DE2525741A1 - Taktimpulssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Taktimpulssystera zum Erzeugen und Verteilen zweier zueinander symmetrisch und zeitlich verschobener Taktimpulssignale, die je für sich auch symmetrisch sind, mit einer Stromquelle, die durch eine Impulsquelle ein- und ausschaltbar ist, einer Verzögertingsleitung und einer symmetrischen Belastung, wobei die Verzögerungsleitung und die Belastung durch die Stromquelle ansteuerbar sind. Derartige Taktimpulssystem sind bekannt (vergleiche U. S. Pat ent schrift 26328^?) und können z»B. zum Erzeugen und Verteilen von Taktimpulssignalen in DatenverteilttngS" und DatenverarbeitimßS-systemen dienen.

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In einem Taktimpulsverteilungssystem spielen hinsichtlich der einwandfreien Funktion und der Einfachheit des Systems zwei Aspekte eine bedeutende Rolle. An erster Stelle ist es wichtig, dass bei Verwendung reaktiver Elemente im Verteilera.bschnitt des Systems keine störenden Gleichstromkoinponenten im Taktimpulssignal vorhanden sind. Vorteilhaft für den Aufbau des Verteilerabschnitts ist es, reaktive Elemente (Transformatoren oder Kapazitäten) zu verwenden, weil damit auf einfache Weise unter Verwendung von Uebertragungsleitungen ein ausgedehntes Verteilorleitungsnetz verwirklichbar ist. Um die erwähnten Gleichstromkomponenten zu vermeiden, müssen die zwei Taktimpulssignale je für sich in zeitlicher Hinsicht genau symmetrisch sein. An zweiter Stelle ist es wichtig, dass die zwei Takti;npulssignale untereinander auch symmetrisch sind. Hiermit ist es möglich, ohne dass im Verteilex'abschnitt störende Reflexionen und Asymmetrie entstehen, in diesem Abschnitt billige Uebertragungsleitungen zu verwenden» Bisher konnte den Anforderungen oben erwähnter Symmetrien in den Taktimpuls-Signalen einss derartigen TaLctimpulssysteiiis nur mit Zusatzmassnalimen völlig entsprochen werden. Durch die erforderlichen zusätzlichen Massnahraen hat es eich in dc-r Praxis als ausgeschlossen herausgestellt, auf einfache Weise die Vorbeile, die die erwähnten Symmetrien bieten»

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völlig auszunutzen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Taktimpulssystem der oben erwähnten Art anzugeben, mit dem auf einfache Weise die erwähnten Symmetriebedingungen erfüllt werden und die Vorteile, die die erreichte Symmetrie liefert, vollständig ausgenutzt werden können. Dazu ist das oben erwähnte Taktxjnpulssysteru erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle in bezug auf ein festes Potential schwebend angeordnet ist und dass die Enden der Verzögerungsleitung mit dem Eingang und dem Ausgang der Stromquelle verbunden sind, wobei die Verteilung erzeugter symmetrischer, zeitlich verschobener Taktimpulssignale mit Hilfe von Verteilerleitungen erfolgt.

Durch die schwebende Anordnung der Stromquelle auf die angegebene Weise sind in Kombination mit der Verzögerungsleitiing und einer symmetrischen Belastung zwei zueinander genau symmetrische, zeitlich verschobene Taktimpulssignale erzeugbar, die je für sich auch symmetrisch sind« ¥eim in der Stromquelle der Strom mit einer bestimmten Stärke sprunghaft ansteigt, ergibt sich daraus eine negative Spannung an einer Seite und eine positive Spannung an der anderen· Seite dor Verzögerungsleitung, Am Ende der Lnufseit ύοτ Verzögerungsleitung erscheint doi? positive Spannungssprung über die Verzögerungsleitung

