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Schaltungsanordnung zur Mbertragung von Impulsen über eine zwei-
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adrige Übertragungsleitung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur bertragung
von Impulsen über eine zweiadrige Übertragungsleitung zwischen einem Impulssender,
der auf die Aufnahme der betreffenden Impulse hin ausgangsseitig diesen Impulsen
entsprechende Impulse mit zueinander entgegengesetzten Phasenlagen an die beiden
Adern der Übertragungsleitung abgibt, und einem Impulsempfänger, in welchem ein
eingangsseitig an den beiden Adern der Übertragungsleitung angeschlossener Differenzverstärker
von seinem Ausgang den über die Ubertragungsleitung jeweils übertragenen Impulsen
entsprechende Impulse abgibt.
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Eine Schaltungsanordnung der vorstehend bezeichneten Art ist bereits
bekannt ("Electronic Engineering", Sptaier 1970, Seiten 84 bis 87). Bei dieser bekannten
Schaltungsanordnung können sich jedoch Schwierigkeiten dann ergeben, wenn die über
die zweiadrige Übertragungsleitung zu übertragenden Impulse mit relativ hoher Folgefrequenz
auftreten. In diesem Fall kann es nämlich vorkommen, daß die am Impulsempfängereingang
auftretenden Impulsspannungen infolge der kapazitiv belasteten Übertragungsleitung
noch nicht eine für ihre richtige Auswertung entsprechende Amplitude jeweils zu
einem Zeitpunkt erreicht haben, zu dem bereits ein weiterer Impuls mit einer Polarität
übertragen wird, die zu der Polarität des vor diesem Impuls über die
betreffende
Übertragungsleitung übertragenen Impulses entgegengesetzt ist. Mit anderen orten
ausgedrückt heißt dies, daß die betreffende Übertragungsleitung die obere Grenzfrequenz
festlegt, mit der über diese Übertragungsleitung Impulse ohne Verzerrung übertragen
werden können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen teg zu zeigen,
wie bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art auf relativ einfache
Weise über die vorgesehene zweiadrige Übertragungsleitung Impulse mit höherer Impulsfolgefrequenz
übertragen und ohne große Verzerrungen im Impuls empfänger richtig ausgewertet werden
können.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe ausgehend von einer
Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen
den Ausgängen des Impulssenders und den Adern der Übertragungsleitung einerseits
sowie zwischen den Eingängen des Impulsempfängers andererseits jeweils ein Widerstand
vorhanden ist und daß den zwischen den Ausgängen des Impulssenders und den Adern
der Übertragungsleitung liegenden Widerständen jeweils ein kapazitives Element parallelgeschaltet
ist. Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil. daß an den Eingängen des Impuls
empfängers auch bei relativ hohen Impulsfolgefrequenzen der über die Übertragungsleitung
übertragenen Impulse Spannungen auftreten, die entsprechende Spannungsänderungen
am Ausgang dieses Impuls empfängers zur Folie haben, so daß diese des Ausgangsspannung
einen Verlauf zeigt, der/der über die Übertragungsleitung übertragenen Impulsfolge
entspricht. Durch die erwähnten Widerstände wird dabei erreicht, daß die Impulsspannungspegel
an den Eingängen des Impuls empfängers relativ eng beieinander liegen, was bedeutet,
daß die beiden an den Eingängen des Impulsempfängers auftretenden Eingangs spannungen
gewissermaßen aufeinanderzugeschoben sind. Durch die erwähnten kapazitiven Elemente
ist
dabei sichergestellt, daß die für ihre Übertragung eine relativ hohe Ubertragungsfrequenz
erforderlich machenden Impulsflanken der über die Übertragungsleitung zu übertragenden
Impulse mit einer höheren Amplitude über die Übertragungsleitung übertragen werden
als die Impulsdächer der betreffenden zu übertragenden Impulse. Dies bedeutet, daß
frequenmäßig eine Höhenanhebung durch die erwähnten kapazitiven Elemente erreicht
ist.
