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Schaltungsanordnung für eine störungssichere unsymmetrische
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tibertragung digitaler Signale Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
für eine störungssichere unsymmetrische Übertragung digitaler Signale über mindestens
zweiadrige Leitungen. Sie besteht aus einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung,
die über eine Leitung miteinander verbunden sind, welche aus einer Signalader und
einer zweiten ein Bezugspotential führenden Ader besteht.
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Wenn elektronische Baugruppen zusammenarbeiten,ist es notwendig, Signale
über längere Leitungen von einer Baugruppe zur anderen zu übertragen. Da moderne
elektronische Systeme mit hohen Schaltgeschwindigkeiten arbeiten, muß auch die Übertragung
von Signalen sehr schnell erfolgen können.
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Dabei ist es gleichermaßen erforderlich, daß eine solche Übertragung
störungssicher arbeitet. Sender, Signalleitungen und Empfänger sind demnach so aufeinander
ab zu stimmen, daß eine störungsfreie Übertragung von schnellen Signalen möglich
ist. Bei längeren Leitungswegen ist es immer sinnvoll, die Signalleitung mit ihrem
Wellenwiderstand abzuschließen. Dann sind nicht nur die sonst auftretenden Reflexionen
weitgehend vermieden, sondern die Leitung ist auch wegen ihres meist niederohmigen
Abschlusses unempfindlicher geworden gegenüber durch Überkoppeln verursachten Störungen.
Eine solchermaßen abgeschlossene Leitung verlangt sendeseitig und empfangsseitig
angepaßte Schaltungsanordnungen. In vielen Fällen sind als Leitungen abgeschirmte
Koaxialkabel eingesetzt, weil die Störbeeinflussung bei einfachen Leitungen nicht
ganz ausgeschlossen werden kann.
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Eine sdche Anordnung ist in der deutschen Auslegeschrift 12 85 524
beschrieben. Hierbei ist als Bezugspotential Q Volt mitgeführt, mit dem auch die
Abschirmung des Koaxialkabels verbunden ist. Weil aber Koaxialkabel sehr aufwendig
sind, wurde schon versucht, unsymmetrische Impuls-0bertragungen mit normalen Kabeladern
aufzubauen; wobei jede Signalader mit einer Nullpotential führenden Ader verdrallt
ist. Diese Systeme sind jedoch für längere Leitungen nicht geeignet, weil die relativ
hohen Ströme, die auf den Signalleitungen geschaltet werden und das meist stark
mit Hochfrequenz belastete Nullpotential zu Störbeeinflussungen führen.
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Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, sind symmetrisch arbeitende
Verfahren entwickelt worden, wobei eine Datenleitung aus zwei miteinander verdrallten
Adern besteht.
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Diese Adern haben am Ruhezustand das gleiche Potential.
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Bei der Übertragung eines Signals nehmen die Leitungen unterschiedliche
Potentiale an, die auf der einen Leitung positiv und auf der anderen Leitung negativ
vom Ruhepotential abweichen. Für solche Verfahren sind auch bereits integrierte
Schaltungen auf dem Markt, deren Funktion als Empfänger und Sender z.B. auf den
Seiten 41 bis 59 des Buches "The Line-Driver and Line-Reciever Data Book" der Firma
Texas Instruments beschrieben,;sind. Um dieses Verfahren zu betreiben, sind bei
Sendern und Empfängern Stromversorgungsspannungen erforderlich, deren Potential
positiv und negativ vom Nullpotential abweichen. Da diese preiswerten integrierten
Schaltungen mit niedrigen Spannungen arbeiten, sind den mit solchen Schaltkreisen
aufgebauten Systemen hinsichtlich der Leitungslänge Grenzen gesetzt. Würde man,3um
mit symmetrischen Anordnungen durch Anwendung höherer Spannungen eine größere Reichweite
und einen größeren Störabstand zu erhalten, diskret aufgebaute Schaltkreise anwenden,
oder speziell angefertigte integrierte Anordnungen einsetzen, so wäre bei einer
großen Zahl von
zu betreibenden Leitungen keine wirtschaftliche
Lösung erreichbar.
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Die Erfindung stellt sich deshalb zur Aufgabe, eine mit wesentlich
weniger Aufwand realisierbare Schaltungsanordnung anzugeben, die einen hohen Störabstand
aufweist und somit geeignet ist, eine störungssichere unsymmetrische Übertragung
digitaler Signale über lange Leitungen zu ermöglichen. Die Lösung der Aufgabe geschieht
erfindungsgemäß dadurch, daß eine Sendeeinrichtung auf eine Signalader einen das
Signal darstellenden konstanten Strom aufprägt, der zur am anderen Ende der Signalader
befindlichen Empfangs einrichtung fließt und dort an dem Wellenwiderstand der Leitung
entsprechenden Abschlußwiderstand, der zwischen die Signalader und die ein Bezugspotential
führende zweite Ader der Leitung geschaltet ist, einen definierten Spannungsabfall
entstehen läßt, wodurch eine ebenfalls an die Signalader und an das Bezugspotential
mit ihrem Eingang angeschaltete Empfangs einrichtung anspricht.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus einfachen Bauteilen
und gestattet die Verwendung einfacher Fernmeldekabel mit paarweise verseilten Adern
für die störungssichere Übertragung digitaler Signale. Durch die Mitführung und
Anwendung eines Bezugspotentials läßt sich auch bei langen Leitungen eine große
Störsicherheit erzielen.
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Außer dem Bezugspotentail können auf den nicht als Signaladern dienenden
Leitungen andere Potentiale z.B. das Nullpotential geführt werden, Diese anderen
Potentiale sind jedoch dann über Kondensatoren mit dem Bezugspotential zu verbinden.