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an der erwähnten einen Seite der Stromquelle, und er vfird der zuvor negativen Spannung an dieser Stelle überlagert. Auf gleiche Weise wird der negative Spannungssprung der zuvor positiven Spannung an der erwähnten anderen Seite der Stromquelle überlagert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforra des erfindungsgemässen Taktimpulssystems besteht die Stromquelle aus einem Transistor, von dem eine erste und eine zweite Elektrode an die Enden der Verzögerungsleitung und an die betreffenden Verteilerleitungen angeschlossen sind, wobei zwischen der zweiten und einer dritten Elektrode des Transistors die Impulsquelle über ein reaktives Element gekoppelt ist. Hiermit ist erreicht worden, dass man im System nur mit einem einzigen aktiven Element auskommen kann, wenn die Impulsquelle selbst ausser Betracht gelassen wird. Letzteres wird dadurch gerechtfertigt, dass die Impulsquelle vom System hochfrequent getrennt ist. Durch das Vorhandensein von nur einem aktiven Element, das hier ausserdem die kennzeichnende Ein-Ausschaltfunlction ausübt, ist erreicht worden, dass kurze Anstiegzeiten und grössere Impulsgenauigkeit gewährleistet sind.

Mit obigem Aufbau werden alle Bedingungen der Symmetrie erfüllt. Bei der Verwendung reaktiver Elemente im Verteilerabschnitt ist es jetzt möglich,

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problemlos die Taktimpulssignale zu verändern. Zeitlich gesehen tritt keine störende Gleichstromkomponente auf, so dass beim Verändern der Taktimpulssignalfrequenz und/oder der Signallänge keine Verformungen auftreten. Es ist sogar möglich, problemlos vorübergehend die Erzeugung der Taktimpulssignale zu unterbrechen. Zeitlich gesehen tritt dennoch immer wieder vollständiger Ausgleich auf. Diese Möglichkeit des fehlerfreien zeitlichen Unterbrechens ist bei Prüfverfahren gut ausnutzbar.

Die gegenseitige völlige Symmetrie der zwei Taktimpulssignale bietet den überraschenden Vorteil eines einfachen Aufbaus des weiteren Verteilerabschnitts des erfindungsgemessen Taktimpulssystems. In dieser Beziehung ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemSssen Taktimpulssystems dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerleitungen aus verdrillten Aderpaaren bestehen. Hiermit können die Kosten des Verteilerabschnitts niedrig gehalten werden, denn eine Verkabelung mit verdrillten Paaren ist bedeutend billiger als eine gleiche Verkabelung mit Koa.xialleitungen. Ausserdem ist hiermit eine Störungsquelle beseitigt, denn eine Koaxialleitung stx-ahlt, trotz der guten Abschirmung, durch Asymmetrie des Kabels selbst leicht fius, Wenn Leitungen nicht exakt gleiche Längen haben, wird eine Asymmetrie eingeführt. Dies gilt namoiitlich auch für die Transformatoren in einem

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derartigen System mit Koaxialleitungen, weil durch das Auftreten von Reflexionen bei nicht exakt gleichen Längen unerwünschte Impulsverschiebungen auftreten. Mit dem erfindungsgemSssen Aufbau treten pro Verteilerleitung zwei Signale auf, und zwar zwei zeitlich verschobene S3^rmmetrische Taktinipulse» Ueber das verdrillte Aderpaar werden insgesamt vier Signale übertragen. Es werden keine vier Kabel (Doppelpaar) benötigt«

Um eine ausgedehnte Verteilung der zwei

zeitlich verschobenen Taktimpulssignale auf die erwähnten Verteilerleitungen (Uebertz'agungsleitungen, die als verdrillte Aderpaare ausgeführt sind) nach vielen Benutzern zu ermöglichen, wobei die Vorteile der Symmetrie immer erhalten werden, ist eine weitere bevorzugte erfindungsgemilsse AusfUhrungsform dadxirch gekennzeichnet, dass für die Verteilung der erzeugten Taktimpulssignale Transformatoren verwendet sind, die mit Uebertragungs~ . leitungen gewickelte !/indungen aufweisen, wobei die Enden der Uebertragungsleitungen auf der einen Seite parallel und auf der anderen Seite in Serie verbunden sind. In Anbetracht der obigen Beschreibung tind ziim jederzeitigen vollständigen Ausgleichen der internen Transformatorej.n» flüsse sind die Transforraatornn, die im ei/findungsgomäi;sen. Taktimpuls .'.system benutzt werden, vorzu(;sveise mit verdrilltem Draht bifilar gewickelt,

