DE4308508C2 - Gerät zum Erfassen einer Verunreinigungsmenge in einem hydraulischen Schaltkreis - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine bidirektionale Signalübertragungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1. Eine derartige Schaltung ist aus der DE-OS- 31 10 375 bekannt. Bidirektionale Signalübertragungsschal­ tungen werden z. B. in einem Computersystem oder dergleichen verwendet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine bidirek­ tionale Signalübertragungsschaltung mit kompakten Abmessun­ gen und niedrigem Leistungsverbrauch, in der verschiedene Typen von Signalübertragungsschaltungen einschließlich ein­ seitig abgeschlossener Übertragungsschaltungen in gemischter Form verwendet werden können.

Beim Design eines Computersystems muß auf die charakteri­ stische Impedanz oder den Wellenwiderstand einer Signal­ leitung geachtet werden, wie beispielsweise in "Designing Knowhow for Microcomputer Systems" von Y. Hayashi und H. Tsuneda, veröffentlicht von der CQ Publisher Company 1988, Seiten 274 bis 275, beschrieben ist. Das heißt, daß ein Reflexionsproblem auftritt, wenn die tatsächliche Strecke eines Übertragungspfades bei der Ausbildung eines Datenbusses sehr lang ist. Wie in Fig. 7 dieser Schrift gezeigt ist, wird im Übertragungspfad eine Abschlußschal­ tung (Abschlußwiderstand) vorgesehen, um das Problem der Signalreflexion zu verhindern.

In den Fig. 2A und 2B der vorliegenden Anmeldung sind schematische Blockschaltbilder gezeigt, die Anordnungen von herkömmlichen Signalübertragungsschaltungen darstel­ len. Wie in Fig. 2A gezeigt, wird in einer in einem Com­ putersystem verwendeten Signalübertragungsschaltung ein Übertragungspfad 70a wie etwa eine Leiterplatte dazu ver­ wendet, eine Senderschaltung 72a eines einzelnen Schal­ tungselementes (Logikschaltungselement) 71a mit einer Ab­ schlußschaltung 73a zu verbinden sind, wobei mit dem Übertra­ gungspfad 70a Empfängerschaltungen 74a und 74b, die aus einer oder aus mehreren Logikschaltungselementen 75a und 75b aufgebaut sind, verbunden sind, um eine einseitig ab­ geschlossene Übertragungsschaltung zu bilden. Wie in Fig. 2B gezeigt, werden in einer zweiseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung Übertragungspfade 70b und 70c ver­ wendet, um Senderschaltungen 72b und 72c eines einzelnen Logikschaltungselementes 71b mit zwei Abschlußschaltungen 73b und 73c zu verbinden, wobei mit den Übertragungspfa­ den 70b und 70c Empfängerschaltungen 74c und 74d bzw. 74e und 74f verbunden sind, die jeweils ein oder mehrere Lo­ gikschaltungselemente enthalten.

Die herkömmliche, einseitig abgeschlossene Übertragungs­ schaltung ist beispielsweise in "Microelectronics Packa­ ging Handbook" von Rao R. Tummala und Eugene J. Rymas­ zewski der Nikkei BP Publisher beschrieben.

In diesen Übertragungsschaltungen findet die Signalüber­ tragung in einer Richtung statt, während es andererseits bestimmte Fälle gibt, in denen eine bidirektionale Si­ gnalübertragungsschaltung verwendet wird, um ein Signal in zwei Richtungen zu übertragen, indem mehrere Sender­ schaltungen und mehrere Empfängerschaltungen mit demsel­ ben Übertragungspfad verbunden sind. Da diese bidirektio­ nale Signalübertragungsschaltung verschiedene Vorteile besitzt, etwa daß die Gesamtzahl der Signalanschlüsse der Logikschaltungselemente verringert werden kann und die Gesamtzahl der Signalpfade, etwa eine Leiterplatte und ein Signalkabel, verringert werden kann, werden solche bidirektionalen Signalübertragungsschaltungen in großem Umfang verwendet.

In Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer An­ ordnung einer weiteren herkömmlichen, bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltung gezeigt.

In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 61a und 61b Logikschaltungselemente, während die Bezugszeichen 62a und 62b Abschlußschaltungen bezeichnen. Diese Schaltungs­ elemente und Schaltungen sind miteinander über einen Übertragungspfad 60 verbunden. Eingangs- und Ausgangs­ schaltungen 63a und 63b der jeweiligen Logikschaltungse­ lemente 61a und 61b sind aus Senderschaltungen 64a bis 64d und aus Empfängerschaltungen 65a und 65b aufgebaut, welche jeweils mit gemeinsamen Eingangs- und Ausgangsan­ schlüssen 66a bzw. 66b verbunden sind.

