DE2130916C3

DE2130916C3 - Übertragungsschaltung für digitale Signale

Info

Publication number: DE2130916C3
Application number: DE2130916A
Authority: DE
Inventors: Ryoji Yokohama Imazeki; Hiroshi Kawasaki Kanagawa Ishida (Japan); Norito Kawasaki Yoshitake
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1970-06-22
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1980-06-12
Also published as: FR2096419B1; JPS527286B1; FR2096419A1; CA933607A; GB1351043A; US3705418A; DE2130916A1; CH528189A; SU420198A3; SE368126B; DE2130916B2

Description

a) während der Aussendung des Ausgangsgleichstromsignals der stromrichtungsabhängige Schalter einen Spannungsfall in Durchlaßrichtung erzeugt, durch den das aktive Element gesperrt wird, und

b) während der Zeit, zu der kein Gleichstromsignal ausgesandt wird, der stromrichtungsabhängige Schalter gesperrt ist und dann das aktive Element durch den Entladungsstrom aus der in der Übertragungsleitung gespeicherten elektrischen Ladung in den leitenden Zustand versetzt wird.

2. Übertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element einen Transistor und der in einer Richtung wirksame Schalter eine Diode enthält.

Die Erfindung betrifft eine gegenüber Masse isolierte Übertragungsschaltung für digitale Signale, bei der ein digitales Datensignal einer Oszillatorschaltung zugeführt, das Oszillatorsignal mit dem Datensignal moduliert und das modulierte Ausgangssignal der Oszillatorschaltung über einen Übertrager einem Doppelweggleichrichter zugeführt wird, ferner das Gleichstromausgangssignal des Doppelweggleichrichters durch einen Reihen- und einen Querwiderstand geteilt und die Ausgangsgröße des Querwiderstandes auf die Übertragungsleitung gegeben wird.

Bei Steuerungssystemen, bei denen zwischen den Einrichtungen längere Entfernungen vorliegen, werden die Potentialdifferenz zwischen den Einrichtungen und Masse sowie das Rauschen zu einem wesentlichen Problem. Man kann die unerwünschten Auswirkungen dadurch mindern, daß beide Klemmen der Übertragungsleitung gegenüber Masse isoliert werden. Das Datensignal wird zu diesem Zweck einem Oszillator zugeführt und der Oszillator mit dem Signal moduliert. Die modulierte Ausgangsgröße wird über einen Übertrager und eine Doppelweggleichrichterschaltung sowie eine Anpassungsschaltung in die Übertragungsleitung eingespeist. Bei dieser Methode sind in der Doppelweggleichrichterschaltung Dioden enthalten, und die Impedanz dieser Dioden verändert sich, je nachdem, ob es sich um einen abfließenden oder einen zufließenden Strom handelt. Es ist deshalb sehr schwierig sowohl für den abfließenden als auch für den zufließenden Strom, den Queiienvviderstand der Senderschaltung an die Impedanz der Übertragungsleitung anzupassen. Als Folge hiervon ist es unmöglich, gleichzeitig die Vorderflanken und die Rückflanken der Datensignal zu verbessern, d. h. eine formgetreue Übertragung von Vorder- und Rückflanken der Impulse zu erzielen.

ίο Durch die deutsche Offeniegungsschrift 19 00 917 ist eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Steuersignalen in datenverarbeitenden Anlagen vom Ausgang einer Sendestelle über eine Mehrdrahtverbindungsleitung zu einer signalverarbeitenden Empfangsstelle i> bekanntgeworden, bei der ein den Ausgang in der Sendestelle bildender Schalttransistor kollektorseitig mit der einen und emitterseitig mit der anderen geerdeten Ader der Übertragungsstrecke verbunden ist und die Übertragungsstrecke sowohl am Sendeende als 2(i auch am Empfangsende durch je eine in Sperrichtung gepolte Diode überbrückt ist. Es handelt sich somit um eine unsymmetrische Anordnung mit den obenerwähnten Problemen. Eine Anpassung der Sendestelle für den aus der Übertragungsleitung zufließenden Strom ist -'"> nicht vorgesehen.

