TRANSMITTER STAGER FOR HIGH-SPEED DIGITAL SIGNALS

Abstract: 1. A transmitter stage digital signals with a high transmission speed, comprising an amplifier arrangement driven push-pull at its input, characterized in that a first emitter-coupled differential amplifier (T1, T2) is provided, which has an inductive load (L1) and outputs connected via. d.c. coupling elements (D1, C1 ; D2, C2) to the inputs of a second differential amplifier (T3, T4), and that an output of the second differential amplifier is connected via low-ohmic RC component (C3, R7) to the inner conductor of a following coaxial cable, to a remote-supply choke (L3, KL), and also connected to reference potential via protective diodes (D3, D4, D5).

Description: Sendestufe für digitale Signale hoher Schrittgeschw digkeit Die Erfindung betrifft eine Sende stufe für digitale Signale hoher Schrittgeschwindigkeit mit einer eingangsseitig im Gegentakt angesteuerten Verstärker anordnung. Der Ausbau der Ubertragungssysteme für digitale Signale führt zu Ubertragungssystemen für digitale Signale mit Schrittgeschwindigkeiten von einigen hundert MBaud, die beispielsweise über Koaxialkabel übertragen werden. Ein wesentlicher Teil dieser Koaxialkabel ist bereits beim Ausbau des Trägerfrequenznetzes mitverlegt worden und war ursprünglich als Reservekabel für dieses Netz vorgesehen. Die Regeneratoren für die digitalen Signale sind deshalb in die bereits vorhandenen Trägerfrequenzverstärkerstellen mit einzubauen, so dass der Regeneratorabstand des digitalen Netzes dem Verstärkerabstand des entsprechenden Trägerfrequenznetzes entsprechen muss. Aus der Dämpfung des Koaxialkabels für die zu übertragenden Signale einerseits und dem Regeneratorabstand andererseits ergibt sich die benötigte Sendeleistung, die von der Sende stufe des jeweiligen Zwischenregenerators oder des Leitungsendgerätes abgegeben werden muss. Da eine derartige Sendestufe nahezu direkt mit der nachfolgenden Kabelstrecke verbunden ist, muss eine geeignete Sende stufe auch einen ausreichenden Schutz gegen in der nachfolgenden Kabel strecke auftretende Uberspannungen, beispielsweise durch Blitzschlag verursacht, aufweisen. In der DE-OS 29 37 697 wurde bereits eine Sendestufe für die Übertragung von Signalen mit den erwähnten Schrittgeschwindigkeiten beschrieben, die insbesondere für die Ubertragung mehrstufiger digitaler Signale geeignet ist. Um ausreichende Begrenzerwirkung und Flankensteilheit zu erreichen, ist bei der Sendestufe jedoch ein relativ aufwendiger Abgleich notwendig, dieser wird besonders schwierig, wenn zusätzlich Schutzschaltungen gegen Uberspannungen vorgesehen werden müssen. Eine weitere Schwierigkeit beim Aufbau derartiger Sendestufen ergibt sich dadurch, dass in den betrachteten Frequenzbereichen der in Fig. Ia dargestellte Eochstromeffekt auftreten kann In der Fig. Ia ist der Kollektorstrom eines der Ehdstufentransistoren in Abhängigkeit von einem eingangsseitigen Rechtecksprung dargestellt. Es zeigt sich, dass die Anstiegsgeschwindigkeit für den Kollektorstrom abnimmt. Die erzeugten Impulse weisen damit eine erheblich Dachschräge auf, so dass Einschalt- und Ausschaltflanke der Impulse und damit auch die aus diesen Flanken abgeleiteten Impulse unterschiedliche Grösse aufweisen können. Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Sende stufe der eingangs erwahnten Art zu entwickeln, die ausreichende Begrenzerwirkung und Flankensteilheit bei relativ wenig aufwendigem Abgleich und wenig aufwendigem Aufbau bei geringer Dachschräge der erzeugten Rechteckimpuls aufweist. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein erster emittergekoppelter Differenzverstärker vorgesehen ist, der eine induktive Belastung aufweist und dessen Ausgänge über Gleichstromkoppelglieder mit den Eingängen eines zweiten DifferenzverstRrkers verbunden sind, dass ein Ausgang des zweiten Differenzverstärkers über ein niederohmiges RC-Glied mit dem Innenleiter eines nachgeschalteten Koaxialkabels und mit einer Fernspeisedrossel sowie ausserdem über Schutzdioden mit Bezugspotential verbunden ist. Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemässen Sende stufe ergibt sich dadurch, dass mit einem Eingang für das zu verstärkende digitale Signale der Basisanschluss eines ersten npn-Transistors verbunden ist, dass mit dem Eingang für das inverse digitale Signal der Basisanschluss eines zweiten npn-Transistors verbunden ist, dass die Emitteranschlüsse des ersten und des zweiten Transistors miteinander und über einen ersten Widerstand mit einer Quelle für negative Betriebsspannung verbunden sind, dass der Kollektoranschluss des ersten Transistors iiber eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand und einer ersten Induktivität mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Kollektor des ersten Transistors weiterhin über ein erstes Gleichstromkoppelglied aus einer ersten Zenerdiode und einem parallelgeschalteten ersten Kondensator mit dem Basisanschluss eines dritten Transistors und mit dem einen Anschluss eines dritten Widerstandes verbunden ist, dass der andere Anschluss des dritten Widerstandes mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, dass der Kollektoranschluss des zweiten Transistors über einen vierten Widerstand mit Bezugspotential und ausserdem über ein zweites Gleichstromkoppelglied aus einer zweiten Zenerdiode und einem parallelgeschalteten zweiten Kondensator mit dem Basisanschluss eines vierten Transistors und mit dem einen Anschluss eines fünften Widerstandes verbunden ist, dass der andere Anschluss des fünften Widerstandes mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, dass die Emitteranschlüsse des dritten und des vierten Transistors miteinander und über einen sechsten Widerstand mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist, dass der Kollektoranschluss des vierten Tran sistors mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Kollektoranschluss des dritten Transistors über eine in Sperrichtung gepolte Schutzdiode mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist und ausserdem über eine zweite Induktivität mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Kollektoranschluss des dritten Transistors ausserdem über einen siebenten Widerstand und einen dazu parallelgeschalteten dritten Kondensator mit dem Ausgangsanschluss und mit dem einen Anschluss einer dritten Induktivität verbunden ist, deren anderer Anschluss an Bezugspotential angeschlossen ist. Eine im Hinblick auf den Uberspannungsschutz verbesserte Weiterbildung der erfindungsgemässen Sende stufe ergibt sich dadurch, dass der Kollektoranschluss des dritten Transistors über eine im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte Dioden-Reihenschaltung mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Emitteranschluss des dritten Transistors über eine im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte siebente Diode mit dem Basisanschluss-des dritten Transistors und dass der Emitteranschluss des vierten Transistors über eine achte, im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte Diode mit dem Basisanschluss des vierten Transistors verbunden ist. Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemässen Sendestufe ist die Möglichkeit, diese zur Erzeugung pseudoternärer Signale einzurichten. Für diesen Fall ist eine Weiterbildung der erfindungsgemässen Sendestufe zweck mässig, bei der zur Erzeugung AMI-codierter Signale die Eingangssignale im Differenz-Binärcode vorliegen und die dritte Induktivität durch eine am Ende kurzgeschlossene und mit Bezugspotential verbundene Stichleitung ersetzt ist, deren Länge so gewählt ist, dass die einfache Laufzeit der Signale in der Stichleitung einer halben Bitdauer der eingangsseitig anliegenden binären Signale entspricht. Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen Fig. 1a, b idealisierte Verläufe des Kollektorstromes eines Endstufentransistors und Fig. 2 die Schaltung der erfindungsgemässen Sende stufe. Wie einleitend bereits erwähnt, ist in der Fig. 1a der Kollektorstrom eines Endstufentransistors dargestellt, der sich unter dem Einfluss eines Hochstromeffektes bei der Ansteuerung mit einem Rechteckimpuls ergibt. Weiterhin ist in der Fig. 1a die Ausgangsspannung dargestellt, die sich ergibt, sofern aus dem darüber dargestellten Impuls mittels einer Stichleitung in an sich bekannter Weise ein positiver und ein negativer Impuls, also ein pseudoternäres Signal, erzeugt wird. Die Unterschiede in der Anstiegs- und der Abfallflanke des Stromimpulses wirken sich in unterschiedlich grossen pseudoternären Impulsen aus. In der Fig. 1b ist der Verlauf des Kollektorstromes für einen in der Schaltung nach der Fig. 2 enthaltenen Endstufentransistor dargestellt, ausserdem sind die aus diesem Kollektorstrom erzeugten pseudoternären Impulse dargestellt, die entsprechend der Rechteckform des Kollektorstromes symmetrisch sind. Die Sendestufenschaltung nach der Fig. 2 enthält einen Eingang E für das zu verstärkende digitale Signal, der mit dem Basisanschluss eines ersten npn-Transistors T1 verbunden ist, und einen Eingang E für das inverse digitale Signal, der mit dem Basisanschluss eines zweiten npn-Transistors T2 verbunden ist. Die Emitteranschlüsse beider Transistoren sind miteinander und über einen ersten Widerstand R1 mit einer Quelle für eine negative 'Betriebsspannung -Ub verbunden. Damit ergibt sich eingangsseitig ein im Gegentakt angesteuerter emittergekoppelt er Differenzverstärker. Der Kollektoranschluss des ersten Transistors T1 ist über eine Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes R2 und einer ersten Induktivität L1 mit Bezugspotential verbunden. Die erste Induktivität L1 wirkt als Kompen- sationsinduktivität, die durch den vergleichsweise niederohmigen Widerstand R2 bedämpft wird und für eine Höhenanhebung der vom ersten emittergekoppelten Diffe renzverstärker verstärkten Signale sorgt. Weiterhin ist der Kollektor des ersten Transistors Tl über ein aus einer ersten Zenerdiode Dl und einem dazu parallelge schalteten ersten Widerstand C1 gebildetes Gleichstromkoppelglied mit dem Basisanschluss eines dritten Tran sistors T3 verbunden. Analog ist der Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 über einen vierten Widerstand R4 mit Bezugspotential und über ein weiteres Gleich stromkoppelglied aus einer zweiten Zenerdiode D2 mit parallelgeschaltetem zweiten Kondensator C2 mit dem Basisanschluss eines vierten Transistors T4 verbunden. Die Zenerdioden stellen in beiden Fällen die gleich spannungsmässige Anpassung zwischen der Kollektorspan nung der Vorstufentransistoren T1, T2 und der Basis spannung der Endstufentransistoren T3, T4 her. Der Basisanschluss des dritten Transistors T3 ist ausserdem über einen dritten Widerstand R3 mit der Betriebsspannungsquelle -Ub verbunden, an die auch der Basisanschluss des vierten Transistors T4 über einen fünften Widerstand R5 angeschlossen ist. Die Enitteran schlüsse des dritten und des vierten Transistors T3, T4 sind miteinander und über einen sechsten Widerstand R6 mit der Betriebsspannungsquelle -Ub verbunden, so dass auch die Endstufentransistoren einen emittergekoppelten Differenzverstärker bilden. Der Kollektoranschluss des vierten