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Aufgrund dieser Höhenanhebung ist dann in besonders einfacher Weise
sichergestellt, daß an den Eingängen des Impulsempfängers tatsächlich derart verlaufende
Impuls spannungen auftreten, daß dieser Impuls empfänger ausgangsseitig eine Spannung
mit dem erwähnten erwünschten Spannungsverlauf abzugeben vermag. Außerdem eröffnet
die Erfindung in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, mit besonders geringem schaltungstechnischen
Aufwand bei bisher bereits benutzten Schaltungsanordnungen der eingangs genannten
bekannten Art die Impulsübertragungsfrequenz heraufsetzen zu können.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung besitzt jedes
der kapazitiven Elemente eine solche Kapazität, daB die an die mit dem betreffenden
kapazitiven Element verbundene Ader der Übertragungsleitung abgegebenen Impulse
mit Auftreten einer jeweils folgenden Impulsflanke eine Amplitude besitzen, die
zumindest angenähert der Amplitude ist, mit der auf der betreffenden Ader der Übertragungsleitung
eine Spannung nach erfolgter Ladung des mit dieser Ader verbundenen kapazitiven
Elements auftritt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf besonders einfache
weise eine verzerrungsfreie Übertragung und Auswertung von mit relativ hoher Übertragungsfrequenz
auftretenden Impulsen ermöglicht ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind
die kapazitiven Elemente jeweils durch einen Kondensator gebildet. Hierdurch ergibt
sich ein besonders geringer schaltungstechnischer Aufwand für die Realisierung der
kapazitiven Elemente.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
weist der Differenzverstärker des Impulsempfängers zwei Transistoren desselben Leitfähigkeitstyps
auf, die mit ihren Emittern gemeinsam über einen Widerstand an einem Speisespannungsanschluß
angeschlossen sind und die mit ihren Basen an den beiden Adern der Übertragungsleitung
angeschlossen sind, wobei mit dem Kollektor des einen der genannten Transistoren
der Ausgang des Impulsempfängers verbunden ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil
einer besonders einfachen ealisierungsmöglichkeit für den Impuls empfänger.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist der Ausgang des Impuls empfängers mit dem Kollektor des einen der den Differenzverstärker
bildenden Transistoren über einen Negator verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil,
daß am Ausgang des Impulsempfängers eine Ausgangsimpulsspannung mit einer Polarität
abgegeben werden kann, wie sie die dem Impuls sender zugeführten und über die Übertragungsleitung
zu übertragenen Impulse besessen haben. ZweckmäBigerweise wird der erwähnte Negator
durch einen Schottky-Logik-Inverter gebildet. Dies ist insofern von Vorteil, als
durch einen solchen Negator eine relativ hohe Flankensteilheit bei den schließlich
abgegebenen Ausgangsimpulsen erzielt wird.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß
der Erfindung.
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Fig.2 zeigt in einem Impuls-Zeit-Diagramn1 Verhältnisse, wie sie ohne
Anendung der vorliegenden Erfindung sich ergeben.
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Fig.3 zeigt in einem Impuls-Zeit-Diagramm die durch Anwendung der
vorliegenden Erfindung sich ergebenden Verhältnisse.
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In Fig.1 ist eine zweiadrige Übertragungsleitung L angedeutet, zu
der die beiden Adern a und b gehören. An dem einen Ende
dieser obertragungsleitung
(auf der linken Seite in Fig.1) ist ein auch als Kabeltreiber zu bezeichnender Impuls
sender Tx mit zwei Ausgängen angeschlossen. An dem anderen Ende der Ubertragungsleitung
L (das ist die rechte Seite in Fig.1) ist ein auch als Kabelempfänger zu bezeichnender
Impulsempfänger Rc eingangsseitig angeschlossen. Der Impulssender Tx weist einen
Eingangsanschluß E auf, welchem über die Ubertragungsleitung L zu übertragende Impulse
zugefphrt werden. Diese Impulse treten jeweils mit einem von zwei definierten Spannungspegeln
auf, wobei der eine Spannungspegel verknüpfungsmäßig als L-Pegel (Low) gewertet
wird, während der andere Spannungspegel verknüpfungsmäßig als H-Pegel (High) gewertet
wird. Dabei kann beispielsweise der B-Pegel einem Spannungspegel von +5V entsprechen,
und der L-Pegel kann ein Spannung von OV entsprechen. Diesen über die Übertragungsleitung
L zu übertragenden Impulsen entsprechende Impulse sollen vom Ausgang A des Impulsempfängers
Rc abgegeben werden.
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Der Impulssender Tx enthält zwei Treiberschaltungen D1 und D2, die
eingangsseitig gemeinsam an dem Eingangsanschluß E des Impuls senders Tx angeschlossen
sind. Die Treiberschaltung D1 kann beispielsweise durch eine invertierende Schaltung
gebildet sein, und die Treiberschaltung D2 kann durch eine nichtinvertierende Schaltung
gebildet sein. Der Ausgang der Treiberschaltung D1 ist über einen ohm'schen Widerstand
R1 mit der einen Ader a der Übertragungsleitung L verbunden. Der Ausgang der anderen
Treiberschaltung D2 ist über einen ohm'schen Widerstand R2 mit der anderen Ader
b der Übertragungsleitung L verbunden. Dem Widerstand R1 ist ein durch einen Kondensator
gebilaetes kapazitives Element C1 parallelgeschaltet. Dem Widerstand R2 ist ein
durch einen Kondensator gebildetes kapazitives Element C2 parallelgeschaltet.
