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Sendestufe zur Erzeugung mehrstufiger digitaler Signale
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hoher SchrittzeschwindiAkeit Die Erfindung betrifft eine Sendestufe
zur Erzeugung mehrstufiger digitaler Signale hoher Schrittgeschwindigkeit mit im
GHz-Bereich auftretenden Frequenzanteilen aus binären Eingangssignalen gleicher
Schrittgeschwindigkeit mit ausgangsseitig miteinander verbundenen Verstärkern.
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Die weitere Verbreitung der digitalen ttbertragungstechnik führt durch
Zusammenfassung der Signalströme von Grundsystemen bzw. von Systemen der unteren
Hierarchiestufen zu digitalen Signalen mit Schrittgeschwindigkeiten bei 140 MBit/s.
FUr leitungsgebundene Ubertragungssysteme besteht darüber hinaus der Wunsch, bis
zu acht einzelne 140 MBit/s Kanäle zu einem einzigen Ubertragungssignal mit entsprechend
hoher Schrittgeschwindigkeit zusammenzufassen. Zur Verringerung der ffbertragungsgeschwindigkeit
wird dabei häufig von der Möglichkeit Gebrauch gemacht, Signale mit mehr als zwei,
insbesondere mit vier Amplitudenstufen zu übertragen. Ein Systemkonzept hierzu besteht
beispielsweise darin, Signale mit vier Amplitudenstufen mit einer Schrittgeschwindigkeit
von 565 MBaud zu übertragen. Bei derartigen Schrittgeschwindigkeiten werden erhebliche
Anforderungen an die über die Ubertragungsstrecke verteilten Regeneratoren zur amplituden-
und zeitmäßigen Regenerierung des Ubertragungssignals und an die sendende und die
empfangende Endstelle gestellt.
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Aus der DE-OS 28 27 958 ist bereits ein Regenerator für in einem Partial-Response-Code
vorliegende mehrstufige
digitale Signale hoher Schrittgeschwindigkeit
bekannt.
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Dieser Regenerator enthält im Anschluß an den Amplitudenentscheider
einen Binär-Septenär-Wandler, der ausgangsseitig zusammengefaßte Differenzverstärker
enthält.
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Bei der ausgangsseitigen Zusammenfassung der einzelnen Transistorstufen
ergibt sich eine Addition der Ausgangskapazitäten der einzelnen Transistorstufen
entsprechend der Anzahl der zusammengeschalteten Verstärker.
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Im Hinblick auf eine gewünschte Ausgangsleistung kann es bei Verwendung
bestimmter Mikrowellentransistoren erforderlich sein, eine größere als die im Hinblick
auf die Eingangssignale erforderliche Anzahl an Transistorverstärkern parallelzuschalten.
Dadurch kann sich eine weitere Steigerung der wirksamen Ausgangskapazität ergeben,
die bei Frequenzanteilen im GHz-Bereich zu erheblichen Störungen fUhren können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Sendestufe der
eingangs erwähnten Art zu finden, die in dem in Betracht kommenden Frequenzbereich
und insbesondere bei mehrstufigen digitalen Signalen keine störenden Signalverzerrungen
verursacht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster emittergekoppelter
Differenzverstärker vorgesehen ist, der einen ersten Transistor enthält, dessen
Emitteranschluß mit dem einen Emitteranschluß eines Multiemittertransistors und
mit einer Stromquelle für den Emitterstrom verbunden ist, daß der Basisanschluß
des ersten Transistors mit einem Eingang für ein binäres Eingangssignäl und der
Kollektoranschluß dieses Transistors mit Bezugspotential verbunden ist, daß ein
zweiter emittergekoppelter Differenzverstärker vorgesehen ist, der einen dritten
Transistor enthält, dessen
Emftteranschluß mit dem anderen Emitteranschluß
des Multiemittertransistors und mit einer weiteren Stromquelle verbunden ist, die
einen gegenüber der ersten verdoppelten Emitterstrom abgibt, daß der Basisanschluß
des dritten Transistors mit einem Anschluß für ein weiteres binäres Eingangs signal
und der Kollektoranschluß dieses Transistors mit Bezugspotential verbunden ist,
daß der Basisanschluß des Multiemittertransistors mit einer Referenzspannungsquelle
und der Kollektoranschluß dieses Transistors über einen Kollektorwiderstand mit
Bezugspotential und außerdem mit einem Ausgangsanschluß verbunden ist.
