FI95182C - Linjaohjainpiiri - Google Patents

Description

, 95182

Linjaohjainpiiri

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osan mukainen menetelmä linjaohjainpiirin sovittamiseksi eri siirtolinjoja varten sekä oheisen patenttivaatimuksen 4 johdanto-osan mukainen linjaohjainpiiri. Keksinnön mukainen linjaohjainpiiri on tarkoitettu aikaansaamaan halutut signaali- ja impedanssitasot digitaali-10 selle siirtoyhteydelle, jonka muodostava siirtolinja voi vaihdella ainakin kahden sellaisen siirtolinjan välillä, joilla on keskenään erilaiset ominaisimpedanssit. Siirto-linjalla tarkoitetaan tässä yhteydessä mitä tahansa tietyn impedanssitason omaavaa siirtomediaa, kuten esim. kierret-15 tyä parijohtoa tai koaksiaalikaapelia.

Usein on toivottavaa käyttää samaa linjaohjainpiiriä erilaiset ominaisimpedanssit omaavien siirtolinjojen yhteydessä (esim. 75 ohmin kaapeliin tai 120 ohmin kaapeliin kytkettynä). Tällöin on linjaohjainpiirin aikaansaatava 20 sopivat signaalitasot aina sille siirtolinjalle, jolle se on kulloinkin kytketty. Jokaisella siirtolinjalla, jolla on oma ominaisimpedanssinsa, on omat vaatimuksensa lähetettävien pulssien amplitudeille.

Tunnetuissa linjaohjainpiireissä, jotka on tarkoi-25 tettu käytettäväksi kahden eri impedanssitason omaavien • siirtolinjojen yhteydessä on toisiokäämiin muodostettu väliulosotto, joka muodostaa liitännän toisen impedanssi-tason omaavaa siirtolinjaa varten. Kuviot 1 ja 2 esittävät tälläistä tunnetun tekniikan mukaista linjaohjainpiiriä, 30 jossa ohjausaste 11 syöttää lähtösignaalin muuntajakytken-nän 12 kautta siirtotielle 13, joka on kytketty muuntajan toisiokäämille 12b. Ohjausasteen kumpikin lähtönäpä on kytketty oman ulostuloimpedanssinsa R kautta vastaavaan ensiökäämin 12a napaan. Ohjausaste käsittää tyypillisesti 35 kaksi transistoria Tri ja Tr2, joista toinen johtaa posi- 2 95182 tiivisen pulssin ja toinen vastaavasti negatiivisen pulssin aikana. Kummankin transistorin emitteri on kytketty maahan ja kummankin transistorin kollektori muodostaa oh-jausasteen vastaavan ulostulonavan, joka on kytketty vas-5 taavalle ulostuloimpedanssille R. Linjaohjainpiirillä aikaansaadaan siirtolinjalle lähtösignaali, jonka signaali-tasot ovat halutut ja joka voi olla esim. sinänsä tunnetun HDB3-johtokoodin mukainen (CCITTsn suosittelema PCM-jär-jestelmissä käytettävä koodaustapa). Muuntajan en-10 siökäämissä 12a on väliulosotto, joka on kytketty käyttö-jännitteeseen +V.

Ohjausaste voi olla esim. kaupallisesti saatavissa olevaa tyyppiä XR-T5675, valmistaja Exar, joka piiri on tarkoitetttu ohjaamaan PCM-linjoja aina 10 Mbit/s no-15 peuteen asti.

Tunnettujen linjaohjainpiirien toisiokäämissä käytetään erillistä väliulosottoa, jolloin muodostuu kaksi ulosottoa sen mukaan, mikä on käytettävän kaapelin impe-danssitaso. Mikäli linjaohjainpiiriä halutaan käyttää 20 esim. 120 ohmin symmetrisen parikaapelin yhteydessä, kytketään kaapeli sitä vastaavaan liittimeen, jota on merkitty viitemerkillä T120 ja yhteiseen liittimeen TCOMM (kuvio 1). Mikäli linjaohjainpiiriä halutaan puolestaan käyttää esim. 75 ohmin koaksiaalikaapelin yhteydessä, 25 kytketään kaapeli sitä vastaavaan liittimeen (väliulosot- toon), jota on merkitty viitemerkillä T75, ja yhteiseen liittimeen TCOMM (kuvio 2).

