DE3336371A1

DE3336371A1 - Automatisch einstellbares entzerrungsnetzwerk

Info

Publication number: DE3336371A1
Application number: DE19833336371
Authority: DE
Inventors: Willem van 1223 Hilversum Doorn
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-10-22
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1984-04-26
Also published as: FR2535132B1; JPS5991737A; IT8323360A0; NL8204087A; GB2128856A; SE8305737D0; BE898046A; IT1171776B; FR2535132A1; GB8327948D0; SE8305737L; SE451227B; CA1213008A

Description

PHN 10 479 "**'ί· 21.5.1983

Automatisch, einstellbares Entzerrungsnetzwerk

Die Erfindung bezieht sich, auf ein automatisch einstellbares Entzerrungsnetzwerk mit einer Anzahl in Reihe geschalteter Regelnetzwerke, die durch die selbe Regelspannung von einem Spitzendetektor gesteuert werden. Derartige automatische Entzerrungsnetzwerke werden beispielsweise in Pulskodemodulationsübertragungssystemen verwendet. Darin ist die Ubertragungskennlinie der Ubertragungsstrecke, die in vielen Fällen durch das Kabel gebildet wird, eine Funktion des Abstandes zwischen zwei benachbarten Verstärkern und eine Funktion der Umgebungstemperatur. Um eine möglichst einheitliche und einfache Ausführungsform des Verstärkers zu erzielen, wird die für die Impulsregeneration erforderliche Entzerrung in dem Entzerrungsverstärker in einem festen Teil bewirkt, der die Ubertragungskennlinie einer Ubertragungsstrecke mit Nennlänge bei Nenntemperatur entzerrt, und in einem einstellbaren Teil zum automatischen Entzerren der Schwankungen gegenüber dieser Nennübertragungskennlinie, die durch in der Praxis immer auftretende Abweichungen gegenüber der Nennlänge und der Nenntemperatur verursacht werden. Das Einstellsignal für die automatische Entzerrung kann beispielsweise mit Hilfe einer Regelschaltung erhalten werden, die einen an den Ausgang des Entzerrungsverstärkers angeschlossenen Spitzendetektor enthält, dessen Ausgangssignal dazu benutzt wird, den entzerrenden Verstärker derart einzustellen, dass die Impulssignale an dem Ausgang einen konstanten Spitzenwert aufweisen.

Unter bestimmten Umständen kann ein derart grosser Regelbereich verlangt werden, dass dies mit einem einfachen Entzerrungsnetzwerk sich nicht mehr verwirklichen lässt. Für beispielsweise ein 8M-Bit-120-Kanal-Pulskodeinodulationssystem auf symmetrischen Kabeln ist ein automatisches Enlzerrun{issystem mit einem Regelhub von 56 dB bei

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4,224 MHz, d.h. der halben Bitfrequenz, notwendig. Diener grosse Regelbereich ist notwendig, weil die verwendbaren Abschnittlängen aussei' von geographischen Verhältnissen auch von dem Naliüb er sprechen in symmetrischen Kabeln stark abhängig sein können. Für die Genauigkeit im Aufbau ist insbesondere die Phasenlinearität der Entzerrung von Bedeutung, weil die Nicht-Linearität der Phase bei Umsclial tung zwischen festen Mustern bei Datenübertragung zu einem Jittereffekt in der Taktimpulsfrequenz (Umschaltjitter) führt.

1" Um die Phase über den ganzen Regelbereich der Entzerrung linear zu halten, ist es notwendig, dass die Kabeldämpfung praktisch bis zur Bitfrequenz entzerrt wird. Dies bedeutet, dass, wenn ein Regelhub von 56 dB bei der halben Bitfrequenz verlangt wird, ein Regelhub von 79 dB bei der ganzen Bitfrequenz notwendig ist. Es ist unmöglich, diesen äusserst grossen Regelbereich mit nur einem einfachen Entzerrungsnetzwerk zu verwirklichen. In einem derartigen Fall werden mehrere Entzerrungsnetzwerke in Reihe geschaltet, wobei die Verstärkung dieser Netzwerke gleichzeitig mit Hilfe

2Ö einer Regelschaltung eingestellt wird.