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden

nachstehend an Hand der in den Zeiclmungen dargestellten Figuren näher erläutert» Es zeigen:

Fig. 1 eine Blockschaltung des erfindungsgemfissen Taktimpulssystems,

Fig« 2 eine schematische Darstellung des Taktimpulse erzeugenden Teils der; Takt impuls syst ems,

Fig«, 3 einige Signaldiagramme, die zum Taktimpul.se erzeugenden Teil gemüse Fig. 2 gehören,

Fig. 4 eine detaillierte Ausführung eines erfindungsgemässen Taktimpulssystems, und

Fig. 5 und Fig. 6 Möglichkeiten zum Aufbau der im erfindungsgemässen Taktimpulssystem benutzten Transformatoren.

In Fig. 1 ist in einen¹ Blockschaltbild angegeben, wie das erfiudungsgemässe Taktimpulss3^rstem aufgebaut ist. Es besteht aus einer Impulsqixelle PB, einem Taktimpulse erzeugenden Abschnitt CII mit einem Verzögerungskabel D und einem Verteilerabschnitt DG. Jeder Ausgang Ni ... Nm des Abschnitts CH ist mit einer Verteilerkarte DK des Verteilerabschnitts DG verbunden. Eine Verteilerkarte DK hat Ausgänge Ui ... Un, mit denen die Benntzor der Taktimpulssignale verbunden sind. IIioriint: ist die Ticimtzcraruiahl, die mit diesem Taktirpuls« system bedient werden kann, gleich dem Produkt m.n.

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Die Einstellung der Taktimpulssignale erfolgt durch die Einstellung der Impulsquelle PB und durch die Auswahl der Länge des Verzögerungskabels D, Mit dem Taktimpulse erzeugenden Abschnitt können auch Einzelimpulssignale (single shot) erzeugt werden«

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Taktimpulse erzeugenden Abschnitts angegeben. Hierbei ist die Stromquelle CS, die gemäss Fig. 1 von der Impulsquelle PB aus gesteuert wird, zwischen den Enden OP und 1P der Verzögerungsleitung D schwebend angeordnet. Zum anderen ist die Stromquelle CS auch mit einer Belastung ZB, die symmetrisch ist, verbunden. In dieser Anordnung steuert die Stromquelle CS die Leitung D und die Belastung ZB. Wenn nun der Strom i (siehe Fig. 3) in einem bestimmten Augenblick um einen bestimmten Wert ansteigt, ergibt sich daraus ein negativer Spannungssprung VOP an OP und ein positiver Spannungssprung· V1P an 1P (siehe Fig. 3), Am Ende der Laufzeit T der Verzögerungsleitung D erscheint cer positive Spannungssprung V1P über die Verzögerungsleitung an der OP-Seite der Stromquelle CS und wird der Spannung VOP überlagert. Ebenso wird VlPder negative Spannungssprung überlagert. Durch die symmetrische Belastung der Stromquelle sind auch VOP und V1P symmetrisch (Taktimpulssignale Fig. 3). Die Belastung ZB ist.dabei derart gewählt, dass die Verzögerungsleitung D mit dem

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Wollenwiderstand abgeschlossen ist, und es treten also keine weiteren Reflexionen auf. Dazu ist ZB gleich, dem doppelten Wellenwiderstand. Wenn der Strom i in einem bestimmten Augenblick abfällt, erscheint auf entsprechende Weise an OP ein positiver Impuls und an 1P der Fig. 2 ein negativer Impuls.

In Fig. h ist eine detaillierte Ausführungs~ fox'tn eines erfindungsgemässen Taktimpulssystems dargestellt. Hierbei ist die Stromquelle als ein Transistor Tr1 in geerdeter Basis-Schaltung ausgeführt. Dieser Transistor wird von der Impulsquelle PB aus angesteuert, S ist die allgemeine Spannungsversorgungsquelle des Systems, Der Entkopplungstransformator T3 sorgt dafür, dass die Stromquelle gegen Erde schwebend ist, trotz der Tatsache, dass die Impulsquelle selbst an Erde liegt. Der Widerstand R1 sorgt ftti· den entsprechenden Abschluss der Impulsquelle. Die Kondensatoren C1, C2 und C3 sorgen für den HochfrequenzkurζSchluss im Kreis, Durch die Verwendung des Transistors Tr1 als einziges aktives Element im Kreis ist erreicht, dass die Impulsform der Taktimpulssignale engen Toleranzen entspricht, Ira Taktimpulse erzeugenden Abschnitt wird die Belastung diirch eine in diesem Beispiel 4:1 -Transformation mit Transformatoren T1 und T2 gebildet. Diese Transformatoren bestehen dabei aus je 2 Entkopplungsuntertrans-

