DD143341A1 - Sende-und empfangsschaltung mit einer leitungsabschlussschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsschaltung mit einer Leitungsabschlußschaltung für Datensammelleitungen in digitalen hochintegrierten Anlagen der Nachrichten- und Rechentechnik. Es werden Sonderlösungen für den Aufbau der Steckeinheiten.und Signalreflexionen vermieden. Eine Wellenwiderstandsanpassung wird unmittelbar am Datenleitungsanfang und -ende und nur zu dem Zeitpunkt vorgenommen, wenn Datensignale über die Datenleitung gesendet werden. Dazu enthält die Schaltung einen Vor- und Endverstärker mit Speichereigenschaften und eine Abschlußsclialtung, deren Impedanz über logische Baustufen umgesteuert wird. Fig.1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltung.

Description

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Titel der Erfindung

Sende- und Empfangsschaltung mit einer Leitungsabschlußschaltung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsschaltung mit einer Leitungsabschlußschaltung für Datensammelleitungen in digitalen hochintegrierten Anlagen der Nachrichten- und Rechentechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei EDVA, Mikrorechnern u. a. digitalen Einrichtungen sind die für die Funktion notv/endigen Baugruppen (Zentrale Verarbeitungseinheit, Speicher, Ein- und Ausgabebaugruppen u. a. m.). durch Sammelleitungen für Daten-, Adreß- und Steuersignale miteinander gekoppelt. Bei großen Leitungslängen muß für eine schnelle und ungestörte Signalausbreitung jede Leitung mit einem dem Wellenwiderstand angepaßten Abschluß versehen werden. Außerdem dürfen die mit der Sammelleitung verbundenen Empfangs- und Sendeschaltungen keine Rückwirkung auf die Qualität der Signalausbreitung haben, d. h. sie müssen eine hohe Impedanz aufweisen, so daß der Strombedarf und die Störstellenausbildung am AnSchlußpunkt der Sammelleitung minimal sind. Bisher wurden solche Sammelleitungen durch ständig wirkende passive Widerstände (Einzelwiderstände, Spannungsteiler) abgeschlossen, die in Gruppen auf der Steckeinheit oder in einem Kabelstecker befestigt wurden. (Reisz, K. "Integrierte Digitalbausteine", Siemens AG München, 1970, S. 191 - 202). Diese Lösungen haben verschiedene Kachteile.

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Das Anbringen -von diskreten passiven Widerständen auf einer STE, die mit hochintegrierten Schaltkreisen "bestückt ist, bedeutet immer eine Sonderlösung und damit einen zusätzlichen Steckeinheiten-Typ; außerdem nehmen sie sehr viel Platz ein und müssen einzeln bestückt werden. Weiterhin fließt durch die ständige galvanische Verbindung zwischen Abschlußwiderstand und Leitung ein relativ hoher Strom durch die Leitung und die Widerstände; auch in den Pausen der Signalübertragung. Aus technologisch-konstruktiven Gründen können die Abschlußwiderstände nicht in unmittelbare Kachbarschaft zum Leitungsende gebracht werden; es sind oft sogenannte Stichleitungen notwendig, die eine Fehlanpassung und damit Signalforinverfälschung durch Mehrfachreflexionen verursachen.

•Eine bekannte Lösung (DE-OS 19 33 052) sieht deshalb vor, daß die diskreten Abschlußwiderstände mit auf die Logik-Steckeinheit gebracht werden. Dadurch wird aber die Bauelementedichte um fast ein Drittel herabgesetzt. Außerdem setzt der ständig durch die Widerstände fließende Strom die Verlustleistung pro Steckeinheit herauf.

