DE2525741C3

DE2525741C3 - Taktimpulssystem mit einem Impulsgenerator zum Erzeugen und mit Verteilerleitungen zum Verteilen zweier zueinander symmetrischer und zeitlich verschobener Taktimpulssignale

Info

Publication number: DE2525741C3
Application number: DE2525741A
Authority: DE
Inventors: Jacobus Van Der Beekbergen Mark (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-10
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR2276630A1; SE414348B; GB1508185A; DE2525741A1; SE7507071L; CA1022240A; JPS5118439A; BE830539A; JPS5726364B2; FR2276630B1; DE2525741B2; NL7408437A; IT1039181B

Description

Die Erfindung betrifft ein Taktimpulssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Taktimpulssystem ist beispielsweise aus der US-PS 26 32 847 bekannt und kann z. B. zum Erzeugen und Verteilen von Taktimpulssignalen in ^w Datenverteilungs- und Datenverarbeitungssystemen dienen.

In einem Taktimpulsverteilungssystem spielen hinsichtlich der einwandfreien Funktion und der Einfachheit des Systems zwei Aspekte eine bedeutende Rolle. ^v> An erster Stelle ist es wichtig, daß bei Verwendung reaktiver Elemente im Verteilerabschnitt des Systems keine störenden Gleichstromkomponenten im Taktimpulssignal vorhanden sind. Vorteilhaft für den Aufbau des Verteilerabschnitts ist es, reaktive Elemente ^W) (Transformatoren oder Kapazitäten) zu verwenden, weil damit auf einfache Weise unter Verwendung von Übertragungsleitungen ein ausgedehntes Verteilerleitungsnetz vfrwirklichbar 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 TaktiniDUlssiennl·: untereinander auch symmetrisch sind. Hiermit ist es möglich, ohne dall im Verteilerabschnitt störende Reflexionen und Asymmetrie entstehen, in. diesem Abschnitt billige Übertragungsleitungen zu verwenden. Bisher konnte den Anforderungen oben erwähnter Symmetrien in den Taktimpulssignalen eines derartigen Taktimpulssystems nur mit Zusatzmaßnahmen völlig entsprochen werden. Durch die erforderlichen zusätzlichen Maßnahmen hat es sich in der Praxis als ausgeschlossen herausgestellt, auf einfache Weise die Vorteile, die die erwähnten Symmetrien bieten, völlig auszunutzen.

Aus der DE-PS 11 48 587 ist ein Taktimpulssystem zum Erzeugen und Verteilung von zeitlich verschobenen Tak.timpulssignalen bekannt, bei dem ebenfalls die Verteilung der Taktimpulssignale mit Hilfe von Verteilerleitungen erfolgt. Die Erzeugung von zwei zueinander genau symmetrischen Taktimpulssignalen ohne Gleichstromkomponente geht daraus jedoc'i nicht hervor. Ferner ist aus der US-PS 32 52 100 eine Anordnung zur Erzeugung von Taktimpulsen bekannt, die eine Verzögerungsleitung und zwei Spannungsscha!- ter verwendet. Auch damit ist die Erzeugung von zwei zueinander symmetrischen Taktimpulssignalen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Taktsystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, mit dem auf einfache Weise zv.ei zueinander streng symmetrische und zeitlich verschobene Taktimpulssignale ohne Gleichstromkomponente erzeugt und verteilt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die schwebende Anordnung der Stromquelle auf die angegebene Weise sind in Kombination mit der Verzögerungsleitung und einer symmetrischen Belastung zv/ei zueinander genau symmetrische, zeitlich verschobene Taktimpulssignale erzeugbar, die je für sich auch symmetrisch sind. Wenn in der Stromquelle der Strom mit einer bestimmten SJrke sprunghaft ansteigt, ergibt sich daraus eine negative Spannung an einer Seite und eine positive Spannung an der anderen Seite der Verzögerungsleitung. Am Ende der Laufzeit der Verzögerungsleitung erscheint der positive Spannungssprung über die Verzögerungsleitung an der erwähnten einen Seite der Stromquelle, und er wird 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 Ausführungsform 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 EinAusschaltfunktion ausübt, ist erreicht worden, daß kurze Anstiegszeiten und größere Impulsgenauigkeit gewährleistet sind.