Die Tatsache, dass mehrere Netzwerke gleichzeitig eingestellt werden, bringt den Nachteil mit sich, dass in dem höheren Teil des Frequenzbandes, in dem die Entzerrung erfolgt, die auftretenden Regelfehler der jeweiligen Netzwerke sich addieren werden, was unerwünscht ist.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, für das obengenannte Problem eine Lösung zu schaffen, und weist dazu das Kennzeichen auf, dass jedes regelnde Netzwerk an eine andere Bezugsspannung derart angeschlossen ist, dass jedes regelnde Netzwerk erst dann wirksam wird, nachdem das vorhergehende Netzwerk seine äusserste Regelstellung erreicht hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemässes Entzerrungsnetzwerk,

Fig. 2 ein mögliches Ausführungsbeispiel des Entzerrungsnetzwerkes nacJi Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungs-

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•Ψ-

weise des Entzerrungsnetzwerkes nach der Erfindung.

Das Entzerrungsnetzwerk nach Fig. 1 enthält die Reihenschaltung aus den Regelnetzwerken I bis IV. Dem Eingang 1 des Netzwerkes I wird das zu entzerrende Eingangs— signal zugeführt. Das Ausgangs signal des Netzwerkes IV wird über ein Filter 7 dem Ausgang 8 des Entzerrungsnetzwerkes zugeführt. Der Ausgang 8 ist über einen Spitzendetektor 6 mit den Steuereingängen 2, 31 ^ und 5 dear Regelnetzwerke I bis IV verbunden. Die BezugsSpannungseingänge 16, 14, 12 und 10 der Regelnetzwerke I, II, III bzw, IV sind mit je einer anderen Stelle des Spannungsteilers, der durch die Widerstände 17» 1-51 13 und 11 gebildet wird, verbunden. Der genannte Spannungsteiler liegt zwischen den Stellen 18 und 91 denen die Speisespannung für das Entzerrungsnetzwerk zugeführt wird. An den Widerständen 15, 13 und 11 werden die Verzögerungsspannungen U1, U2 bzw, U3 erzeugt. Diese Verzögerungsspannungen arbeiten mit den den Eingängen 2, 3» h und 5 zug-eführten Regelsignalen derart zusammen, dass ein folgendes Regelnetzwerk erst dann wirksam wird, nachdem das vorhergehende Regelnetzwerk die äusserste Regelstellung erreicht hat. Wie aus dem nachstehenden folgt, bedeutet dies, dass dieses vorhergehende Regelnetzwerk in der vorgesehenen Endlage steht. Dies kann eine maximale Lage oder eine minimale Lage sein, abhängig von der erwünschten Entzerrung.

Dies bedeutet, dass in dem erfindungsgemässen Entzerrungsnetzwerk nur der Regelfehler des folgenden Regelnetzwerkes von Bedeutung ist. Alle anderen Regelnetzwerke stehen während der Regelung des folgenden Regelnetzwerkes in der vorgesehenen Endlage und tragen also nicht zu dem Gesamtregelfehler des Entzerrungsnetzwerkes bei. Da die Regelnetzwerke selbst auch eine Gleichstromverstärkung für .die RegelsjDannung haben, braucht der Unterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bezugsspannungen nicht mehr als 0,2 Volt zu betragen. Dieser Wert ist nicht kritisch. Soll unbedingt gewährleistet sein, dass die Regelnetzwerke nacheinander wirksam werden, so wählt man den genannten Unterschied reichlich, und zwar beispielsweise 0,3 V oder mehr. Die hohe Verstärkung in. der Regelschleife gewährleistet, dass

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beim Erreichen der äussersten Stellung eines der Rege Ine uwerke das folgende Regelnetzwerk dennoch, automatisch wirksam wird, also keine Lücke entsteht.

In dem Ausführungsbeispiel des Entzerrungsnetzwerkes nach Fig. 2 umfasst das Regelnetzwerk I die Transistoren .-0 bis 25, den Verstärker 29, die Widerstände 20, 27 und 28 sowie die Impedanzen 40, 41, 42, 43 und 44. Die jeweiligen Bezugsspannungen werden von dem Spannungsteiler gebildet, der aus der Reihenschaltung aus den Widerständen 13» 15 und 17 besteht und der zwischen den Punkten 12 und 18 des Entzerrungsnetzwerkes liegt. Das zu bearbeitende Eingangssignal Vi wird dem Eingang 1 eines Impedanznetzwerkes zugeführt, das aus den Impedanzen 40 bis 49 besteht. Dieses Impedanznetzwerk ist mit den beiden Regelnetzwerken I und II gekoppelt. Das Ausgangssignal des Impedanznetzwerkes wird einem Filter 7 mit einer vorgeschriebenen Ubertragungskennlinie, beispielsweise einem Nyquist-Filter zugeführt, dessen Ausgang 8 das Ausgangssignal und zugleich mit Hilfe des Spitzendetektors 6 zur Steuerung der Verstärkung der beiden Regelnetzwerke I und II ein Regelsignal liefert. Das Regelnetzwerk I umfasst einen Verstärker 29 mit einer Verstärkung ^ 1, dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt der Impedanzen 44 und 45 verbunden ist und dessen Eingang mit dem Verbindungspunkt der Kollektorelektroden der beiden

