DE2404957A1 - Schaltungsanordnung zur uebertragung von daten im basisband - Google Patents

Description

9135-73/H/Elf

ital. Anm. No. 19915 A/73

vom 1.2.1973

Societä Italiana Telecomunicazioni Siemens s.p.a., Mailand (Italien)

Schaltungsanordnung zur übertragung von Daten im Basisband

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur übertragung von Daten im Basisband mittels Signalen niedrigen Pegels auf symmetrischen, mit charakteristischen Impedanzen (Wellenwider-* stand) abgeschlossenen Leitungen, die galvanisch gegen andere Schaltungen der sendenden und empfangenden Endstellen entkoppelt sind.

Systeme dieser Art dienen zur Verbindung zwischen zwei Datenendstellen oder zwischen einer Datenendstelle und einer zentralen Verarbeitungseinheit über eine einfache (körperliche) Leitung, wie z.B. eine Fernsprechleitungsschleife ohne das Nutzband begrenzende Elemente, wie Entzerrer, Filter, Verstärker usw. Wegen ihrer einfachen Ausbildung und Betriebsweise eignen sich solche Systeme besonders gut für Datenverbindungen einer gewissen Länge innerhalb räumlich begrenzter Bereiche. Die Systeme arbeiten asynchron und wenn die Sende- und Empfangsgeräte nur aus vollelektronischen Bauelementen bestehen, lassen sich hohe Übertragungsgeschwindigkeiten erreichen, die nur durch die Eigenschaften der Leitung und der Datenquellen be-

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grenzt werden. Durch den niedrigen Pegel der Signale können Nebensprechprobleme auch bei hohen Übertragungsgeschwindigkeiten vermieden werden. Andererseits ergibt sich auch für Signale mit niedrigem Pegel durch die symmetrische Übertragung auf zwei Leitungsdrähten eine geringe Störanfälligkeit, weil Rauschsignale gewöhnlich auf beiden Leitungsdrähten erscheinen und folglich von einem Empfänger mit einem Differenzeingang hoher Eingangsimpedanz unterdrückt werden können.

Die Leitung wird galvanisch von den Organen der Endstellen isoliert, damit die Übertragung von eventuellen Überspannungen der Leitung vermieden wird. Für die galvanische Entkopplung zwischen Leitung und Endstellenorganen ist es bekannt und üblich, sowohl in den Sende- und Empfangseinheiten als auch in deren Stromversorgungskreisen Übertrager zu verwenden.

In einem bekannten übertragungssystem der hier beschriebenen Art wird sendeseitig mit den beiden Pegeln des von der Endstelle gesendeten Datensignals abwechselnd die Erzeugung von Schwingungen durch zwei Oszillatoren gesteuert, die mit derselben Frequenz arbeiten. Die Schwingungen werden mittels Übertragern getrennt an die Eingänge von zwei Hüllkurvendemodulatoren angelegt, welche Signale abwechselnder Polarität auf die beiden Leitungsdrähte senden. Empfangsseitig steuert ein Empfänger mit symmetrischen Eingängen abwechselnd je nach der Polarität des ankommenden Signals die Erzeugung von Schwingungen zweier Oszillatoren. Die Schwingungen werden durch Übertrager auf den Eingang von zwei verschiedenen Hüllkurvendemodulatoren gekoppelt, welche eine Wiedergewinnungsschaltung steuern, die das Datensignal mit gegebener Polarität und dem von den Empfangsorganen benötigten Pegel liefert.

Wenn keine Entkopplung zwischen Endstelle und Leitung erforderlich ist, kann die Übertragung von Binärsignalen auf symmetri-

