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Einrichtung zum Messen und Überwachen
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von elektrischen Signalen ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen und Überwachen
von elektrischen Signalen, an derenEingangsseite mindestens ein hochohmiger Verstärker
angeschlossen ist.
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Derartige Einrichtungen sind derzeit als Oszillographen oder Wortanalysatoren
bekannt. Man kann einen solchen Oszillographen beispielsweise an Computer anschließen,
um deren Ein- und/oder Ausgangssignale laufend abzutasten.
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Will man außerdem die Ein-und Ausgangssignale von Computern oder andere
Digitalsignale auswerten, dann ist dies bei Oszillographen nur optisch an eben diesem
Gerät möglich.
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Die zu überwachende oder zu messende Impulsfolge erscheint auf dem
Bildschirm des Oszillographen und muß dort optisch ausgemessen werden. Anderenfalls
müßte man ein weiteres Gerät, z.B.einen Zähler, zusätzlich an die die Ein-und Ausgangssignale
führende Leistung anklemmen, z B. denjenigen Anschluß am Rechner, welcher die Digitalsignale
führt. Je mehr Geräte aber angeschlossen werden, um so niedriger wird der Wellenwiderstand.
Dann kann man mit Nachteil nicht mehr störungsfrei abtasten. Allein durch das Zuschalten
von Leitungen werden Induktivitäten und/oder Kapazitäten zugeschaltet, die zur Erniedrigung
des Wellenwiderstandes führen. Damit aber erhöht sich die Fehlerrate.
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In der Praxis hat sich gezeigt, daß diese Nachteile insbesondere bei
Datensystemen auftreten, bei welchen Datensignale zum Beispiel von einem Mikrocomputer
über eine Leitung zu einem weiteren Mikrocomputer übermittelt werden. Hier hat man
di4Fehlersuche bislang mit dem Aufschalten von Wortanalysatoren betrieben, wobei
das Messen und Überwachen durch Parallelschalten weiterer Geräte am signalführenden
Teil erfolgte.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum
Messen und Überwachen von elektrischen Signalen der eingangs genannten Art so zu
verbessern, daß das zu messende Signal abgetastet werden kann, ohne daß es durch
den Meßeingriff gestört wird. Vorzugsweise sollen mehrere Geräte zur gleichen Zeit
an dem gleichen Signalpfad über diese Einrichtung angeschlossen sein.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verstärker,
der einen hochohmigen Eingang hat, ausgangsseitig vorzugsweise niederohmig ausgestaltet
ist und daß am Ausgang dieses Verstärkers mindestens zwei Ausgangsverstärker angeschlossen
sind. Unter hochohmig versteht man Werte von 1 bis 5 Mt und vorzugsweise 2 bis 3
ML. Gegebenenfalls kann man durch Zuschalten eines Widerstandes in speziellen Fällen,
wo der hochohmige Eingang des Verstärkers nicht genügt, den Wellenwiderstand anpassen.
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Durch den niederohmigen Ausgang des Verstärkers gemäß der
Erfindung
erreicht man mit Vorteil, daß die Amplitude bzw.
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die Leistung am Ausgang des Verstärkers groß genug ist, um einen oder
mehrere nachgeschaltete Ausgangsverstärker anzusteuern. Durch das Nachschalten von
mindestens zwei Ausgangsverstärkern an den Ausgang des erstgenannten, eingangsseitig
hochohmiger Verstärkers gelingt mit geringem Schaltungsaufwand eine störungsfreie
Messung und Überwachung von elektrischen Signalen. Zwar wäre es grundsätzlich möglich,
eine Mehrzahl von Verstärkern für sich und eventuell auch Teiler in entsprechender
Weise zusammenzuschalten, um ebenfalls eine störungsfreie Messung und Uberwachung
zu erreichen. Dann aber bestünde ein derartiger Schaltungsaufwand, daß eine Wirtschaftlichkeit
mit Sicherheit nicht mehr gegeben wäre.
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Durch die erfindungsgemäße Einrichtung kann ein elektrisches Signal
mit dem nötigen Wellenwiderstand am Eingang dieser Einrichtung abgeschlossen werden,
und es ist mit besonderem Vorteil möglich, dieses elektrische Signal rückwirkungsfrei
auf eine beliebige Vielzahl von Ausgängen zu vervielfältigen.