Eine weitere bekannte Lösung sieht deshalb eine Reihenschaltung eines Kondensators mit dem Abschlußwiderstand vor (Abtrennung des Gleichstromanteils), wodurch nur noch beim Signalwechsel an den Impulsflanken ein Strom durch die Leitung und den Abschlußwiderstand fließt. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß bestimmte Impulsbreiten und statische Signalzustände nicht übertragbar sind. Außerdem wird ^e Abschlußwiderstand ein zusätzliches passives Bauelement benötigt, das die Bauelementedichte pro Steckeinheit weiter herabsetzt·

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, Sonderlösungen für den Aufbau der Steckeinheiten (Platzausnutzung, Wärmeabführung) zu vermeiden und eine hohe Packungsdichte zu erreichen. Außerdem wird eine Verlustleistungseinsparung pro Steckeinheit angestrebt»

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Darlegung des Y/esens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende- und Empfangsschaltung für Datensammelleitungen in digitalen Anlagen zu schaffen, bei der Signalreflexionen bis in den SubnanoSekundenbereich vermieden werden und die Wellenwider- standsanpassung unmittelbar am Datenleitungsanfang und -ende und nur zu dem Zeitpunkt vorgenommen wird, wenn Datensignale über die betreffende Leitung gesendet v/erden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß gleichzeitig in der Sende- und Empfangsschaltung angeordnete Vor- . Verstärker und Endverstärker mit Speichereigenschaften und eine elektronische Leitungsabschlußschaltung, deren Impedanz über logische Baustufen, bestehend aus einem UND-Glied und nachgeordneten Trigger-Flip-Flops, umgesteuert wird, wobei dazu ein Signaleingang zum Anlegen eines Bereitschaftssignals an das UND-Glied vorgesehen ist·

Die Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Yerzögerungszeiten des Endverstärkers und Vorverstärkers für beide Impulsflanken unterschiedlich sind.

Für die Ansteuerung symmetrischer Übertragungsleitungen ist lediglich ein Vorverstärker für beide Sendeschaltungen vorgesehen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besagt, daß die Leitungsabschlußschaltung aus einem Stromverstärker, enthaltend einen Widerstand, eine Diode und Transistoren, wobei ein Transistor als Diode geschaltet ist, so daß die Basiselektrode und die Kollektorelektrode mit der Klemme verbunden sind, und der Transistor Verbindung zur Klemme hat, und einer aktiven Konstantstromquelle besteht, die in bekannter Weise einen Tran-r sistor aufweist, der mit seiner Kollektorelektrode mit den gemeinsamen Emitterelektroden der Transistoren verbunden ist und mit seiner Emitterelektrode an der negativen Betriebsspannung anliegt, und die weiterhin einen mit der Kollektorelektrode des Transistors und mit der positiven Betriebsspannungsquelle verbundenen Widerstand, eine daran angeschlossene

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Diode und einen liderstand in fortgesetzter Reihe enthält, der einerseits ebenfalls mit der negativen Betriebsspannungsquelle und andererseits mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt· der Diode mit der Basiselektrode des Transistors verbunden ist· Die Leitungsabschlußschaltung kann auch vorteilhaft als Stromspiegelschaltung realisiert werden, '

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert· Es zeigen:

Fig· i: das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sendeschaltung,

Fig· 2: das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Empfangsschaltung,

Fig* 3' den Aufbau einer elektronischen Leitungsabschlußschaltung.

Die Sende- und Empfangsschaltungen werden integrierter Bestandteil der jeweiligen Funktionsgruppe. Auf dem LSI-Halbleiterchip sind sie an der Peripherie untergebracht, um den Zugang zum Schaltkreis unkompliziert zu gestalten. In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Sendeschaltung mit elektronischer Abschlußschaltung für die Ansteuerung von Übertragungsleitungen 1 dargestellt. Die Schaltung besteht aus einem Vorverstärker 2 und einem Endverstärker 3 mit Spei-chereigenschaften. Die eigentliche Leitungsabschlußschaltung 6 hat zur Steuerung ein UND-Glied 4 und ein Trigger-Flip-Flop 5· Die dem Eingang 7 anliegenden Datensignale werden durch die Verstärker verstärkt und am Ausgang 8 auf die Übertragungsleitung 1 gegeben. Ob am Ausgang 8 die Leitungsabschlußschaltung hochohmig oder niederohmig wirkt, hängt von der Umsteuerung durch das UND-Glied 4 und das Trigger-Flip-Flop 5 ab,-Unter der Annahme, daß

