FI71857C

FI71857C - Foerfarande foer instaellning av utjaemningsimpedansen hos en gaffeltransformator.

Info

Publication number: FI71857C
Application number: FI852355A
Authority: FI
Inventors: Seppo Pyhaelammi
Original assignee: Nokia Oy Ab
Priority date: 1985-06-13
Filing date: 1985-06-13
Publication date: 1987-02-09
Also published as: SE8602634L; FI71857B; US4807283A; SE467031B; FR2583599B1; SE8602634D0; FI852355A0; FR2583599A1

Description

1 71857

Menetelmä haarukkamuuntajän tasausimpedanssin asettelemi-seksi

Keksinnön kohteena on menetelmä haarukkamuuntajän 5 tasausimepdanssin asettelemiseksi haarukkavaimennuksen maksimoimiseksi halutulla toimintataajuusalueella ja etupäässä kahden toimintataajuuden, ylemmän ja alemman, välisellä alueella käytettäessä tasausimpedanssina kahden sarjaan kytketyn vastuksen ja niistä toisen rinnalle kytketyn kon-10 densaattorin muodostamaa impedanssia.

Muodostettaessa 2-johdinyhteys 4-johdinyhteydestä tarvitaan haarukka, joka erottaa siirtosuunnat toisistaan. Haarukka on periaatteessa siltakytkentä, joka optimitapauksessa on tasapainossa. Tällöin tasausimpedanssi on yhtä 15 suuri kuin linjan impedanssi. Hankaluutena onkin suorittaa tasausimpedanssin valinta siten, että se vastaa kulloistakin Iinjaimpedanssia. Siirtolinjan impedanssi voi nimittäin vaihdella hyvinkin suuresti riippuen mm. kaapelin pituudesta, johdinhalkaisijasta, johtimen eristeaineesta ja valmis-20 tustoleransseista. Näistä seikoista johtuen kiinteällä ta-sausimpedanssilla ei päästä edes välttävään tulokseen. Tilannetta parantamaan onkin käytetty useita erilaisia ta-sausimpedansseja, joita kytkemällä etsitään paras tasaus. Näin voidaankin menetellä, jos tunnetaan käytetyt linja-25 rakenteet ja oletetaan, että valmistushajontaa ei esiinny. Näin ei kuitenkaan käytännössä ole asian laita vaan valmis-tushajonta saattaa muuttaa Iinjaimpedanssia ratkaisevastikin .

On myös kokeiltu menetelmiä, joissa säädetään ta-30 sausimpedanssin jotakin tai joitakin muuttujia. Jos käytetään vain yhtä muuttujaa ei saavuteta kuin välttävä tasaus. Jos taas käytetään useampaa muuttujaa, optimin löytäminen on hankalaa, koska muuttujat ovat toisistaan riippuvia .

35 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin tuoda esiin menetelmä, jonka avulla monimuuttujäisen tasausimpedanssin eri muuttujia voidaan asetella siten, että optimi 2 71857 aina löydetään. Tämä päämäärä saavutetaan oheisen patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa määritetyillä menetelmävai-heilla.

Keksinnön mukaista menetelmää kuvataan yksityiskoh-5 taisemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaapelin tyypillisen impedanssin eri taajuuksilla, kuviot 2-7 havainnollistavat keksinnön mukaisen 10 menetelmän eri toimenpideaskelia, kuvio 8 esittää erään esimerkinomaisen piirirakenteen keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamista varten, kuvio 9 esittää kuvion 8 rakenteelle vaihtoehtoisen rakenteen, ja 15 kuvio 10 esittää toisen esimerkinomaisen rakenteen keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamista varten.

Kuviossa 1 on esitetty tavanomaisen kaapelin impedanssi eri taajuuksilla välillä 10 - 100 kHz. Kuviosta 1 havaitaan, että impedanssikäyrä voidaan likimäärin esittää 20 ympyrän kaaren osana, joka sijoittuu koordinaatiston +Re ja -Im akselien rajoittamaan koordinaatiston neljännekseen. Tällaista impedanssikäyrää voidaan approksimoida kytkennällä, joka käsittää kaksi sarjaan kytkettyä vastusta, joista toisen rinnalle on kytketty kondensaattori.

25 Jos kaapelin impedanssia merkitään symboolilla Z^aap ja tasausimpedanssia symboolilla Z , voidaan kahden

t cl S cl U S

impedanssipisteen välinen sovitusvaimennus A laskea seu-

O

raavasta lausekkeesta z — z 30 A = kaap._tasaus S g + z kaap. tasaus

Sovitusvaimennukset muodostavat Re-Im tasolle epä-keskeisiä ympyröitä. Kaavasta havaitaan, että merkityksellistä on etäisyys origosta. Samat Ag-ympyrät voidaan piir-35 tää mihin tahansa samalle etäisyydelle origosta.