Durch das Buch »Fernschreibtechnik« von Schönhammer und Voss, 1966, Seiten 62 Di·; 64, sind Schaltungen für die Teilnehmeranschlußtechnik für Gleichstromtelegrafie, insbesondere die Teilnehmerani<> schlußschaltung mit Kurzschlußtastung, bekannt.

Bei der Kurzschlußtastung wird ein großer Teil der in

der Leitungskapazität gespeicherten Ladung über den die Leitung kurzschließenden Kontakt ausgeglichen, der Strom durch den Empfangsmagneten fällt daher etwas

Γι schneller ab und ein Unterschwingen tritt nicht auf.

Bei der bekannten Schaltung bildet der bei der Unterbrechungstastung die Teilnehmeranscliiußleitung unterbrechende und bei der Kurzschlußtastung die Teilnehmeranschlußleitung kurzschließende Kontakt f" einen Teil des Sendurs, der die zu übertragenden Signale erzeugt. Eine Anpassung des Quellenwiderstandes der Sendeanordnung an die Impedanz der Übertragungsleitung ist nicht vorgesehen.

Durch die DE-PS 12 96 665 ist eine Schaltungsanord- »"> nung zum Umsetzen von Vierdraht-Einfachsirom- oder -Doppelstrombetrieb auf Zweidraht-Einfachstrombetrieb mit Leitungsunterbrechung bei Zeichenstromgubc für den Teilnehmeranschluß in Telegrafieverbindungen bekanntgeworden. Bei dieser Schaltung soll die Leitung ■>» des Teilnehmers unterbrochen werden, wenn der Fernschreibzeichensender auf der Amtsseitc Zeichenstromschritte abgibt. Die Zeichensendung erfolgt damit nach der Unterbrechungslastung im Gegensatz zur Kurzschlußtastung. Um beim Unterbrechen des Lei-" >> tungsstroms durch einen am Ausgang der Umsetzerschaltung angeordneten Transistor zu erreichen, daß der Strom im Empfangsmagneten unter die Nullmie schwingt, ist zwischen den Ausgangsklemmen der Umsetzerschaltung, an die die Teilnehmeranschlußlci- ><> tung angeschlossen ist, die Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator geschähet, wodurch bei Leitungsunterbrechung ein gedämpfter Schwingungskreis entsteht, der hauptsächlich aus der Induktivität des Empfangsmagneten, dem Leitungsver- ^i längerungswidcrstand sowie dem genannten Widerstand und dem Kondensator zwischen den Ausgangsklemmen der Umsetzerschaltung besteht. Eine Anpassung des Quellenwiderstandes der Senderschaltung an

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die Impedanz der Übertragungsleitung ist nicht vorgesehen. Um vielmehr eine möglichst große Reichweite bei dem betreffenden Anwendungsfall zu erzielen, soll der Innenwiderstand der Umsetzerschaltung klein sein.

