DE69009638T2 - Signalabschlussschaltung. - Google Patents

Signalabschlussschaltung.

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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38Impedance-matching networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H5/00One-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H5/02One-port networks comprising only passive electrical elements as network components without voltage- or current-dependent elements

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  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein eine Signalabschlußschaltung, die in einem großen Bereich eines Frequenzbandes verwendet werden kann und an die eine Gleich-Vorspannung angelegt werden kann.
  • Eine elektronische Schaltung für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem mit Gb/s (Gigabits/sec) erfordert eine breitbandige Frequenzcharakteristik von nahezu Gleichspannung bis ungefähr zur Übertragungsrate. Z. B. erfordert Nachrichtenübertragung mit Licht mit 2,4 Gb/s ein Frequenzband von 10 kHz bis 3 GHz.
  • Im Mikrowellenbereich werden Schaltungsblöcke über eine Übertragungsleitung miteinander verbunden. In diesem Fall muß ein Signal an der Eingangsseite des Schaltungsblocks für einen weiten Bereich des Frequenzbandes abgeschlossen werden.
  • Indessen wird aus vielen Gründen wie kleine Abmessung, hohe Zuverlässigkeit usw. eine integrierte Halbleiterschaltung (die nachfolgend manchmal einfach als IC bezeichnet wird) verwendet. Allgemein gesagt, ist das IC in einem Gehäuse untergebracht. Im GHZ-Frequenzband ist es erforderlich, den Signalabschluß innerhalb des Gehäuses anzuordnen. Ferner muß eine Vorspannung an einen Eingangsanschluß des ICs angelegt werden; das andere Ende des Abschlußwiderstandes muß in bezug auf die Gleichspannungskomponente des Signals potentialfrei gehalten werden und muß in bezug auf Signalkomponenten hoher Frequenz mit Masse verbunden sein.
  • Eine Schaltung zum Erfüllen der vorstehenden Bedingungen ist in Fig. 2 gezeigt. Die dargestellte Schaltung verfügt über einen mit einer vorangehenden Stufe verbundenen Eingangsanschluß 1, Gehäusestifte P1 und P2, ein IC2, ein IC-Gehäuse 3, einen Abschlußwiderstand RL, einen Gleichspannung-Sperrkondensator Cb sowie Nebenschlußkondensatoren Cp&sub1; und Cp&sub2;. Die Abschlußcharakteristik der Schaltung wird bei niedrigen Frequenzen durch die Gesamtwerte der Nebenschlußkondensatoren bestimmt. Allgemein gesagt, weist ein Kondensator mit ausgezeichneter Hochfrequenzcharakteristik kleine Kapazität auf. Demgemäß wird eine ausgezeichnete Abschlußcharakteristik über einen großen Frequenzbereich erzielt, wenn mehrere Kondensatoren verwendet werden. Fig. 3 ist ein Charakteristikdiagramm für die Schaltung von Fig. 2, das die Beziehung zwischen der Abschlußimpedanz und der Frequenz für den Fall zeigt, daß RL = 50 Ω, Cp&sub1; = 80 pF und Cp&sub2; = 0,1 uF sind. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Charakteristikkurve in der Nähe von 300 MHz einen Peak aufweist. Der Peak existiert aufgrund der Resonanz zwischen den parasitären Induktivitäten der Kondensatoren Cp&sub1; und Cp&sub2; und deren Kapazitäten. Bei der bei der Messung von Fig. 3 verwendeten Schaltung waren die parasitären Induktivitäten der Kondensatoren Cp&sub1; und Cp&sub2; 0,4 nH bzw. 2,5 nH. Da es in der Praxis unmöglich ist, diese parasitären Induktivitäten völlig zu beseitigen, war es unmöglich, den Peak in der Abschlußimpedanz/Frequenz-Charakteristik des Systems von Fig. 2 zu beseitigen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine breitbandige Abschlußschaltung zu schaffen, die das Auftreten eines Peaks, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, verhindern kann.