In dieser bidirektionalen Signalübertragungsschaltung wird logische Information von IN(1) an OUT(2) und außer­ dem von IN(2) an OUT(1) übertragen. In jedem der Fälle wird das Signal über den Übertragungspfad 60 und über die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 66a und 66b übertragen.

Im allgemeinen ist der von einer Senderschaltung in einer bidirektionalen Signalübertragungsschaltung ausgegebene Strom doppelt so groß wie derjenige einer in einer ein­ seitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung verwendeten Senderschaltung, wie sie in Fig. 2A gezeigt ist. Dies hat zur Folge, daß wie in der in Fig. 3 gezeigten bidirektio­ nalen Signalübertragungsschaltung zwei Gruppen von Sen­ derschaltungen 64a bis 64d, die in den Ausgangsschaltun­ gen 63a und 63b eingesetzt werden, zueinander parallel geschaltet sind, um den Strom pro Senderschaltung zu ver­ ringern. Andernfalls muß die ausschließlich in der bidi­ rektionalen Signalübertragungsschaltung verwendete Sen­ derschaltung mit hoher Ausgangsleistung verwendet werden, um den Strom zu verringern. Dies hat das Problem zur Folge, daß die von den Senderschaltungen 64a bis 64d be­ legte Chipfläche in den Logikschaltungselementen 61a und 61b groß ist. Außerdem besteht das weitere Problem, daß der Leistungsverbrauch pro Übertragungspfad groß ist.

Wenn die Senderschaltungen als Signalempfangsabschlüsse arbeiten, weil die Ausgangsimpedanzen der Senderschaltun­ gen 64a bis 64d in den Eingangs- und Ausgangsschaltungen 63a und 63b der Logikschaltungselemente 61a und 61b nicht ausreichend hohe Werte besitzen, tritt in einem Signal eine Wellenrundung auf, die durch die durch diese Sender­ schaltungen 64a bis 64d fließenden Ströme verursacht wer­ den. Folglich müssen für die Ausgangsimpedanzen der Sen­ derschaltungen 64a bis 64d, die als Signalempfängerab­ schlüsse arbeiten, ausreichend hohe Werte gewählt werden.

Im allgemeinen breiten sich jedoch die durch die Last (74a usw.) verursachten Reflexionswellen zu der in Fig. 2A gezeigten einseitig abgeschlossenen Übertragungsschal­ tung aus und erzeugen durch die Fehlanpassung zwischen der Ausgangsimpedanz und dem Wellenwiderstand des Über­ tragungspfades 70a ein zu reduzierendes Reflexionsrau­ schen. Folglich wird die Ausgangsimpedanz der Sender­ schaltung 72a so bemessen, daß sie im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wellenwiderstand des Übertragungs­ pfades ist.

Wegen der unterschiedlichen Anforderungen an die obener­ wähnten Ausgangsströme der Senderschaltung und an die Ausgangsimpedanzen kann die gleiche Senderschaltung wie die in der einseitig abgeschlossenen Senderschaltung von Fig. 2B verwendete Senderschaltung 72a nicht direkt als Senderschaltung 64a bis 64d der in Fig. 3 gezeigten bidi­ rektionalen Signalübertragungsschaltung verwendet werden.

Die in herkömmlichen Signalübertragungsschaltungen beste­ henden und zu lösenden Probleme sind die folgenden: Da in einseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltungen verwen­ dete Senderschaltungen eine ausreichend große Signalam­ plitude nicht erzielen können und da es außerdem nicht möglich ist, eine einzelne Senderschaltung direkt in den Senderschaltungsanordnungen der bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltung zu verwenden, kann die herkömm­ liche bidirektionale Signalübertragungsschaltung keine kompakten Abmessungen erhalten und nicht mit niedrigem Leistungsverbrauch betrieben werden. Außerdem kann eine Übertragungsschaltung, in der verschiedene Typen von Si­ gnalübertragungsschaltungen in gemischter Form vorgesehen sind, nicht effektiv entworfen werden.