Für den Einfachstromausgang des Telegrafieempfängers enthält die bekannte elektronische Umsetzerschaltung ein zusätzliches Netzwerk aus einer Diode, einem Transistor und einem Widerstand, das den Zweck hat, an eine Eingangsklemme der Umsetzerschaltung den Minuspol der Betriebsspannung über den betreffenden Transistor anzulegen, wenn der Empfänger von der Trennlage in die Zeichenlage geht. Das Steuern des Transistors dieses Netzwerks in den sperrenden Zustand erfolgt durch den Spannungsfall in Durchlaßrichtung an der Diode dieses Netzwerks und in den leitenden Zustand durch Anlegen einer mittleren Spannung beim Sperren des Ausgangstransistors der Umsetzerschaltung über einen weiteren Transistor an den Transistor des zusätzlichen Netzwerks. Voraussetzung dabei ist, daß die Mitte der Versorgungsspannung zugänglich ist oder künstlich gebildet werden kann. Eine Anpassung an die Impedanz einer Übertragungsleitung ist mit dem zusätzlichen Netzwerk nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gegenüber Masse isolierten Übertragungsschaltung der einleitend genannten Art eine Anpassung des Quellenwiderstandes der Sendeanordnung sowohl für den in die Übertragungsleitung abfließenden als auch für den aus der Übertragungsleitung zufließenden Strom zu ermöglichen, um hierdurch sowohl die Anstiegscharakteristik als auch die Abfallcharakteristik der Datensignale verbessern zu können. Die Übertragungsschaltung soll in der Lage sein, digitale Daten möglichst formgetreu ohne Verringerung der Ausgangssignalspannung und ohne die Notwendigkeit einer Vergrößerung der Ausgangsleistung des Oszillators zu übertragen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die ^Schlüsse des Querwiderstandes ein aktives Element und längs der Übertragungsleitung ein stromrichtungsabhängiger Schalter /um Steuern des aktiven Elements derart geschaltet ist, daß

a) während der Aussendung des Ausgangsgleichstromsignals der stromricntungsabhängige Schalter einen Spannungsfall in Durchlaßrichtung erzeugt, durch den das aktive Element gesperrt wird, und

b) während üer Zeit, zu der kein Gleichstromsignal ausgesandt wird, der stromrichtungsabhängige Schalter gesperrt ist und dann das aktive Element durch den Entladungsstrom aus der in der Übertragungsleitung gespeicherten elektrischen Ladung in den leitenden Zustand versetzt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist also zwischen die Ausgangsklemmen der Senderschaltung ein aktives Element geschaltet, das automatisch von einem in Reihe zur Übertragungsleitung liegenden polarisierten Schalter gesteuert wird. Die Erfindung ist insbesondere für den Einsatz in einem Rechnersteuerungssystem geeignet.

Die Erfindung wird durtn Ausführungsbeispiele an Hand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer bekannten Übertragungsschaltung für digitale Signale,

F i g. 2 ein Diagramm der Wellenformen an verschiedenen Stellen der Übertragungsschaltung,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen

Übertragungsschaltung für digitale Signale,

Fig.4a die Kennlinie der Ausgangswellenform der bekannten Übertragungsschaltung für digitale Signale und

Fig.4b die Kennlinie der AusgangsweJlenform der erfindungsgemäßen Übertragungsschaltung für digitale Signale.

Bei der bekannten, in F i g. 1 dargestellten Übertragungsschaltung für digitale Daten wird das unter a in Fig.2 dargestellte Datensignal einem Oszillator OSC zugeführt und der Oszillator OSC mit dem Datensignal a moduliert. In der Primärwindung eines Übertragers T wird die Ausgangsgröße des Oszillators erhalten, die die unter b in F i g. 2 dargestellte Wellenform besitzt. Die modulierte Wellenform b (gemäß F i g. 2) wird über den Übertrager T einer Doppelweggleichrichterschaltung, die aus den Dioden D\ und Lh besteht, zugeführt und durch diese Dioden gleichgerichtet. Die unter ein F i g. 2 dargestellte Ausgangsgröße der Doppelweggleiehrichterschaltung wird einer aus den Widerständen R 1 und R 2 bestehenden Anpassungsschaltung zugeführt. Die Ausgangsgröße der Anpassungsschaltung, d. h. die Ausgangsgröße der Senderschaltung TC. wird über eine Übertragungsleitung L mit dem Wellenwiderstand Zo zu einer weiteren Einrichtung gesandt, d. h. einer Empfangsschaltung RC mit der Belastung RL. Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist die Übertragungsleitung L zwischen die Ausgangsklemmen I und 2 der Senderschaltung TC und die Eingangsklemmen 3 und 4 der Empfangsschaltung RC geschaltet, und es ist, wie aus Fig. I ersichtlich, die Übertragungsleitung L gegenüber Masse isoliert. Im allgemeinen ist zur Verringerung der erforderlichen Leistung der Senderschaltung TC der Lastwiderstand RL so gewählt, daß RL>Zo- Ferner muß die Ausgangsimpedanz der Senderschaltung TCso gewählt werden, daß ihr Wert in der Nähe des Wellenwiderstandes Zg der Überiragungsleitung /. liegt, damit die digitalen Daten mit kleiner Zeitverzögerung übertragen werden können.