  • Der Peak in der Kurve von Fig. 3 rührt von der Resonanz zwischen den Kapazitäten und ihren parasitären Induktivitäten her. Um das Resonanzphänomen zu unterdrücken, werden Dämpfungswiderstände eingefügt. Genauer gesagt, wird der Verlust eines Dämpfungswiderstands unerheblich, weil die Dämpfungswiderstände als Teil eines Abschlußwiderstandes verwendet werden. Zu diesem Zweck muß der Gesamtwiderstand der Dämpfungswiderstände in sich von der Signalleitung zu Masse hin erstreckenden Wegen dem Widerstandswert des Abschlußwiderstands entsprechen. Ferner kann der obengenannte Peak aus der Charakteristikkurve entfernt werden, wenn der Widerstand, die Kapazität und die Induktivität so eingestellt werden, daß die Impedanz der Resonanzschaltung bei der Resonanzfrequenz eine widerstandsmäßige wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild zum Erläutern des Betriebs einer Abschlußschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine Abschlußschaltung aus dem Stand der Technik;
  • Fig. 3 ist ein Charakteristikdiagramm für die Abschlußschaltung aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 2;
  • Fig. 4 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abschlußschaltung; und
  • Fig. 5 ist ein Charakteristikdiagramm der Abschlußschaltung von Fig. 4.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In Fig. 1 ist eine Abschlußschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die Widerstände RL&sub0;, RL&sub1; und RL&sub2;, Nebenschlußkondensatoren Cp&sub1; und Cp&sub2; sowie Ersatzinduktivitäten Lp&sub1; und Lp&sub2; einschließlich ihrer parasitären Induktivitäten aufweist. Wenn bei einer solchen Abschlußschaltung die Charakteristikgleichungen für die Serienresonanzkreise, die jeweils aus den Kondensatoren Cp&sub1; und Cp&sub2;, den Induktivitäten Lp&sub1; und Lp&sub2; sowie den Widerständen RL&sub1; und RL&sub2; in Reihenschaltung bestehen, so festgelegt werden, daß sie reelle Lösungen ihrer Wurzelausdrücke aufweisen, tritt keine Resonanz auf, und demgemäß kann der Peak, wie er zuvor erwähnt wurde, unterdrückt werden. Wenn die vorstehenden Charakteristikgleichungen so festgelegt werden, daß sie eine gleichmäßige Auflösung des Wurzelausdrucks aufweisen, kann die Abschlußcharakteristik der Abschlußschaltung für ein breites Frequenz band flach eingestellt werden. Wenn die folgende Beziehung (1) erfüllt ist, können die Charakteristikgleichungen eine gleichmäßige Lösung des Wurzelausdrucks aufweisen:
  • RL&sub1; = RL&sub2; = [Lp/Cp] ... (1),
  • wobei Cp und Lp die Summenwerte der Reihenschaltungen von Cp&sub1; und Cp&sub2; bzw. Lp&sub1; und Lp&sub2; sind. Wenn die folgende Gleichung (2) erfüllt ist, wird die Frequenzcharakteristik der Abschlußimpedanz (mit dem Wert RL) flach:
  • RL&sub0; = RL - RL&sub1; ... (2).
  • Es ist erkennbar, daß das Vorstehende sogar auf den Fall angewandt werden kann, daß drei oder mehr Kondensatoren vorhanden sind. Anders gesagt, werden die Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten so festgelegt, daß Schaltkreise, die zwei der drei oder mehr Kondensatoren enthalten, der vorstehend genannten Bedingung für die reelle oder gleichmäßige Wurzellösung genügen. Eine andere Induktivität ist die zusätzliche parasitäre Induktivität des Kondensators und Verdrahtung, wie erforderlich, um der Gleichung (1) zu genügen.
  • Ferner ist es, allgemein gesagt, schwierig, zum Anlegen einer Vorspannung eine Spannungsquelle an eine Signalleitung anzuschließen, ohne irgendeine Verschlechterung der Hochfrequenzcharakteristik hervorzurufen. Dagegen kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung, da Frequenzkomponenten über jeweilige Kondensatoren auf Masse geführt werden, eine Spannungsquelle an einen der Schaltungswege angeschlossen werden, der einen Dämpfungswiderstand, einen Kondensator und eine Induktivität aufweist, und der darüber Niederfrequenzkomponenten auf Masse führt. In diesem Fall laufen Hochfrequenzkomponenten durch den anderen Kondensator, und so wird die Abschlußschaltung nicht durch den Anschluß der Spannungsquelle beeinflußt.