Edellä kuvatun tunnetun ratkaisun puutteet liittyvät toisiokäämin erilliseen väliulosottoon. Ensinnäkin eril-30 linen väliulosotto lisää linjaohjainpiirin kompleksisuutta sekä siten myöskin kustannuksia. Tässä tapauksessa on myöskin toisiokäämin kolme liitäntää johdotettava siirto-linjan liitäntärajapinnassa olevalle liittimelle. Tästä seuraa kaksi muuta epäkohtaa. Ensiksikin, käyttämätön, 35 "kelluva" liitäntä pyrkii lisäämään kapasitiivisia ja · . - »«.k ««ti i.u m . . i 3 95182 induktiivisia komponentteja ulostulopiiriin, mikä saattaa vääristää lähetettävän signaalin muotoa, varsinkin suurilla siirtonopeuksilla. Toiseksi, nämä johdotukset tekevät käytännön rakenteesta entistä monimutkaisemman, eri-5 tyisesti piirilevyillä, joilla on useita liitäntöjä.

Tunnetuissa ratkaisuissa voi linjaohjainpiiri olla myös kuvion 3 mukaisesti varustettu navoilla A-C, jotka yhdistetään mekaanisesti sen mukaan, mitä impedanssitasoa kulloinkin käytetään. 120 ohmin kaapelia käytettäessä yh-10 distetään navat A ja B ja 75 ohmin kaapelia käytettäessä navat B ja C. Mekaanisten kytkimien käyttöä impedanssi-tason valitsemiseen tulisi kuitenkin pyrkiä välttämään, koska ne tekevät rakenteesta monimutkaisemman ja saattavat joissakin tapauksissa aiheuttaa ylikuulumista. Kuviossa 3 15 on ohjausasteen 11 transistorit Tri ja Tr2 esitetty niiden toimintaa kuvaavina kytkiminä SI ja S2 (jotka transistorit muodostavat).

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on päästä eroon edellä kuvatuista epäkohdista ja saada aikaan sel-20 lainen linjaohjainpiiri, jossa siirtolinjan impedanssi-tasoa voidaan muuttaa automaattisesti ilman, että linjaoh-jainpiirissä tarvitaan minkäänlaisia muutoksia. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 1 25 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle linjaohjainpii- rille on puolestaan tunnusomaista se, mitä kuvataan ohei sen patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisena ajatuksena on määrittää ulostu-loimpedanssit ja käämien kierrosluvut siten, että saavute-30 taan siirtolinjojen vaatimat signaalitasot tekemättä pii- . rissä minkäänlaisia muutoksia.

4 Ψ «

Keksinnön mukainen piiri on rakenteeltaan yksinkertainen, koska siirtolinjoja syötetään samoista liittimestä (jolloin siis tarvitaan vain kaksi liitäntää), eikä pii-35 riin tarvita mitään muutoksia vaihdettaessa siirtoyhteyden 4 95182 impedanssitasoa. Muuntajakytkennästä tulee myös yksinkertaisempi ja halvempi, koska toisiokäämin erillistä vä-liulosottoa ei enää tarvita. Tällöin vältetään myös edellä kuvatut, kelluvan liitännän aiheuttamat ongelmat. Koska 5 rakenne kuitenkin muuten perustuu mahdollisimmman hyvin olemassaoleviin rakenteisiin, voidaan olemassaolevaa tekniikkaa käytttää tältä osin mahdollisimman hyvin hyväksi.

