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Zusätzlich weist der Streckenregenerator nach dem älteren Vorschlag
eingangsseitig einen Entzerrer mit Vorverstärker und eine Anordnung zur Taktwiedergewinnung
auf. In dem älteren Vorschlag enthält der Amplitudenentscheider n -1 binäre Amplitudenentscheiderstufen,
in denen als aktives Element jeweils eine Tunneldiode vorgesehen ist, die beim Überschreiten
der jeweiligen Amplitudenstufe geschaltet wird. Zusätzlich enthält der Regenerator
nach dem älteren Vorschlag eine dem Amplitudenentscheider vorgeschaltete Abtaststufe,
die aus dem durch die Übertragungsstrecke zu
einem zeitkontinuierlichen
Signal verschliffenen Übertragungssignal möglichst genau in Bitmitte dieses Signals
Abtastwerte ausblendet.
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Aus The Bell System Technical Journal 45 (1966} No.
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7, Seiten 993 bis 1043 ist ein l Bertragungssystem für in einem PST-Code
vorliegende dreistufige digitale Signale mit im GHz-Bereich auftretenden Signalanteilen
bereits. bekannt bei dem in die obertragungsstrecke in bestimmten Abständen Impulsregeneratoren
eingefügt sind Diese Impulsregeneratoren enthalten mittels Tunneldioden aufgebaute
Entscheiderstufen mit nachgeschaltetem Verstärker. Den Entscheiderstufen wird dabei
ein Setzpuls zugeführt, dessen Impulsdauer vergleichsweise kurz gegenüber der Signalperiode
bemessen ist und dessen Impulse etwa in Bitmitte der Impulse des Empfangssignals
auftreten. Den bistabilen Kippstufen wird ein zum Setzpuls zeitlich versetzter Rücksetzpuls
zugeführt, dessen Impulsdauer etwa der des Setzpulses entspricht. Die Ausgangssignale
der bistabilen Kippstufen werden zur Erzeugung eines neuen dreistufigen digitalen
Signals addiert.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für das Verfahren der eingangs
erwähnten Art und entsprechende Anordnungen weitere Lösungen anzugeben, die bei
geringerem Aufwand in dem betrachteten Frequenzbereich die Regenerierung von zwei-
und mehrstufigen digitalen Signalen gestatten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das entzerrte
und verstärkte zu regenerierende Empfangssignal in seiner zeitkontinuierlichen Form
n -1 bistabilen Kippstufen zugeführt wird, deren Schwellenspannungen den n- 1 Schwellen
des digitalen Signals entsprechen, daß die Amplitude des Empfangssignals vor der
Zuführung zu den bistabilen Kippstufen jeweils auf einen, den Schwellenwert der
jeweiligen bistabilen Kippstufe nur geringfügig unterschreitenden Wert begrenzt
wird, so daß die bistabile Kippstufe nicht durch die Signalamplitude allein geschaltet
wird und daß den bistabilen Kippstufen zusätzlich ein Setzpuls zugeführt wird, dessen
konstante Amplitude so bemessen ist, daß durch den Setzpuls allein keine der bistabilen
Kippstufen geschaltet werden kann, beim Auftreten des Setzpulses aber alle Kippstufen
schalten, deren eingestellte Schwellenwerte niedriger als die Summe aus Signalamplitude
und Setzimpulsamplitude sind. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin,
daß keine Notwendigkeit für eine zusätzliche Signalabtastung vor der Amplitudenentscheidung
besteht und daß die Signalverstärkung vereinfacht wird, da nur noch das Signalspektrum
verstärkt werden muß.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch,
daß die Signalamplitude und die Amplitude des Setzpulses zu jeweils 1/3 des Stromhubs
der betrachteten Tunneldiode und die Amplitude des Rücksetzpulses zu wenigstens
2/3 des Stromhubs eingestellt ist.
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Ein erfindungsgemäßer Streckenregenerator zur Durchführung des vorstehend
geschilderten Verfahrens mit einer eingangsseitigen Weiche, einem nachgeschalteten
Entzerrer mit Vorverstärker, einer daran angeschlossenen Anordnung zur Taktwiedergewinnung
und einem Impulsgenerator mit Tunneldioden enthaltenden Amplitudenentscheider ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsregenerator eine Entscheideranordnung umfaßt,
die n -1 bistabile Tunneldiodenstufen mit selbsthaltendem Vorstrom und bipolarer
Triggerung enthält, denen jeweils eine Transistorverstärkerstufe zur Signalverteilung
und eine weitere Transistorverstärkerstufe zur Verteilung von Setz und. Rücksetzpuls
vorgeschaltet ist und daß die Transistorverstärkerstufen zur Signalverteilung durch
unterschiedliche Emitterwiderstände so eingestellt sind, daß sie eine maximale Signalamplitude
abgeben, die den Schwellenwert der jeweils nachgeschalteten Tunneldiodenkippstufe
unterschreitet Der Vorteil dieses Streckenregenerators gegenüber den bekannten Anordnungen
und dem Streckenregenerator nach dem älteren Vorschlag liegt in der Kombination
des Amplituden- und des Zeitentscheiders in einer Anordnung auf besonders einfache
Weise. Eine Weiterbildung des. erfindungsgemäßen Streckenregenerators mit einem
vergleichsweise geringen Verstärkeraufwand ergibt sich dadurch, daß zusätzliche
getrennte Transistorverstärkerstufen für den Rücksetzpuls und für den Setzpuls vorgesehen
sind, deren Kollektoranschlüsse miteinander und mit den Eingängen der weiteren Transistorverstãrkerstufen
zur Verteilung von Setz- und Rücksetzpuls verbunden sind und daß den Transistorstufen
zur Signalverteilung gemeinsame weitere Transistorverstärkerstufen vorgeschaltet
sind.
