DE2907307C2

DE2907307C2 - Ausgangsschaltung für einen Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2907307C2
Application number: DE2907307A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7252 Weil der Stadt Brünner
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1979-02-24
Filing date: 1979-02-24
Publication date: 1982-08-12
Also published as: JPS55124951U; US4367415A; DE2907307A1

Description

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erfüllt ist, wobei / die Leitungslänge, t_w die Impulsbreite, T die Impulsperiodendauer und ρ die Impulslaufzeit pro Leitungslängeneinheit sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgangsschaltung für einen Impulsgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wird ein Impulsgenerator über eine Ausgangsleitung mit einem Verbraucher verbunden, so können an beiden Leitungsenden Reflexionen entstehen, die dazu führen, daß der jeweilige Impuls auf der Leitung hin- und herläuft. Solche Reflexionen treten bekanntlich nur dann nicht auf, wenn der Abschlußwiderstand der Leitung gleich ihrem Wellenwiderstand ist Dieser Zustand wird mit Anpassung bezeichnet. Eine Anpassung ist aber auf der Verbraucherseite aus den verschiedensten Gründen nicht immer möglich und in gewissen Fällen auch gar nicht erwünscht Ist der Verbrauchereingangswiderstand beispielsweise sehr viel größer als der Wellenwiderstand der Leitung, d. h. läuft das Leitungsende praktisch leer, so wird ein dort ankommender Impuls praktisch vollkommen reflektiert. Das bedeutet, daß sich die Impulsspannung an diesem Leitungsende verdoppelt Das kann z. B. wichtig sein, wenn der Verbraucher eine höhere Spannung benötigt, als der Impulsgenerator liefert.

Bei einem solchen Quasi-Leerlauf, aber auch bei jeder anderen Fehlanpassung am Verbraucherende der Leitung entsteht auf dieser ein zurücklaufender Impuls, der zum Impulsgenerator am Leitungsanfang zurückkommt. Dieser zurücklaufende Impuls ist an sich noch nicht schädlich, es muß aber verhindert werden, daß er am Leitungsanfang erneut reflektiert wird, weil er dann die am Leitungsende ankommende Impulsfolge verfälschen würde. Daher wird bei den bekannten Ausgangsschaltungen für Impulsgeneratoren darauf geachtet, daß an der Eingangsseite der Leitung eine Anpassung vorhanden ist, d.h. daß der Innenwiderstand des Impulsgenerators bzw. dessen Ausgangsschaltung von der Ausgangsleitung her gesehen gleich deren Wellenwiderstand ist. Das bedeutet aber gleichzeitig, daß bereits auf der Einspeisungsseite die Hälfte der zur Verfugung stehenden Impulsleistung als Verlustleistung im genannten Innenwiderstand verbraucht wird und daher für den Verbraucher am Leitungsende nicht nutzbar gemacht werden kana

s Bei einigen Impulsgeneratoren ist der genannte Innenwiderstand dauernd abschaltbar. Dann muß aber bei abgeschaltetem Innenwiderstand sichergestellt sein, daß am Verbraucherende der Leitung Anpassung herrscht, um Reflexionen zu vermeiden.

Aus der DE-OS 21 22 292 ist eine im Impulsbetrieb arbeitende Leitungstreiberschaltung für Datenübertragungssysteme bekannt, bei der an der Einspeisungsseite der Leitung ein deren Wellenwiderstand entsprechender Längswiderstand vorhanden ist, welcher bei Einspeisung einer logischen Eins durch eine Diode überbrückt wird. Bei dieser Leitungstreiberschaltung ist dafür gesorgt, daß sowohl bei der Einspeisung einer "logischen Eins wie auch bei einer logischen Null am Eingang der Leitung ein Abschluß mit dem Wellenwiderstand wirksam ist Dabei setzt sich für den Fall der Einspeisung der logischen Eins der Wellenwiderstand im wesentlichen aus einem nur bei der Einspeisung wirksamen Kollektorwiderstand und dem Durchlaßwiderstand der Diode zusammen. Im Fall der logischen Null wird der Wellenwiderstand im wesentlichen durch den Längswiderstand gebildet Auch bei dieser Schaltung geht bei der Einspeisung der logischen Eins, d. h. bei Impulseinspeisung die Hälfte der Leistung im AbschluSwiderstand am Leitungsanfang verloren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgangsschaltung für einen Impulsgenerator zu schaffen, mittels welcher trotz Fehlanpassung am Verbraucherende der Ausgangsleitung im wesentlichen die volle Impulsleistung auf die Ausgangsleitung gebracht werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist also der Innenwiderstand der Ausgangsschaltung im Moment der Impulsabgabe auf die Leitung nicht vorhanden. Daher wird im wesentlichen die volle Leistung auf die Leitung gebracht. Ein eventuell vom Verbraucherende der Leitung reflektierter Impuls findet bei seiner Rückkehr zum Impulsgenerator diesen Innenwiderstand jedoch wieder vor und wird von ihm vollständig absorbiert.