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formatoren T1 1 , Τ12 lind Τ21 und T22, die atif einer Seite in Serie und auf der anderen Seite parallel geschaltet sind. Vorzugsweise sind diese Transformatoren bifilar mit Uebertragungsleitungen aus verdrilltem Draht gewickelt, wobei die Enden der TJebertragungsleitungen auf einer Seite parallel und auf der anderen Seite in Serie geschaltet sind» Durch die Wahl des Wellenwiderstandes des verdrillten Drahtes in diesem Beispiel gleich der vierfachen Sekundärbelastung erfolgt eine völlige Uebertragung Über die Transformatoren. Primär erscheint 4x4 die Sekundärbelastung und sekundär if χ 4 die Primärbelastung, Wenn die Verzögerungsleitung D ein Kabel von 75^Λ is* und somit die Belastung 15On betragen muss, muss die charakteristische Impedanz der Transformatorwicklungen 150/4 = 37» 5^ sein₀ Da die Transformatoren symmetrisch angesteuert werden und "auch das Ausgangs.signal symmetrisch sein muss, können die äusseren Wicklungen auf einem einzigen Kern gewickelt werden. Gleiches gilt für die inneren Wicklungen,

In Anbetracht der obigen Beschreibung muss im Prinzip die SekundUrbelastimg der Transformatoren 4 ma.l -f parallel, d.h. 1/16 x 150Q sein. Dies ist z.B. mit acht Kabeln von 75^Ω parallel verwirkliclibar» Wenn Verluste, insbesondere in den Transformatoren,auftreten, müssen oie durch eine Anpassung der Belastung ausgeglichen werden. Hiermit gibt es also N1, N2, .. ₀ Nm (m = 8)

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Ausgänge OP, 1P am Taktimjnilse erzeugenden Absclinitt des Taktimpulssystems. Venn bei der Verwendung dieses Taktimpulssystems weniger als m = 8 Ausgänge für die weitere Verteilung der Taktimpulssignale gefordert werden, so muss im Zusammenhang mit der entsprechenden Belastung die Belastung des Taktimpulse erzeugenden Systems mit Blindwiderständen bis' insgesamt 8 χ 75α parallel in diesem Beispiel ergänzt werden.

Es sei angenommen, dass am Ausgang Nm eine Verteilerkarte DK angeschlossen ist. In Fig. k ist diese Verteilerkarte im Detail dargestellt. In diesem Beispiel wird von TaktimpulsSignalen ausgegangen, die hinsichtlich der Zeitkennlinie den gewünschten Bedingungen für die Benutzer entsprechen« Die Amplitude ist jedoch um einen Faktor 16 grosser als für die Benutzer erforderlich (z.B. Karten mit Logikschaltimgen.) · Im Taktimpulse erzeugenden Absclinitt ist die Amplitude bereits um einen Faktor h herabtransformiert. Auf der Verteilerkarte muss also abermals eine Herabtransformation um einen Faktor h erfolgen. Uegen dieses gleichen Faktors könnten die Transformatoren auf "der Verteilerkarte die gleichen sein wie die im Taktimpulse erzeugenden Teile, Weil jedoch die Eingangsimpedanz niedriger ist (75n statt 15On), müssen die Viclrlungsimpedanzen der benutzten Transformatoren hier 37»5 x i sein. Um dies zu erreichen, sind von den

Transformatoren T^ und .T5 . einer ..VerteiLerl^arte.immer ..·.·.. .·■ -:·■:■. ·■■■.;■·'·'"!»■■ <:-■'·' " "..■.;■':'·■.· - ■'■.·■..·>.*.'..···'. ''V-V⁴V-; ' -· · .'■·'·· ' ■-.·;-■-·*-.;.·- >