- Datensignale übertragen werden sollen,

- sich die Sendeschaltung am Anfang der Übertragungsleitung 1 befindet,

- die Übertragungsleitung 1 am Anfang angepaßt abgeschlossen werden soll (niedrige Impedanz der Abschlußschaltung)

liegt am Eingang 9 ein Bereitschaftssignal an.

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Mit der ansteigenden Flanke des ersten Datensignals wird das UND-Glied 4 geöffnet und das Trigger-Flip-Flop 5 so umgesteu-¹ ert, daß die' Leitungsabschlußschaltung 6 in den Zustand niedriger Impedanz versetzt wird· Durch die verzögernde Wirkung des Endverstärkers 3 ist sichergestellt, daß die niedrige Ab-. schlußimpedanz noch vor Eintreffen der Anstiegsflanke anliegt. Voraussetzung dazu ist, daß die Verzögerungszeit für diese Flanke im Endverstärker 3 größer ist als die Schaltzeit der Baustufenkette (UND-Glied 4, Trigger-Flip-Flop 5, Leitungs- " abschlußschaltung 6). Die darauffolgende abfallende Flanke des ersten Datensignals sperrt das UND-Glied 4, wodurch das Trigger-Flip-Flop 5 zurückgekippt und die Impedanz der Leitungs ab schlußschaltung 6 hochohmig gesteuert wird. Damit die hohe Impedanz der Abschlußschaltung erst nach Beendigung der abfallenden Flanke einsetzt, ist die Verzögerungszeit des Endverstärkers 3 für diese Flanke kleiner als die Schaltzeit der genannten Baustufenkette auszulegen·

Liegt kein Bereitschaftssignal an dem Signaleingang 9, dann ist das UND-Glied 4 stets gesperrt und die Leitungsabschlußschaltung 6 immer im Zustand ihrer hohen Impedanz· Obv/ohl Jetzt ebenfalls Datensignale vom Eingang 7 über Vorverstärker und Endverstärker 3 in die übertragungsleitung 1 eingespeist werden können, fehlt der niederohmige Leitungsabschluß· Dieser Fall liegt beispielsweise dann vor, wenn die Sendeschaltung nicht am Anfang der Übertragungsleitung 1, sondern zwischen Anfang und Ende an einem beliebigen Ort angeschlossen ist. In solchen Fällen ist es erwünscht, daß die Sendeschaltung gegenüber der Übertragungsleitung 1 eine relativ hohe Impedanz aufweist.

Das Bereitschaftssignal v/ird in dem jeweiligen aktiven, zum Datenaustausch bereiten Gerät bzw. Schaltkreis gebildet.

In Fig. 2 ist das Blockschaltbild der Empfangsschaltung mit einer elektronischen Leitungsabschlußschaltung 15 dargestellt. Die Schaltung ist ähnlich wie die Sendeschaltung aufgebaut. Vor- und Endverstärker 11; 12 dienen dem Empfang der am Eingang 16 eintreffenden Datensignale. Am Ausgang 17 ist die Logik zur weiteren Verarbeitung der empfangenden Datensignale angeschlossen. ·

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Die Impedanzsteuerung der Leitungsabschlußschaltung 15 wird' über die logischen Baugruppen (UND-Glied 13* Trigger-Flip-Flop 14) vorgenommen

