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Sendeschnittstelle für Taktsignale,
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sendeschnittstellen-Anordnung
zur Übertragung von aus Impulsen bestehenden Taktsignalen auf eine Übertragungsleitung
mit einem Schalter, der durch die ankommenden Taktsignale gesteuert die Verbindung
zwischen einer Stromquelle und einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einer
Primärwicklung eines Ubertragers schließt und bei der an eine Sekundärwicklung des
Übertragers die Übertragungsleitung angeschlossen ist.
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Zur störsicheren Übertragung von Taktsignalen und zum Schutz des Bedienungspersonals
der angeschlossenen Geräte werden erdsymmetrische Leitungen verwendet, die über
erdfreie, erdsymmetrische Schnittstellen mit den Geräten verbunden sind. Zur Verhinderung
von Störungen, die durch Reflexionen an den Anschlußstellen hervorgerufen werden,
muß die Übertragungsleitung an den Enden mit ihrem Wellenariderstand abgeschlossen
sein. Zur Erfüllung dieser Forderungen werden in üblicher Weise Übertrager verwendet,
deren Ubersetzungsverhältnis geeignet gewählt ist. Eine derartige bekannte Sendeschnittstellen-Anordnung
für Taktsignale ist in der Fig. 1 dargestellt. Die Sendesonnittstellen-Anordr.ung
enthält einen Ausgangsübertrager TrO, dessen Primäranschluß über eine Reihenschaltung
aus einem gesteuerten Schalter S und einem Widerstand RO mit dem Anschluß für die
Betriebsspannung UB verbunden ist. Sekundärseitig ist der Ubertrager TrO an eine
übertragungsleitung angeschlossen, die durch ihren Wellenwiderstand Z repräsentiert
ist.
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Der Schalter S wird durch den zu übertragenden Takt gesteuert; er
schließt die Verbindung zwischen Betriebsspannungsquelle und Übertrager periodisch
mit der Taktperiode Tt für die Dauer t. Entsprechend erscheint an den Anschlüssen
2, 2' der Sekundärwicklung des Übertragers TrO ein gleichstromfreies Taktsignal.
Durch geeignete Wahl des Widerstandes RO und des Ubersetzungsverhältnisses ü zwischen
der Primäraricklung und der Sekundärwicklung des Übertragers kann die Schaltung
während der Schließungs dauer des Schalters S an den als Last fungierenden Wellenwiderstand
Z der Übertragungsleitung angepaßt werden.
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Dadurch ist insgesamt die Anpassung nur während der Schließungsdauer
des Schalters S gesichert. Die Sendeschnittstellen-.4nordnung nach dem Stande der
Technik hat den Nachteil, daß bei geöffnetem Schalter S keine Anpassung vorhanden
ist. Dadurch werden Störungen, die während des geöffneten Schalters von der Ubertragungsleitung
zur Sendeschnittstellen-Anordnung gelangen, von dieser reflektiert und können in
deren Empfangsstelle einen Taktimpuls vortäuschen oder bei anderer Phasenlage auch
auslöschen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine-Sendeschnittstellen-Anordnung
der eingangs erwähnten Art anzugeben, die auch in den Pausen zwischen der Übertragung
der einzelnen Taktimpulse an die angeschlossene Übertragungsleitung angepaßt ist,
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Reihenschaltung aus dem
Widerstand und der Primärwicklung des Ubertragere eine für den Speisestrom in Sperrichtung
gepolte Diode parallel geschaltet ist und daß das Produkt aus dem Widerstandswert
des ersten Widerstandes und dem Quadrat des zu Übersetzungsverhältnisses.ü' das
der Quotient aus der Windungszahl der Primärwicklung und der Windungszahl der Sekundärwicklung
ist, wenigstens annähernd gleich dem
dem Wellenwiderstand der sekundärseitig
angeschlossenen Ubertragungsleitung ist und daß die Betriebs spannung UB so groß
gewählt ist daß
und daß dabei UD die Kniespannung der Diode>Ttdie Talctperiode und Sdie Dauer
des Taktimpulses ist.