Seuraavassa keksintöä kuvataan tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa 10 kuviot 1 ja 2 esittävät tunnettua linjaohjainpii- riä, joka on kytkettävissä eri ominaisimpedanssit omaavil-le siirtolinjoille, kuvio 3 esittää toista tunnettua linjaohjainpiiriä, joka on kytkettävissä eri ominaisimpedanssit omaaville 15 siirtolinjoille, kuvio 4 esittää keksinnön mukaista linjaohjainpiiriä, kuvio 5a esittää kuvion 4 muakisen linjaohjainpiirin ekvivalenttipiiriä lähetettävän pulssin aikana, 20 kuvio 5b esittää kuvion 5a ekvivalenttipiiriä astet ta pidemmälle vietynä, ja kuvio 6 esittää optimiarvojen löytymistä keksinnön mukaisessa ratkaisussa.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön mukainen linjaoh-25 jainpiiri. Perusrakenne vastaa muuten täysin kuvioissa 1 ja 2 esitettyä perusrakennetta, mutta keksinnön mukaisessa rakenteessa on päästy kokonaan eroon toisiokäämin vä-liulosotosta. Kuitenkin keksinnön mukainen linjaohjainpii-ri voidaan kytkeä siirtolinjoihin, joilla on keskenään 30 erilaiset impedanssitasot, ilman että joudutaan tekemään minkäänlaisia muutoksia piiriin. Tämä perustuu ajatukseen määrittää komponenttien (ulostuloimpedanssien ja käämien kierroslukujen) arvot siten, että saadaan aikaan sopivat signaalitasot kumpaakin impedanssitasoa varten. Linjaimpe-35 danssia on kuviossa 4 merkitty viitemerkillä RL ja sen yli il - li·» MM I H · · 4 5 95182 vaikuttavaa jännitettä (joka on sama kuin haluttu signaa-litaso) viitemerkillä VL. Keksinnön mukaisen linjaohjain-piirin toisiokäämin kaksi napaa 13 ja 14 muodostavat siis aina (siirtolinjan impedanssitasosta riippumatta) ne liit-5 timet, joihin siirtolinja kytketään.

Kuviossa 4 esitetylle piirille voidaan lähetetyn pulssin ajaksi muodostaa kuviossa 5a esitetyn kaltainen ekvivalenttipiiri, jossa kytkintransistorin kollektori on kytketty Nl-kierroksisen ensiökäämin toiseen napaan, jonka 10 ensiökäämin toinen napa on ulostuloimpedanssin R kautta käyttöjännitteessä +V. Toisiokäämin (jonka kierrosluku on N2) navat on kytketty linjaimpedanssiin RL. Kytkintransistorin kyllästymisjännitettä (kollektori-emitterijännite, kun kytkintransistori johtaa) on merkitty viitemerkillä V„.

15 Kuvion 5a piiri voidaan edelleen redusoida kuvion 5b mukaiseksi piiriksi korvaamalla muuntajakytkentä linjaim-pedansseineen yhdellä eksivalenttisella impedanssilla R,,, joka on suuruudeltaan R*, = (N1/N2)2 RL.

Edellä kuvattujen ekvivalenttikytkentöjen avulla 20 voidaan osoittaa, että vastuksen R arvolla ja käämien kierroslukujen suhteella n = N1/N2 on seuraava riippuvuus: (1) R = RL ' n [ - n]

L

·: Kim määritellään ensimmäinen siirtolinja, jolle RL=RL1 ja VL=VL1, ja toinen siirtolinja, jolle Rl=Rl2 ja VL=VU, voidaan vastukselle R ja kierroslukujen suhteelle n 25 löytää yhteiset arvot R^ ja n^, jos seuraavat yhtälöt (2) ja (3) täyttyvät samanaikaisesti: • ( RL1 _ RL2 j <2> -li >o 6 95182 (3) flopt - > ° K LI &L2 Nämä yhtälöt voidaan edellleen redusoida huomattavasti yksinkertaisimmiksi ehtojoukoiksi a ja b: a. (v-vtr)>0 ja ja ja VL2 5 b. {V-Vtr)>0 ja ja 1^>RL1 ja VL2 **L2

Arvoille R^ ja saadaan positiiviset arvot, mikäli jompi kumpi ehtojoukoista a tai b toteutuu.

Kuviossa 6 on esitetty yhtälö (1) graafisesti kahden 10 eri siirtolinjan parametreille Ru, VL, ja vastaavasti Ru,

Vu. Mikäli näiden kahden paraabelin yhteinen piste osuu positiivisille R:n ja n:n arvoille, määrää tämä yhteinen piste optimaaliset arvot R^ ja n^, joilla saadaan haluttu signaalitaso molemmille siirtolinjoille.