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Der Impulsempfänger Rc weist einen aus zwei Transistoren T1, T2 vom
selben Leitfähigkeitstyp (pnp-Leitfähigkeitstyp) aufgebauten Differenzverstärker
auf, der eingangsseitig an den beiden Adern a, b der Übertragungsleitung L angeschlossen
ist.
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Die Eingänge dieses Differenzverstärkers bilden die Basen der beiden
Transistoren Tl, T2, die mit ihren Emittern gemeinsam über einen Widerstand R5 an
einem Speisespannungsanschluß +U angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors
T1 liegt direkt an Masse, und der Kollektor des Transistors T2 liegt über einen
Widerstand R4 an Masse. Der bereits erwähnte Ausgangsanschluß A des Impuls empfängers
Rc ist über einen Negator mit dem Kollektor des Transistors T2 des Differenzverstärkers
verbunden. Dieser Negator ist hier durch einen in Emittergrundschaltung betriebenen
Transistor T3 vom npn-Leitfähigkeitstyp gebildet. Dieser Transistor T3 ist mit seiner
Basis am Kollektor des Transistors T2 angeschlossen. Der Emitter des Transistors
T3 liegt an Masse, und der mit dem Ausgangsanschluß A verbundene Kollektor des Transistors
T3 liegt über einen Arbeitswiderstand R6 an der bereits erwähnten Speisespannungsklemme
+U. Neben den erwähnten Elementen weist der in Fig.1 dargestellte Impulsempfänger
noch einen ohm'schen Widerstand R3 auf, der die Basen der Transistoren Tl und T2
verbindet und der damit an den Eingängen des durch diese Transistoren gebildeten
Differenzverstärkers liegt.
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Bevor auf die Wirkungsweise der in Fig.l dargestellten, ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellenden Schaltungsanordnung eingegangen wird, seien zunächst
unter Bezugnahme auf Fig.2 die Verhältnisse betrachtet, die bei der eingangs betrachteten
bekannten Schaltungsanordnung vorliegen. Zum Zwecke einer einfacheren Darstellung
sei jedoch auch in diesem Zusammenhang auf Fig.1 Bezug genommen - wobei allerdings
die Widerstände Rl, R2, R3 und die kapazitiven Elemente C1 und C2
als
nicht vorhanden zu betrachten sind. Demgemäß sollen in dem Impulasender Tx zunächst
annahmegemäß die Ausgänge der Treiberschaltungen D1, D2 direkt mit den beiden Adern
der ertragungsleitung L verbunden sein, und der Widerstand R3 sei annahmegemäß nicht
vorhanden. Wird unter den gerade angenommenen Verhältnissen dem Eingangsanschluß
E des Impulssenders Tx eine Impulsfolge zugeführt, wie sie in der mit SE bezeichneten
l.Zeile in Pig.2 angedeutet ist, so treten an den mit rl, r2 bezeichneten Eingängen
des Diiferenzverstärkers des Impulsempfängers Rc Spannungen auf, die einen Verlauf
zeigen, wie er in der zweiten, mit Srl' bzw. in der dritten, mit Sr2' in Pig.2 bezeichneten
Zeile angedeutet it.
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Dabei ist der Verlauf dieser Spannungen vereinfacht darge*ellt worden.
Tatsächlich ändern sich die Spannungen an den Eingängen des Differenzverstärkers
nach e-Funktionen. Aus Fig.2 erkennt man dabei Jedoch, daß die Spannungen an den
Eingängen des zu dem Impulsempfänger Rc gehörenden Differenzverstärkers komplementär
zueinander verlaufen. Dies ergibt sich aus der Verwendung der beiden unterschiedlichen
Treiberschaltungen D1 und D2 in dem Impulesender Tx. Aus Fig.2 geht ferner hervor,
daß die an Jedem Eingang der Eingänge des Differenzverstärkers des Impulsempfängers
Rc auftretenden Spannungen einen Spannungshub von Vs' besitzen.
