ADJUSTABLE EQUALIZER

Abstract: 1. An adjustable equaliser for equalising the frequency response of transmission lines, using three amplifier stage (3, 1, 2), in particular operational amplifier stages, each provided with independent negative feedback, which are designed as inverting amplifiers and whose amplification is adjusted by means of variable impedances (R) in the first and second amplifier stages (3, 1) and via a fixed impedance (R3 ) in the third amplifier stage (2), characterized in that the coupling from the first stage (3) to the second stage (1) takes place via a signal pre-processing circuit (A), where the negative feedback in the second stage (1) consists of the series arrangement of a variable impedance (R) and a capacitor (C1 ) to which an impedance (R') is connected in parallel where appropriate, and finally the series arrangement of a capacitor (C2) and an impedance (R2 ) is connected between the second stage (1) and the third stage (2).

Description: Regelbarer Entzerrer Die Erfindung betrifft einen regelbaren Entzerrer zur Entzerrung des Frequenzganges von Übertragungsleitun- gen unter Verwendung von zwei je für sich gegengekoppelten Verstärkerstufen, insbesondere Operationsver stärkerstufen. Regelbare Entzerrer sind bekanntlich solche Entzerrer, deren Verstärkungsfaktor durch ein Regelsignal veränderbar ist. Dieses Regelsignal wird in Abhängigkeit von den geforderten Eigenschaften gewonnen und muss von Fall zu Fall den praktischen Bedürfnissen angepasst werden. Zur Entzerrung des Frequenzganges von Übertragungslei- tungen ist eine Entzerrerschaltung erforderlich, die einen zur Dämpfung der Leitung komplementären Frequenzgang aufweist. Dazu muss passend zur aktuellen Leitungsdämpfung, gesteuert durch ein geeignetes Regelkri- terium, der Frequenzgang des Entzerrers eingestellt werden. Dieser Frequenzgang wird anhand der Fig. 1 spä- ter noch besprochen, ebenso wird anhand der Fig. 2 eine an sich bekannte Schaltung besprochen, die bislang verwendet wurde. ei dieser bekannten Schaltung tritt aber u.a. die Schwierigkeit auf, dass der Verstärkungsfktor beispielsweise nur grösser bzw. gleich Eins gewählt werden kann, so dass unter Umständen Spannungsteiler erforderlich werden, dass weiterhin die Verstärkungsvariation auch durch andere Schaltungswiderstände beeinflusst und deshalb eine grosse Variation der regelbaren Widerstände nötig wird und schliesslich dass auch eine Veränderung der Grunciverstärkung bei der Frequenz f=O nicht einfach durchuhrbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, Verstärkerschaltungen für regelbare Entzerrer anzugeben, bei denen die vorstehend genannten Schwierigkeiten praktisch vermieden sind und bei denen schliesslich auch die erforderlichen Widerstandsvariation minimal gehalten werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Nachstehend wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 wie bereits erwähnt, den an sich bek2nnten Fre quenzgang der Entzerrerverstärkung; Fig. 2 wie bereits erwähnt, die bekannte Schaltung mit nichtinvertierenden Operati6nsverstärkerschal- tungen in einer zweistufigen Anordnung; Fig. 3 eine erfindungsgemässe Schaltung mit zwei inver tierenden Verstärkers tufen; Fig. 4 eine weitere erfindungsgemässe Schaltung mit drei Verstärkerstufen. Wie einleitend bereits erwähnt, ist in Fig. 1 in Abhän- ei gleit von der normierten Frequenz f/fo mit f0 als Bezugsfrequenz der Frequenzgang der Entzerrerverstärkung dargestellt. Auf der Abszisse ist die Kabeldämpfung a in dB und ebenso das bekannte logarithmische Verstär- kungsmass 20 lg Iv/vI aufgetragen, womit kurz nochmals darauf hingewiesen sei, dass für die Einstellung des Ent- zerrers Regelsignale entsprechend