Kuviossa 2 on havainnollistettu erästä esimerkin- 3 71857 omaista tapausta, jossa kaapelin impedanssi ylärajataajuudella on merkitty koordinaatiston pisteeksi ja alaraja- taajuudella Z^ . Käytettäessä keksinnön mukaista tasausim-pedanssia, joka käsittää kaksi sarjassa olevaa vastusta 5 ja R2 ja sen rinnalle kytketyn kondensaattorin C^, voidaan alkutilanteessa olettaa tasausimpedanssin muodostavan pisteiden Z ja Zta välisen puoliympyrän kaaren osan. Kuten kuviosta 2 ilmenee, tasausimpedanssin arvo silloin kun taajuus lähestyy ääretöntä, lähestyy arvoa R^ ja toisaalta kun 10 taajuus lähestyy arvoa 0, on tasausimpedanssin arvo R^ + R?. Nämä pisteet ja + R2 määräävät tasausimpedanssikaaren paikan koordinaatistossa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä säädetään ensiksi vastusta R^ siten, että saadaan maksimihaarukkavaimennus 15 (eli paras sovitus) ylemmällä tarkkailutaajuudella. Koska tasausimpedanssi muodostaa puoliympyrän impedanssitasolle, R-^rn säätäminen siirtää ympyrän keskipistettä. Koska R^:n arvo vastaa likimäärin tilannetta, jonka tasausimpedanssi saa taajuudella ääretön, niin ylempi taajuuspiste siirtyy 20 Re-akselin suuntaisesti. Optimipiste löytyy pienim- mältä Ag-ympyrältä, jonka ylemmän taajuuspisteen muodostama käyrä leikkaa. Pisteen ja ympyrän keskipisteen kautta voidaan piirtää Im-akselin suuntainen suora. Tasausimpe- danssia kuvaava puoliympyrä muuttuu siis arvoista R.. , R. + 11 1 25 R2 arvoihin R^, R^ + R2. Tasausimpedanssin uutta paikkaa on kuviossa 2 havainnollistettu puoliympyräkaaren osalla, jonka päätepisteet on merkitty ja Z^a·

Keksinnön mukaisen menetelmän seuraavassa vaiheessa säädetään rinnan vastuksen R2 olevaa kondensaattoria 30 siten, että sovitusvaimennus ylemmässä taajuuspisteessä maksimoituu. Tätä on kuvattu kuviossa 3. Kondensaattorin arvon muuttaminen siirtää taajuuspisteitä puoliympyrällä (puoliympyrä pysyy muutoin paikoillaan). Optimi löydetään jälleen vastaavasti tasausimpedanssikäyrän ja A -ympyrän u 35 leikkauspisteestä. Tällöin uusi tasausimpedanssikäyrän 2 2 paikka on kuvion 3 pisteissä Z ja Z välillä.

ty 13 4 71857

Jos kaapelin impedanssipiste olisi Re-akselilla, myös tasausimpedanssin optimiarvo sijaitsisi Re-akselilla. Käytännössä impedanssipiste sijaitsee IV-neljänneksessä, jolloin optimipiste löytyy kaapelin impedanssipisteen ala-5 puolelta (katsottaessa Im-akselilta).

Keksinnön mukaisen menetelmän seuraavassa vaiheessa säädetään vastusta R2 siten, että sovitusvaimennus alemmassa taajuuspisteessä maksimoituu. Tätä vaihetta on havainnollistettu kuviossa 4. Koska R^ lähes täysin määrää ylem-10 män taajuuspisteen paikan Re-akselilla (ylempi taajuuspiste muuttuu kyllä puoliympyrällä), niin R2:n säätö vaikuttaa voimakkaasti vain alempaan taajuuspisteeseen siirtyen ku- 3 viossa 3 esitettyyn pisteeseen Z . Tämä piste löytyy jäi- td leen vastaavasti tasausimpedanssikäyrän ja Ac-ympyrän leik- 15 kauspisteestä. Tässä menetelmävaiheessa toisen vastuksen arvo säilyy entisellään arvossa r| ja toinen vastus muute- 1 1 taan arvosta R2 arvoon R2·

Seuraavassa menetelmävaiheessa toistetaan vaihe yksi eli säädetään vastusta R^ ylemmän taajuuspisteen avulla 20 siten, että sovitusvaimennus tällä ylemmällä taajuudella maksimoituu. Tällöin vastuksen arvo muuttuu arvosta RT ar- 2 . 1 2 3 4 voon R. ja puoliympyrän kaaren toisen pään määrittävä koh- . 112 2 ta reaaliakselilla muuttuu arvosta R^ + R2 arvoon R^ + R2- Tätä on havainnollistettu kuviossa 5. Tällöin tasausimpe- 3 4 25 danssikäyrä siirtyy pisteiden Z ja Z^_a välille.

