DE2740112C2

DE2740112C2 - Line system for impulse transmission

Info

Publication number: DE2740112C2
Application number: DE19772740112
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 8190 Weidach Bräckelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-06
Filing date: 1977-09-06
Publication date: 1984-04-19
Also published as: DE2740112A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitungssystem zur Impulsübertragung mit einer Hauptleitung und mit davon abzweigenden Stichleitungen, zur gegenseitigen Verbindung von Sende- und Empfangsgliedern.The invention relates to a line system for pulse transmission with a main line and with branch lines branching off from it, for the mutual connection of transmitting and receiving elements.

In größeren Logiknetzen, insbesondere in Datenverarbeitungseinrichtungen, tritt häufig der Fall auf, daß ein oder mehrere Sendeglieder über ein Bus-System mit mehreren Empfangsgliedern zusammenarbeiten. Die einzelnen Glieder sind dabei vielfach in verschiedenen Baugruppen untergebracht. Zu ihrer gegenseitigen Verbindung wird eine Hauptleitung in einer Rückwandverdrahtungsplatte vorgesehen, von der Abzweig- oder Stichleitungen zu den Baugruppen abgehen. Die Hauptleitung und die Stichleitungen sind so ausgebildet, daß sie einen definierten Wellenwiderstand, z. B. 50 Ohm, besitzen.In larger logic networks, especially in data processing equipment, the case often occurs that one or more transmission elements are connected via a bus system several receiving links work together. The individual links are often different Assemblies housed. For their mutual connection, a main line is provided in a backplane wiring board, from the branch or Exit spur lines to the assemblies. The main line and the branch lines are designed in such a way that that they have a defined wave resistance, e.g. B. 50 ohms.

Infolge der kapazitiven Belastung, welche die zumeist kurzen Stichleitungen für die Hauptleitung darstellen, entstehen Reflexionen, die sich durch Verformung der Signale auf der Hauptleitung und den Stichleitungen störend bemerkbar machen. Durch die DE-AS 20 23 503 ist es bekannt, zur Verminderung von Reflexionsstörungen am Fußpunkt jeder Stichleitung einen Widerstand in Serie zu der Stichleitung einzufügen, wobei der Widerstand gleich dem Wellenwiderstand der Stichleitung vermindert um den halben Wellenwiderstand der Hauptleitung sein soll.As a result of the capacitive load, which the mostly short stub lines represent for the main line, there are reflections that are caused by deformation of the signals on the main line and the stub lines make disturbing noticeable. From DE-AS 20 23 503 it is known to reduce reflection interference insert a resistor in series with the stub line at the foot of each stub line, whereby the Resistance equal to the characteristic impedance of the branch line reduced by half the characteristic impedance of the Main line should be.

Die Einfügung eines derartigen Entkopplungswiderstands bringt schon eine erhebliche Verbesserung des Impulsverhaltens in einem aus einer Hauptleitung und mehreren Stichleitungcn bestehenden Leitungssystems mit sich. Vorteilhaft ist dabei auch, daß die Signallaufzeit auf der Hauptleitung nicht über die reine Leitungslaufzeit hinaus vergrößert wird. Allerdings läßt sich eine treppenartige Verformung der Signalflanken nicht ganz vermeiden. Der stark abgeflachte Teil der Signalflanken kann bei Empfangsgliedern mit einer nahe der oberen Grenze des zulässigen Bereichs liegenden Ansprechschwelle des Schaltzeitpunkts führen. Ungünstig ist auch der unzulässig hohe Spannungsabfall am Entkopplungswiderstand, wenn an der Stichleitung ein SendegliedThe insertion of such a decoupling resistor already brings a considerable improvement in the Impulse behavior in a line system consisting of a main line and several stub lines with himself. It is also advantageous that the signal transit time on the main line does not exceed the pure line transit time addition is enlarged. However, a stair-like deformation of the signal edges cannot be entirely avoid. The strongly flattened part of the signal edges can be close to the upper in receiving elements The response threshold of the switching point located at the limit of the permissible range. Is also unfavorable the inadmissibly high voltage drop at the decoupling resistor if there is a transmitter link on the stub line

angeschlossen istconnected

Die Literaturstelle »Electronics«, 7. Febr. 1966, S. 72—83 beschreibt die Bildung von Tiefpaßfiltern für Höchstfrequenzen in Streifenleitungstechnik. Das Problein der Kompensation störender Impedanzen ist nicht behandeltThe literature "Electronics", Feb. 7, 1966, pp. 72-83 describes the formation of low-pass filters for Maximum frequencies in stripline technology. The problem of compensating for disturbing impedances is not treated