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Aufgrund des in Pig.2 angedeuteten Verlaufs der Spannungen Srl' und
Sr2' ergibt sich, daß der Differenzverstärker des Impulsempfängers Rc eine Ausgangsspannung
entsprechend dem Verlauf des Ausgangssignals SA' abgibt, wie es in der untersten
Zeile der Fig.2 angedeutet ist. Diese Ausgangsspannung erfährt jeweils dann eine
Änderung ihrer Amplitude, wenn die den Eingängen des Differenzverstärkers des Impuls
empfängers Rc zugeführten Spannungen Sr1', Sr2' eine solche Veränderung erfahren
(das ist am Jeweiligen Kreuzungspunkt der beiden Spannungen Srl', Sr2' gemäß Fig.2),
daß das Leitendsein des Transistors Tl bzw. des
Transistors T2
und das Nichtleitendsein des Transistors T2 bzw. des Transistors Tl sich vertauschen.
So ist beispielsweise der Transistor T2 des in Fig.l dargestellten Differenzverstärkers
so lange gut leitend, wie die der Basis dieses Transistors T2 zugeführte Spannung
negativer ist als die der Basis des Transistors Ti zugeführte Spannung. Die dabei
am gemeinsamen Verbindungspunkt der Emitter der beiden Transistoren T1, T2 vorhandene
Spannung verhindert im übrigen, daß der Transistor T1 dabei ebenfalls in den leitenden
Zustand gelangt.
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Wenn hingegen die Spannung an der Basis des Transistors Tl negativer
ist als die Spannung an der Basis des Transistors T2, dann wird der Transistor T1
leitend und der Transistor T2 nicht leitend sein. Durch den Transistor T3 bei der
Schaltungsanordnung gemäß Pig.1 ergibt sich dein noch eine Invertierung des von
dem eigentlichen D$£torenzveratärker geliefertan Ausgangssignals.
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Vergleicht man nun die in der untersten Zeile in Pig.2 dargestellte
Spannung SA', die an Ausgangsanschluß A des Impulsempfängers Rc gemäß Pig,l auftritt,
mit der dem Eingangsanschluß E des Impulssenders Tz gemäß Pig.l zugeführten Impulsfolge
SE, so erkennt man, daß die Spannung SA' nicht einen der Impulsfolge SE entsprechenden
Verlauf besitzt. Dies bedeutet aber, daß die an sich erwünschte Übertragung der
Impulsfolge SE über die Übertragungsleitung L nicht möglich ist.
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Dabei erkennt man aus Fig.2 klar, daß lediglich relativ lang andauernde
Impulse zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß
A des Impuls empfängers Rc gemäß Figl führen, während mit einer kUrzerenDauer auftretende
Impulse keine solche Spannungsänderung hervorrufen. Dies bedeutet aber1 daß über
die Übertragungsleitung L nur Impulse mit relativ niedriger Impulsfolgefrequenz
übertragen werden können.
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In Fig.3 sind nun die Verhältnisse veranschaulicht, die sich durch
die Anwendung der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung
ergeben,
bei der also im Unterschied zu dem im Zusammenhang mit Fig.2 betrachteten Pall die
Widerstände R1, R2, R3 und die kapazitiven Elemente C1, C2 vorgesehen sind. Gemäß
Fig.3 ist angenommen, daß dem Eingangsanschluß E des Impulssenders Tx dieselbe Impulsfolge
SE zugeführt wird, wie siebe er betreffenden Schaltungsanordnung unter Zugrundelegung
der im Zusammenhang mit Pig.2 erwähnten Verhältnisse benutzt worden ist. Durch die
kapazitiven Elemente C1 und C2 ergibt sich, daß an den mit den Adern a, b der Übertragungsleitung
L verbundenen Ausgängen des Impuls senders Tx Impulse mit einem Verlauf auftreten,
der dem in der zweiten Zeile in Fig.3 angedeuteten Impulsverlauf entspricht. Die
in der zweiten Zeile in Fig.3 angedeutete Impulsfolge Sx möge dabei am Schaltungspunkt
x des Impulssenters Tx auftreten. Aus der betreffenden Impulsfolge Sx erkennt man
deutlich die differenzierende Wirkung, die das kapazitive Element C1 bei der vom
Ausgang der Treiberschaltung D1 abgegebenen Impulsfolge hat.
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Diese differenzierende Wirkung bei den Impulsflanken der vom Ausgang
der Treiberschaltung D1 abgegebenen Impulse bedeutet im übrigen frequenzmäßig betrachtet
eine Anhebung der höheren Frequenzen. Bezüglich der am Schaltungspunkt x in Fig.l
auftretenden Impulsfolge Sx sei noch bemerkt, daß eine entsprechende Impulsfolge,
allerdings mit entgegengesetzter Phasenlage an dem mit der Ader b der Übertragungsleitung
L verbundenen Ausgang des Impulssenders Tx auftritt.