Die gemäß den Ansprüchen 6 und 7 und wie in der Zeichnung dargestellt aufgebauten
Sende-und Empfangseinrichtungen lassen sich in Bauteile integrieren und sind geeignet
für die Zusammenschaltung zu Signalübertragungssystemen mit mehreren Sende-und Empfangsstellen.
Sowahl Sende- als auch Empfangseinrichtungenlsind jeweils an der Leitungsseite parallelsghaltbar.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt: Fig.1 eine Sende-und Empfangseinrichtung
gemäß dem Prinzip der Erfindung und die Zusammenschaltung derselben.
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Fig.2 eine Anordnung von mehreren Sende-und Empfangseinrichtungen.
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Im Ruhezustand der in Fig.1 dargestellten Schaltungsanordnung liegt
am Ausgang des Sendegatters SG und damit am Eingang SE des Senders S ein logisches
Nullpotential an, womit der Transistor T1 gesperrt wird. Da durch die Widerstände
R2 und R3 kein Strom fließt, kann auch der Transistor T2 nicht schalten, und am
Ausgang SA fließt kein Strom. Infolgedessen besteht zwischen einem gegenüber dem
Nullpotential positiven Bezugspotential BP und der Leitung SA-EE kein Potentialunterschied
und der Transistor T3 des Empfängers E bleibt gesperrt. Somit ist auch der Transistor
T4 gesperrt, und am Ausgang EA liegt über den Widerstand R8 ein Potential von +5V
an, das für das Empfangsgatter EG logisches Sperrpotential bedeutet.
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Bei einer Signalübertragung wird das Sendegatter SG an seinem Sendeselektionseingang
SS und an seinem Dateneingang DE so beschaltet, daß die Und-Bedingung erfüllt ist.
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Es steht dann am Eingang SE ein Potential an, das die Durchschaltung
des Transistors Ti bewirkt. Durch den nach Nullpotential fließenden Strom entsteht
am durch die Widerstände R2 und R3, gebildeten Spannungsteiler ein definiertes Potential,
das den Transistor T2 veranlaßt, über den Widerstand R4 einen Strom definierter
Größe (z.B. 50mA) auf die am Ausgang SA des Senders S angeschlossene Leitung SA-EE
zu schalten.
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Dieser Strom verursacht an den Abschlußwiderständen RA einen definierten
Spannungsabfall. Durch die zwischen den Punkten EE und BP am EmpfängerE entstehende
Potentialdifferenz schaltet der Transistor T3 durch. Zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit
ist parallel zum Emitterwiderstand R6 ein Kondensator C1 mit einem Widerstand R5
geschaltet. Mit der am Widerstand R7 anstehenden Spannung wird der Transistor 24
durchgeschaltet, der Nullpotential an den Ausgang EA legt. Damit ist der Signal-Impuls
übertragen und liegt am Eingang des Gatters EG an, das erfüllt wird, wenn das Empfangs-Selektionssignal
ES anliegt.
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In der Fig.2 sind zwei Signalleitungen L1 und L2 dargestellt. Die
Leitung L1 verläuft nur zwischen dem Sender S11 und dem Empfänger Ell und besteht
aus der Signalader und der weiteren Ader, die das Bezugspotential führt.
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An der anderen Signalleitung L2 sind mehrere Sender und Empfänger
angeschlossen. Hierbei wird von einer Steuereinrichtung vorgegeben, welcher Sender
senden soll und welcher Empfänger empfangen soll. Dazu dienen die in Fig.1 dargestellten
Selektionseingänge SS und ES der Gatter SG und EG.
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Bei der Signalleitung L2 ist anstelle des Bezugspotentials das Nullpotential
als weitere Ader mitgeführt. Dies kann ohne weiteres bei einigen Signalleitungen
des gleichen Kabels angewendet werden, wenn das Bezugspotential bereits zwischen
Sender und Empfänger geführt ist, und das Null potential am Empfangsort nicht in
geeigneter Weise vorhanden ist. Wenn diese Variante angewandt wird, müssen die Adern,
die das Bezugspotential führen, mit den Adern, die das Nullpotential führen über
Kondensatoren C2 und C3 miteinander verbunden werden.
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Bei dieser Anordnung tritt kein höherer Leitungsbedarf auf, wenn neben
dem Bezugspotential auch das Nullpotential mitgeführt wird. Wie schon erläutert
wurde, ist die Größe des Bezugspotentials unerheblich für die Funktion der Schaltungsanordnung.
Es ist lediglich eine Mindestspannung erforderlich, um das erfindungsgemäße Arbeiten
der Schaltungsanordnung sicherzustellen. Darüber hinausgehende Werte erfordern lediglich
den Einsatz von für diese Spannung geeigneten Transistoren und eine entsprechende
Dimensionierung der Widerstandswerte. Störungen auf dem Bezugspotential sind nicht
in der Lage, die Bunktion der Anordnung zu gefährden, weil ein genügend großer Abstand
des Bezugspotentials von der Minimal spannung frei wahlbar ist. Da die Abschlußwiderstände,
die zwischen den Signaladern und dem Bezugspotential liegen, jede Signalader niederohmig
mit dem Bezugspotential verbinden, kann ein Empfänger nur dann ansprechen, wenn
ein Sender den für das Ansprechen eines Empfängers erforderlichen definierten Strom
liefert.
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Die Schaltungsanordnung läßt sich ebenso auch mit gegenüber Nullpotential
negativem Bezugspotential betreiben, wenn die Transistoren durch entsprechende Eomplementärtypen
ersetzt werden. Es lassen sich in gleicher Weise dann auch die Eingänge der Sender
bzw. Ausgänge der Empfänger an die Signalpegel der verwendeten Logikfamilie anpassen.