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sehen Leitungen auch mit integrierten Schaltungen auf der Sende- und Empfangsseite erfolgen. Die integrierte Sendeschaltung wandelt den logischen Pegel des binären Eingangssignals in einen Differenzstrom um, der abwechselnd dem einen oder anderen Ausgang eines eine Differenzstufe bildenden Transistorpaares zugeführt wird. Der Differenzstrom bewirkt eine Spannungsdifferenz .zwischen den beiden Leitungsdrähten, deren Polarität vom Binärwert des übertragenen Pegels abhängt. Die integrierte Empfangsschaltung stellt die Polarität der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitungsdrähten fest und gewinnt hieraus ein auf Masse bezogenes Binärsignal. Die erste Stufe dieser Impfangsschaltung ist eine Differenzstufe mit hoher Eingangsimpedanz, die folglich Rauschsignale der Leitung weitgehend unterdrückt.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Schaltungsanordnung für entkoppelte Leitungen anzugeben, die einen geringeren Aufwand erfordert und einen geringeren Raumbedarf hat als die vergleichbaren bekannten Systeme.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die in den Patentan— Sprüchen beschriebene Schaltungsanordnung.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite die bisher üblichen Entkopplungsübertrager eingespart und zum Anlegen des Signals an die symmetrische Leitung und zum Abgreifen oder Demodulieren des Signals integrierte Schaltungen verwendet werden können. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 die Schaltungen auf der Sendeseite, soweit sie für die Erfindung wesentlich sind;

Figur 2 die wesentlichen Schaltungen der Empfangsseite;

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Figur 3 die Schaltungsanordnung einer Zweidraht-Gegenschreib-Verbindung; und

Figur 4 Diagramme des Verzerrungsgrades, wie er sich in einem übertragungssystem gemäß der Erfindung ergibt.

Die Einzelheiten der hier beschriebenen Schaltungsanordnung sind jeweils der Zeichnung zu entnehmen. Die in Figur 1 dargestellte Sendeschaltung empfängt das Datensignal S, von der Endstelle über (nicht dargestellte) Grenzorgane, die es auf für die logischen Komponenten der Sendeschaltung geeignete Binärwerte bringen. Das Datensignal S^ wird über den Stromverstärker A, , dessen letzte Stufe in Form des in Emitterschaltung arbeitenden Transistors T dargestellt ist, der optisch-elektronischen Koppelstufe Oc₁ zugeführt. Die Koppelstufe enthält die Fotodiode Fd., die mit einem Strombegrenzungswiderstand R, in Reihe geschaltet ist und den Fototransistor Ft₁ betreibt. Der Emitterstrom des Fototransistors Ft₁ speist die Basis des Transistors T₁ , der in Emitterschaltung als Stromverstärker arbeitet, über den Kollektorwiderstand R₄ an der Versorgungsspannung +V₁ liegt und den Basisvorspannungswiderstand Rr hat.

Der Ausgangsstrom des Transistors T₁ steuert die integrierte Schaltung D, von der zur Erläuterung ihrer Funktionsweise die Eingangs- und Ausgangsstufen im einzelnen dargestellt sind. Das auf die Spannung +V₁ bezogene Signal, das am Eingang des mit dem Widerstand R¹ in Basisschaltung arbeitenden Transistors T₂ liegt, wird am Ausgang dieses Transistors vom Differenzverstärker Df₁ in zwei Signale verwandelt, welche die beiden symmetrischen, paarweise nach Art einer Gegentaktstufe geschalteten Transistoren T₃ und T₄ ansteuern. Am zweiten Eingang des Differenzverstärkers Df₁ liegt eine Bezugsspannung AV. Die Transistoren T₃ und T₄ arbeiten als Schalter, die abwechselnd den Differenzstrom I_ dem einen oder anderen Ausgang (Kollektor) zuführen. Der von diesem Strom abwechselnd am Widerstand R₁

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und an dem gleich großen Widerstand R₂ verursachte Spannungsabfall ändert die zwischen den Leitungsdrähten a und b liegende Spannung, d.h. diese wird unsymmetrisch, wodurch die übertragung der binären Information erreicht wird (darstellungsgemäß ist jeder der Transistoren T-₃, T₄ am Kollektor an einen der Leitungsdrähte a, b und an den hierzu parallel liegenden Widerstand R₁ bzw. R₂ angeschlossen).

Die Speisespannungen V'_o + V₁ und -V₁ werden als Gleich- oder Wechselspannungen von einer Speiseschaltung gewonnen, die hinsichtlich der Stromversorgung vollständig von der Endstelle galvanisch entkoppelt ist. Diese Speiseschaltung kann in einer an sich bekannten Weise realisiert sein, wobei zur Entkopplung Übertrager dienen können. Dieselbe Speiseschaltung liefert die Speisespannungen V" , +V~ und -V₂ für die Stromversorgung der örtlichen, d.h. in der Endstelle der Sendeschaltung vorhandenen Empfangsschaltung.