Der Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip und

so F i g. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.

In F i g. 1 ist mit 11 ein Impulsgenerator bezeichnet, der über eine Koaxialleitung 13 Impulse an eine Anschlußklemme (Leitungsende) 15 liefert, an die z. B.

ein Verbraucher angeschlossen werden kann. Zur Einspeisung jedes Impulses vom Impulsgenerator 11 auf die Leitung 13 wird ein Umschalter 17 in die in F i g. 1 durchgezogen dargestellte Stellung gebracht. In dieser Stellung ist der mit R₀ bezeichnete eingangsseitige Abschlußwiderstand der Leitung 13 bzw. der von der Leitung 13 aus gesehene Innenwiderstand des Impulsgenerators 11 abgeschaltet.

Unmittelbar nach Einspeisung eines Impulses in die Leitung 13 wird der Umschalter 17 in die gestrichelt dargestellte Stellung gebracht und verbindet den Widerstand Ro mit der Leitung 13. Sollte also der eingespeiste Impuls ganz oder teilweise am Leitungsende 15 reflektiert werden, so wird der reflektierte Impuls

! :i vom Widerstand Ab vollkommen absorbiert
H| Das erfindungsgemäße Prinzip ist nicht auf die in

t£5 Fig. 1 dargestellte Anordnung beschränkt Statt des i dargestellten Querwiderstandes Ro könnte selbstver-

■. ständlich auch ein durch einen Kurzschluß überbrückba-

|a rer Längswiderstand verwendet werden, der bei der $■ Impulseinspeisung kurzgeschlossen würde. Die Impuls-V quelle 11 müßte dann eine niederohmige Spannungs-

ii: quelle sein. Im übrigen ist es für das erfindungsgemäße t| Prinzip gleichgültig, ob die Impulsquelle 11 eine :o |;_;' Spannungs- oder Stromquelle ist wenn der Abschlußwi- U derstand So entsprechend den bekannten Ersatzschalt- (f bildern als Innenwiderstand zugeschaltet wird. Es muß ψ nur dafür Sorge getragen werden, daß während der ti; Impulseinspeisurig dieser Widerstand so abschaltbar ist is 'f· daß er keinen Leistungsanteil des eingespeisten % Impulses erhält

s Selbstverständlich müssen der Umschalter 17 und

i£ seine zugehörige Ansteuerung sehr schneii arbeiten, da i';; die Laufzeit eines Impulses auf der Leitung 13 in der j,' Größenordnung von Nanosekunden liegi. Dies ist aber

: mit den heute zur Verfugung stehenden Halbleiterbauelementen ohne weiteres realisierbar. In F i g. 2 ist eine bevorzugte praktische Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

1 In der Schaltung gemäß F i g. 2 wird die Funktion des

[ in Fig. 1 mit 17 bezeichneten Umschalters durch

j schnelle Schalttransistoren Ti und T₂ wahrgenommen.

1 Im Ruhezustand ist der Transistor Ti gesperrt, während

der Transistor T₂ leitend ist Damit ist die Leitung 13 ^! eingangsseitig mit dem Widerstand Ro abgeschlossen.

• Zur Impulseinspeisung wird der Transistor Ti

' geöffnet, während gleichzeitig der Transistor T₂

gesperrt wird. Die Leitung 13 wird dadurch an eine Versorgungsspannung von +15 V gelegt. Die Steue-' rung dieses Vorgangs erfolgt durch eine Impulsquelle

111. Da diese nur eine Steuerfunktion hat, brauchen ihre Ausgangsspannung und ihre Ausgangsleistung nicht so hoch zu sein, wie es auf der Leitung 13 benötigt wird. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Ausgangsspannung (Spitze/Spitze) 2,5 V bei einer Impulsdauer von 15 ns.