Aus der DE-OS 31 10 375 ist ein Verfahren zur simultanen bidirektionalen Impulsübertragung auf Kabeln bekannt. Sowohl kabelein- als auch kabelausgangsseitig sind ein über Lauf­ zeitglieder an das Koaxialkabel angeschlossenes UND-Glied sowie eine Anschaltung von Sender und Empfänger an die aus Laufzeitgliedern und UND-Glied bestehende Anordnung vorge­ sehen. Mittels der Laufzeitglieder können die simultan vor­ handenen Signale auseinandergehalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute, kompakte bidirektionale Signalübertragungsschaltung zu schaffen, die zu ausreichend hohen Signalpegeln führt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Eine bidirektionale Signalübertragungsschaltung umfaßt ein Übertragungsmedium für die Übertragung eines Signals, meh­ rere Logikschaltungselemente für die Ausführung einer Ein­ gabe-/Ausgabe-Operation entweder des vom Übertragungsmedium empfangenen Signals bzw. des an das Übertragungsmedium ge­ lieferten Signals über einen einzelnen Eingangs-/Ausgangs­ anschluß, und eine Abschlußschaltung, deren Impedanz höher als der Wellenwiderstand des Übertragungsmediums ist und die mit dem Übertragungsmedium verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Logikschaltungselemente eine Senderschaltung, deren Ausgangsimpedanz im wesentlichen mit dem Wellenwiderstand des Übertragungsmediums identisch ist, wenn ein Signal über den Eingangs-/Ausgangsanschluß an das Übertragungs­ medium ausgegeben und/oder ein Signal über den Eingangs- /Ausgangsanschluß vom Übertragungsmedium empfangen wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ent­ halten die Logikschaltungselemente eine Senderschaltung mit einer Ausgangsimpedanz, die niedriger als der Wellenwi­ derstand des Übertragungsmediums ist, wenn ein Signal über den Eingangs-/Ausgangsanschluß an das Übertragungs­ medium ausgegeben und/oder ein Signal über den Eingangs- /Ausgangsanschluß vom Übertragungsmedium empfangen wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ent­ halten die Logikschaltungselemente sowohl eine ECL-Senderschaltung (Senderschaltung mit emittergekoppel­ ter Logik) als auch eine ECL-Empfängerschaltung, um ein vom Übertragungsmedium über den Eingangs- /Ausgangsanschluß erhaltenes Signal zu empfangen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform be­ sitzt die Abschlußschaltung eine be­ liebige Impedanz, die um den Faktor 1,2 bis 2,0 höher als der Wellenwiderstand des Übertragungsmediums ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat ein Übertragungspfad für den Anschluß der Schaltungsele­ mente an diejenige Abschlußschaltung, die sich am näch­ sten bei diesen Schaltungselementen befindet, in der bi­ direktionalen Signalübertragungsschaltung eine Länge, deren Wert kleiner oder gleich einem Wert ist, der um den Faktor 1,5 größer als die Strecke ist, über die sich ein Signal während einer Pe­ gelwechselzeit des Signals in den Schaltungselementen ausbreitet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Impedanz der Abschlußschaltung höher als der Wellenwiderstand des Übertragungspfades gewählt, so daß die Reflexionswellen, die durch eine Impedanzfehlanpassung verursacht werden, mit der Eingangssignalwelle überlappen oder dieser über­ lagert werden, so daß die Amplitude des Eingangssignals vergrößert werden kann. Insbesondere wird die Länge des Übertragungspfades, die zwischen der Abschlußschaltung und dem Eingangs-/Ausgangsanschluß definiert ist, kurz ausgebildet, so daß ein solcher Überlappungseffekt durch die Reflexionswellen sicher erzielt werden kann. Im Er­ gebnis kann eine Eingangswellenform mit einer ausreichend großer Amplitude erhalten werden, selbst wenn in der bi­ direktionalen Signalübertragungsschaltung nur eine Sen­ derschaltung verwendet wird, die herkömmlicherweise in einer einseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung zum Einsatz kommt.

Außerdem ist die Länge des Übertragungspfades zwischen der Abschlußschaltung und dem Eingangs-/Ausgangsanschluß auf einen Wert gesetzt, der kleiner oder gleich der 1,4fachen Strecke ist, über die sich das Signal während der Schaltzeit des Signals ausbreitet. Im Ergebnis kann nicht nur die Überlappungswirkung der Reflexionswellen sicher erreicht werden, vielmehr kann auch die Dauer, während der die Signalwelle gerundet wird, abgekürzt wer­ den. Somit kann die Funktion des Schaltelementes verbes­ sert werden.