dieser Kabeldämpfung gewonnen werden müssen. Ferner ist zu erkennen eine ver änderbare untere Grenzfrequenz fu und die Grundverstär- kung v0 bei der maximalen (amax) und der minimalen (amin) Dämpfung. Weiterhin sind erkennbar die Verstärkungsfak- toren V# bei maximaler (amax) und minimaler (amin) Dämpfung. Auch die zugehörigen Differenzen sind entsprechend als #vmax (o) bzw. #vmax(#) eingetragen. Bei bekannten Entzerrern nach Fig. 2 wird eine zweistufige Anordnung verwendet, bei der zwei nichtinvertierende Verstärkerstufen in Kette geschaltet sind. Die beiden Verstärkerstufen sind dort mit 1' und 2' bezeichnet, auch ist zu erkennen, dass ihre Kopplung unmittelbar aufeinanderfolgt, so dass also der nichtinvertierende Eingang der Verstärkerstufe 2' direkt am Ausgang der Verstärkerstufe 1' angeschlossen ist. Das Eingangssignal UE liegt am nichtinvertierenden Eingang der ersten Verstärkerstufe 1', das Ausgangssignal UA wird vom Ausgang der zweiten Verstärkerstufe 2' abgenommen. Die Verstärkungsfaktoren sind in Fig. 2 ebenfalls angegeben, auch ist in Abhängigkeit von der komplexen Frequenz p formelmässig der Verstärkungsfaktor dieser Schaltung an gegeben. In beiden Verstärkerstufen liegt zwischen deren invertierendem Eingang und Massepotential eine Serienschaltung aus einem Widerstand R1 und einem Kondensator C, weiterhin liegt zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang die Parallelschaltung aus einem Festwiderstand R2 und einem variablen Widerstand R. Bei der Schaltung nach Fig. 2 kann, wie einleitend erwähnt, der Verstärkungsfaktor nur auf Werte eingestellt werden, die gleich oder grösser Eins, nicht aber kleiner als Eins, sind, so dass unter Umständen zur Regelanpassung Spannungsteiler erforderlich werden, was mit zusätzli- chem Schaltungsaufwand und mit einem Dynamikverlust verbunden ist. Darüber hinaus zeigt die Schaltung nach Fig. 2 noch folgende Eigenschaften. Die Widerstandsva- riation für einen vorgegebenen Regelbereich muss gross sein, da nicht ausschliesslich der Wert von X, sondern auch der Wert der anderen Beschaltungswiderstände die Verstärkung und die Eckfrequenzen beeirussen. 3eide Anschlüsse des variablen Widerstandes R liegen an reich selspannungspotential. diene Veränderung der Grundver stärkung bei der Frequenz f=O ist nich einfach durch- führbar. Bei den in den Fig. 3 und 4 angegebenen Schaltungen treten diese Schwierigkeiten nicht mehr auf. Es sind die beiden Verstärkerstufen nur mit 1 und 2 (also ohne Apostrophierung) gekennzeichnet; im Ausführungsbei- spiel der Fig. 4 ist noch eine weitere Verstärkerstufe 3 enthalten. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele haben unter anderem den Vorteil, dass bei einer vorgegebenen geforderten Verstärkungsveränderung die hierfür erforderliche Widerstandsveränderung minimal gehalten werden kann. Auch im Beispiel der Fig. 3 und 4 sind die variablen Widerstände mit R bezeichnet (und in bekannter Weise durch den Pfeil kenntlich gemacht). Im einzelnen ist im Schaltbild der Fig. 3 noch zu erwähnen, dass die beiden Verstärkerstufen 1 und 2 über die Serienschaltung aus einem Kondensator C2 und einen Widerstand R2 ver- bunden sind, die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe 1 wird also über diese Serienkombination auf den invertie- renden Eingang der Verstärkerstufe 2 gebracht. Zu erken- nen ist ferner, dass die Eingangsspannung UE über einen Widerstand R1 auf den invertierenden Eingang der Ver stärkerstufe 1 gebracht wird, schliesslich ist die Verstärkerstufe 1 über eine Serienschaltung aus dem variab- len Widerstand R und einem Kondensator cl gegengeko?