Mit obieem Aufbau werden alle hcdingtingen der Symmetrie erfüllt Hei der Verwendung reaktiver

Elemente im Verteilerabschnitt ist es jetzt möglich, 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 erfindungsgemäßen Taktimpulssystems. In dieser Beziehung ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen 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 Verkabel'-ng mit Koaxialleitungen. Außerdem ist hiermit eine Störungsquelle beseitigt, denn eine Koaxialleitung strahlt, trotz der guten Abschirmung, durch Asymmetrie des Kabels selbst leicht aus. Wenn Leitungen nicht exakt gleiche Längen haben, wird eine Asymmetrie eingeführt. Dies gilt namentlich auch für die Transformatoren in einem derartigen System mit Koaxialleitungen, weil durch das Auftreten von Reflexionen bei nicht exakt gleichen Längen unerwünschte Impulsverschiebungen auftreten. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau treten pro Verteilerleitung zwei Signale auf, und zwar zwei zeitlich verschobene symmetrische Taktimpulse. Ober 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 Verteilerleitu..gen (Übertragungsleitungen, die als verdrillte Aderpaare ausgeführt sind) nach vielen Benutzern zu ermöglichen, wobei die Vorteile der Symmetrie immer erhalten werden, ist eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß für die Verteilung der erzeugten Taktimpulssignale Transformatoren vtrwendet sind, die mit Übertragungsleitungen gewickelte Windungen aufweisen, wobei die Enden der Übertragungsleitungen auf der einen Seite parallel und auf der anderen Seite in Serie verbunden sind. ί:ι Anbetracht der obigen Beschreibung und zum jederzeitigen vollständigen Ausgleichen der internen Transformatoreinflüsse sind die Transformatoren, die im erfindungsgemäßen Taktimpulssystem benutzt werden, vorzugsweise mit verdrilltem Draht bililar gewickelt.

Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Blockschaltung des erfindiingsgemäßen Taktimpulssystems,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Taktirnpulse erzeugenden Teils des Taktimpulssystems,

F ι g. 3 einige Signaldiagramme, die zum Taktimpulse erzeugenden Teil gemäß F i g. 2 gehören,

F i g. 4 eine detaillierte Ausführung eines erfindungsgemäßen Taktimpulssystems, und

F i g. 5 und F i g. 6 Mö(,ichkeiten zum Aufbau der im erfindungsgemäßen Taktimpulssystem benutzten Transformatoren.

In F i g. 1 iivt in einem Blockschaltbild angegeben, wie das erfindungsgemäße Taktimpulssystem aufgebaut ist. Es besteht aus einer Impulsquelle PB, einem Taktimpulse erzeugenden Abschnitt CH 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,

ίο mit denen die Benutzer der Taktimpulssignale verbunden sind. Hiermit ist die Benutzeranzahl, die mit diesem Taktimpulssystem bedient werden kann, gleich dem Produkt m.n.
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 F i g. 2 ist eine schematische Darstellung des Taktimpulse erzeugenden Abschnitts angegeben. Hierbei ist die Stromquelle CS, die gemä» F i g. 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

r> 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 /(siehe Fig.3) in einem bestimmten Augenblick um einen bestimmten Wert ansteigt, ergibt sich daraus

>(> ein negativer Spannungssprung VOP an CP und ein positiver Spannungssprung ViP (siehe Fig.3). Am Ende der Laufzeit T der Verzögerungsleitung D erscheint der positive Spannungssprung VlPüber die Verzögerungsleitung an der OP-Seite der Stromquelle

r> CS und wird der Spannung VOP überlagert. Ebenso wird V 1 P der negative Spannungssprung überlagert. Durch die symmetrische Belastung der Stromquelle sind auch VOP und V1P symmetrisch (Taktimpulssignale F i g. 3). Die Belastung ZB ist dabei derart gewählt, daß