Da ferner die Impedanz der Abschlußschaltung um den Fak­ tor 1,2 bis 2,0 größer als der Wellenwiderstand des Über­ tragungspfades ist, kann eine Verringerung der Signalam­ plitude der ECL-Senderschaltung weiter unterdrückt wer­ den.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus­ führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu­ tert; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltung gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A, 2B die bereits erwähnten schematischen Block­ schaltbilder von Anordnungen herkömmlicher einseitig abgeschlossener Übertragungsschal­ tungen;

Fig. 3 das bereits erwähnte schematische Block­ schaltbild einer Anordnung einer herkömmli­ chen bidirektionalen Signalübertragungsschal­ tung;

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung von Signalwel­ lenformen, die an dem Eingangs- /Ausgangsanschluß des in Fig. 1 gezeigten Lo­ gikschaltungselementes gemäß einer bevorzug­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung auftreten;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer aus der in Fig. 3 gezeigten Anordnung einer bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltung abgeleiteten Anor­ dung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6A-C erläuternde Darstellungen der Impedanzbezie­ hungen der Abschlußschaltungen und der Ein­ gangs-/Ausgangsanschlüsse in den in Fig. 1 und in Fig. 5 gezeigten bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltungen; und

Fig. 7A-C erläuternde Darstellungen der Beziehungen zwischen den Strecken der Übertragungsleitun­ gen und der Wellenformrundungen, wobei die Übertragungsleitungen für die Verbindung der Abschlußschaltungen und der Eingangs-/Aus­ gangsanschlüsse der in den Fig. 1 und 5 ge­ zeigten bidirektionalen Signalübertragungs­ schaltungen verwendet werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer bidirektio­ nalen Signalübertragungsschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die bidirektionale Signalübertragungsschaltung gemäß die­ ser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung besitzt den folgenden Aufbau: ein Eingangs- /Ausgangsanschluß 14 eines Logikschaltungselementes (Schaltungselement) 1 ist über eine Übertragungsleitung 5a mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß 15 eines weiteren Logik­ schaltungselementes (Schaltungselement) 2 verbunden. Au­ ßerdem ist eine Abschlußschaltung 3 über eine weitere Übertragungsleitung 5b mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 14 des Logikschaltungselementes 1 verbunden, während eine weitere Abschlußschaltung 4 über eine Übertragungsleitung 5c mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 15 des Logikschal­ tungselementes 2 verbunden ist. Sowohl die Senderschal­ tungen 6 und 8 der Logikschaltungselemente 1 bzw. 2 als auch die Empfängerschaltungen 10 und 11 derselben sind Schaltungen vom ECL-Typ (Typ mit emittergekoppelter Lo­ gik). In der bidirektionalen Signalübertragungsschaltung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform entsprechen die Abschlußschaltungen 3 und 4 Widerständen von jeweils 86 W, während die Wellenwiderstände der Übertragungsleitun­ gen 5a bis 5c jeweils 56 Ω besitzen, so daß die Wider­ stände (Impedanzen) der Abschlußschaltungen 3 und 4 höher als die Wellenwiderstände der Übertragungsleitungen 5a bis 5c sind.

Nun wird der Betrieb einer bidirektionalen Signalübertra­ gungsschaltung mit einer Schaltungsanordnung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Wenn Information von einem Anschluß IN(1) des Logikschal­ tungselementes 1 an einen Anschluß OUT(2) des Logikschal­ tungselementes 2 übertragen wird, gibt die Senderschalt­ ung 6 in einem bestimmten Zeitpunkt ein Signal aus, wobei die Empfängerschaltung 11 dieses Signal empfängt. Da die Ausgangsimpedanz einer ECL-Schaltung bei hohem Pegel niedrig ist und bei niedrigem Pegel hoch ist, wird die Senderschaltung 8 des Logikschaltungselementes 2 auf sei­ ten des Signalempfangs im allgemeinen in den Zustand ho­ her Ausgangsimpedanz, also niedrigem Ausgangspegel ver­ setzt und hat somit keinen nachteiligen Einfluß auf die übertragene Signalwelle. Da eine Senderschaltung verwen­ det wird, die der Senderschaltung 72a der in Fig. 2A ge­ zeigten einseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung gleicht, ist jedoch in dieser bevorzugten Ausführungsform die Ausgangsimpedanz der ECL-Senderschaltung 8 im wesent­ lichen gleich dem Wellenwiderstand des Übertragungspfades 5a oder kleiner als dieser.

Wenn daher ein seinen Pegel wechselndes Signal von der Senderschaltung 6 an den Übertragungspfad 5a übertragen wird, dessen Wellenwiderstand 56 Ω beträgt, und dann den Eingangs-/Ausgangsanschluß 15 erreicht, beginnt von einem Emitter des in der Senderschaltung 8 verwendeten Aus­ gangstransistors ein Strom zu fließen, der eine Reduzie­ rung der Amplitude des Signals bewirkt, wenn die Signal­ welle ihren Pegel wechselt.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform treten aufgrund einer Fehlanpassung zwischen dem Wellenwiderstand (Z_o = 56 Ω) der Übertragungspfade 5b und 5c und außerdem der Impedanz (dem Widerstand) (R_t = 86 Ω) der Abschlußschal­ tung 4 Reflexionswellen mit einem Reflexionskoeffizienten von ungefähr 20% auf. Da die Längen der Übertragungspfade 5b und 5c kurz sind, beispielsweise 100 mm, überlappen sich die Reflexionswellen gegenseitig, wenn das Signal der Eingangswellenform auf der Empfängerseite wechselt, so daß eine Eingangswellenform mit einer ausreichenden Signalamplitude erhalten werden kann.