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Die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Sendeschnittstelle bestehen
darin, daß die vorerwähnten Forderungen mit relativ wenig Aufwand erfüllt werden
konnten und daß außerdem eine universelle Einsetzbarkeit in einem weiten Frequenzbereich
gewährleistet ist.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß eine Anpassung
auch bei geöffnetem Schalter: möglich ist, sofern der aus der Primärwicklung des
Übertragers und dem vorgeschalteten Widerstand bestehende. Primärstromkreis durch
einen anderen Schalter geschlossen ist.
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Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Sendeschnittstellen-Anordnung
ergibt sich dadurch, daß als gesteuerter Schalter ein npn-Transistor vorgesehen
ist.
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Durch die Verwendung eines npn-Transistors ergibt sich die Möglichkeit,
als Ansteuerpegel für die erfindungsgemäße Schnittstelle den TTL-Pegel zu wählen,
so daß eine Kombination mit TTL-Gattern leicht möglich ist.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sendeschnittstellen-Anordnung
ergibt sich dadurch, daß der Steuerelektrode des Transistors ein zweiter Widerstand
vorgeschaltet ist.
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Bei dieser Anordnung dient der vorgeschaltete Widerstand einerseits
als Lastwiderstand für-vorgeschaltete steuernde Logiken, beispielsweise TTL-Gatter,
außerdem ist dieser Widerstand als Schutzwiderstand für den Transistor T wirksam.
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Beim Schalten von Transistoren mit induktiver Last können durch sogenannte
Überschwinger Verfälschungen der zu schaltenden Rechteckimpulse auftreten. Zur Vermeidung
dieser Überschwinger bei einer erfindungsgemäßen Sendeschnittstellen-Anordnung ist
es zweckmäßig, daß der Primär- oder der Sekundärwicklung des obertragers ein erster
Kondensator parallelgeschaltet ist.
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Eine weitere Variante der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der erste
Kondensator so gewählt ist, daß sich in Verbindung mit dem Übertrager ein Resonanzkreis
für die Grundwelle des zu übertragenden Taktsignals ergibt. Bei dieser Anordnung
ergibt sich ein sinusförmiger Takt.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Sendeschnittstellen-Anordnung nach
dem Stande der Technik, Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Sendeschnittstellen-Anordnung,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sendeschnittstellen-Anordnung,
Fig. 4 ein weiteres Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Sendeschnittstellen-Anordnung
zur Erläuterung deren Funktion und Fig. 5 Impulspläne für die Eingangs- und Ausgangsspannung
und dem Eingangsstrom.
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Die Fig. 1 ist bei der Besprechung des Standes der Technik bereits
näher erläutert worden, so daß an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen
wird.
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Das Prinzipschaltbild entsprechend der Fig. 2 enthält wie die Anordnung
nach dem Stande der Technik eine Betriebsspannungsquelle UB, einen gesteuerten Schalter
S und in Reihe mit dXesem einen ersten Widerstand R1 und die Primärwicklung des
Übertragers Trl, außerdem ist an die Sekundärwicklung dieses Ubertragers die durch
den Wellenwiderstand Z repräsentierte Ubertragungsleitung angeschlossen.
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Zusätzlich enthält di e die Sendeschnittstellen-Anordnung nach der
Fig. 2 eine erste Diode D1, die der Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand Ri
und der Primärwicklung des Übertragers parallel geschaltet'ist. Widerstand R1 und
übersetzungsver hältnis ü zwischen Primär- und Sekundärwicklung des Ubertragers
sind wie' beim Stande der Technik so gewählt, daß sich bei geschlossenem Schalter
Anpassung an den Wellenwiderstand Z der Übertragungsleitung ergibt. Bei geschlossenem
Schalter ist die Diode D1 nicht wirksam, da sie für die Betriebsspannung UB in Sperrichtung
gepolt ist. Bei geöffnetem Schalter S ergibt sich durch den Abbau des Magnetfeldes
im Ubertrager Tr1 ein entgegengesetzt zum ursprünglichen gerichteter Strom, für
den die Diode D1 in Durchlaßrichtung gepolt ist, so daß auch in diesem Falle der
Primärstromkreis des Übertragers geschlossen ist und sich Anpassung ergibt.