■<o die Verzögerungsleitung D mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist, und es treten also keine weiteren Reflexionen auf. Dazu ist ZB gleich dem doppelten Wellenwiderstand. Wenn der Strom / in einem bestimmten Augenblick abfällt, erscheint auf entspre-

1Ί chende Weise an Op ein positiver Impuis -jnd an 1 P der F i g. 2 ein negativer Impuls.

In Fig.4 ist eine detaillierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Taktimpulssystems dargestellt. Hierbei ist die Stromquelle als ein Transistor TrI in

W geerdeter Basis-Schaltung ausgeführt. Dieser Transistor wird von der Impulsquelle PB aus angesteuert. 5 ist die allgemeine Spannungsversorgungsquelle des System?, Der Entkopplungstransfoi mator T3 sorgt dafür, daß die Stromquelle gegen Erde schwebend ist, trotz der

■>■> Tatsache, daß die Impulsquelle selbst an Erde liegt. Der Widerstand R 1 sorgt für den entsprechenden Abschluß der Impulsquelle. Die Kondensatoren Cl, Cl und C3 sorgen für den Hochfrequenzkurzschluß im Kreis. Durch die Verwendung des Transistors Tr 1 als einziges

wi aktives Element im Kreis ist erreicht, daß die Impulsform der Taktirnpülssignäle engen Toleranzen entspricht. Im Taktimpulse erzeugenden Abschnitt wird die Belastung durch eine in diesem Beispiel 4:1 — Transformation mit Transformatoren 7"! und 7" 2

^ gebildet. Diese Transformatoren bestehen dabei aus je 2 Entkoppelungsuntertransformatoren 7*11, 712 und T"21 und 7~22, die auf einer Seite in Serie und auf der anderen Seite parallel geschaltet sind. Vorzugsweise

sind diese Transformatoren bifilar mit Übertragungslcitungen aus verdrilltem Draht gewickelt, wobei die Enden der Übertragungsleitungen auf einer Seile parallel und auf der anderen Seite in Serie geschaltet sind. Durch die Wahl des Wellenwiderstandcs des verdrillten Drahtes in diesem Beispiel gleich der vierfachen Sekundärbclastung erfolgt eine völlige Übertragung über die Transformatoren. Primär erscheint 4x4 die Sekundärbelastung und sekundär V₄ χ 4 die Primärbelastung. Wenn die Verzögerungsleitung Dein Kabel von 75 Ω ist und somit die Belastung 150 Ω betragen muß, muß die charakteristische Impedanz der Tranformatorwicklungcn IJO/4 = 37,5 Ω sein. Da die Transformatoren symmetrisch angesteuert werden und auch das Ausgangssignal 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 Sekundärbelastung der Transformatoren 4 mal '/< parallel, d. h. Vi₆ χ 150 Ω sein. Dies ist z. B. mit acht Kabeln von 75 Ω parallel verwirklichbar. Wenn Verluste, insbesondere in den Transformatoren, auftreten, müssen sie durch eine Anpassung der Belastung

ausgeglichen werden. Hiermit gibt es also /VI, N2

Nm (m = 8) Ausgänge OP, 1P am Taktimpulse erzeugenden Abschnitt des Taktimpulssystems. Wenn 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 75 Ω parallel in diesem Beispiel ergänzt werden.