In Fig. 4 ist eine erläuternde Darstellung der Signalwel­ len gezeigt, die am Eingangs-/Ausgangsanschluß des in Fig. 1 gezeigten Logikschaltungselementes gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung auftreten. Es wird darauf hingewiesen, daß aus Gründen der Übersicht­ lichkeit in einer Einzelgraph-Darstellung zwei diskrete Signale gezeigt sind.

In dieser bevorzugten Ausführungsform sind zwei am Ein­ gangs-/Ausgangsanschluß der Signalempfängerseite auftre­ tende Wellenformen gezeigt, unter der Bedingung, daß für die Längen der in Fig. 1 gezeigten Übertragungspfade 5a, 5b und 5c Werte von 300 mm, 100 mm bzw. 100 mm gewählt sind. Wie aus dieser graphischen Darstellung außerdem hervorgeht, sind die Amplituden der Signale während der Anstiegs- und Abfallintervalle ausreichend groß.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanord­ nung der in Fig. 1 gezeigten bidirektionalen Signalüber­ tragungsschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.

Die bidirektionale Signalübertragungsschaltung gemäß die­ ser bevorzugten Ausführungsform ist so aufgebaut, daß in der Senderschaltung 6 der in Fig. 1 gezeigten bidirektio­ nalen Signalübertragungsschaltung eine Senderschaltung zum Einsatz kommt, die mit der Senderschaltung 72a der in Fig. 2A gezeigten einseitig abgeschlossenen Übertragungs­ schaltung identisch ist. Wie in dieser Figur gezeigt, kann mit der bidirektionalen Signalübertragungsschaltung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ein Signal mit einer ausreichend hohen Amplitude erhalten werden, da die Impedanzen (86 Ω) der Abschlußschaltungen 3 und 4 höher als die Wellenwiderstände (56 Ω) der Übertragungspfade 5a bis 5c gewählt sind, selbst wenn nur eine einzige Sen­ derschaltung 72, wie sie in der in Fig. 2b gezeigten ein­ seitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung verwendet wird, zum Einsatz kommt.

Folglich kann die in der einseitig abgeschlossenen Über­ tragungsschaltung verwendete Senderschaltung in der bidi­ rektionalen Signalübertragungsschaltung verwendet werden, so daß das Logikschaltungselement und die Übertragungs­ schaltungen kompakte Abmessungen erhalten können und fer­ ner mit niedrigem Leistungsverbrauch betrieben werden können.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Länge von der Ab­ schlußschaltung 4 zum Eingangs-/Ausgangsanschluß 15 vor­ zugsweise kurz ausgebildet ist, da eine Signalwelle eine Signalamplitude besitzt, derart, daß ein Signal über ei­ nen Übertragungspfad, dessen Impedanz halb so groß wie der Wellenwiderstand des Übertragungspfades ist, in einem Zeitintervall übertragen wird, in dem das Signal vom Lo­ gikschaltungselement 2 an die Abschlußschaltung 4 über­ tragen wird und in dem an dieser Abschlußschaltung 4 auf­ tretende Reflexionswellen zum Eingangs-/Ausgangsanschluß 15 des Logikschaltungselementes 2 zurückkehren.

Wenn in den Eingangs-/Ausgangsschaltungen 12 und 13 die Senderschaltung 72a ohne ausreichend große Ausgangsimpe­ danz, wie sie in der in Fig. 2A gezeigten einseitig abge­ schlossenen Übertragungsschaltung zum Einsatz kommt, ver­ wendet würde, könnten beispielsweise am Eingangs- /Ausgangsanschluß 15 des Logikschaltungselementes 2 auf der Signalempfängerseite Wellenrundungen auftreten. Wenn die aufgrund eines Impedanzfehlanpassungsphänomens der Abschlußschaltung 4 und der Übertragungsleitung 5c er­ zeugten Reflexionswellen mit einer solchen Wellenrundung überlappt werden, wird die Amplitude des Signals erhöht. Dies hat zur Folge, daß im Schaltungsbetrieb ein Signal mit einer gewünschten Welle erhalten werden kann, wenn eine weitere Länge zwischen der Abschlußschaltung 4 und dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 15 kurz ausgebildet wird.