Es sei angenommen, daß der Oszillator OSC. der Übertrager Tund die Dioden D\ und Lh ideale Elemente sind. Dann ist die Ausgangsimpedanz zwischen den Klemmen 1 und 2 während der Zeit, während der das Datensignal gesendet wird:

R Λ - ⁽ⁱⁱ

κ ι + K₂

und die Ausgangsimpedanz wird zu R₂, wenn sich die Streukapazität der Übertragungsleitung L entlädt, weil die Dioden D\ und Lh nichtleitend werden. Unter der Voraussetzung, daß

K₁ R₂ R₁ + R₁

> Z₀. R₂ > Z_n, R₁, > Z„

hat die Ausgangsgröße zwischen den Klemmen 1 und 2, die unter d in F i g. 2 dargestellte Wellenform. Wie

_Wi erwähnt, ist die Ausgangsimpedanz zwischen den Klemmen I und 2 für den abfließenden Strom durch Gleichung 1 und für den zufließenden Strom durch R2 bestimmt, da die Dioden D\ und Di im nichtleitenden Zustand sind, so daß die Wellenform d in Fig. 2 zwar

„■-, eine kurze Anstiegszeit besitzt, der abfallende Teil jedoch die in dieser Figur dargestellte Abfallzeit aufweist. Wenn zur Verbesserung der Abfallcharakteristik der Wellenform d der F i g. 2 der Widerslandswert

des Widerstandes R₂ klein gewählt wird, nimmt die Ausgangsspannung der Senderschaltung ab, da die gleichgerichtete Ausgangsgröße der Senderschaltung durch die Widerstände R\ und R₂ geteilt wird. Wenn die Werte der Widerstände R\ und R₂ sehr klein gewählt werden, um das \ erhältnis R\/R₂ auf einem konstanten Wert zu halten, ist für den Oszillator eine große Ausgangsleistung erforderlich.

Bei der Senderschaltung der in F i g. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Übertragungsschaltung für digitale Zeichen wird der Oszillatorschaltung OSCdas unter a in Fig.2 dargestellte Datensignal zugeführt und der Oszillator OSCdurch dieses Datensignal moduliert. Das unter b in Fig.2 dargestellte modulierte Ausgangssignal wird über den Übertrager Tder Doppelweggleichrichterschaltung zugeführt. Die Ausgangsgröße der Doppelweggleichrichterschaltung wird durch den Reihenwiderstand R] und den Parallelwiderstand Ri geteilt, und diese geteilte Ausgangsgröße zur Übertragungsleitung L gesendet. Soweit es den Widerstand R₂ betrifft, hat die Senderschaltung TCgemäß dieser Erfindung die gleiche Funktion wie die bekannte Übertragungsschaltung. Bei der Erfindung sind jedoch der Kollektor und der Emitter eines Transistors O mit den Klemmen 1 bzw. 2 verbunden, und eine Diode Eh ist zwischen den Emitter des Transistors O und die Verbindungsstelle zwischen der Basis des Transistors O und dem Parallelwiderstand R₂ geschaltet. Die Polarität der Diode Di ist so gewählt, daß die Durchlaßrichtung der Diode mit der Stromrichtung des Signalstroms übereinstimmt.