  • Ferner kann, wenn es erwünscht ist, einen Signalabschluß innerhalb eines IC-Gehäuses unterzubringen, wenn nur Hochfrequenzkomponenten eines Signals im Gehäuse auf Masse geführt werden und das Auf-Masse-Führen der zugehörigen Niederfrequenzkomponenten, das eine große Kapazität erfordert, außerhalb des Gehäuses vorgenommen wird, ein Gehäuse realisiert werden, das klein und mit einfachem Aufbau ausgeführt werden kann, ohne daß irgendeine Verschlechterung seiner Hochfrequenzeigenschaften bewirkt wird. In diesem Zusammenhang muß der Wert eines Dämpfungswiderstandes für die niederfrequenten Komponenten so festgelegt werden, daß er im wesentlichen derselbe wie derjenige eines Dämpfungswiderstands für die hochfrequenten Komponenten ist. Jedoch kann dies dadurch vereinfacht werden, daß auch der Niederfrequenz-Dämpfungswiderstand in das IC-Gehäuse eingeschlossen wird, damit der Entwurf einer Peripherieschaltung für das IC möglich ist, ohne daß irgendein Erfordernis zum Messen einer Änderung des beinhalteten Widerstandes besteht.
  • Fig. 4 zeigt ein detailliertes Beispiel für eine Signalabschlußschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die Teilleitungen 10 und 11 mit jeweils einer typischen Impedanz von 50 Ω, ein IC-Gehäuse 3, einen Gleichspannung- Sperrkondensator Cb und einen Kondensator Cp&sub2; mit einer Kapazität von 0,1 uF aufweist. Das IC-Gehäuse 3 beinhaltet einen IC-Chip 5, ein Abschlußnetzwerk 4 in Form einer integrierten Schaltung, einen für 50 Ω abgeglichenen Eingangssignalstift P&sub1;, einen Niederfrequenz-Abschlußstift P&sub2;, einen Kontaktfleck 1 zum Eingeben eines Signals in den IC-Chip 5, einen Kontaktfleck 2, einen Kontaktfleck 3 und einen Kontaktfleck 4 zum Anschließen des Abschlußnetzwerks 4 in Form einer integrierten Schaltung, Bonddrähte BW1 und BW2 für Verbindungen zwischen dem Stift P1 und dem Kontaktfleck 1 sowie dem Kontaktfleck 2, einen Bonddraht BW3 zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Stift P2 und dem Kontaktfleck 3 und einen Bonddraht BW4 zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Kontaktfleck 4 und Masse. Das Abschlußnetzwerk 4 in Form einer integrierten Schaltung verfügt über Widerstände RL&sub0;, RL&sub1; und RL&sub2; sowie einen mit Masse verbindenden Kondensator Cp&sub1; mit einer Kapazität von 80 pF.
  • Eine Induktivität Lp&sub1; in Reihe mit dem mit Masse verbindenden Kondensator Cp&sub1; entspricht der parasitären Induktivität des Bonddrahts BW4, und sie weist einen Induktivitätswert von 0,4 nH auf. Eine Induktivität Lp&sub2; in Reihe mit dem mit Masse verbindenden Kondensator Cp&sub2; entspricht der Summe der parasitären Induktivitäten des Bonddrahtes BW3 und des Stifts P2 sowie der parasitären Induktivität zwischen dem Stift P2 und dem mit Masse verbindenden Kondensator Cp2, und sie weist einen Induktivitätswert von 2,5 nH auf. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Charakteristikgleichung für die Serienresonanz aus dem mit Masse verbindenden Kondensator Cp&sub1; und Cp&sub2; wie folgt gegeben:
  • Lp s² + 2 RL&sub1; s + 1/cp = 0,
  • wobei Lp = Lp&sub1; + Lp&sub2; = 2,9 nH und Cp = Cp&sub1;//Cp&sub2; = 79,9 pF sind (wobei das Symbol // die Reihenschaltung anzeigt). Wenn die folgende Beziehung erfüllt ist, hat die obige Gleichung eine gleichmäßige Lösung des Wurzelausdrucks:
  • (RL&sub1;)² - Lp/Cp = 0.