Da die Reflexionswellen, die an sich durch eine Fehlan­ passung zwischen der Impedanz der Abschlußschaltung 4 und der Impedanz des Übertragungspfades 5c verursacht werden, eine Erhöhung der Amplitude des Signals bewirkt, besteht im Hinblick auf den Schaltungsbetrieb kein Problem. Wenn jedoch die an dieser Abschlußschaltung 4 erzeugten Refle­ xionswellen über den Signalübertragungspfad 5c hin und her laufen, wird in der Wellenform ein Überschwingen er­ zeugt. Dieses Überschwingen kann jedoch dadurch beseitigt werden, daß die Impedanzen der Abschlußschaltung und der­ gleichen auf geeignete Werte gesetzt werden.

Wie oben beschrieben, sind in den bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltungen der Fig. 1 und 5 bestimmte Designeinschränkungen sowohl hinsichtlich der Länge des Übertragungspfades zwischen der Abschlußschaltung und dem Eingangs-/Ausgangsanschluß als auch hinsichtlich der Im­ pedanz der Abschlußschaltung notwendig, derart, daß hier­ für geeignete Werte gewählt werden müssen. Nun wird mit Bezug auf die Fig. 6A bis 6C und 7A bis 7C ein Beispiel von Schaltungen erläutert, mit denen die obenerwähnten Designbeschränkungen gelöst werden können, wenn in der Senderschaltung und in der Empfängerschaltung ECL-Schal­ tungen verwendet werden.

Fig. 6A ist eine erläuternde Darstellung einer Beziehung zwischen der Impedanz der Abschlußschaltung und der Impe­ danz des Übertragungspfades in den in Fig. 1 bzw. in Fig. 5 gezeigten bidirektionalen Signalübertragungsschaltun­ gen.

In Fig. 6A sind auf der Abszisse Werte aufgetragen, die durch die Division der Impedanz der Abschlußschaltung durch den Wellenwiderstand des Übertragungspfades erhal­ ten werden (d. h. eine normierte Impedanz der Abschlußsc­ haltung), während auf der Ordinate sowohl das Reflexions­ vermögen der Abschlußschaltung als auch ein Amplitudenre­ duktionsverhältnis der Signalamplitude zur Amplitude des normierten Signals aufgetragen sind.

Wenn die normierte Impedanz der Abschlußschaltung den Wert "1" besitzt, hat das Reflexionsvermögen der Ab­ schlußschaltung den Wert "0". Je höher die Impedanz der Abschlußschaltung ist, desto höher wird das Reflexions­ vermögen derselben. Obwohl die in der Abschlußschaltung erzeugten Reflexionswellen an sich eine Verbreiterung der Wellenformen bewirken, entsteht hierdurch kein Problem, da diese Reflexionswellen an der Last des Übertragungs­ pfades erneut reflektiert werden, wodurch die Signalwel­ lenform wieder verschmälert wird. Wenn daher das Reflexi­ onsvermögen der Abschlußschaltung übermäßig erhöht wird, tritt in dem Signal ein Überschwingen auf. Wenn dagegen das Reflexionsvermögen der Abschlußschaltung übermäßig abgesenkt wird, geht die Wirkung der Kompensation der Wellenrundungen verloren, wenn das Signal den Pegel wech­ selt. Daher muß für das Reflexionsvermögen ein geeigneter Wert gewählt werden, wie später erläutert wird.

Zunächst werden bei einer Signalübertragung etwa in einem Computersystem einer Signalwelle entweder ein Reflexions­ rauschen oder ein Übersprechrauschen überlagert, wodurch ein stabiler Betrieb gestört werden kann. Um einen sol­ chen instabilen Betrieb zu vermeiden, muß in bezug auf einen Schwellenwert ein konstanter Signalpegel aufrecht­ erhalten werden. Wenn im allgemeinen ein Signalpegel zu einer Schwellenwertspannung analog ist, die 15% der Am­ plitude des Signals beträgt, kann ein Rauschabstand, der auf einen durch andere Faktoren verursachten Rauschfaktor bezogen ist, klein gemacht werden. Aus der in Fig. 6A ge­ zeigten Kurve 41 des Reflexionsvermögens ist ersichtlich, daß die normierte Impedanz der Abschlußschaltung geeignet gewählt werden muß, derart, daß für das Reflexionsvermö­ gen ein Wert gewählt wird, der kleiner oder gleich "2" ist.