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zwei Wicklungen parallel geschaltet. Mit dieser Anordnung ändert sich auch die Sekundärbelastung, nämlich 1/16 χ 75ß. Dies entspricht z.B. 32 parallelen Kabeln von je 15On. Durch die niedrige Impedanz der Transformatoren der Verteilerkarte sind die Verluste geringer als die der Transformatoren des Taktimpulse erzeugenden Abschnitts. Wenn Verluste auftreten, können sie wieder durch Anpassung der Belastung ausgeglichen werden. In Fig. 4 sind 32 Ausgänge U1, Us ... Un (n = 32) dargestellt. Wenn bei der Verwendung keine η (= 32) Benutzer angesteuert werden, muss die Belastung mit Blindwiderständen bis η bzw, 32 mal 150Ω parallel ergänzt werden, Fig. 4 zeigt, dass dies auf einer Verteilerkarte mit zwei Widerständen R von 75^Ω gegen Erde pro unbenutztem Ausgang erfolgen kann (U1, Ui)₀ Es sei bemerkt, dass die erwähnten Taktimpulssignale VOP und V1P über die Aderpaare im Taktimpulssystem in der in Fig. 3 dargestellten Form an die Benutzer übertragen werden. Dies ist deshalb notwendig, um immer diese Symmetrien aufrechterhalten zu können. Es ist jedoch klar, dass ein Benutzer für sich selbst diejenigen Impulssignale aufnehmen kann, die von diesem Benutzer gewünscht werden. So kann im allgemeinen pro Benutzer ein bestimmter Detektionspegel eingestellt sein, so dass z.B. die negativen Impulse der Taktimpulssignale nicht zuin Benutzer durchgelassen werden. Ein derartiger

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Detektionspegel kann bereits schlechthin durch die Empfindlichkeit des Benutzers bestimmt sein,»

In Pig, 5 ist zur weiteren Veranschaulichung· dargestellt, wie ein Transformator T1 bzw. T2 dos Taktimpulse erzeugenden Abschnitts aussehen kann. Es ist ein auf einem Ringkern gewiekelter bifilarer Transformator mit verdrilltem Draht,

Ebenso ist in Fig. 6 dargestellt, wie ein Transformator Tk bzw, T5 einer Verteilerkarte aiis sehen kann. Bei diesen Figuren weisen die Ziffern auf entsprechende Drahtenden hin.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE;

   1· Taktimpulssystem zum Erzeugen und Verteilen

   zweiex* zueinander symmetrischer und zeitlich verschobener Taktimpulssignale, die je für sich auch symmetrisch sind, mit einer Stromquelle, die durch eine Impulsquelle ein- und ausschaltbar ist, einer Verzögerungsleitung und einer symmetrischen Belastung, wobei die Verzögerungsleitung und die Belastung durch die Stz-omquello ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle in bezug auf ein festes Potential schwebend angeordnet ist und dass die Enden der Verzögerungsleitung mit dem Eingang und dem Ausgang der Stromquelle verbunden sind, wobei die Verteilung erzeugter symmetrischer, zeitlich verschobener Taktimpulssignale mit Hilfe von Verteilerleitungen erfolgt.

   2ο Taktimpulssystem nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet, dass die Stromquelle aus einem Transistor besteht, von dem eine erste und eine zweite Elektrode an die Enden der Verzögerungsleitung und an die betreffende Verteilerleitungen angeschlossen sind, wobei zwischen der zweiten und einer dritten Elektrode des Transistors die Impulsquelle über ein reaktives Element gekoppelt ist.

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   3» Taktimpulssystem nach Anspruch 1 oder 2,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerleitungen aus verdrillten Aderpaaren bestehen.

   k, Taktimpulssystem nach einem der vorangehenden

   Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verteilung der erzeugten Taktimpulssignale Transformator¹ en verwendet sind, die mit Uebertraguiigsleitungen gewickelte lbindungen aufweisen, wobei die Enden der tJebertragungsleitungen auf einer Seite parallel und auf der anderen Seite in Serie verbunden sind_e

   5* Taktimpulssystem nach einem der vorangehenden

   Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren bifilar .mit verdrilltem Draht gewickelt sind.

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