  • Demgemäß wird diese Gleichung wie folgt umgeschrieben:
  • RL&sub1; = [Lp/Cp] = 6 Ω.
  • Wenn RL&sub0; = 44 Ω, RL&sub1; = 6 Ω und RL&sub2; = 6 Ω sind, kann der Abschlußwiderstand über einen breiten Bereich des Frequenzbandes auf 50 Ω eingestellt werden.
  • Die Abschlußimpedanzcharakteristik für das vorliegende Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt, bei dem die Abschlußimpedanzkurve bis zu 3 GHz flach ist.
  • Bei der Erfindung ist es, da vom IC-Chip eine Eingangsvorspannung erhalten werden kann, insbesondere nicht erforderlich, irgendeine externe Spannungsquelle an die erfindungsgemäße Einrichtung anzuschließen. Wenn es erwünscht ist, irgendeine externe Eingangsvorspannung anzulegen, wird die Spannungsquelle an ein Ende des Kondensators Cp&sub2; angeschlossen. Damit der Kondensator Cp&sub2; nur Frequenzkomponenten unter 500 MHz durchläßt, kann zu diesem Zweck im vorliegenden Fall eine Beschaltungstechnik für ungefähr 500 MHz verwendet werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß, da ein Abschlußwiderstand in mehrere als Dämpfungswiderstände zu verwendende Widerstände aufgeteilt wird, eine flache Abschlußcharakteristik über einen breiten Bereich des Frequenzbandes erzielt werden. Darüber hinaus kann, da Signalfrequenzkomponenten in mehrere abschließende Gruppen unterteilt werden, eine Vorspannung unter Verwendung einer Beschaltungstechnik für relativ niedrige Frequenzen verwendet werden, ohne daß die Hochfrequenzcharakteristik beeinflußt wird.

Claims (3)

1. Signalabschlußschaltung mit einem mit einem Bezugspotential verbundenen Schaltungsnetzwerk (4) und mit zwei oder mehr parallel zueinander geschalteten Ersatzschaltungen, die jeweils in Serie geschaltete Widerstände (RL&sub1;, RL&sub2;), Kondensatoren (CP&sub1;, CP&sub2;) und Induktivitäten (LP&sub1;, LP&sub2;) aufweisen, wobei die Widerstände (RL&sub1;, RL&sub2;) im wesentlichen den gleichen Widerstandswert haben; und mit einen weiteren Widerstand (RL&sub0;), dessen eines Ende mit den genannten Ersatzschaltungen und dessen anderes Ende mit der Signalleitung der Signalabschlußschaltung verbunden ist.
2. Signalabschlußschaltung nach Anspruch 1, wobei eine Spannungsquelle mit derjenigen der Ersatzschaltungen des Schaltungsnetzwerks (4) verbunden ist, deren Kapazitätswert am größten ist.
3. Gehäuse (3) für eine integrierte Schaltung mit einer Signalabschlußschaltung, die erste, zweite und dritte Widerstände (RL&sub0;, RL&sub1;, RL&sub2;) und Kondensatoren (CP&sub1;, CP&sub2;) aufweist, wobei der erste Widerstand (RL&sub0;) an seinem einen Ende mit einer Signalleitung und an seinen anderen Ende mit den zweiten und dritten Widerständen (RL&sub1;, RL&sub2;) verbunden ist, der zweite Widerstand (RL&sub1;) an seinem anderen Ende mit dem Kondensator (CP&sub1;) und der dritte Widerstand (RL&sub2;) an seinem anderen Ende mit einer externen Anschlußleitung (BW&sub3;) verbunden ist.
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