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In den auf der Ubertragungsstrecke eingesetzten Zwischenregeneratoren
kann eine Entscheideranordnung Verwendung finden, die bei vierstufigen digitalen
Eingangssignalen drei voneinander abhängige binäre Signale abgibt, die amplituden-
und zeitmäßig regeneriert sind.
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In diesem Falle ist eine Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, bei
der zur Erzeugung des Mehrstufensignals aus drei voneinander abhängigen binären
Eingangssignalen die Sendestufe zusätzlich ein Exklusiv-ODER-Gatter enthAlt und
der erste Eingang des Exklusiv-ODER-Gatters mit einer Quelle für das erste Eingangssignal
verbunden ist, daß ein zweiter Eingang des Exklusiv-ODER-Gatters mit einer Quelle
für das zweite inverse Eingangssignal verbunden ist, daß ein dritter Eingang des
Exklusiv-ODER-Gatters mit einer Quelle für ein drittes Eingangssignal verbunden
ist, daß der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters mit dem Basisanschluß des ersten
Transistors verbunden ist und daß der Basisanschluß des dritten Transistors mit
einer Quelle für das zweite binäre Eingangs signal verbunden ist.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein zu erzeugendes Vierstufensignal,
Fig. 2 die Prinzipschaltung einer erfindungsgemäßen Sende stufe, Fig. 3 eine Sendestufe
als Teil eines Zwischenregenerators und Fig. 4 eine Sendestufe als Teil einer sendenden
Endstelle.
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In der Fig. 1 ist das sendeseitig zur Übertragung kommende Vierstufensignal
mit seiner Lage in bezug auf die Entscheiderschwellen ESW des Amplitudenentscheiders
dargestellt. Dabei ist um die Entscheiderschwellen eine Fläche schraffiert, die
den-Bereich der Entscheiderunsicherheit darstellen soll. Mit Di und D2 sind zwei
binäre Signalströme bezeichnet, die in ihrer Zusammenfassung das Vierstufensignal
ergeben. Die Amplitudenstufen der binären Signalströme sind mit 0 und 1 bezeichnet,
die Kombination der einzelnen Amplitudenstufen ist zusammen mit der daraus abgeleiteten
Amplitudenstufe des Vierstufensignals dargestellt. Die maximale Amplitude A des
Vierstufensignals liegt dabei um A über der höchsten Entscheiderschwelle ESW, der
Abstand zwischen den einzelnen Entscheiderschwellen liegt bei A 3 Die Sendestufe
entsprechend der Fig. 2 besteht aus zwei Differenzverstärkern mit einem beiden Differenzverstärkern
gemeinsamen Multiemittertransistor und einem gemeinsamen Ausgang. Der erste Differenzverstärker
enthält einen ersten npn-Transistor T1, dessen Kollektoranschluß mit Bezugspotential
und dessen Emitteranschluß mit einer Quelle Q1 für einen Strom I sowie mit einem
Emitteranschluß eines Multiemittertransistors T2 verbunden ist.
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Die Quelle Q1 ist im Ausführungsbeispiel durch einen ausreichend hochohmigen
Widerstand realisiert, dessen
anderer Anschluß mit einer Quelle
für eine Versorgungsspannung -Uv verbunden ist.
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Der zweite Differenzverstärker enthält analog zum ersten einen dritten
Transistor T3, dessen Kollektoranschluß mit Bezugspotential und dessen Emitteranschluß
mit einem weiteren Emitteranschluß des Multiemittertransistors T2 sowie mit einer
zweiten Quelle Q2 für einen gegenüber der ersten Quelle verdoppelten Strom 21 verbunden
ist. Auch diese Quelle ist durch einen mit dem Anschluß für die Versorgungsspannung
-Uv verbundenen Widerstand realisiert. Der Kollektoranschluß des Multiemittertransistors
ist über einen Kollektorwiderstand Rc mit Bezugspotential und außerdem direkt mit
einem Ausgangsanschluß A verbunden. Der Basisanschluß des Multiemittertransistors
ist mit einer Quelle für eine Referenzspannung UR verbunden, während die Basisanschlüsse
der Transistoren T1 und T3 mit Eingangsanschlüssen für die beiden zu verknüpfenden
Binärsignale D2 bzw. D1 verbunden sind. Die Referenzspannung UR ist auf negativerem
Potential als die niedrigste Entscheiderschwelle, im Ausführungsbeispiel also negativer
als -2,4 V.