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Durch die Widerstände R1, R2 und R3 wird, wie oben bereits angedeutet,
erreicht, daß die an den zugleich die Eingänge des iifferenzverstärkers des Impuls
empfängers Rc bildenden Anschlüssen rl und r2 auftretenden Spannungen Srl bzw. Sr2
gemäß Fig.3 lediglich mit einem Spannungshub Vs auftreten können. Dieser Spannungshub
Vs ist aber aufgrund der dämpfenden Wirkung der genannten Widerstände R1, R2, R3
kleiner als der Spannungshub Vs' gemäß Fig.2.
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Durch kombinierte Anwendung der durch die Widerstände R1, R2, R3 hervorgerufenen
Verringerung des an den Eingängen des Differenzverstärkers des Impuls empfängers
Rc möglichen Spannungshubes auf den Spannungshub Vs und der auf die Verwendung der
kapazitiven Elemente C1, C2 zurückgehenden Anhebung der höheren Prequenzarrteile
der über die Übertragungsleitung L zu übertragenden Impulse (diese höherfrequenten
Impulsanteile sind durch die Impulsflanken dieser Impulse gegeben) kann erreicht
werden, daß die Spannungen Srl und Sr2 an den Eingängen des Differenzverstärkers
des Impulsempfängers Rc den in Fig.3 in der dritten bzw. vierten Zeile dargestellten
Verlauf haben. Aufgrund dieses in Pig.3 angedeuteten Verlaufs vermag aber der Differenzverstärker
des Impulsempfängers Rc gemäß Pig.l eine Ausgangsimpulsfolge SA abzugeben, die über
die Zeit t betrachtet den in der untersten Zeile gemäß Fig.3 angedeuteten Verlauf
besitzt.
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Vergleicht man den Verlauf dieser Ausgangsimpulsfolge SA mit der dem
Eingangsanschluß E des Impulssenders gemäß Fig.l zugeführten Impulsfolge SE, so
erkennt man, daß diese beiden Impulsfolgen völlig miteinander übereinstimmen. Vorausetzung
für diese Übereinstimmung und damit für eine verzerrungsfreie Übertragung von Impulsen
über die Übertragungsleitung L und für eine entsprechende Auswertung derartiger
Impulse ist jedoch, daß die erwähnten Widerstände Rl, R2, R3 und die kapazitiven
Elemente C1, C2 so bemessen sind, daß bei der höchsten Impulsfolgefrequenz der über
die Übertragungsleitung L gemäß Fig.1 zu übertragenden Impulse während der Dauer
eines solchen Impuls es an jedem der Eingänge des Differenzverstärkers des Impuls
empfängers Rc eine gerade den genannten Spannungshub Vs durchlaufende Spannungspegeländerung
auftritt. Bezogen auf die an den mit den Adern a, b der Übertragungsleitung L verbundenen
Ausgängen des Impulssenders Tx auftretenden Impulse bedeutet dies, daß die mit Auftreten
der Flanken dieser Impulse sich ergebenden Amplituden jeweils bis zum Auftreten
einer weiteren Impulsflanke auf einen Wert abgeklungen sind, der zumindest angenähert
der Amplitude ist,
mit der an dem betreffenden Schaltungspunkt
und damit auf der mit diesem verbundenen Ader der Übertragungsleitung L eine Spannung
auftritt, nachdem das entsprechende kapazitive Element geladen ist.
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Von der vorstehend erwähnten besonderen Bemessungsvorschrift kann
indessen Abstand genommen werden, wenn eine gewisse Verzerrung bei der vom Ausgangsanschluß
A des Impulsempfängers Rc gemaß Fig. 1 abzugebenden Ausgangsimpulsfolge in Kauf
genommen werden kann. Im übrigen kann von der betreffenden Bemessungsvorschrift
in dem Fall Abstand genommen werden, daß es lediglich darum geht, innerhalb einer
vorgegebenen Zeit Impulse mit relativ hoher Impulsfolgefrequenz unabhängig von der
Dauer dieser Impulse zu übertragen.
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Abschließend sei noch bemerkt, daß es durch die Anwendung der im vorstehenden
erläuterten erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich war, über eine ca. 250 m lange Übertragungsleitung
- über die ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen Impulse lediglich mit einer Bitiolgefrequenz
von ca. vier MBit/s zu übertragen waren-Impulse mit einer Bitfolgefrequenz von ca.
zweiunddreißig MBit/s zumindest weitgehend verzerrungsfrei zu übertragen und aus
zu werten.
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