²^ Transistoren 20 und 22 verbunden ist. Der genannte Verbindungspunkt ist ausserdem Über einen Widerstand 26 mit dem Punkt 3 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren 20 und 21 liegen zusammen über die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 24 und

3^Q dem Widerstand 27 an dem Punkt 18. Die Basis des Transistors 24 ist mit dem Verbindungspunkt der Impedanzen 4o und 41 verbunden. Die Emitterelektroden der beiden Transistoren 22 und 23 sind gemeinsam über die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 25 und dem Widerstand 28 mit dem Punkt 18 verbunden. Die Basis des Transistors 25 ist mit dem Verbindungspunkt der Impedanzen 43 und 44 verbunden. Der Verbindungspunkt der Impedanzen '11 und 43 ist über die Impedanz '+2 mit dem Punkt 18 verbunden.

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Die Basiselektroden der beiden Transistoren 21 und 22 sind gemeinsam mit dem Verbindungspunkt 16 der beiden Widerstände 15 und 17 aus dem Spannungsteiler, wobei dieser Verbindungspunkt den Bezugsspannungseingang des Regelnetzwerkes I bildet, verbunden. Die Basiselektroden der beiden Transistoren 20 und 23 sind mit dem Steuereingang 2 des Regelnetzwerkes I verbunden.

Das Regelnetzwerk II umfasst einen Verstärker 39 mit einer Verstärkung ?·;> 1 , dessen Ausgang mit dem Verbindungspunkt der Impedanz 49 und des Eingangs des Filters 7 und dessen Eingang mit dem Verbindungspunkt der Kollektorelektroden der beiden Transistoren 30 und 32 und ausserdem über den Widerstand 36 mit dem Punkt 12 verbunden ist. Die Emitterelektroden der Transistoren 30 und 31 sind gemeinsam über die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 34 und dem Widerstand 37 mit dem Punkt 18 verbunden. Die Basis des Transistors 34 ist mit dem Verbindungspunkt der Impedanzen hj und 46 verbunden. Die Emitterelektroden der beiden Transistoren 32 und 33 sind gemeinsam über die Reihenschaltung aus der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 35 und dem Widerstand 38 mit dem Punkt 18 verbunden. Die Basis des Transistors 35 ist mit dem Verbindungspunkt der Impedanzen 48 und 49 verbunden. Der Verbindungspunkt der Impedanzen 46 und 48 ist über ° die Impedanz 47 mit dem Punkt 18 verbunden. Die Basiselektroden der beiden Transistoren 31 und 32 sind gemeinsam mit dem Verbindungspunkt 14 der beiden Widerstände 13 und aus dem Spannungsteiler verbunden, wobei dieser Verbindungspunkt den Bezugsspannungseingang des Regelverstärkers II bildet. Die Basiselektroden der beiden Transistoren 30 und 33 sind mit dem Steuereingang 3 des Regelnetzwerkes II und über den Spitzende Lektor 6 mit dem Ausgang 8 des Entzerrungsnetzwerkes verbunden. Die Kollektorelektroden der Transistoren 31 und 33 sind gemeindam mit dem Punkt 12 verbunden.

³^ Wenn vorausgesetzt wird, dass die Regel-

spannunß· des Spitzende Lektors 6 derart ist, dass das Potential an den Basiselektroden dei* Transistoren 20 und 23 gegenüber dorn Potential an den Basiselektroden der Transis-

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toren 21 und 22 negativ ist, sind die Transistoren 20 und 23 gesperrt und die Transistoren 21 und 22 leitend. Dus dem Eingang 1 zugeführte Eingangssignal wird über die Impedanzen 4o, 41, 42 und 43 die Transistoren 25 und 22 dem Eingang des Verstärkers 29 zugeführt. Der Verbindungspunkt 50 der Impedanzen 43 und 44 bildet in diesem Fall den eigentlichen Signaleingang des Verstärkerteils aus dem Regelnetzwerk I. Die GesamtverStärkung ist die Summe der Verstärkungen der Transistoren 25 und 22 und des Verstärkers

29. Die Impedanz 44 ist in diesem Fall zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkerteils des Regelnetzwerkes I vorgesehen. Das Eingangssignal Vi gelangt über die Impedanzen 40, 41, k2 und 43 gedämpft an den eigentlichen Signaleingang 50 des Verstärkungsteils des Regelnetzwerkes I, während nur die Impedanz kk in der Rückkopplung des Verstärkerteils aus dem Regelnetzwerk 1 vorhanden ist. In dem obenstehend beschriebenen Fall tritt gegenüber einer Nennverstärkung eine maximale Dämpfung auf, siehe Fig. 3a.