Ist die Empfangsschaltung bereit,

— Daten zu übernehmen und . . -

— am Ende der Übertragungsleitung angeschlossen und

— soll die Leitung angepaßt abgeschlossen v/erden,

dann liegt an dem Signaleingang 18 ein Bereitschaftssignal an. Mit der ansteigenden Flanke des ersten Datensignals wird das UND-Glied 13 geöffnet und das Trigger-Flip-Flo.p 14 so gekippt, daß mit dem FF-Ausgangssigaal die Leitungsabschlußschaltung 15 in den Zustand niedriger Impedanz gesteuert wird. Die Verzögerungszeit des Vorverstärkers 11 für die Flanke muß größer sein als die Schaltzeit der Baustufenkette (UND-Glied 13, Trigger-Flip-Flop 14, Leitungsabschlußschaltung 15)· Mit dem Endver-. stärker 12 wird das eintreffende Datensignal zusätzlich geformt und verstärkt.

Die darauffolgende Abfallflanke des ersten Datensignals sperrt das UND-Glied 13, wodurch das Trigger-Flip-Flop 14 zurückgekippt und die Leitungsabschlußschaltung 15 in den Zustand hoher Impedanz gesteuert wird.

Damit die niedrige Impedanz bis zum Flankenende anliegt, muß die Verzögerungszeit des Vorverstärkers 11 für diese Flanke kleiner sein als die Schaltzeit der genannten Baustufenkette. Sollen keine Datensignale mit der Empfangsschaltung empfangen werden, dann fehlt das Bereitschaftssignal an dem Signalein— gang 18, wodurch die Leitungsabschlußschaltung 15 den Zustand hoher Impedanz behält und der Endverstärker 12 gesperrt ist» In Fig. 3 ist eine bevorzugte Lösung einer elektronischen Leitungsabschlußschaltung 6; 15 dargestellt. Die Schaltung besteht prinzipiell aus einem Stromverstärker (Widerstand 21, Diode 22, Transistoren 23J 24) mit aktiver Konstantstromquelle. Der Transistor 23 ist als Diode geschaltet. Sein Kollektor ist über eine Diode 22 mit der positiven Betriebsspannung +Ug verbunden. Die Basis des Transistors 23 ist mit der Klemme 29 verbunden, an die die Übertragungsleitung 1 bzw· der Ausgang des Vorverstärkers 11 angeschlossen ist- Die Basis des Transistors 24 ist mit

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der Klemme 30 verbunden, Über diese Klemme wird der Zustand der Abschlußschaltung vom Trigger-Flip-Flop 5; 14 gesteuert. Um die Leitungsabschlußschaltung in den Sustand niedriger Impedanz zu steuern, muß am Ausgang des Trigger-Flip-Flop 5; 14 niedriges Potential liegen. Dadurch wird der Transistor 24 gesperrt und der Transistor 23 stromführende Der durch die Konstantstromquellej die einen Widerstand 25, eine Diode 26, einen weiteren Widerstand 27 und einen Transistor 28 aufweist, wobei der Transistor 28 mit seiner Kollelctorelektrode mit den· gemeinsamen Emitterelektroden der Transistoren 23; 24 verbunden ist, mit seinem Emitter an der negativen Betriebsspannung -Ug anliegt und mit der Basis am gemeinsamen Verbindungspunkt Diode 26 und Widerstand 27 angeschlossen ist, vorbestimmte Strom im Stromverstärker fließt jetzt über den Transistor 23 und damit über die Diode 22 und den 7/iderstand 21. Das Potential auf der Übertragungsleitung 1 (Klemme 29) v/ird durch eine aktive Sendeschaltung bestimmt. Führt die Sammelleitung hohes Potential, dann steigt auch das Potential an der Klemme 29 an und die in Sperrichtung gepolte Diode 22 unterbricht den Stromfluß durch den Widerstand 21. Der aus der Übertragungsleitung 1 entzogene Strom fließt über den Transistor 23 und die Konstantstromquelle gegen die negative Betriebsspannung -U_B ab· Der Transistor 23 stellt in diesem Sehaltungszustand für die Übertragungsleitung 1 eine Impedanz dar, die dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung 1 entspricht· Die Übertragungsleitung 1 ist angepaßt abgeschlossen j es finden keine Reflexionen, statt.