Nun wird eine Signalamplitude betrachtet. Wenn für die normierte Impedanz der Abschlußschaltung der Wert "2" ge­ wählt ist, besitzt ein Amplitudenreduktionsverhältnis den Wert "0", da ein Stromwert der auf der Senderseite vorge­ sehenen Senderschaltung gleich einem Stromwert unter nor­ malen Schaltungsbedingungen ist. Wenn die Impedanz der Abschlußschaltung klein ist, wird das Amplitudenredukti­ onsverhältnis groß. Ähnlich wie im obigen Fall ist ver­ ständlich, daß ein Rauschabstand, der auf einen durch an­ dere Faktoren verursachten Rauschfaktor bezogen ist, ab­ gesenkt wird, wenn, allgemein gesprochen, ein Signalpegel zu einer Schwellenspannung analog ist, die in der Größen­ ordnung von 15% der Signalamplitude liegt.

Da bei der obenbeschriebenen Signalamplitudenreduktion in der ECL-Schaltung nur der hohe Pegel zum Schwellenwert analog ist, muß das Amplitudenreduktionsverhältnis des Signals kleiner oder gleich ungefähr 15% sein. Wie daher aus der in Fig. 6A gezeigten Kurve 42 des Amplitudenre­ duktionsverhältnisses hervorgeht, muß die Impedanz der Abschlußschaltung um einen Faktor von ungefähr 1,2 höher als der Wellenwiderstand des Übertragungspfades gewählt werden.

Die mit Bezug auf die Fig. 6A bis 6C gegebene obige Be­ schreibung hat zum Ergebnis, daß für die normierte Impe­ danz der Abschlußschaltung ein Wert zwischen ungefähr 1,2 und ungefähr 2,0 gewählt werden muß.

Die Fig. 7A bis 7C sind erläuternde Darstellungen einer Beziehung zwischen einer Wellenrundung und einer Strecke des Übertragungspfades, mit dem die Abschlußschaltung und der Eingangs-/Ausgangsanschluß in der in den Fig. 1 bzw. 5 gezeigten bidirektionalen Signalübertragungsschaltung verbunden sind.

Auf der Abszisse von Fig. 7A ist die Länge des Verdrah­ tungsweges von der Abschlußschaltung zum Eingangs- /Ausgangsanschluß aufgetragen. Mit anderen Worten stellt die Abszisse die Verdrahtungslängen der Übertragungspfade 5b und 5c der in Fig. 1 gezeigten bidirektionalen Si­ gnalübertragungsschaltung dar. Wenn eine Frequenzkompo­ nente eines Signals und außerdem die Übertragungsge­ schwindigkeit des Übertragungspfades berücksichtigt wer­ den, wird dieser Wert normalerweise durch Division der Verzögerungszeit eines eine bestimmte Verdrahtungslänge besitzenden Übertragungspfades durch die Pegelwechselzeit ausgedrückt. Auf der Ordinate von Fig. 7A ist die durch die Verzögerungszeit ausgedrückte Wellenformrundung auf­ getragen. Diese Verzögerungszeit ist durch eine Pegel­ wechselzeit dividiert, um einen auf die Frequenzkomponen­ te bezogenen Wert zu erhalten. Je länger die Verdrah­ tungslänge zwischen der Abschlußschaltung und dem Ein­ gangs-/Ausgangsanschluß des Logikschaltungselementes ist, desto länger wird die Zeit der Wellenrundung. Während dieser Zeit ist eine Beurteilung des logischen Pegels des Signals unter stabilen Bedingungen nicht möglich. Folglich muß die Zeit, während der Wellenrundungen auftreten, zur Übertragungsverzögerungszeit hinzugefügt werden. Im all­ gemeinen muß in einem Computer mit einer Hochgeschwindig­ keitsverarbeitung die Verzögerungszeit, die durch Wellen­ rundungen verursacht wird, ungefähr auf die doppelte Pe­ gelwechselzeit abgesenkt werden. Aus der in Fig. 7A geze­ eigten relativen Linie zwischen der Verdrahtungslänge und der Verzögerungszeit ist ersichtlich, daß die Verdrah­ tungslänge eines Übertragungspfades zwischen der Ab­ schlußschaltung und dem Eingangs-/Ausgangsanschluß so ge­ wählt werden muß, das der Wert der Verzögerungszeit die­ ses Verdrahtungspfades kleiner oder ungefähr gleich der 1,5fachen Länge der Pegelwechselzeit ist.

Wie oben mit Bezug auf die Fig. 1 und 4 bis 7C erläutert, ist in der bidirektionalen Signalübertragungsschaltung dieser bevorzugten Ausführungsform für die Impedanz der Abschlußschaltung ein Wert gewählt, der größer als der Wellenwiderstand des Übertragungspfades ist, so daß die durch die Impedanzfehlanpassung erzeugten Reflexionswel­ len der Eingangswellenform überlagert werden, um die Si­ gnalamplitude zu erhöhen. Daher kann selbst in einer Si­ gnalübertragungsschaltung, in der die bidirektionale Si­ gnalübertragungsschaltung, die einseitig abgeschlossene Übertragungsschalung und die zweiseitig abgeschlossene Übertragungsschaltung und dergleichen in gemischter Form zum Einsatz kommen, die in der einseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung verwendete Schaltung gemeinsam ge­ nutzt werden, wodurch die Abmessungen der Logikschaltung­ selemente und der Übertragungsschaltungen und außerdem die von ihnen verbrauchte Leistung reduziert werden kön­ nen.