- pelt, d.h. also über diese Serienschaltung sind Cer Ausgang der Verstärkerstufe 1 und ihr invertierende Eingang verbunden, während der nichtinvertierende Sin- gang auf 3ezugspotential liegt. De Kondensator C1 kann gegebenenfalls, wie dies gestrichelt angedeutet ist, ein Widerstand R' parallelgeschaltet sein. In der zweiten Verstärkerstufe 2 sind die Verhältnisse ähnlich, nur erfolgt die Gegenkopplung lediglich über den variablen Widerstand R. Der nichtinvertierende Eingang der zwei ten Verstärkerstufe 2 liegt ebenfalls auf 3ezugspoten- ziel, erkennbar ist auch die Ausgangsspannung UA. Die Verstärkungsfaktoren sind in Fig. 2 ebenfalls formelmässig unmittelbar angegeben. Wie bereits erwähnt, soll also durch möglichst kleine Veränderung von R der Verstärkungsfaktor V möglichst viel geändert werden. Bei neueren Schaltungstechnologien wird man selbstverständlich anstreben, den Widerstand R in geeigneter Weise integrierbar auszubilden. Auch hierfür sollen also Schaltungen verwendet werden, die auf ein Regelkriterium, wie beispielsweise eine sich ändernde Steuerspannung, ansprechen. Eine stetige Ver änderung des Widerstandes R lässt sich beispielsweise durch steuerbare Feldeffekttransistoren erreichen. Wei- terhin sind stufige Einstellungen nach Art der an sich bekannten "switched capaciter-Schaltunge" (Schalter Kondensator-Schaltungen) möglich, bei denen mit Hilfe von Taktvariationen bzw. durch zuschaltbare Kondensatoren Widerstände nachgebildet werden können. Auch lässt sich an stufig abgreifabre Widerstände denken, an deren einzelne Stufen mit Hilfe von Schaltern herangegangen wird. enn man weiterhin die in Fig. 3 dargestellte Reihen- folge für die Verstärkerstufen 1 und 2 einhält, dann sorgt der Kondensator c gleichzeitig für eine gleich strommässige Abtrennung der erster Stufe, so dass die sogenannte, bei Operationsverstärkern auftretende Offset- spannung sich nicht schädlich auf die zweite Stufe aus wirken kann. In Fig. 2 wird also zur Entzerrung des Frequenzganges von Übertragungsleitungen eine Schaltung angegeben, die einen zur Dämpfung der Leitung komplementären Fre- quenzbang (ggf. zuzüglich einer konstanten Verstär kung V*) aufweist. Dabei nuS abhängig von der aktuel- len Leitungsdämpfung a, z.3. gesteuert durch die Grösse der Signalamplitude, ein Frequenzgang der Entzerrerverstärkung nach Fig. 1 eingestellt werden. Es wird also die Grundverstärkung bei tiefen Frequenzen um bis zu Vmax (o) und die Verstärkung bei hohen Frequenzen um bis zu Vmax(#) = Vmax2 (0) verändert und bei festgehaltener oberer Grenzfrequenz fO die untere Grenzfrequenz fu, ausgehend vom Wert fo für amin umgekehrt proportionnal dem Wert V (0) abgesenkt werden. Zur Verstellung der Entzerrerparameter werden zwei gleiche veränderliche Widerstände R vorgesehen1 die die geforderten Zusammenhänge zwischen Vo (Verstärkung bei f=0), fu und V# (Verstärkung bei f##) herstellen. Die in Fig. 3 angegebene Entzerreranordnung ermöglicht die Realisierung, bei der die erforderliche Widerstands- änderung minimal wird. 35 gilt hier Vo # R, V# # R2, fu = fo/Vo so dass sich die erforderliche Widerstands änderung wie folgt berechnen lässt EMI6.1 Für den praktischen Betrieb ist der Widerstand R'#Rmax parallel zu C1 vorzusehen, der eine Gleichstromgegen- kopplung des ersten Operationsverstärkers ermöglicht. Die Vorzüge der Schaltung nach Fig. 3 gegenüber der bekannten Schaltungen nach Fig. 2 sind u.a. im folgenden zu sehen. Bei vorgegebenem Jiderstandsverhältnis ; ergibt sich hier ein vergrösserter Regelbereich. Wegen der gerin geren erforderlichen Variation sind an den oft nicht linearen differentiellen Widerständen hier grössere Amplituden zulässig bzw. es treten hier nur geringere nichtlineare Verzerrungen auf. Zur Erfüllung eines vorgegebenen Wertes von Vo mit dem zugehörigen Frequenzgang nach Bild 1 ist hier nur die theoretisch minimal mögliche Widerstandsänderung r erforderlich Der Wert der Grundverstärkung V* kann in weiten Grenzen frei gewählt werden (V* > 0). Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung ist eine Modifikation der Entzerrerschaltung nach Fig. 3 zur Dynamikreduktion im Schaltungsteil A. Auch bei dieser Schaltung sind die Verstufen 1 und 2 erkennbar, alle- dings liegt einer der veränderlichen Widerstände R nun in der Verstärkerstufe 1, während in der Verstarker- stufe 2 ein Festwiderstand R3 verwendet wird. Der zweite veränderbare Widerstand R liegt in der Verstärkerstufe 3, die über eine Signalvorverarbeitungsschaltung A an die Verstärkerstufe 1 angeschaltet ist. Die Eingangsspan- nung h wird über einen Widerstand R dem inverbieren- den Eingang der Verstärkerstufe 5 zugeführt. Die Signal- vorverarbeitungsschaltung A kann beispielsweise eine sogenannte simple and hold-(Abtast-Halte-Schaltung)-Schal- tung sein oder auch eine Filterschaltung, wie beispiels- weise ein Tiefpass. Ein variabler Widerstand R wird also, wie in Fig. 4 dargestellt, vorgezogen, um einen Schaltungsteil A mit reduzierten Dynamikforderungen betreiben zu kann nen. Auch für die Schaltung nach Fig. 4 gilt: Die Variation der Widerstände R kann durch stetige Verstellung (z.B. Dioden, FET) oder durch stufige Um schaltung (z.3. Digital/Analog-Wandler, geschaltete Kondensatoren, Widerstandsnetzwerk) erfolgen Im letzteren Fall werden die Widerstände zweckmässigerweise in logarithmisch gleichgrossen Schritten verändert, wobei eine Hysterese bei der Umschaltung vorzusehen ist. 4 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentanstrüche 1. Regelbarer Entzerrer zur Entzerrung des Frequenzganges von Übertragungsleitungen unter Verwendung von zwei je für sich gegengekoppelten Verstärkerstufen, insbesondere Operationsverstärkerstufen, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Verstärkerstufen als invertierende Verstärker ausgebildet sind, deren Verstärkungseinstellung durch veränderliche Widerstände (R) erfolgt. 2. Regelbarer Entzerrer nach Anspruch 1, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , dass der veränderbare Widerstand (R) durch integrierbare Schaltungen, wie beispiels- weise durch steuerbare Feldeffekttransistoren oder Schal ter-Kondensator-Schaltungen (SC = switched capacitor Schaltungen) nachgebildet ist. 3. Regelbarer Entzerrer nach Anspruch 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 die beiden invertierenden Verstärkerstufen (1, 2) über eine aus der Serienschaltung eines Kondensators (C2) und eines Widerstandes (R2) bestehende Koppelschaltung miteinander gekoppelt sind, dass die erste Stufe über eine Serienschaltung aus einem veränderbaren Widerstand (R) und einem Kondensator (C1) gegengekoppelt ist, die zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegt, dem ein weiterer Widerstand (R1) vorgeschaltet ist, und dass die zweite Stufe (2) ober einen veränderbaren, zwischen Operationsverstärkerausgang und invertierendem Eingang liegenden Widerstand (R) gegengekoppelt ist. 4. Regelbarer Entzerrer nach eine der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e X e n n z e i c h n e t, dass eine weitere Verstärkerstufe (3) vorgeschaltet ist, dass in dieser weiteren Verstärkerstufe (3) einer der regelbaren Widerstände liegt, dass die Kopplung zu den nächsten beiden Stufen (1, 2) über eine Signal-Vorverarbeitungsschaltung (A) erfolgt, und dass der in der letzten Verstärkerstufe (3) liegende 'Gegenkopplungs- widerstand (R3) ein Festwiderstand ist.

Inventors: MULLER, EUGEN, DR.-ING., Müller, Eugen, Dr.-Ing.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: H04B3
IPC codes: H04B3