Menetelmän seuraavassa vaiheessa toistetaan kolmas menetelmävaihe eli säädetään vastusta R2 alemman taajuus- pisteen avulla siten, että sovitusvaimennus tässä alemmassa taajuuspisteessä maksimoituu. Tällöin tasausimpedanssia ku- 30 vaavan puoliympyrän kaaren toinen päätepiste siirtyy reaa- 2 1 2 2 3 liakselin pisteestä R^ + R2 pisteeseen R^ + R2. Tätä on havainnollistettu kuviossa 5. Tällöin tasausimpedanssi 4 5 siirtyy kuvion 6 pisteiden Zfc ja Z^ välille.

Menetelmän viimeisenä vaiheena säädetään kondensaat-35 toria siten, että saavutetaan maksimaalinen sovitusvaimennus koko toimittavalla taajuusalueella. Tällöin tasaus- 71857 impedanssia kuvaava puoliympyrän kaaren osa siirtyy samaa kaarta pitkin kuten on havainnollistettu kuviossa 7. Täl- 5 löin tasausimpedanssi tulee sijaitsemaan pisteiden Z ja Z° välillä. Tämä tasaus on varsin optimaalinen ja vastaa tä 5 käytännössä melko tarkasti kaapelin todellista impedanssia. Tässä viimeisessä menetelmävaiheessa voidaan suorittaa myös painotus eri taajuuksien suhteen suodattimen taajuusvasteen avulla.

Vaikka keksinnön mukaista menetelmää yllä on kuvat-10 tu vain yhden esimerkinomaisen tapauksen avulla, on ymmärrettävää, että keksinnön mukaisten menetelmävaiheiden avulla voidaan aina saavuttaa hyvin optimaalinen tasausimpedans-sin sovitus.

Seuraavassa viitaten kuvioon 8 kuvataan yhtä esi-15 merkinomaista rakennetta yllä kuvatun menetelmän toteuttamista varten. Kuvion 8 tapauksessa haarukan muodostava siltakytkentä on muodostettu kahdesta vastuksesta R ja tasausimpedanssi, jota asetellaan kaapelin impedanssin z^aap suhteen on muodostettu kuten yllä jo on ilmennyt kahden 20 vastuksen ja R2 sarjaankytkennällä, jolloin toisen vastuksen R2 rinnalle on kytketty kondensaattori C^. Vastuksia R^ on kuvattu säädettäväksi suureella B ja vastuksia R2 suureella C ja kondensaattoria suureella A. Tasaus-impedanssin asettelemiseen tarvittava signaali aikaansaa-25 daan lähetysgeneraattorilla 4. Kun tasausimpedanssia asetellaan tavoitteena on luonnollisesti, että tasausimpedanssi saadaan yhtä suureksi kuin kaapelin impedanssi. Kuvion 8 piiristössä näiden kahden suureen ero lasketaan sum-maimen 5 avulla. Summaimelta 5 tasausimpedanssin ja kaape-30 Iin impedanssin välistä eroa kuvaava signaali johdetaan kaistanpäästösuodattimille 6, 7 ja 8. Kaistanpäästösuodat-timen 6 päästökaista vastaa koko toiminta-aluetta kun taas kaistanpäästösuotimen 7 päästökaista vastaa ylempää tarkas-telutaajuutta ja kaistanpäästösuotimen 8 päästökaista alem-35 paa tarkastelutaajuutta. Siten näiden kaistanpäästösuoti-mien 6, 7 ja 8 avulla voidaan toteuttaa menetelmässä tar- 6 71857 vittavat eri asettelutaajuudet. Kussakin menetelmävaihees-sa kaistanpäastösuotimista käytetään vain yhtä ja oikean kaistanpäästösuotimen valinta suoritetaan kytkimen 9 avulla. Kytkimeltä 9 saatava signaali tasasuunnataan piirillä 5 10 signaalin suuruuden saamiseksi, minkä jälkeen signaali johdetaan piiriin 11, joka säätää joko suuretta A, B tai C sen mukaisesti, missä menetelmävaiheessa ollaan, siten, että piiriltä 10 saatavan signaalin arvo minimoituu eli toisaalta sovitusvaimennus maksimoituu.

