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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild zum Erläutern des
Betriebs einer Abschlußschaltung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 2 ist eine Abschlußschaltung aus dem Stand der Technik;
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Fig. 3 ist ein Charakteristikdiagramm für die
Abschlußschaltung aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 2;
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Fig. 4 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Abschlußschaltung; und
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Fig. 5 ist ein Charakteristikdiagramm der Abschlußschaltung
von Fig. 4.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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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:
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RL&sub1; = RL&sub2; = [Lp/Cp] ... (1),
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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:
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RL&sub0; = RL - RL&sub1; ... (2).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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Lp s² + 2 RL&sub1; s + 1/cp = 0,
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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:
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(RL&sub1;)² - Lp/Cp = 0.
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Demgemäß wird diese Gleichung wie folgt umgeschrieben:
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RL&sub1; = [Lp/Cp] = 6 Ω.
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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.
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Die Abschlußimpedanzcharakteristik für das vorliegende
Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt, bei dem die
Abschlußimpedanzkurve bis zu 3 GHz flach ist.
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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.
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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.