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Auch die Ausgänge der erfindungsgemäßen Einrichtung können ohne Schwierigkeit
mit dem nötigen Wellenwiderstand abgeschlossen werden. Z. B. könnte ein Mos-Digitalsignal
an einer integrierten Schaltung sehr hochohmig abgegriffen und signalgetreu auf
vier Ausgänge vervielfacht werden. An diese vier Ausgänge kann man dann einen Oszillographen,
einen Zähler, Fehlerratenzähler usw. anschließen. Anstelle von vier Ausgängen ist
selbstverständlich auch die Zahl 40 einsetzbar, wobei die Anzahl der Ausgänge bzw.
Vervielfachung sich nach dem Anwendungsgebiet richtet. Selbstverständlich kann auch
ein Analogsignal auf diese Weise vervielfacht werden.
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Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der eingangsseitig
angeschlossene, hochohmige Verstärker mindestens einen Feldeffekttransistor auf.
Dadurch erhält man in vorteilhafter Weise sehr hohe Eingangswiderstände, die bei
Computeranlagen oder Mikroprozessoren günstig sind.
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Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß ferner, wenn der eingangsseitig
angeschlossene, hochohmige Verstärker aus mehreren Siliciumtransistoren aufgebaut
ist. Diese Version wird man vorzugsweise dann verwenden, wenn man sehr hohe Signalfrequenzen
messen und schalten will. Die elektrische Schaltung wird dadurch elektrisch sehr
robust. Man kann dann eingangsseitig sehr niederohmig arbeiten, z. B. mit nur 50
Ohm. Als Anwendungsgebiet kann hier die digitale Fernsehübertragung oder allgemein
die Datenübertragung auch die optische Datenübertragung, angesprochen werden.
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Die Erfindung ist weiterhin dadurch vorteilhaft ausgestaltet, daß
mindestens ein Ausgangsverstärker einem ersten Ausgangsverstärker in Reihe nachgeschaltet
ist. Man kann dann das hinter dem ersten Ausgangsverstärker austretende Signal als
Triggersignal verwenden, z. B. bei einem Oszillographen. Auf diese Weise kann man
besonders deutlich Anstiegs flanken sichtbar machen.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn erfindungsgemäß die Ausgangsverstärker
als Analogverstärker ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, auch HF-Frequenzen
feldstörungsfrei zu vervielfältigen.
Das gleiche gilt auch für Mikrowellen,
z B. bis in den GigahertzUoereich. Wenn man die Ausgangsverstärker als Leitungstreiber
ausbildet, werden sie vorwiegend digital angewendet.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß ausgangsseitig mindestens-
einem Ausgangsverstärker ein Teiler nachgeschaltet ist. Diese Maßnahme gilt sowohl
für die analoge als auch digitale Anwendung. Wenn beispielsweise die zu messende
und überwachende Frequenz im Gigahertzbereich liegt und von den nachgeschalteten
Geräten, wie z. B. Oszillographen, Zähler, Fehlerratenzähler usw., nicht verarbeitet
werden kann, wird die Frequenz durch den Teiler geteilt. Dieser liegt vorzugsweise
vor oder nach dem Ausgangsverstärker Die Frequenz kann je nach Ausbildung des Teilers
durch die verschiedensten Faktoren geteilt werden, z.B. :2 oder :10, allgemein ausgedrückt
11:n".
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Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung ist besonders die rückwirkungsfreie
Messung und Überwachung möglich. Was auch immer an den den Ausgangsverstärkern nachgeschalteten
Meßanschlüssen angelegt wird, im Extremfall sogar ein Kurzschluß, das eingangsseitige,
zu messende und zu überwachende elektrische Signal erhält hierdurch keine Störung.
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Um den Wellenwiderstand auch an extreme eingangsseitige Bedingungen
hinsichtlich der erfindungsgemäßen Einrichtung anpassen zu können, kann der eingangsseitig
vor dem ersten Verstärker
zugeschaltete, zur Erde hin liegende Widerstand
beliebig frei gewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, niederohmig und hochohmig
mit dem zu messenden Signal eingangsseitig in die Einrichtung hereinzugehen. Auch
an die Meßanschlüsse, d.h. ausgangsseitig an der erfindungsgemäßen Einrichtung,
kann ein großer Bereich von Abflußwiderstandsgrößen angeschlossen werden, z. B.
von 1 MSlbis hinunter zu weniger als 50 Ohm.