Wenn vorausgesetzt wird, dass die Regelspannung des

2" Spitzendetektors 6 derart ist, dass das Potential an den Basiselektroden der Transistoren 20 und 23 gegenüber dem Potential an den Basiselektroden der Transistoren 21 und 22 positiv ist, sind die Transistoren 20 und 23 leitend und die Transistoren 21 und 22 gesperrt. Das dem Eingang 1 zu-

" geführte Eingangssignal wird über die Impedanz kO und die Transistoren 2k und 20 dem Eingang des Verstärkers 2y zugeführt. Der Verbindungspunkt 5I der Impedanzen kO und kl bildet in diesem Fall den eigentlichen Signaleingang des Verstärkerteils aus dem Regelnetzwerk I. Die Gesamtverstär-

3" kung ist die Summe der Verstärkungen der Transistoren 2k und 20 und des Verstärkers 20. Die Impedanzen 41, k2, k'J und kk sind in diesem Fall zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkerteils des Regelnetzwerkes I vorgesehen. Das Eingangssignal Vi gelangt über die Impedanz ko kaum ■ gedämpft an den eigentlichen Signaleingang 51 des Verstärkerteils des Regelnetzwerkes I, während nun die Impedanzen 41, 42, 43 und 44 in der Rückkopplung des Verstärkerteils aus dem Regelnetzwerk I vorhanden sind. In dem obenstehend be-

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sclix"iebenen Fall tritt gegenüber einer Nenn ν er Stärkung eine maximale Verstärkung auf, siehe Fig. 3b.

In allen anderen Regelstellungen des Entzerrungsnetzw.erkes ist der Eingang des Verstärkers 29 mit einem anderen Punkt der Reihenschaltung aus den Impedanzen 41 und A-3 zwischen den Punkten 50 und 5I verbunden. Die Nennverstärkung tritt auf, wenn alle Transistoren 20 bis 23 gleich stark leitend sind. Wenn die beiden Impedanzen h\ und k3 gleich gross sind, bedeutet dies, dass der Eingang des Verstärkers 29 mit dem Verbindungspunkt 52 der Impedanzen k^ und k3 verbunden ist.

Für eine ideale Entzerrungsregelung gilt im allgemeinen die folgende Beziehung:

F(w) = F1(w) + F2(w) . F3(·."*-) ..,.1)

^ Darin ist Fi(w) eine konstante frequenzabhängige Dämpfung, die in der Regelung selbst bereits vorhanden sein kann oder sonst durch Vor- bzw. Hinterschaltung einzelner fester Entzerrungsnetzwerke und/oder Verstärker erhalten werden kann. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird Fi(w) bei-

^ spielsweise durch das Nyquist-Filter 7 verwirklicht. F2(w) stellt die gewünschte Regelkennlinie dar und wird mit Hilfe der Impedanzen 40 bis k9 verwirklicht. F3(c^.< ) ist eine Funktion, die der bzw. dem von dem Spitzendetektor 6 abgegebenen Regelspannung bzw. -strom proportional ist. In Fig. 3c ist auf graphische Weise angegeben, wie die Regelkennlinie aussieht.

Die Regelkennlinie für .■£, = 1 entspricht der Regelstellung nach Fig. 3b, die Regelkennlinie für d>. - O entspricht der Regelstellung nach Fig. Ja., und die Regelkenn-

³^ linie für α-. = -g" entspricht dem Fall, dass der Eingang des Verstärkers 2.¹) mit dem Punkt 52 verbunden ist. In all.diesen drei Fällen ist dafür gesorgt, dass der Regelfehler gleich 0 ist (Dreipuriktreßelung) . Für alle anderen Werte von oi* wird ein Regelfehler Λ auftreten, wie beispielsweise in Fig. 3c für " = 7- und A = -ς-. Dies findet seine Ursache in der Tatsaelie, dass bei Reihenentwicklung der Ubertragungsformel auriser dem gewünschten Term F2(w) . V} i."^·) auch eine Reihe ungerader höherer harmonischer Tenne entsteht, und zwar mit