Empfangsseitig sind die beiden Leitungsdrähte a und b über die gleich groß bemessenen Widerstände Rg und R7 an die Speisespannung V" angeschlossen. Die Unsymmetrie der Leitungsspannungen wird mittels der integrierten Schaltung R festgestellt oder demoduliert. Die integrierte Schaltung R enthält eine Eingangsstufe , die aus,zwei zu einer Differenzschaltung verbundenen Transistoren T₅ und T_g gebildet ist, die mit ihren verbundenen Emittern an die Stromquelle Is₂ angeschlossen sind. Diese Eingangsstufe hoher Eingangsimpedanz ist in der Lage, auf den beiden Leitungsdrähten erscheinende Rauschsignale weitgehend zu unterdrücken.

Die Spannungsdifferenz an den Klemmen der an die Emitter der Transistoren T₅, Tg angeschlossenen Widerstände Rg und Rg wird vom Differenzverstärker Df₂ in ein auf die Speisespannung V"_o bezogenes Signal umgeformt. Der Differenzverstärker steuert die Basis des Transistors T₇ an, der in Emitterschaltung als

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Stromverstärker arbeitet. An den Kollektor des Transistors T₇ ist der Eingang der optisch-elektronischen Koppelstufe Oc₂ angeschlossen, die eine in Reihe mit dem Widerstand R₁₀ geschaltete Fotodiode Fd₂ enthält. Der mit der Fotodiode gekoppelte Fototransistor Ft₂ steuert eine Stromverstärkerstufe, die aus dem Transistor T₈ in Emitterschaltung und den Widerständen R₁₂ und R₁₁ besteht. Das Ausgangsaignal S wird über gegebenenfalls vorgesehene Grenzorgane an die Datenendstelle abgegeben.

Das hier beschriebene System erlaubt sowohl einen Vierdrahtanschluß als auch einen Zweidraht-Gegenschreib-(full-duplex)-Anschluß. Im Falle eines Zweidraht-Anschlusses gemäß Figur 3 sind der Sender TR₁ und der Empfänger RX₁ der örtlichen Endstelle ST₁ über die Diagonalen einer Brückenschaltung geschaltet, deren Zweige durch die Impedanz der Leitung L, zwei gleichwertige Widerstände R₁5» R₁₆ und eine künstliche Last L_a gebildet werden. Wenn der Sender TR₁ das Datensignal S . erzeugt, bewirkt die Unsymmetrie der Spannungen auf den Leitungsdrähten a, b, aufgrund der unterschiedlichen Spannungsabfälle an den symmetrischen Widerständen R₁-. und R,^ entsprechend unsymmetrische Spannungen an den Drähten a¹ und b' und somit die Übertragung der Information der Endstelle St₁ zur Endstelle St₂ über die Leitung L. Während der Übertragung bleiben die über den Kondensator C verbundenen Punkte 2 und -2 der Brückenschaltung auf demselben Potential , und folglich ergibt sich eine Entkopplung zwischen dem Empfänger und Sender derselben Endstelle.

In der anderen Endstelle St₂ ist ebenfalls eine Brückenschaltung vorgesehen, deren Zweige durch die Impedanz der Leitung L, zwei gleichwertige Widerstände R₁₇ und R₁₈ und eine künstliche Last L' gebildet werden. Hier bewirkt die Spannungsunsymmetrie der Drähte a¹ und b¹ zwischen den Punkten 2¹ und -2' der Brückenschaltung eine Potentialdifferenz, die vom Empfänger RX₂ festgestellt wird. Der Empfänger erzeugt das auf Masse bezogene

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Datenempfangssignal S .

Auf die gleiche Weise erfolgt die Verbindung zwischen dem über die andere Brückendiagonale geschalteten Sender TR, der Endstelle ST₇ und dem Empfänger RX₁ der Endstelle ST₁. Das

2 gesendete Signal ist in diesem Fall S . und das wiedergewon-

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nene Signal S . Die an den Empfänger und den Sender jeder Endstelle angeschlossenen Leitungen sind symmetrisch durch Widerstände R₁₉» R₂Q ^{und R}2l' ^R22' ^{die den} 9^leicnen Wert für beide Drähte haben, für die Endstelle ST, bzw. durch die Widerstände Rj^r Rj4 und R₂3r ^R ₂4 ^{für die} Endstelle ST₁ abgeschlossen.