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Der Durchlaßwiderstand der Diode ist wegen seiner Kleinheit im Vergleich
zum Widerstand R1 zu vernachlässigen, so daß die Anpassung praktisch erhalten bleibt.
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Das Ausführungsbeispiel entsprechend der Fig. 3 enthält als gesteuerten
Schalter S entsprechend der Fig. 2 einen npn-Transistor T, außerdem enthält die
Schaltung nach der Fig. 3 zusätzlich einen zweiten Widerstand R12, der zwischen
den
Signaleingang SI und dem Basisanschluß des npr-Transistors T
geschaltet ist und einen ersten Kondensator C1, der der Beseitigung der bereits
erwähnten Uberschwinger dient. Für die praktische Ausführung wurde ein Transistor
des Typs BSY 62A und eine Diode des Typs BAW 75 gewählt, der erste Widerstand R11
hat einen Widerstandswert von 910 Ohm, während der Widerstandswert des zweiten Widerstandes
R12 bei 3,3 k Ohm lag und der Wellenwiderstand Z 130 Ohm betrug. Als Betriebsspannung
wurde eine Spannung von 5 V gewählt, die Windungszahl der Primärwicklung des-Übertragers
TR1 betrug 325 Windungen während die Sekundärwicklung 130 Windungen umfaßte. Der
Kondensator C1 wurde zu etwa 400 pF gewählt. Mit einer Sendeschnittstellen-Anordnung
der beschriebenen Art konnte neben der Übertragung eines 8 k Hz-Taktes auch ein
64 k Hz-Takt übertragen werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wurde der Kondensator C1 abgleichbar
gewählt, außerdem wurden die Windungszahlen der Wicklungen des Übertragers wesentlich
verringert, so daß sich ein Resonanzkreis für die Grundwelle einer Taktschwingung
ergab, die bei einer Frequenz von 2048 k Hz lag.
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Zur Erläuterung der Funktion der Sendeschnittstellen-Anordnung nach
der Fig. 3 ist in der Fig. 4 ein Ersatzvierpol dargestellt, an dessen Eingangsklemmen
S1 und S1' die Spannung U3 liegt, sofern der Schalter S geschlossen ist und die
Spannung -UD, wenn der Schalter S geöffnet ist. Bei der Spannung UD handelt es sich
um die Kniespannung der Diode D1, die sich aus dem spannungsabhängigen Durchlaßwiderstand
dieser Diode ergibt.
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An den mit S2 und S2' bezeichneten Sekundärklemmen des als ideal angenommenen
Übertragers erscheint ein- gleichstromfreies Taktsignal U2(t), das im Falle der
Anpassung den Hub
U253 = (U + UD) hat. In der Fig. 5 sind übereinander
die Verläufe für die Eingangsspannung U1(t), den Eingangsstrom i1(t) und die Ausgangsspannung
U2(t) des Ersatzvierpols in den Zeilen 5a und 5b dargestellt.
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Die Diode D1 kann den Primärstromkreis des Übertragers bei geöffnetem
Schalter S nur schließen, wenn der Eingangs strom i1(t) in Durchlaßrichtung der
Diode D1 fließt. Bei der gewählten positiven Polarität der Betriebsspannung U3 muß
auch der Eingangsstrom i1(t)immer positiv sein. Daraus läßt sich die Bedingung
ableiten, die für die Funktionsfähigkeit der Schaltung erfüllt sein muß.
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5 Patentansprüche 5 Figuren