Aus Meinke/Gundlach »Taschenbuch der Hochfrequenztechnik« 3. Aufl. 1968, S. 204—208 ist es hingegen bekannt eine in einer Leitung mit definiertem Wellenwiderstand vorhandene Störkapazität durch geeignet angeordnete und dimensionierte Induktivitäten zu einem Tiefpaß zu ergänzen und damit breitbandig zu kompensieren. Die Literaturstelle befaßt sich jedoch nicht mit von einer Hauptleitung ausgehenden Stichleitungen und insbesondere nicht mit dem Impulsverhalten auf solchen Stichleitungen.From Meinke / Gundlach »Pocket Book of High Frequency Technology« 3rd ed. 1968, pp. 204-208, however, it is known one in a line with a defined Characteristic impedance Existing interference capacitance due to suitably arranged and dimensioned inductances to be added to a low-pass filter and thus to compensate broadband. However, the reference is concerned not with stub lines emanating from a main line and especially not with the impulse behavior on such stubs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitungssystem zur Impulsübertragung mit einer Hauptleitung und mit davon abzweigenden Stichleitungen so auszubilden, daß auch bei der Einspeisung und Abnahme von Impulsen über die Stichleitungen möglichst geringe Impulsverformungen und Amplitudenverringerungen auftreten. Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The invention is based on the object of a line system for pulse transmission with a main line and to be designed with branch lines branching off from it in such a way that also during the supply and acceptance of pulses via the stub lines, the smallest possible pulse deformation and amplitude reductions appear. This task is given with the help of the characterizing part of claim 1 Features solved.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung zusammen mit Zeitdiagrammen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated below using exemplary embodiments which are shown in the drawing are shown with timing diagrams, explained in more detail. It shows

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des Anschlusses einer Stichleitung an eine Hauptleitung,F i g. 1 shows a first embodiment of the connection of a branch line to a main line,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform des Anschlusses einer Stichleitung an eine Hauptleitung,F i g. 2 a further embodiment of the connection of a branch line to a main line,

F i g. 3a, 3b ein mögliches Ausführungsbeispiel für die Realisierung der vorgesehenen Induktivitäten undF i g. 3a, 3b a possible embodiment for the implementation of the intended inductances and

F i g. 4 bis 7 Impulsverläufe an verschiedenen Punkten des Leitungssystems.F i g. 4 to 7 pulse curves at different points in the pipeline system.

Das Leitungssystem nach F i g. 1 besteht aus einer Hauptleitung HL und einer Stichleitung SL Ein Impulsgenerator G speist Impulse in die Hauptleitung HL ein. Der zeitliche Verlauf und die Amplitude dieser Impulse ist durch die Größe U 11 bestimmt. An ihrem Ende ist die Hauptleitung HL mit einem Widerstand R abgeschlossen. Der Wert des Widerstandes R ist etwa gleich dem Wellenwiderstand der Hauptleitung oder bis zu 20% größer als dieser. Die charakteristischen Werte der Impulse am Ende der Hauptleitung sind durch die Größe t/12 gegeben. Zu beiden Seiten des Abzweigpunktes der Stichleitung SL sind Induktivitäten LIl und L 12 in die Hauptleitung eingefügt. Am Ende der Stichleitung entstehen dann Impulse, deren Amplitude und Verlauf der Größe U13 entspricht.The line system according to FIG. 1 consists of a main line HL and a stub line SL A pulse generator G feeds pulses into the main line HL . The time course and the amplitude of these pulses is determined by the variable U 11 . The main line HL is terminated with a resistor R at its end. The value of the resistance R is approximately equal to the characteristic impedance of the main line or up to 20% greater than this. The characteristic values of the impulses at the end of the main line are given by the quantity t / 12 . Inductors LIl and L 12 are inserted into the main line on both sides of the branch point of the branch line SL. At the end of the stub line, pulses are generated whose amplitude and course correspond to the size U 13.

Die Werte der beiden Induktivitäten L 11 und L 12 sind so gewählt, daß sie zusammen mit der Ersatzkapazität Cein Tiefpaßglied bilden, dessen charakteristischerThe values of the two inductances L 11 and L 12 are selected so that, together with the equivalent capacitance C, they form a low-pass element, which is more characteristic

Widerstand [/— gleichResistance [/ - equal

dem Wellenwiderstand derthe wave resistance of the

Hauptleitung ist. Die Ersatzkapazität C setzt sich dabei im allgemeinen aus der Kapazität der Stichleitung SL und der Kapazität der Steckverbindung, sofern eine solche vorhanden ist, zusammen.Main line is. The substitute capacitance C is generally composed of the capacitance of the branch line SL and the capacitance of the plug connection, if one is available.