Der Kondensator C und der entsprechende Kondensator C in der Endstelle ST₂ haben den Zweck/ hohe Frequenzen ausserhalb des Nutzbandes des Signales kurzzuschließen.

Die erreichbaren Entfernungen hängen von verschiedenen Parametern ab, wie übertragungsgeschwindigkeit, Emissionspegel, Leitungsmerkmale und zulässige Verzerrung. Die Abhängigkeit zwischen Verzerrung und Leitungslänge wird durch die Diagramme in Figur 4 veranschaulicht, die für eine zweidrahtige Leitung mit einem Leiterdurchmesser 0 = 0,6 für Übertragungsgeschwindigkeiten von 9600 Bits/s, 4800 Bits/s, 2400 Bits/s, 1200 Bits/s, 600 Bits/s gelten.

Die übertragungs- und Isolationseigenschaften des hier beschriebenen Systems sind mit den bekannten Systemen vergleichbar. Hinsichtlich der Isolierung kann der optisch-elektronische Koppler Spannungen bis zu 3 KV ertragen. Die Schaltung zur Gewinnung des Datensignals am Ausgang des Fototransistors, genauer der Transistor T, (Figur 1) auf der Sendeseite bzw. der Transistor T_Q (Figur 2) auf der Empfangsseite (in Emitterschaltung) gestatten eine Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit des optisch-elektronischen Kopplers gegenüber dessen direktem

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Anschluß an die Last und macht das Ansprechverhalten unabhängig von der Last. In der Praxis zeigt sich, daß der Koppler im Bereich der Übertragungsgeschwindigkeiten, die bei normalen Leitungen zugelassen sind, das Signal nicht verzerrt. Gegenüber bekannten Systemen desselben Typs, also mit übertragung von Gleichstromsignalen mit niedrigem Pegel auf symmetrischen Leitungen, hat die Erfindung andererseits den Vorteil einer einfacheren Schaltung einer kompakteren Bauform und eines geringeren Aufwandes mit entsprechend verminderter Kosten. Dieses ergibt sich u.a. durch die Verwendung von optisch-elektronischen Kopplern anstelle von magnetischen Kopplungskreisen in Verbindung mit integrierten Schaltungen für die Sendung und Aufnahme der Signale auf die bzw. von der Leitung.

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Claims (2)

1. Patent anspräche

   Schaltungsanordnung zur übertragung von Daten im Basisband mittels Signalen niedrigen Pegels auf symmetrischen, mit charakteristischen Impedanzen abgeschlossenen Leitungen, die galvanisch gegen andere Schaltungen der sendenden und empfangenden Endstellen entkoppelt sind, da durch g e kennzeichnet , daß auf der Sendeseite das Datensignal (S,) an den Eingang einer optisch-elektronischen Koppelstufe (Oc₁) angelegt wird, deren Ausgang mit einer die symmetrische Leitung (a,b) steuernden, einen Differenzverstärker (Df₁) enthaltenden integrierten Schaltung (D) verbunden ist, und daß auf der Empfangsseite die Polarität der Spannungsdifferenz zwischen zwei Adern der Leitung (a,b) von einer ebenfalls einen Differenzverstärker (Df₂) enthaltenden integrierten Empfangsschaltung (R) in ein Steuersignal umgewandelt wird, welches eine optisch-elektronische Koppelstufe (Oc₂) steuert.
2. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß auf der Sendeseite ein Stromverstärker (T₁) zwischen die Koppelstufe (Oc₁) und die integrierte Schaltung (D) geschaltet ist, die als Eingangsstufe einen in Basisschaltung arbeitenden Transistor (T₂) enthält, der den als Ausgangsstufe dienenden Differenzverstärker (Df₁) steuert, und daß auf der Empfangsseite der als Eingangsstufe dienende Differenzverstärker (Df₂) einen Stromverstärker (T₇) als Ausgangsstufe steuert und an den Ausgang der Koppelstufe (Oc₂) ein weiterer Stromverstärker in Form eines Transistors (T₈) in Emitterschaltung angeschlossen ist.

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