Beispielsweise kann die Anzahl der mit dem Übertragungs­ pfad verbundenen Logikschaltungselemente größer oder gleich 2 gewählt werden.

Da gemäß der vorliegenden Erfindung eine Eingangswellen­ form mit einer ausreichend großen Signalamplitude selbst dann erhalten werden kann, wenn nur eine in der einseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung verwendete Sender­ schaltung zum Einsatz kommt, kann die in der einseitig abgeschlossenen Übertragungsschaltung verwendete Sender­ schaltung in der bidirektionalen Signalübertragungsschal­ tung verwendet werden. Daher können die Abmessungen des Logikschaltungselementes kompakt gemacht werden, ferner kann der Leistungsverbrauch pro Signalübertragungsschal­ tung reduziert werden. Da außerdem das Design sämtlicher Senderschaltungen gleich ist, kann für eine solche Si­ gnalübertragungsschaltung, die verschiedene Arten von Si­ gnalübertragungsschaltungen in gemischter Form verwendet, ein hocheffizientes Design erzielt werden.

Claims (7)

1. Bidirektionale Signalübertragungsschaltung mit einer Übertragungsleitung (5a) für die Übertragung von Signa­ len zwischen Logikschaltungselementen (1, 2), die Ein­ gabe-/Ausgabeoperationen von der/an die Übertragungs­ leitung (5a) für Signale ausführen, die über einen ein­ zigen Eingangs-/Ausgangsanschluß (14, 15) des jeweili­ gen Logikschaltungselementes (1, 2) empfangen/gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eingangs-/Ausgangsanschluß (14, 15) über ei­ nen Übertragungspfad (5b, 5c) mit einer Abschlußschal­ tung (3, 4) verbunden ist, deren Impedanz höher als der Wellenwiderstand der Übertragungsleitung (5a) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltungselemente (1, 2) eine Senderschaltung (6) enthalten, deren Ausgangsimpedanz mit dem Wellenwi­ derstand der Übertragungsleitung (5a) im wesentlichen identisch ist, wenn ein Signal über den Eingangs-/Aus­ gangsanschluß (14, 15) an die Übertragungsleitung (5a) ausgegeben oder ein Signal über den Eingangs-/Ausgangs­ anschluß (14, 15) von der Übertragungsleitung (5a) emp­ fangen wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltungselemente (1, 2) eine Senderschaltung (8) enthalten, deren Ausgangsimpedanz niedriger als der Wellenwiderstand der Übertragungsleitung (5a) ist, wenn ein Signal über den Eingangs-/Ausgangsanschluß (14, 15) an die Übertragungsleitung (5a) ausgegeben oder ein Si­ gnal über den Eingangs-/Ausgangsanschluß (14, 15) von der Übertragungsleitung (5a) empfangen wird.

4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Logikschaltungselemente (1, 2) sowohl eine Senderschaltung (8) vom ECL-Typ als auch eine Empfängerschaltung (11) vom ECL-Typ enthal­ ten, um Signale von der Übertragungsleitung (5a) über den Eingangs-/Ausgangsanschluß (14, 15) zu empfangen.

5. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschlußschaltung (3, 4) eine Impedanz besitzt, die um den Faktor 1,2 bis 2,0 höher als der Wellenwiderstand der Übertragungsleitung (5a) und der Übertragungspfade (5b, 5c) ist.

6. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der jeweilige Übertragungs­ pfad (5b, 5c) für die Verbindung der Schaltungselemente (1, 2) mit der Abschlußschaltung (3, 4), die sich am nächsten bei einem der Schaltungselemente (1, 2) befin­ det, eine Länge besitzt, die kleiner oder gleich der 1,5-fachen Länge der Strecke ist, über die sich ein Si­ gnal während einer Pegelwechselzeit des Signals in den Schaltungselementen (1, 2) ausbreitet.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Impedanz der Abschlußschaltung (3, 4) derart gewählt ist, daß die Amplitude der Signa­ le unter Ausnutzung von Reflexionswellen erhöht wird, die durch die Impedanzfehlanpassung zwischen der Über­ tragungsleitung (5a) und der Abschlußschaltung (3, 4) verursacht wird.