Günstigere Verhältnisse ergeben sich, wenn gemäß der Darstellung in F i g. 2 die beiden vor und hinter der b5 Abzweigstelle einer Stichleitung eingefügten Induktivitäten miteinander gekoppelt sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, dem ein Wellenwiderstand der Hauptleitung und der Stichleitung von 50 Ohm und eineMore favorable conditions result if, as shown in FIG. 2 the two in front of and behind the b5 Branch point of a branch line with inserted inductances are coupled to each other. In a preferred embodiment, the wave resistance of the Main line and the branch line of 50 ohms and one

Länge der Stichleitung von 17 cm zugrundegelegt ist, betragen die Werte der beiden Induktivitäten L 21 und L 22 75 nH und der Wert der Gegeninduktivität M = 35 nH.If the length of the stub line is based on 17 cm, the values of the two inductances L 21 and L 22 are 75 nH and the value of the mutual inductance M = 35 nH.

Es wurde schon darauf hingewiesen, daß an Stichleitungen auch Sendeglieder angeschlossen sein können, wie das in Bus-Systemen häufig der Fall ist. Bei der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Anschaltung von Stichleitungen an eine Hauptleitung tritt nur ein dynamischer Spannungsabfall an den Induktivitäten auf. Dieser kann zudem durch eine starke Kopplung der die Induktivitäten bildenden Spulen entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sehr klein gehalten werden, da die Spulen vom Sendestrom gegensinnig durchflossen werden. Die wirksame Induktivität ist damit gering.It has already been pointed out that transmission links are also connected to stub lines can, as is often the case in bus systems. In the connection proposed according to the invention From branch lines to a main line, there is only a dynamic voltage drop across the inductances. This can also be achieved by a strong coupling of the coils forming the inductances according to the Embodiment according to Figure 2 kept very small because the coils are traversed in opposite directions by the transmit current. The effective inductance is so low.

Die induktivitäten lassen sich auf einfache Weise durch ebene Spulen realisieren, wie schon für einen anderen Verwendungszweck vorgeschlagen wurde (vergl. P 27 05 629.7). Die F i g. 3a und 3b zeigen zwei Substratplättchen 1 und 2. Eine erste Leitbahnspirale 3 mit geradlinigem Teilstücken verläuft zwischen dem Kontaktfleck 4 und dem Kontaktfleck 5, an den die ankommende Hauptleitung angeschlossen wird. Auf dem Substratplättchen 2 nach F i g. 3b befindet sich eine zweite Leitbahnspirale 6, die den inneren Kontaktfleck 7 mit dem Kontaktfleck 8 verbindet, an dem die abgehende Hauptleitung angeschlossen wird. Die beiden Leitbahnspiralen 3 und 6 weisen einen entgegengesetzten Drehsinn auf. Ein Kontaktfleck 9 dient für den späteren Anschluß der Stichleitung. Von dem Kontaktfleck 9 führt eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verbindung auf einem dritten Substratplättchen zu einem weiteren Kontaktfleck, der mit dem Kontaktflecken 4 und 7 deckungsgleich ist.The inductivities can be implemented in a simple way using flat coils, as they were for one other use was suggested (see P 27 05 629.7). The F i g. 3a and 3b show two Substrate platelets 1 and 2. A first conductive path spiral 3 with straight sections runs between the Contact pad 4 and the contact pad 5, to which the incoming main line is connected. on the substrate plate 2 according to FIG. 3b there is a second interconnect spiral 6, which forms the inner contact pad 7 connects to the contact pad 8, to which the outgoing main line is connected. the both channel spirals 3 and 6 have opposite directions of rotation. A contact patch 9 serves for the later connection of the branch line. One of the contact points 9 does not lead in the drawing connection shown on a third substrate plate to a further contact pad, which with the Contact pads 4 and 7 are congruent.

