DE2554706A1 - Verzerrungsfreier digitalverstaerker - Google Patents

Verzerrungsfreier digitalverstaerker

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/20Repeater circuits; Relay circuits
    • H04L25/24Relay circuits using discharge tubes or semiconductor devices

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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Verzerrungsfreier Digitalverstärker
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Übertragungssystem für binäre Signale. Bei digitalen Übertragungssystemen werden die Signale üblicherweise in sog. Regenerativverstärkern nach Form und Zeittakt regeneriert, so daß sie am Ausgang dieser Verstärker verzerrungsfrei sind. Die Zeittaktregeneration erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, sog. Digitalverstärker zu verwenden, die nur eine Amplitudenregenerierung jedoch keine Taktregenerierung bewirken Durch die Einschwingvorgänge der Signale, bedingt durch den Frequenzgang der Leitung, weisen solche Verstärker jedoch zeitliche Verzerrungen auf (sog; Telegrafieverzerrung oder Jitter). Dieser Effekt begrenzt sowohl die mögliche Übertragungsgeschwindigkeit als auch die Anzahl der hintereinander betreibbaren Digitalverstärker. Nach einer größeren Anzahl (z. B. 5 oder 10) muß daher ein voll regenerierender Verstärker (Regenerativverstärker) verwendet werden0 Deshalb heißt ein solches System auch Digitalverstärker-Hybridsystem Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die zeitlichen Verzerrungen des binähren Signals (Telegrafieverzerrung, Jitter) so klein wie möglich zu halten, damit möglichst viele Digitalverstärker hintereinander geschaltet werden können bzw. damit die größtmögliche Übertragungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Dieses Ziel wird nach dem Grundgedanken der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Digitalverstärker bestehend aus einem linearen Übertragungsteil und einer bistabilen Schaltung vorgesehen wird und daß die Rückführung der bistabilen Schaltung frequenzabhängig ist und so dimensioniert ist, daß die Summe aus übertragener Spannung und rückgeführter Spannung am Eingang des Schwellelementes für alle Zeitpunkte von ganzzahligen Vielfachen der Bit-Zeit vor bzw. nach dem Umschaltzeitpunkt einen konstanten Wert annimmt.
  • Auf diese Weise läßt sich eine theoretisch vollkommene und in der Praxis wenigstens angenäherte Verzerrungsfreiheit erreichen. Hierbei muß bemerkt werden, daß der Schaltungsaufwand denkbar gering ist, denn es wird die bei einer bistabilen Schaltung ohnehin vorhandene normalerweise frequenzkonstante Rückkoppelung erfindungsgemäß durch eine frequenzabhängige Rückkoppelung ersetzt, was mit geringem zusätzlichem Aufwand möglich ist.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Fig. 1 - 7 näher erläutert: Fig. 1 zeigt das Blockschema zur Erläuterung des Erfindungsgedankens Fig. 2 zeigt die Zeitverläufe einiger Spannungen von Fig. 1 Fig. 3 erläutert die Dimensionierungsvorschrift für Verzerrungsfreiheit Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der bistabilen Schaltung gemäß der Erfindung Fig. 5 zeigt ein erweitertes Ausführungsbeispiel Fig. 6 veranschaulicht das E;appelnetzwerk der frequenzabhängigen Rickffhrung gem. Fig. 4 oder Fig. 5 Fig. 7 zeigt eine spezielle Ausführung für das Koppelnetzwerk.
  • In Fig. 1 bedeutet u0die binäre Spannung am Eingang des Übertragungsabschnittes, SL ist der Übertragungsfaktor der Leitung, u1 ist die Eingangsspannung des Digitalverstärkers. SE ist der Entzerrer und somit der lineare Teil des Digitalverstärkers; seine Ausgangsspannung ist U2.
  • sE enthält auch die notwendige Verstärkung. Die Kaskadenschaltung der beiden Ubertragungsfaktoren wird mit S = SL ° SE bezeichnet0 Am Ausgang des Schwellelementes tritt die binäre Spannung U3, die Ausgangsspannung auf. Vom Ausgang wird über den erfindungsgemäß frequenzabhängigen Übertragungsfaktor SQ die Spannung u4 erzeugt, Die Eingangsspannung des Schwellelementes u5 ist die Summe von u2 und u4, d.h. u5 = u2 + u4.
  • In Fig. 2 wird der Zeitverlauf der vier Spannungen u2, U4, U5 und dargestellt. Hierbei wird angenommen, daß ein einfacher Sprung übertragen wird und daß das Schwellelement im Zeitpunkt t = 0 und bei der Schwellspannung Uo/2 schaltet. Ebenso ist angenommen, daß das System keinen Gleichstrom überträgt, was wegen der Übertrager und der Wechselstromkoppelung der Verstärker in der Regel der Fall ist. Für große negative Zeiten ist die Spannung u3 = 0 und u5 = 0, was dem einen binären Zustand entspricht. Im Zeitpunkt t = # setzt der Einschwingvorgang u2 (Sprungantwort) aufgrund eines Sprungs von u0 ein. Erreicht u2 den Wert Uo/2, so springt u3 vom Wert 0 auf den Wert UO, den anderen binären Zustand.
  • Dann addiert sich die Sprungantwort u4 von SQ zu u2 0 Wenn Verzerrungs-Q freiheit herrschen soll. so muß um entweder den Wert O (für negative Zeiten) oder den Wert Uo (für positive Zeiten) bei den möglichen weiteren Schaltzeitpunkten naben. Ancterntaiis wurclen sich die Einschwingvorgänge zum Schwellenwert addieren und den Umschaltzeitpunkt beeinflussen. Diese Forderung ist durch die umkreisten Punkte an den Stellen #T ( 2: ganze Zahl, T: Bitdauer) in Fig0 2 angedeutet. proportional der Da u4 proportional der in Fig. 3 dargestellt.
  • Mathematisch ist die Forderung der Verzerrungsfreiheit wie folgt formulierbar. Bezeichnet # (t) die Sprungantwort von S = SL SE und (t) die Sprungantwort von SQs so gilt: Die ersten beiden Gleichungen sind leicht zu erfüllen, insbesondere wenn ff C < T ist, was normalerweise gilt. Aus der dritten Gleichung ergibt sich die Bedingung für die Sprungantwort # Q (t) zu.
  • Danach ist 6iQ(t) und auch SQ nach bekannten Methoden bestimmbar und durch ein realisierbares Netzwerk wenigstens angenähert darstellbar.
  • Bei den Kurvenverläufen von Fig. 2 und Fig. 3 ist angenommen, daß S keinen Gleichstrom überträgt (Hochpaß-System). Die obige Dimensionierungsvorschrift gilt jedoch auch für den Fall des Gleichstromdurchgangs (Tiefpaß-System) für den Übertragungsfaktor S.
  • Fig. 4 zeigt eine Ausführung der bistabilen Schaltung als Differenzverstärker mit Rückkoppelung (Schmitt-Trigger).
  • Die Eingangsspannung des Schwellelementes (u5 in Fig. 1) ist hier durch die Differenzspannung ua - ub gegeben. Über das Widerstandsnetzwerk, bestehendausW1, W2 und W3 ist die Rückkoppelung realisiert0 Dieses Netzwerk ist in Fig. 6 dargestellt0 Der Übertragungsfaktor SQ ist hier durch SQ = konst. U2/I1 gegeben. Entsprechend ist die Sprungantwort (t) der Ausgangsspannung proportional, die aufgrund eines Stromsprunges am Eingang entsteht. Durch dieses Netzwerk lassen sich praktisch beliebige Forderungen für 6 Q (t) erfüllen. Ein einfaches Beispiel, das etwa den Kurvenverlauf von Fig. 3 annähert, zeigt Fig. 7o Hierbei ist W2 = 0 und W3 = oo gesetzt und für W1 ist eine Schaltung gewählt, die bei einem Stromsprung eine schnell abklingende und eine langsam ansteigende e - Funktion erzeugt.
  • Fig. 5 zeigt schließlich eine weitere Abart der bistabilen Schaltung, wobei in der Rückkoppelung noch eine Trennstufe eingesetzt ist, was zur Entkoppelung von Vorteil sein kann.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Arten bistabiler Schaltungen beschränkt, sondern ist auf alle bistabilen Schaltungen mit der Möglichkeit einer frequenzabhängigen Rückkoppelung anwendbar. Leerseite i