Wenn bei dieser Schaltung die durch die Doppelweggleichrichterschaltung gleichgerichtete Welle aus den Anschlüssen 1 und 2 austritt, wird zufolge des herausfließenden Stroms die Basis des Transistors Q durch den Spannungsfall in Durchlaßrichtung der Diode Di umgekehrt vorgespannt, und der Transistor Q wird nichtleitend. In diesem Fall ist, da der Spannungsfall in Durchlaßrichtung der Diode Di sehr klein ist, der Wert der Ausgangsimpedanz durch Gleichung 1 gegeben, und dieser Wert ist so gewählt, daß die Ausgangswellenform eine steile Anstiegsflanke besitzt. Wenn dann der Wert der gleichgerichteten Ausgangsgröße der Doppelweggleichrichterschaltung zu 0 wird, fließt die in der Streukapazität der Übertragungsleitung gespeicherte Ladung über die Klemmen 1 und 2 ab. In diesem Fall wird die Diode D3 umgekehrt zum zufließenden Strom vorgespannt, und der zufließende Strom fließt über den Parallelwiderstand R₂ zur Basis des Transistors O a Basisstrom. Als Folge hiervon fließt der |S-fach Basisstrom (j9 ist der Stromverstärkungsfaktor de Transistors Q) im Kollektorkreis des Transistors ( Demgemäß ist die Ersatzausgangsimpedanz für de zufließenden Strom

1 +

Somit lautet die notwendige Bedingung für da Aufrechterhalten der Ausgangsimpedanz der Sender Schaltung 7Cauf einem konstanten Wert sowohl für der abfließenden als auch für den zufließenden Strom:

₌
R₁ + R₂ 1 +

woraus

= R₂

folgt.

Wenn der Wert des Reihenwiderstandes R\ und de: Parallelwiderstandes R₂ so gewählt wird, daß Gleichun (4) erfüllt ist, dann wird die Abfallcharakteristik de Ausgangswellenform der Senderschaltung verbessert. Wie erwähnt, wird zufolge des Spannungsfalls de Diode Di in Durchlaßrichtung der Transistor
nichtleitend, wenn das Datensignal übertragen wird, un> es fließt in Transistor O ein Basisstrom, wenn kei Signal übertragen wird. Dann verändert sich dei Ersatzwert des Parallelwiderstandes R₂, und di

J5 Ausgangsimpedanz der Senderschaltung kann stets aui einem vorgegebenen konstanten Wert gehalten werden Dies wird automatisch durch die Diode D] und der Transistor Q bewirkt. Hierdurch kann sowohl di Anstiegszeit als auch die Abfallzeit der Ausgangswel lenform verbessert werden. Fig.4b stellt die experi mentell durch die erfindungsgemäße Schaltung erhalte ne Ausgangswellenform dar und Fig.4a die mit dei bekannten Schaltung experimentell erhaltene Aus gangswellenform. Mit der erfindungsgemäßen Schal tung kann das digitale Signal wirksam ohne Abnahm der Spannung des Ausgangssignals und ohne di Notwendigkeit, die Ausgangsleistung des Oszillators ζ erhöhen, übertragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gegenüber Masse isolierte Übertragungsschaltung für digitale Signale, bei der ein digitales Datensignal einer Oszillatorschaltung zugeführt, das Oszillatorsignal mit dem Datensignal moduliert und das modulierte Ausgangssignal der Oszillatorschaltung über einen Übertrager einem Doppelweggleichrichter zugeführt wird, ferner das Gleichsiromausgangssignal des Doppelweggleichrichters durch einen Reihen- und einen Querwiderstand geteilt und die Ausgangsgröße des Querwiderstandes auf die Übertragungsleitung gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Anschlüsse des Querwiderstandes (R₂) ein aktives Element (Q) und längs der Übertragungsleitung ein stromrichtungsabhängiger Schalter (Di) zum Steuern des aktiven Elements derart geschaltet ist, daß