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Es ist möglich, anstelle eines im allgemeinen eingangsseitig hochohmig
angeschlossenen Verstärkers mit den nachgeschalteten Ausgangsverstärkern auch mehrere
hochohmige, d. h. z. B. zwei, vier oder n Verstärker mit jeweils n nachgeschalteten
Ausgangssind die verstärkern in einem Gerät anzuordnen. Dabei in- und Ausgänge der
jeweiligen Verstärker getrennt. Die Vervielfältigungsmöglichkeiten sind damit unbegrenzt,
und dennoch erfolgt keine Rückwirkung auf das zu messende und zu überwachende, eingangsseitig
aufgegebene elektrische Signal.
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Eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht
darin, daß die elektrischen Signale auch in der Frequenz originalgetreu bleiben.
Hierdurch ist es mit Vorteil möglich, auch Zeitsignale zu vervielfältigen. Als Anwendungsgebiet
kann man hier HF-, Takt- oder Quarzsignale für Zeitgeber angeben.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung hat kleine räumliche Abmessungen,
so
daß sie gegebenenfalls auch in anderen Geräten, z B.
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in einem Oszillographen, einem Zähler oder dergleichen, integriert
werden kann.
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Bei allen diesen Anwendungen erreicht man den Vorteil gemäß der Erfindung,
daß man mit einem hochohmigen oder dem Wellenwiderstand angepaßten Abgriff ohne
Beeinflussung der zu messenden Schaltung die aus dieser austretenden analogen oder
digitalen Signale auf mehreren Geräten gleichzeitig überwachen und messen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform
einer bevorzugten Schaltung für die Einrichtung zum Messen und Überwachen von elektrischen
Signalen, zie gemäß den Figuren links eintreten und verstärkt und vervielfältigt
rechts austreten, Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Schaltung in ähnlicher
Form wie Figur 1 und Fig. 3 eine weitere andere Ausführungsform mit mehreren Verstärkern.
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Die Einrichtung zum Messen und Überwachen von elektrischen Signalen
ist in Figur 1 in dem schematischen Rahmen 1 angeordnet. Das zu messende elektrische
Signal ist symbolhaft bei 2 angedeutet und tritt beim Anschluß 3 in die Schaltung
ein. Es gelangt über die Leitung 4 zum Verstärker 5, der eingangsseitig hochohmig
ist. An dessen Ausgang 6 liegen n Ausgangsverstärker 71, 72, 73, 74,... 7n. Der
Ausgang 6 vorzugsweise des Verstärkers 5 isttniederohmig. An den Ausgängen der Ausgangsverstärker
7n liegen die Meßanschlüsse 81t 82, 8 84,...8n. An diese werden nicht dargestellte
Geräte angen schlossen, wie beispielsweise ein Oszillograph, ein Zähler, ein Fehlerratenzähler
usw.
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Bei der Ausführungsform der Figur 2 ist die Leitung 4 zwischen dem
eingangsseitigen Anschluß 3 und dem Verstärker 5 durch einen Widerstand 9 zur Erde
hin geschaltet, so daß der Verstärker 5 eingangsseitig für das eintretende elektrische
Signal 2 niederohmiger wird. Dem Ausgang 6 des Verstärkers 5 ist gemäß Figur 2 ein
Ausgangsverstärker 71 nachgeschaltet, an dessen Ausgangsleitung 10 mit Meßanschluß
81 eine weitere Zugangsleitung 11 angeschlossen ist, die mit der Eingangsseite weiterer
Ausgangsverstärker 72 73 74 ...7n mit den entsprechenden Meßanschlüssen 8n verbunden
ist. Das an der Leitung 10 abgenommene elektrische Signal wird unter Umständen als
Triggersignal verwendet, wodurch man Anstiegs flanken besonders sichtbar machen
kann. Die anderen Ausgangsverstärker 72' 7 74' 7n haben ein zeitlich gegenüber dem
Ausgangssignal
am Meßanschluß 81 verschobenes Ausgangssignal.
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Die Ausführungsform der Figur 3 zeigt einen parallel zum Verstärker
5 angeordneten weiteren Verstärker 5', wobei noch weitere Verstärker mit jeweils
separaten eingangsseitigen Anschlüssen 3, 3' usw. in gleicher Weise vorgesehen sein
können. Im übrigen ist die den Verstärkern 5,5' nachgeordnete Schaltung mit den
Ausgangsverstärkern 7 ähnn lich wie bei Figur 1. Nur bei dem gestrichelten Teil
der unteren Schaltung ist ein Treiber 13 zwischen dem untersten Ausgangsverstärker
7 ' und dem untersten Meßanschluß n 8n' angeschlossen. Dieser Treiber 13 teilt die
Frequenz des am Eingangs schluß 3 ankommenden elektrischen Signals durch die gewünschte
Zahl n.