15 Käytännön esimerkkinä mainittakoon linjaohjainpiiri, jota käytetään joko symmetristen parien (120 ohmin linja) tai koaksiaalikaapelin (75 ohmin linja) yhteydessä CCITT:n suosituksen G.703 mukaisesti. Edelliselle siirtolinjalle vaadittava signaalitaso on ± 3 V (± 10%) ja jälkimmäiselle : 20 ± 2,37 V (± 10%). Käyttämällä näitä signaalitasoja arvoina suureille Vu ja vastaavasti Vu, sekä valitsemalla suureille V ja V1 tyypilliset arvot V = +5 V ja V„= 0,6 V, saadaan (koska ehtojoukko a täyttyy) ulostuloimpedanssin arvoksi

Il i uta 14li l i I SI 2 7 95182

Ropt = 63,7 ohmia ja kierroslukujen suhteeksi = 0,81687.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan 5 muunnella edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Keksintö ei esimerkiksi ole rajoittunut vain edellä mainitun ohjausasteen yhteydessä käytettäväksi, vaan sitä voidaan käyttää minkä tahansa ohjausasteen kanssa, jonka ulostuloasteissa on 10 (transistori)kytkimet edellä esitettyyn tapaan. Periaatteessa on myös mahdollista ohjata useampaakin kuin kahta siirtolinjaa, mutta tällöin silloin on muiden siirtolinjo-jen parametrien oltava sellaisia, että yhtälön (1) kuvaaja kulkee pisteen (n^, R^) kautta.

15 « 1 <

Claims (4)

95182

1. Menetelmä linjaohjainpiirin sovittamiseksi eri siirtolinjoja varten, jotka siirtolinjat omaavat keskenään 5 erilaiset ominaisimpedanssit, joka linjaohjainpiiri käsittää ohjausasteen (11) ja ensiö- ja toisiokäämeillä (12a, 12b) varustetun muuntajan siten, että ohjausasteen (11) kumpikin lähtönäpä on kytketty muuntajan ensiökäämin (12a) vastaavaan napaan ulostuloimpedanssin (R) kautta ja muun-10 tajan toisiokäämi (12b) on kytketty siirtolinjalle (13) , tunnettu siitä, että sovitus suoritetaan muodostamalla ensin ulostuloimpedanssin (R), muuntajan kierroslukujen (Nl, N2, n), siirtolinjan ominaisimpedanssin (RL) ja signaalitason (VL) välinen riippuvuus ja hakemalla sen 15 jälkeen ulostuloimpedansseille ja muuntajan kierrosluvuille arvot (Ropt, nopt) > j°tka samanaikaisesti antavat kunkin siirtolinjan vaatiman signaalitason.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä sovituksen suorittamiseksi kahta eri siirtolinjaa varten, 20 tunnettu siitä, että linjaohjainpiirin parametrit valitaan siten, että täytetään ehdot: (V~VCz) >0 ja ja RL2<RL1 ja VL2<VL1 VL2 KL2 missä V on ensiökäämin (12a) väliulosottoon kytketty käyttöjännite, Vtr on ohjausasteen lähdössä olevan kytkin-transistorin kyllästymisjännite, RL1 ja RL2 ovat siirtolin-25 jojen ominaisimpedanssit ja VL1 ja VL2 ovat siirtolinjojen halutut signaalitasot.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä sovi- : tuksen suorittamiseksi kahta eri siirtolinjaa varten, tunnettu siitä, että linjaohjainpiirin parametrit 30 valitaan siten, että täytetään ehdot: 95182 <v-iy >0 ja ja ja VL2>VU VL2 KL2 missä V on ensiökäämin väliulosottoon kytketty käyttöjännite, Vtr on ohjausasteen lähdössä olevan kytkin-transistorin kyllästymisjännite, RL1 ja RL2 ovat siirtolin-jojen ominaisimpedanssit ja Vli ja VL2 ovat siirtolinjojen 5 halutut signaalitasot.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä sovitettu linjaohjainpiiri, joka käsittää ohjausasteen (11) ja ensiö- ja toisiokäämeillä (12a, 12b) varustetun muuntajan siten, että ohjausasteen (11) lähtönavat on 10 kytketty muuntajan ensiökäämin (12a) napoihin ulostuloim- pedanssin (R) kautta, joka linjaohjainpiiri käsittää lisäksi liitäntäelimet eri siirtolinjojen vaihtoehtoiseksi kytkemiseksi siihen, jotka siirtolinjat omaavat keskenään erilaiset ominaisimpedanssit, tunnettu siitä, että 15 toisiokäämin kaksi napaa (13, 14) muodostavat mainitut liitäntäelimet mainittuja siirtolinjoja varten. 10 95182