10 Kuviossa 9 on esitetty kuvion 8 rakenteelle rinnak kainen rakenne, joka vastaa kuvion 8 rakennetta kaikissa muissa suhteissa paitsi tasausimpedanssin toteutuksen osalta. Jotta vältetään kondensaattorin säätäminen, eli säätö-kondensaattorin tarve on kondensaattorin säätö toteutettu 15 siten, että tasausimpedanssi on kahdennettu, eli muodostettu kahdesta rinnakkain sovitetusta impedanssista, joiden kondensaattorit ja C2 ovat erisuuruiset. Summaamalla nämä impedanssit summaimen 1 avulla eri suhteissa toisiinsa, eli kertomalla kukin impedanssi kertoimella, joiden summa 20 on yksi, niin aikaansaadaan likimäärin sama vaikutus, kuin jos säädettäisiin kondensaattoria. Mainittu kertominen on toteutettu kertojien 2 ja 3 avulla, joista toisen kertoimeksi on kuvattu A ja toisen 1-A.

Kuvioissa 8 ja 9 esitettyjen piirien perusteella on 25 ymmärrettävissä, että keksinnön mukainen menetelmä näennäisestä monimutkaisuudestaan huolimatta on toteutettavissa varsin yksinkertaisen ja konkreettisen ja jopa erillis-komponenteilla toteutettavissa olevan piirirakenteen avulla. Täten tällainen haarukkamuuntaja voidaan ajatella si-30 joitettavaksi jokaiseen modeemiin, joka ennen yhteydenmuodostamista toteuttaa automaattisesti haarukkavaimennuksen maksimoinnin. Kuvion 8 mukaisella mallilla suoritetut simulointitulokset osoittavat, että keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan saavuttaa yli 40 dB vaimennus toiminta-35 alueella (80 kbit/s, 160 kbit/s modeemit) kaikilla erityyppisillä kaapeleilla ja maksimaalisella valmistushajonnalla.

7 71857

Simulointi osoittaa myös, että parametrien säätötarkkuus ei ole kriittinen, toisin sanoen resoluutio voidaan pitää suurena. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että muuttujil- 4 5 le A, B ja C tarvitaan ehkä 2 tai 2 eri arvoa. Tämä mah-5 dollistaa digitaalisen säädön, jossa analogiakytkimillä valitaan sopivat parametrien arvot. Tällaista vaihtoehtoista toteutusmuotoa on kuvattu kuviossa 10. Kuviossa 10 on kuviota 8 vastaaville tai niiden kanssa analogisesti toimiville osille annettu samat viitemerkit. Oleellisimpana 10 erona kuvioiden 8 ja 10 rakenteiden välillä on, että eri parametrejä asettelevat signaalit on nyt toteutettu n-joh-dinyhteyksinä 12, 13 ja 14, joiden kautta ohjauslogiikka 15 ohjaa keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamista.

Kuten yllä esitetystä käy ilmi mainittu n voi olla 15 esimerkiksi 4 tai 5.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja sen toteuttavan piirirakenteen käyttöönotto helpottavat oleellisesti modeemin muiden osien rakennetta ja erityisesti digitaalisen kaiunpoiston toteuttamista. Digitaalista kaiunpoistoa hel-20 pottaa lisäksi se, että kaapelissa olevien epäsovituskoh-tien (esim. erityyppiset kaapelit peräkkäin) aiheuttamat heijastukset näkyvät haarukkamuuntajalla impedanssina, jolloin haarukka pystyy poistamaan myös osan näistä. Lisäetuna voidaan pitää sitä keksinnön piirrettä, että se on toimin-25 naltaan itsenäinen eikä edellytä prosessorin käyttö.

Claims

71857 Patenttivaatimus : Menetelmä haarukkamuuntajän tasausimpedanssin aset-telemiseksi haarukkavaimennuksen maksimoimiseksi halutulla 5 toimintataajuusalueella ja etupäässä kahden toimintataajuuden, ylemmän ja alemman, välisellä alueella käytettäessä tasausimpedanssina kahden sarjaankytketyn vastuksen (R^, R2) ja niistä toisen rinnalle kytketyn kondensaattorin (C^) muodostamaa impedanssia, tunnettu siitä, että 10 a) asetellaan ensimmäistä vastusta (R^) haarukkavai mennuksen maksimoimiseksi ylemmällä taajuudella, b) asetellaan kondensaattoria (C^) haarukkavaimennuksen maksimoimiseksi ylemmällä taajuudella, c) asetellaan toista vastusta (R2) haarukkavaimen-15 nuksen maksimoimiseksi alemmalla taajuudella, d) asetellaan uudelleen ensimmäistä vastusta (R^) haarukkavaimennuksen maksimoimiseksi ylemmällä taajuudella, e) asetellaan uudelleen toista vastusta (R2) haarukkavaimennuksen maksimoimiseksi alemmalla taajuudella, ja 20 f) asetellaan kondensaattoria (C^) haarukkavaimen nuksen maksimoimiseksi koko käytetyllä taajuusalueella tiettyjä taajuuksia mahdollisesti painottaen.