Claims (3)

  1. Patentansprüche: Verzerrungsfreier Di gitalverstärker für ein binäres, digitales Übertragungssystem, bestehend aus einem linearen Übertragungsteil und einer bistabilen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppelung der bistabilen Schaltung frequenzabhängig ist und so dimensioniert ist, daß die Summe aus übertragener Spannung und rückgeführter Spannung am Eingang des Schwellelementes für alle Zeitpunkte von ganzzahligen Vielfachen der Bitzeit vor bzw. nach dem Umschaltzeitpunkt einen konstanten Wert annimmt.
  2. 20 Verzerrungsfreier Digitalverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schaltung aus einem rückgekoppelten Differenzverstärker (Schmitt-Trigger) besteht und daß die frequenzabhängige Rückkoppelung vom Ausgang der einen Stufe zum Eingang der anderen Stufe über ein Koppelnetzwerk erfolgt.
  3. 3. Verzerrungsfreier Digitalverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkoppelungsweg eine dritte Stufe (vorzugsweise Emitter-Stufe) über ein Koppelnetzwerk angeschaltet ist, welches die frequenzabhängige Rückkoppelung bewirkt.
DE19752554706 1975-12-05 1975-12-05 Amplitudenregenerator für digitale Signale Expired DE2554706C2 (de)

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DE2554706C2 DE2554706C2 (de) 1983-01-05

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2011849A1 (de) * 1970-03-12 1971-09-30 Siemens AG, 1000 Berlin u. 8000 München Schaltungsanordnung zur Regeneration von bipolaren Signalen
DE2046455B2 (de) * 1969-09-20 1973-02-08 Nippon Electric Co Ltd , Tokio Schaltungsanordnung zur impulsregenerierung
DE2456577A1 (de) * 1973-11-30 1975-06-05 Thomson Csf Breitbandige verstaerkeranordnung fuer intermittierende signale

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DE2456577A1 (de) * 1973-11-30 1975-06-05 Thomson Csf Breitbandige verstaerkeranordnung fuer intermittierende signale

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DE2554706C2 (de) 1983-01-05

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