Es sei angenommen, daß am Ausgang Nm eine Verteilerkarte DK angeschlossen ist. In F i g. 4 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 gleichen Faktors könnten die Transformatoren auf der Verteilerkarte die gleichen sein wie die im Taktimpulse erzeugenden Teil. Weil jedoch die F.ingangsimpedanz niedriger ist (75 Ω statt 150 Ω), müssen die Wicklungsimpedanzen der benutzten Transformatoren hier 37,5 χ ^]/i sein. Um dies zu erreichen, sind von den Transformatoren T4 und Γ5 einer Verteilerkarte immer zwei Wicklungen parallel geschaltet. Mit dieser Anordnung ändert sich auch die Sekundärbelastung, nämlich V|₆ χ 75 Ω. Dies entspricht /.. B. 32 parallelen Kabeln von je 150Ω. Durch die niedrige Impedanz der Transformatoren der Verteilerkartc sind die Verluste geringer als die der Transformatoren des Taktimpulsc erzeugenden Abschnitts. Wenn Verluste auftreten können sie wieder durch Anpassung der Belastung ausgeglichen werden. In F i g. 4 sind 32 Ausgänge U\ Un... Un (n = 32) dargestellt. Wenn bei der Verwen dung keine n{— J2) Benutzer angesteuert werden, muü die Belastung mit Blindwiderständen bis η bzw. J2 mal 150 Ω parallel ergänzt werden. F i g. 4 zeigt, daß dies aul einer Verteilerkarte mit zwei Widerständen R von 75 Q gegen Erde pro unbenutztem Ausgang erfolgen kanr (U I, Ui) Es sei bemerkt, daß die erwähnten Taktimpulssignale VOP und V 1 P über die Aderpaare im Taktimpulssystem in der in F i g. 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 zum Benutzer durchgelassen werden. Ein derartiger Detek tionspegel kann bereits schlechthin durch die Empfindlichkeit des Benutzers bestimmt sein.

In Fig. 5 ist zur weiteren Veranschaulichung dargestellt, wie ein Transformator TI bzw. T2 de> Taktimp'ilse erzeugenden Abschnitts aussehen kann. E< ist ein auf einem Ringkern gewickelter bifilarei

ι aniiM HJ giuuvi au tui utv uwiuit-i

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lieh (z. B. Karten mit Logikschaltungen). Im Taktimpulse erzeugenden Abschnitt ist die Amplitude bereits um einen Faktor 4 herabtransformiert. Auf der Verteilerkarte muß also abermals eine Herabtransformation um einen Faktor 4· erfolgen. Wegen dieses Ebenso ist in F i g. 6 dargestellt, wie ein Transforma tor Γ 4 bzw. T5 einer Verteilerkarte aussehen kann. Be diesen Figuren weisen die Ziffern auf entsprechend« Drahtenden hin.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Taktimpulssystem mit einem Impulsgenerator zum Erzeugen und mit Verteilerleitungen zum Verteilen zweier zueinander symmetrischer und zeitlich verschobener Taktimpulssignale, die je für sich auch symmetrisch sind, mit einer Stromquelle, die durch eine Impulsquelle ein- und ausschaltbar ist und die eine Verzögerungsleitung und eine über die Verteilerleitungen angeschlossene symmetrische ι ο Belastung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (CS) in Bezug auf ein festes Potential schwebend angeordnet ist, daß die Enden (OP, 1 P) der Verzögerungsleitung (D) mit dem Eingang und dem Ausgang der Stromquelle ^|5 verbunden sind und daß die Belastung (ZB) erdsymmetrisch zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Stromquelle angeordnet ist.

2. Taktimpulssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle aus einem ^o Transistor besteht, 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 Impuls- '"> quelle über ein reaktives Elemen» gekoppelt ist.

3. Taktimpulssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerleitungen aus verdrillten Aderpaaren bestehen.

4. Taktimpulssystem nach einem der vorangehen- ^!" den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verteilung der erzeugten Takti-^pulssignale Transformatoren verwendet sind, die mit Übertragungsleitungen gewickelte Windungen aufweisen, wobei die Enden der Übertragungsleitungen auf einer Seite ^r' parallel und auf der anderen Seite in Serie verbunden sind.

5. Taktimpulssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren bifilar mit verdrilltem Draht ^If) gewickelt sind.