Transistors T4 ist direkt mit Bezugspotential verbunden, während der Kollektoranschluss des dritten Transistors T3 über eine im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte Schutzdiode D6 mit der Betriebsspannungsquelle -Ub, über eine Reihenschaltung aus drei im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte Schutzdioden D3, D4, D5 und dazu parallel über eine zweite Induktivität L2 in Form einer Hochfrequenzdrossel mit Bezugspotential verbunden. Die Diodenreihenschaltung dient ebenso wie die Hochfrequenzdrossel zur Ableitung von Uberspannungen, die von der angeschlossenen Kabelstrecke KK zur Sende stufe gelangen. Zur Verringerung dieser Überspannungen dient weiterhin ein RC-Glied, das an einer Seite mit dem Kollektoranschluss des dritten Transistors T3 verbunden ist, aus der Parallelschaltung eines relativ niederqhmigen siebenten Widerstandes R7 und eines dritten Kondensators C3 besteht und ausserdem mit dem Innenleiter des angeschlossenen Koaxialkabels verbunden ist. Bei der Ubertragung von binären Signalen ist mit dem Innenleiter des Koaxialkabels KK weiterhin eine dritte Induktivität L3 in Form einer Fernspeisedrossel verbunden. Bei der Erzeugung von EMI-codierten Leitungssignalen aus im Differenz-Binärcode vorliegenden Eingangssi- gnalen ist die Fernspeisedrossel in an sich bekannter Weise durch eine Stichleitung KL ersetzt, die am Ende kurzgeschlossen und mit Bezugspotential verbunden ist, während auf der anderen Seite der eine Anschluss mit Bezugspotential und der andere mit dem Innenleiter des Koaxialkabels verbunden ist. Die Länge der Stichleitung ist dabei so gewählt, dass die einfache Laufzeit der Impulse in der Stichleitung einer halben Bitdauer der binären Eingangsimpulse entspricht. Die Reflexion eines Spannungssprungs am kurzgeschlossenen Ende der Stichleitung führt dadurch im Abstand von einer Bitdauer zu einem zweiten Impulse, der gegenüber dem ersten Impulse bzw. der ersten Impulsflanke umgekehrte Polarität aufweist. Neben dieser Umformung der Ausgangssignale dient die Stichleitung gleichzeitig als Fernspeiseweiche, indem sie den Fernspeisestrom vom Innenleiter des Koaxialkabels nach Masse ableitet. Ausserdem ist die Stichleitung gleichzeitig eine der Schutzmass nahmen gegenüber auftretenden Uberspannungen, da diese durch die vergleichsweise sehr niederohmige Stichleitung sehr kurzzeitig nach Masse abgeleitet werden. Ein. weiterer Schutz der Endstufentransistoren gegen Uberspannungen ergibt sich durch das aus dem dritten Kondensator C3 und dem siebenten Widerstand R7 bestehende RC-Glied. Bei den verwendeten Hochfrequenztransistoren sind bei Überspannungen insbesondere die nur mit sehr geringen Sperrspannungen belastbare Emitterdioden gefährdet. Im Ausführungsbeispiel sind deshalb zwischen Emitter und Basis des dritten Transistors T3 eine siebente Diode D7 in Sperrichtung gepolte Schutzdiode und zwischen Emitter und Basis des vierten Transistors T4 eine achte Diode D8 in Sperrichtung gepolte Schutzdiode eingeschaltet. 4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Sendestufe für digitale Signale hoher Schritte schwindigkeit mit einer eingangsseitig im Gegentakt angesteuerten Verstärkeranordnung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein erster emittergekoppelter Differenzverstärker (T1, T2) vorgesehen ist, der eine induktive Belastung (L1) aufweist und dessen Ausgänge über Gleichstromkoppelglieder (D7, Cl; D2, C2) mit den Eingängen eines zweiten Differenzverstärkers (T3, T4) verbunden sind, dass ein Ausgang des zweiten Differenzverstärkers über ein niederohmiges RC-Glied (C3, R7) mit dem Innenleiter eines nachge scnalteten Koaxialkabels und mit einer Fernspeisedrossel (L3, KL) sowie ausserdem über Schutzdioden (D3, D4, D5) mit Bezugspotential verbunden ist. 2. Sendestufe nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass mit einem Eingang (E) für das zu verstärkende digitale Signal der Basisanschluss eines ersten npn-Transistors (T1) verbunden ist, dass mit dem Eingang (E) für das inverse digitale Signal der Basisanschluss eines zweiten npn-Transistors (T2) verbunden ist, dass die Emitteranschlüsse des ersten und des zweiten Transistors (T1, T2) miteinander und über einen ersten Widerstand (R1) mit einer Quelle (-Ub) für negative Betriebsspannung verbunden sind, dass der Kollektoranschluss des ersten Transistors über eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand (R2) und einer ersten Induktivität (L1) mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Kollektor des ersten Transistors (T1) weiterhin über ein erstes Gleichstromkoppelglied aus einer ersten Zenerdiode (D1) und einem parallelgeschalteten ersten Kondensator (C1) mit dem Basisanschluss eines dritten Transistors (T3) und mit dem einen Anschluss eines dritten Widerstandes (R3) ver bunden ist, dass der andere Anschluss des dritten Widerstandes mit der Betriebsspannungsquelle (-Ub) verbunden ist, dass der Koliektoranschluss des zweiten Transistors (T2) über einen vierten Widerstand (R4) mit Bezugspotential und ausserdem über ein zweites Gleichstromkoppel glied aus einer zweiten Zenerdiode (D2) und einem parallelgeschalteten zweiten Kondensator (C2) mit dem Basisanschluss eines vierten Transistors (T4) und mit dem einen Anschluss eines fünften Widerstandes (R5) verbunden ist, dass der andere Anschluss des fünften Widerstandes (R5) mit der Betriebsspannungsquelle (-Ub) ver- bunden ist, dass die Emitteranschlüsse des dritten und des vierten Transistors (T3, T4) miteinander und über einen sechsten Widerstand mit der Betriebsspannungsquelle (-Ub) verbunden sind, dass der Kollektoranschluss des vierten Transistors (T4) mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Kollektoranschluss des dritten Transistors (T3) über eine in Sperrichtung gepolte Schutzdiode (D6) mit der Betriebsspannungsquelle (-Ub) verbunden ist und ausserdem über eine zweite Induktivität (L2) mit Bezugspotential verbunden ist, dass der Kollektoranschluss des dritten Transistors (T3) ausserdem über einen siebenten Widerstand (R7) und einen dazu parallelgeschalteten dritten Kondensator (C3) mit dem Ausgangsanschluss (A) und mit dem einen Anschluss einer dritten Induktivität (L3) verbunden ist, deren anderer Anschluss an Bezugspotential angeschlossen ist. 3. Sendespule nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kollektoranschluss des dritten Transistors (T3) über eine in normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte Dioden-Reihenschaltung mit Bezugspotential verbunden ist dass der Emitteranschluss des dritten Transistors über eine im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte siebente Diode (D7) mit dem Basisanschluss des dritten Transistors (T3) und dass der Emitteranschluss des vierten Transistors (T4) über eine achte, im normalen Betrieb in Sperrichtung gepolte Diode (D8) mit dem Basisanschluss des vierten Transistor (T4) verbunden ist. 4. Sendestufe nach Patentanspruch 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Erzeugung AMIcodierter Signale die Eingangssignale im Differenz Binärcode vorliegen und die dritte Induktivität (L3) durch eine am Ende kurzgeschlossene und mit Bezugspotential verbundene Stichleitung ersetzt ist, deren Länge so gewählt ist, dass die einfache Laufzeit der Signale in der Stichleitung einer halben Bitdauer der eingangsseitig anliegenden binären Signale entspricht.

Inventors: MEYER, FRITZ, DR.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: H04L25
IPC codes: H04L25