Die Impulsquelle 111 steuert über ein ÄC-Glied aus

A₃ und C3 die Basis eines Transistors T₃ an. Der Transistor T₃, der über einen Kollektcrwiderstand Ri an die Versorgungsspannung von +15 V angeschlossen ist,

·. steuert seinerseits die Transistoren Ti und T₂ an. Dazu

. ist der Kollektor des Transistors T₃ über die Parallel-

l schaltung aus einem Widerstand Ra und einem

Kondensator Ct mit der Basis des Transistors Ti und über die Parallelschaltung eines Widerstandes Rs und

' eines Kondensators Cs mit der Basis des Transistors Ti

verbunden. Außerdem ist die Basis des Transistors Ti /

über einen Widerstand R\ mit der Versorgungsspannung von +15 V verbunden.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung ist so dimensioniert daß, wenn der Transistor T3 gesperrt ist (Ruhezustand), der Transistor T₂ leitet während der Transistor Ti gesperrt ist Gibt die Impulsquelle 111 jedoch ein Impuls an die Basis lies Transistors T₃ ab, so wird dieser leitend, wodurch wiederum der Transistor Ti leitend wird, während der Transistor Tj gesperrt wird. Daraus ergibt sich auch, daß der eigentliche Impulserzeuger für die Leitung 13 der Transistor T₁ ist Die entsprechende Impulsspannung wird durch die Versorgungsspannung von +15V geliefert während die Öffnungszeit des Transistors 71 die Impulsdauer bestimmt Die +15 V-Spannungsquelle ist zweckmäßigerweise durch Kondensatoren C₂ und C₂' gepuffert

Eine Diode D₁ schützt die Basis/Emitter-Diode des Transistors Ti vor Durchbruch. In ähnlicher Weise schützen Dioden D₃, D₄ und D₅ die Basis/Emitter-Diode des Transistors T₂. Eine Diode D2 verhindert, daß der Transistor T₂ voll in die Sättigung geht und sorgt dadurch für dessen schnelles Einschalten.

in Fig. 2 sind zur Erläuterung praktisch zweckmäßige Werte für die einzelnen Widerstände und Kondensatoren sowie die Transistor- und Diodentypen angegeben. Bei einer Impulsanstiegszeit von 6 ns, einer Abfallzeit von 7 ns und einer Impulsbreite von 17 ns ergab sich an einem am Leitungsende 15 angeschlossenen Verbraucherwiderstand von 5 kQ eine Impulsamplitude von 28 V bei 4 m Leitungslänge.

Die Länge der Leitung 13 muß in einem betimmten Verhältnis zur Impulsbreite und zum Abstand aufeinanderfolgender Impulse stehen. Bezüglich der Impulsbreite ist zu beachten, daß die Anstiegsflanke des am Leitungsende 15 reflektierten Impulses erst dann wieder am Schalter 17 ankommen darf, wenn der vom Impulsgenerator 11 angegebene Impuls vollständig in die Leitung 13 eingespeist ist. Daraus ergibt sich für die minimale Leitungslänge /_m/n:

•min

Dabei sind t_w die Impulsbreite und ρ die Impulslaufzeit pro Längeneinheit.

Bezüglich der maximalen Leitungslänge l_max ist zu beachten, daß erst dann ein neuer Impuls in die Leitung eingespeist werden darf, wenn der reflektierte Impuls völlig von deren eingangsseitigen Abschlußwiderstand R₀ absorbiert ist. Bei einem Impulsabstand (Periodendauer) T gilt

T-t_w

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Ausgangsschaltung für einen Impulsgenerator mit einer Ausgangsleitung mit einem bestimmten Wellenwiderstand zum Anschluß an einen Verbraucher, sowie mit einem zwischen einem wirksamen und einem unwirksamen Zustand umschaltbaren generatorseitigen Abschlußwiderstand für die Ausgangsleitung, der im wesentlichen die Größe des Wellenwiderstandes hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung mittels einer Steuereinrichtung impulsabhängig derart erfolgt daß während des Einspeisens eines Impulses die Leitung unmittelbar mit einer im wesentlichen innenwiderstandsfreien Versorgungsspannungsquelle verbunden ist während in den !mpulspausen der Abschlußwiderstand wirksam ist wobei bezügüch dar Länge der Ausgangsleitung die Bedingung