gilt folgende Beziehung:

309807/0792

Z (10)

Es sei nun angenommen, daß der Leitwert des veränderlichen Widerstandes 12 g + —(mho) ist und daß derjenige des einstellbaren Widerstandes2ß —(mho) beträgt. Auf Gleichung (1O) ergibt sich aufgrund der Kirchhoff'sehen Gesetze am Punkt 29:

(g + I)(SV₁ - V₂) + 1(-2V₁ - V₂) + 1(-V₂) = 0 (11)

Aus den Gleichungen (1O) und (11) gewinnt man die Spannungs-Übertragungsfunktion T. wie folgt:

I 2gZ r ,

l - 1 + gZ . <¹²>

Diese Bedingung stimmt mit Gleichung (9) überein. Ist nun

G £ 2 max(g) (13)

so erhält' man eine bidirektionale einstellbare Charakteristiki wie sie in ^ig. 3 dargestellt ist.

10 zeigt als Blockschaltbild einen einstellbaren Breitband-Entzerrer gemäß der Erfindung, bei dem mehrere der vorgeschriebenen Netzi/erke k verwendet wind. Sie sind parallel zueinander geschaltet und haben Spannungs-Übertragungs-Funktionen T.,- (i = 1, 2, ...m)_t die entlang der Frequenzachse an geeigneten Stellen angeordnet sind.

Ein einstellbarer Entzerrer, wie er im Vorstehenden beschrieben worden ist, hat eine Reihe sehr großer Voi-teile. So wird die Hilfs-Übertragungsleitung ohne Rückkopplungsschleife verwirklicht. Eine Wellenverzerrung kann durch die Entzerrung dadurch ausgeglichen werden, daß das Spannungsverhältnis von

- 10" -

30980 7/0792

einstellbarem Widerstand 12 (oder 20 oder 21) zu der Schaltung 10 verändert wird, welche in die Hilfs-Übertragungsleitung zwischengeschaltet und deren Frequenzcharakteristik wählbar ist. Die Schaltung aber kann sehr einfach realisiert werden^ sie ist jedoch in höchstem Maße für einstellbare Entzerrer geeignet, mit denen Amplituden hoher Frequenz über ein breites Band sehr präzise entzerrt werden können. Die in die Hilfs-Übertragungsleitung bei hohen Frequenzen imvermeidbar eingeführte Phasenabweichung kann leicht dadurch kompensiert werden, daß in die Hauptübertragungsleitung eine Schaltung zwischen· .geschaltet wird, deren Phasenverschiebung gleich der Phasenabweichung in der Hilfs-Übertragungsleitung ist. Darin liegt einer der Hauptvorteile gegenüber den herkömmlichen Schaltungen, die eine Rückkopplungsleitung verwenden«

Gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind verschiedene Änderungen möglich. So kann beispielsweise der Verstärker 8 nach ^ig. 2 durch ein Dämpfungsglied ersetzt werden, das in die Hauptübertragungsleitung 2 eingeschaltet ist, und das die Signalspannung im Verhältnis 1:2 dämpft. Der einstellbare Widerstand. 12 (oder 20 oder 21) kann durch den nicht linearen Widerstand einer Diode realisiert werden.

Patentansprüche

3 0 9 8 0 7 / (I 7 9 2

Claims

Patentansprüche

1) Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal an eine Schaltung (8) gelangt, die ein Analogsignal mit einer Amplitude erzeugt, die im wesentlichen zweimal so groß ist wie die des Eingangssignals, daß ferner dieses Analogsignal an eine von einem Zweipol (1O; 17» 19» 27) und einem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) gebildete Reihenschaltung gelangt, wobei der Realteil der Admittanz des Zweipols (lO; 17» 19; 27) eine vorbestimmte Frequenzcharakteristik aufweist, und daß ferner eine Subtrahierschaltung (5) als Ausgangssignal des Entzerrers ein Differenzsi-gnal bildet, das die arithmetische Differenz der Amplituden eines dem Eingangssignal hinsichtlich seiner Amplitude proportionalen Analogsignales und des an der Verbindung (11) des Zweipols (1O;. 17, 19; 27) mit dem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) entstehenden Analogsignales darstellt.

2) Entzerrer mit einstellbarer Amplitudencharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal an eine von einem Zweipol (10} 17» 195-27) und einem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21 ) gebildete Reihenschaltung ßolangt, wobei der Real teil dor Admittanz des Zweipols (1O; 17» 19; 27) oiujo vorbofstd intnte Krequenzcharakte- riiiti]: üiii'i.'ci s I., und daß j'ornur oino iuubt

M) 7 / Ο / U 2

SAD OWeiNAL

(5) als Ausgangssignal des Entzerrers ein Differenz!signal bildet, das die arithmetische Differenz der Amplituden eines dem Signal am Eingang der Reihenschaltung von Zweipol (10; 17, 19; 27) und einstellbarem Widerstand (12; 20, 21) im Verhältnis 1:2 proportionalen Analogsignals und des an der Verbindung (11) des Zweipols (lO; 17» 19;27) mit dem einstellbaren Widerstand (12; 20, 21) entstehenden Analogsignales darstellt.

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