Zur Fertigstellung des Entkopplungsgliedes werden die Substratplättchen übereinander gelegt und verklebt. Die kleinen Kreise innerhalb der Kontaktflecken sollen Bohrungen mit metallbeschichteten Innenwänden andeuten. Mit Hilfe dieser Kontaktierungen werden die jeweils übereinander liegenden Kontaktflecken miteinander verbunden. Insbesondere entsteht dadurch eine fortlaufende Wicklung mit gleichem Windungssinn, die sich von dem Kontaktfleck 5 über die Kontaktflecken 4 und 7 bzw. 9 zu dem Kontaktfleck 8 fortsetzt Der Kopplungsfaktor der beiden Induktivitäten kann durch ί den Abstand der Leitbahnspiralen, d. h. durch die Dicke des Substrats beeinflußt werden. Ein Ausführungsbeispiel verwendet Spulen mit 3 Windungen auf einer Fläche von 3 · 3 mm².
Die Spulen befinden sich auf einem 0,3 mm dickenTo complete the decoupling element, the substrate platelets are placed on top of one another and glued. The small circles within the contact patches are intended to indicate holes with metal-coated inner walls. With the help of these contacts, the contact pads lying one above the other are connected to one another. In particular, this creates a continuous winding with the same direction of winding, which continues from the contact patch 5 via the contact patches 4 and 7 or 9 to the contact patch 8 will. One embodiment uses coils with 3 turns on an area of 3 x 3 mm ² .
The coils are on a 0.3mm thick

in Substrat.in substrate.

Die F i g. 4 bis 7 zeigen Oszillogramme von Impulsen in der Umgebung der ansteigenden Flanken. Dabei entspricht einem Abschnitt der Rasterteilung in V-Richtung eine Spannung von 200 mV, einem Abis schnitt in X-Richtung entspricht die Zeit von 4 ns. Die einzelnen Kurven sind in der Höhe verschoben, um Überschneidungen weitgehend zu vermeiden.The F i g. 4 to 7 show oscillograms of pulses in the vicinity of the rising edges. Included corresponds to a section of the grid division in the V-direction a voltage of 200 mV, one Abis cut in the X direction corresponds to the time of 4 ns. The individual curves are shifted in height Avoid overlaps as far as possible.

Den in Fig.4 dargestellten Impulsverläufen liegen die Werte des anhand der F i g. 2 beschriebenenThe pulse waveforms shown in Fig. 4 lie the values of the 2 described

Ausführungsbeispiels zugrunde.Embodiment based.

Die in F i g. 5 und 6 dargestellten Kurven gelten für ein Leitungsnetz, bei dem von der Hauptleitung 2 Stichleitungen in einem Abstand von 2,3 cm abgehen. Im übrigen liegen die gleichen Verhältnisse wie bei dem Leitungssystem nach Fig. 2 vor. Die Kurven UM bis t/34 entsprechen in der Reihenfolge ihrer Numerierung den Impulsverläufen an folgenden Stellen: Anfang der Hauptleitung. Ende der Hauptleitung, Ende der ersten und Ende der zweiten Stichleitung.The in F i g. The curves shown in FIGS. 5 and 6 apply to a line network in which 2 stub lines extend from the main line at a distance of 2.3 cm. Otherwise, the same conditions exist as in the line system according to FIG. 2. In the order in which they are numbered, the curves UM to t / 34 correspond to the pulse curves at the following points: Beginning of the main line. End of main line, end of first and end of second branch line.

Ki Durch die im Zuge der Hauptleitung liegenden Tiefpässe werden zusätzliche Signalverzögerungen und Abflachungen der Signalflanken verursacht. Diese nachteilige Wirkung kann jedoch bei dem weit überwiegenden Teil aller Einsatzfälle gegenüber dem Vorteil des glatten Verlaufs der Signalflanken hingenommen werden. Die Fig. 7 zeigt Impulsanstiege am Ende der Hauptleitung in Abhängigkeit von der Zahl der abgehenden Stichleitungen. Dabei gilt die Kurve , U2 für den Fall, daß keine Stichleitung vorhanden ist.Ki The low-pass filters in the course of the main line cause additional signal delays and flattening of the signal edges. In the vast majority of all applications, however, this disadvantageous effect can be accepted compared to the advantage of the smooth course of the signal edges. 7 shows pulse rises at the end of the main line as a function of the number of outgoing stub lines. The curve, U2, applies in the event that there is no stub line.

Die Kurve U 22 gilt für die Stichleitung, die Kurve U32 für zwei Stichleitungen,Curve U 22 applies to the stub line, curve U32 for two stub lines,

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Line system for impulse transmission with a main line and with branching lines Branch lines for the mutual connection of transmitting and receiving elements, characterized in that, that in the main line on both sides of the branch points of the stub lines inductors coupled to one another are inserted, which have the (average) capacitance of the Branch lines form low-pass elements, the characteristic resistances of which correspond to the wave impedance correspond to the main line and that the coupling factor of the inductances is about 0.4 to 0.5 amounts to

2. Line system according to claim 1, characterized in that the one associated with a junction Inductivities each as conductor path spirals with opposite directions of rotation on one above the other and bonded substrate platelets are formed, wherein the inner ends of the conductor path spirals are connected to each other and to the stub line.