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der Gestalt: F2(w)³ . JT3(<&)³ +

Bei einer Zwischenstellung, beispielsweise -*· = v, sinkt die Verstärkung bei höheren Frequenzen unverJiäl üii.smässig viel schneller, und zwar infolge der höheren Iiannonischen Terme, als bei niedrigeren Frequenzen, wo dei" Einfluss dieser Terme viel geringer ist. Wenn man nun mehrere dieser Regelnetzwerke ohne weiteres hintereinander schal tot, werden die Regelfehler der einzelnen Regelnetzwerke addiert, was zu einem nicht mehr akzeptierbaren Gesamtregelfehler

W führen wird.

JIn dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Bezugsspannungseingang 14 des Regelnetzwerkes 11 mit einem höheren Punkt des Spannungsteilers, der durch die Widerstände 13 > 15 und 17 gebildet wird, verbunden als der JJe-

^ zugsspannungseingang 1ö des Regelnetzwerkes I. An dem Widerstand 15 wird die gewünschte Differenzspanniuifj zwischen den beiden Regelnetzwerken 1 und II erzeugt. Dieser Unterschied ist nun derart bemessen, dass der Steuerbereich zwischen den Punkten .- und 10 des Regeinetzwerkes II und der Steuerbereich zwischen den Punkten 2 und 10 des He,";clnetzwerkes I keinen gemeinsamen Steuerbereich aufweisen. Dies bedeutet, dass, wenn einer der Regelverstärker 1 oder II geregelt wird, der andere Regelverstärker 11 oder I in einer der vorgesehenen Endregelstellungen für Γ-. = 0 oder ^l - 1 eingestellt ist, siehe Fig. 3c.

Es wird also immer nur ein Regelnetzwerk zur Zeit

geregelt, wodurch der Gesamtregel fehler immer gleich dem Regelfehler dieses einen geregelten Netzwerkes ist.

Bekanntlich wird der Rauschfaktor eines Entzerrungsnetzwerkes durch ein Impedanznetzwerk an dem Eingang um einen Betrag entsprechend der Dännpl'ung dieses Impedanznetzwerkes vergrössert. Bei Jangen Kabel abschn i. t ten, d.h. bei einem niedrigen EingangspegeJ ist es aJso von Bedeutung, dass das Regelnetzwerk am Eingang des En tzexvrungsne tzwerkes in der Maximals teilung fixiert wird, siehe Fig. 3b. In diesem Fall ist das irnpedanzne tzwerk in die Rückkopjolungsschleif e des Hugo I Jie tzwerkos au I'f;eiioinnn;ii. Dieses Netzwerk dar Γ ersi- wirksam werden, nachdem die Kabellänge kurz genug geworden ist

4,3 JOJ / I

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und die nachfolgenden Regelnetzwerke ihre äusserste Minimal·* lage ( cC = θ) erreicht haben. Dieses Prinzip der Regelung ist also nicht nur von Bedeutung, um den Regelfehler, sondein auch um den Einfluss des Rauschens, bei dem letzterer zugleich für die Reihenfolge der Regelung der kaskadengeschalteten Regelnetzwerke bestimmend ist, klein zu halten.

•/Μ·

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Claims

PHN 10 479 Patentansprüche

1.1 Automatisch einstellbares Entzerrungsnetzwerk mit einer Anzahl in Reihe geschalteter Regelnetzwerke, die durch die selbe Regeispannung von einem Spitzendetektor gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes regelnde Netzwerk (l, ... IV) an eine andere Bezugsspannung derart angeschlossen ist, dass jedes regelnde Netzwerk (i, ... IV) erst dann wirksam wird, nachdem das vorhergehende Netzwerk seine äusserste Regelstellung erreicht hat (Fig. 1).

2. Automatisch einstellbares Entzerrungsnetzwerk nach Anspruch 1, wobei jedes Regelnetzwerk mit einem Bezugsspannungseingang (1O, 12, 14, i6) versehen ist, dadurcli gekennzeichnet, dass der Bezugsspannungseingang (lO, 12, 14, 16) der Regelnetzwerke (IV, III, II, i) mit je einem anderen Punkt eines an eine Spannungsquelle anschliessbaren Spannungsteilers (11, 13» 15» 17) verbunden ist.