Soll die Leitungsabschlußscnaltung 6j 15 eine gegenüber dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung 1 hohe Impedanz einnehmen, dann wird über das Trigger-Flip-Flop 5; 14 an Klemme ein hohes Potential gelegt. Dadurch übernimmt der Transistor den gesamten Strom der Konstantstromquelle. Die auf der Übertragungsleitung 1 befindliche Energie kann über Transistor 23 nicht abfließen. Der Kollektor von Transistor 23 stellt für die Übertragungsleitung 1 eine hohe Impedanz dar.

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In gleicher Weise wie die vorgestellte Lösung der Leitungsabschlußschaltung 6j 15 kann auch eine Stromspiegelschaltung eingesetzt werden« Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden bedeutende Vorteile erzielt« Die Leitungsabschlußschaltung 6j 15 kann unmittelbar anschließend an den Leitungsanfang bzw. das Leitungsende einschließlich der Leitungen auf der Steckeinheit und der integrierten Schaltung angeschlossen werden· Sie ist nur in Funktion, wenn Datensignale über die betreffende Leitung gesendet werden. Es sind statische Signale übertragbar· Ein H- bzw» L-Signal kann spannungsrichtig unbegrenzt lange auf der Übertragungsleitung 1 gehalten werden·

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch

   T. Sende- und Empfangsschaltung mit einer Leitungsabschlußschaltung für Datensammelleitungen in digitalen.hochintegrierten Anlagen der Nachrichten- und Rechentechnik, gekennzeichnet durch gleichzeitig in der Sende- und Empfangsschaltung angeordnete Vorverstärker (2j 11) und Endverstärker (3; 12) mit Speichereigenschaften und eine elektronische Leitungsabschlußschaltung (6; 15), deren Impedanz über logische Baustufen, bestehend aus einem UND-Glied (4 I 13) und nachgeordnet em Trigger-Flip-Flop (5J .14),· umgesteuert wird, wobei dazu ein Signaleingang (9; 18) zum Anlegen eines Bereitschaftssignals an das UND-Glied (4j 13) vorgesehen ist,
2. 2· Sende- und Empfangsschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verzögerungszeiten des Endverstärkers (3; 12) und Vorverstärkers (2j 11) für beide Impulsflanken unterschiedlich sind·
3. 3· Sende- und Empfangsschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet, dadurch, daß für die Ansteuerung symmetrischer Übertragungsleitungen (1) lediglich ein Vorverstärker (2j 11) für beide Sendeschaltungen vorgesehen ist,
4. 4. Sende- und Empfangsschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leitungsabschlußschaltung (6j 15) aus einem Stromverstärker, enthaltend den Widerstand (21), die Diode (22) und die Transistoren (23 J 24), wobei Transistor (23) als Diode geschaltet ist, so daß die Basiselektrode und die Kollektorelektrode mit der Klemme (29) verbunden sind, und der Transistor (24) Verbindung zur Klemme(30) hat," und einer aktiven Konstantstromquelle besteht, die in bekannter Weise einen Transistor (28) aufweist, der mit seiner Kollektorelektrode mit den gemeinsamen Emitterelektroden der Transistoren (23; 24) verbunden ist und mit seiner Emitterelektrode an der negativen Betriebsspannung (-U_ß) anliegt, und

   die weiterhin einen mit der Kollektorelektrode des Transistors (24) und mit der positiven Betriebsspannungsquelle (+U-o) verbundenen Widerstand (25)j eine daran angeschlossene Diode (26) und einen Widerstand (27) in fortgesetzter Reihe enthält, der einerseits ebenfalls mit der negativen Betriebsspannungsquelle (-U-o) und andererseits mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Diode (26) mit der Basiselektrode des Transistors (28) verbunden ist.
5. 5. Sende- und Empfangsschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet

   dadurch, daß die Leitungsabschlußschaltung (6; 15) als . Stromspiegelschaltung realisiert ist.

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