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Zur Erläuterung der Funktion der Sende stufe nach Fig. 2 sind in Verbindung
mit den Eingangsanschlüssen Eingangssignale und außerdem ein Ausgangssignal in Verbindung
mit dem Ausgangsanschluß AS dargestellt. Infolge der niedrigen Lage der Referenzspannung
UR des Multiemittertransistors T2 fließt durch diesen kein Kollektorstrom, sofern
an den Basisanschlüssen der Transistoren T1 und T3 ein Impuls mit dem logischen
Pegel Eins anliegt.
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Der Kollektoranschluß am Multiemittertransistor liegt damit auf Bezugspotential
und die Ausgangsspannung UA hat dann ihren Maximalwert. Zum Zeitpunkt t1 liegt am
Transistor T3 der logische Nullpegel, so daß dieser Transistor abgeschaltet ist,
wahrend der Transistor T1
noch eingeschaltet ist. Durch den Multiemittertransistor
fließt also der Strom der Quelle Q2 mit 21, die Ausgangsspannung UA ist also um
z Uber dem Minimalwert. Zum Zeitpunkt t2 wird der Transistor T3 wieder eingeschaltet,
während der Transistor T1 ausgeschaltet wird. Damit fließt durch den Multiemittertransistor
nur der Strom I aus der Quelle Q1, die Ausgangsspannung UA ist entsprechend um A
unter dem 3 Maximalwert. Zum Zeitpunkt t4 schließlich liegt an den Transistoren
T1 und T3 jeweils der logische Nullpegel, so daß diese Transistoren gesperrt sind
und der Strom 31 durch den Multiemittertransistor fließt. Die Aus gangs spannung
des Multiemittertransistors ist dann auf ihren minimalsten Wert. Es zeigt sich,
daß der Verlauf der Ausgangsspannung am Ausgang As der Sendestufe nach Fig. 2 den
in der Fig. 1 dargestellten Beziehungen entspricht.
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Vierstufensignale können nicht direkt regeneriert werden, sie werden
deshalb entsp~echend einer parallelen Anmeldung in binäre Teilsignale aufgeteilt
und diese amplituden- und zeitmäßig regeneriert. Entsprechend den drei Amplitudenschwellen
eines Vierstufensignals entstehen am Ausgang des entsprechenden Entscheiders wenigstens
drei voneinander abhängige binäre Ausgangssignale. In der Fig. 3 ist dieser Fall
dargestellt. Mit ES ist die Entscheideranordnung bezeichnet, die die drei voneinander
abhängigen binären Ausgangssignale A, B, C sowie deren inverse Signal. erzeugt.
Zur Gewinnung der beiden für die Ansteuerung der eigentlichen Sendeendstufe benötigten
Signalströme Dl und D2 ist eine Umformung und Kombination der Ausgangssignale der
Entscheideranordnung ES erforderlich. Die Entscheideranordnung Es enthält drei parallele
Entscheiderzweige, die wiederum jeweils ein Amplitudenfilter mit nachgeschaltetem
getakteten D-Flipflop enthalten. Die Amplitudenfilter
sind mittels
eines emittergekoppelten Differenzverstärkers aufgebaut und enthalten ausgangsseitig
einen Emitterfolger zur Pegelverschiebung. Jeder der emittergekoppelten Differenzverstärker
ist auf eine der drei Entscheiderschwellen des Vierstufensignals eingestellt, so
daß von jedem dieser Amplitudenfilter nur ein Amplitudenbereich um diese Entscheiderschwelle
Ubertragen wird. Betrachtet man nun den Bereich der mittleren Entscheiderschwelle
entsprechend der Fig. 1, dann zeigt sich, daß der Signalstrom Dl oberhalb dieser
Schwelle immer den Wert logisch Null hat. Damit entspricht das von dem auf die mittlere
Entscheiderschwelle eingestellten Entscheider 2 abgegebene binäre Teilsignal B dem
Binärsignal Di. Zur Wiedergewinnung des Binärsignals D2 wird nun ein Exklus iv-ODER-Gatter
mit vier Eingängen und einem Ausgang verwendet. Die logische Verknüpfung dieses
Gatters entspricht der Gleichung (a+b) (c+d) = .
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Mit a = A, B B, c = D und d entsprechend dem logischen Nullpegel ergibt
sich daraus die gewünschte Verknüpfung (A + §) C = D2 In dem zur Fig. 3 gehörenden
Impulsdiagramm ist ein am Eingang der Entscheideranordnung ES möglicherweise ankommendes
Vierstufensignal mit seiner Lage im Hinblick auf die Entscheiderschwellen ESW und
die erzeugten Teilsignale A, B und C nochmals dargestellt. Es zeigt sich, daß die
erzeugten Teilsignale A, B und C das tiber- bzw.
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Unterschreiten der jeweils zugeordneten Schwelle signalisieren. Die
Sende stufen in den über die Strecke verteilten Zwischenregeneratoren enthalten
also jeweils ein Exklusiv-ODER-Gatter, das im Hinblick auf den betrachteten Frequenzbereich
in bekannter Weise als basisgekoppelte Logik aufgebaut ist.
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Bei Testgeneratoren und beispielsweise auch in sendenden Endstellen
wird häufig ein vierstufiges Ausgangssignal mit einer Sendeleistung benötigt, die
die zulässige Emitterbelastung der Multiemittertransistoren überschreitet. In der
Fig. 4 ist die Schaltung einer leistungsfähigeren Sendestufe dargestellt. Zu diesem
Zweck ist der zweite Differenzverstärker der Sende stufe nach Fig. 2 in zwei parallele
Stufen aufgeteilt, so daß Jeder der Emitteranschlüsse des Multiemittertransistors
nur von dem einfachen Strom I durchflossen wird. Die Sendestufe wird von den beiden
binären Signalströmen D1 und D2 angesteuert. Wie schon bei der Erläuterung der Entscheideranordnung
ES nach der Fig. 3 ausgeführt, werden die binären Signalströme in Amplitudenfiltern
AF1, AF2, AF3 und-nachgeschalteten getakteten D-Flipflops DF1, DF2, DF3 amplituden-
und zeitmäßig regeneriert und außerdem verstärkt. Im Hinblick auf eine sichere Entkopplung
und zur Erzeugung der nötigen Ansteuerleistung für die Sende stufe ist dabei der
binäre Signalstrom D1 in Jeweils zwei parallelen und identischen Amplitudenfiltern
und D-Flipflops aufbereitet. Die D-Flipflops DF1...DF3 sind an eine erste Stromversorgungsquelle
mit einer Spannung -Uv1 angeschlossen. Zur Anpassung des Ausgangspegels dieser D-Flipflops
an den Eingangspegel der nachgeschalteten Differenzverstärker ist in die Verbindungsleitung
jeweils eine durch einen Kondensator Uberbrückte Zenerdiode Z1, Z2, Z3 eingeschaltet.
Der Abschlußwiderstand der D-Flipflops von etwa 50 Ohm wurde mittels der Widerstände
Ri, R2, R3 realisiert, die den Eingangsanschluß der Sendestufendifferenzverstärkr
wechselstrommäßig mit Masse verbinden. Da über diese Widerstände gleichzeitig die
Vorspannung der Eingangstransistoren T4, T5, T6 der Sendestufendifferenzverstärker
eingestellt wird, sind die Widerstände R1...R3 jeweils über einen Kondensator mit
Masse und über einen weiteren Widerstand mit einer Quelle für eine zweite
Betriebsspannung
-Uv2 verbunden. An diese Betriebsspannung sind auch die Quellen Q1, Q2, Q3 in Form
hochohmiger Widerstände angeschlossen, wobei diese Widerstände jeweils den gleichen
Widerstandswert aufweisen. Der Basisanschluß des verwendeten Multiemittertransistors
T7 mit drei Emitteranschlüssen ist mit einer Quelle für eine Referenzspannung UR
verbunden, die der Referenzspannung UR nach der Fig. 2 entspricht. Der Kollektoranschluß
des Multiemittertransistors T7 ist mit dem Eingang der angedeuteten Ubertragungsleitung
L und über einen Widerstand R4 von etwa 50 Ohm mit Bezugspotential verbunden.
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2 Patentansprüche 4 Figuren