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Zur Erzeugung eines temperaturstabilisierten Rücksetzpulses und/oder
eines temperaturstabilisierten Setzpulses ist es zweckmäßig, daß bei wenigstens
einer Transistorverstärkerstufe für den Rücksetzpuls oder den Setzpuls oder die
gemeinsame Verstärkung von Rücksetzpuls und Setzpuls die Basisspannung unter Anwendung
einer in Durchlaßrichtung gepolten Planardiode erzeugt wird.
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Zur Temperaturstabilisierung der Verstärker für das zu regenerierende
Signal ist eine Variante der Erfindung zweckmäßig, bei der der gemeinsame Vorverstärker
für die Transistorstufen zur Signalverteilung aus einem zweistufigen, komplementäre
Transistoren enthaltenden gleichstromgekoppelten Transistorverstärker besteht.
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Zur Impedanzanpassung kann eine Variante des erfindungsgemäßen Streckenregenerators
zweckmäßig sein, bei der die Transistorverstärkerstufen zur Signalverteilung und
zur Verteilung von Setz- und Rücksetzpuls als Emitterfolger geschaltet sind.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert
werden.
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In der Zeichnung zeigt F i g. 1 das Ersatzschaltbild einer Stufe
des Amplitudenentscheiders mit den auftretenden Spannungen und eine Konstruktion
der auftretenden Ausgangsimpulse mittels der statischen Kennlinie einer verwendeten
Tunneldiode, F i g. 2 das Ersatzschaltbild einer Entscheiderstufe nach F i g. 1
mit einer zusätzlichen Vorbegrenzung des zu regenerierenden Signals, Fig.3 die Grundschaltung
eines Vierstufenentscheiders und F i g. 4 die Schaltung nach F i g. 3 im Detail.
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In der F i g. 1 wird die Funktion der erfindungsgemäßen Entscheiderschaltung
anhand des Ersatzschaltbildes entsprechend Fig. la und am Beispiel der Konstruktion
der Ausgangsimpulse mittels der statischen Kennlinie der Tunneldiode entsprechend
Fig 1b erläutert Dazu wird von einem binären Signal ausgegangen, wie dies das Diagramm
der Signalspannung U<t) in Fig.la zeigt. Im Beispiel hat das Signal die Sollwerte
Uo für den Wert logisch 0 und U1 für den Wert logisch 1, zwischen denen der Schwellwert
S des Entscheiders liegt. Die als eigentlicher Entscheider vorgesehene Tunneldiode
TD wird wie in dem vorerwähnten älteren Vorschlag als
bistabile
Kippstufe mit selbsthaltendem Vorstrom I und mit bipolarer Triggerung betrieben.
Im Gegensatz zum älteren Vorschlag wird in diesem Falle jedoch das Signal in seiner
von der Übertragungsstrecke verschliffenen zeitkontinuierlichen Form ohne vorherige
Abtastung an den Entscheider angelegt. In den gewdnschten Entscheidungszeiten, also
jeweils in Bitmitte des empfangenen Signals, wird dem Signal ein Setzpuls konstanter
Höhe am Entscheider überlagert. Erst in diesem Zeitpunkt kommt es zum Umschalten
der Tunneldiode, die auf diese Weise neben der Amplituden-Entscheiderfunktion zugleich
die Funktion einer Abtaststufe, also eines Zeitentscheiders, übernimmt.
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Das Rücksetzen der Tunneldiode erfolgt, wie bei der Anordnung nach
dem älteren Vorschlag durch einen weiteren schmalen Impuls von umgekehrter Polarität
wie der des Setzimpulses. In dem in der Fig. ja dargestellten Ersatzschaltbild der
einzelnen Entscheiderstufe sind Setz- und Rücksetzpuls zu einer Ersatzspannung Up
zusammengefaßt Diese Ersatzspannung Up wird in dtm Addierglied SU dem Eingangssignal
Usüberlagert. Dabei sind aus Vereinfachungsgründen in dem über dem Ersatzschaltbild
dargestellten Diagramm die Signalimpulse ideal rechteckförmig, Setz- und Rücksetzpuls
wegen ihrer geringen Dauer dagegen stoßförmig angenommen worden.
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In das Signaldiagramm Us(t) ist etwas dicker das betrachtete Signalintervall
eingezeichnet, das in den Entscheidungszeitpunkten 4 und t3 die ungestörten Werte
Uo und in den Entscheidungszeitpunkten t4 und ts die ungestörten Werte U, hat. Im
Zeitpunkt t2 soll dagegen eine beispielsweise durch starkes Rauschen verursachte
Störung vorliegen. Zu diesem Entscheidungszeitpunkt tritt deshalb ein Impuls mittlerer
Höhe auf, der gerade den Schwellenwert S erreicht. Der sich ergebende Steuerstrom
iT für die Tunneldiode TD für dieses Signalbeispiel ist in Fig ob über den im Ersatzschaltbild
nach Fig. la auftretenden Spannungen phasenrichtig dargestellt Unter Vernachlässigung
des vergleichsweise niederohmigen Bahnwiderstandes der Tunneldiode kann der Tunneldiodensteuerstrom
aus
ermittelt werden, wobei
In dem Diagramm ist neben dem Steuerstrom die statische Kennlinie der Tunneldiode
dargestellt, die ebenso wie die Impulsformen stark idealisiert ist. Unter dieser
Kennlinie sind schließlich die Ausgangsimpulse UA(t) der Tunneldiode dargestellt,
wie sie vom Steuerstrom erzeugt werden. Dabei ist ersichtlich, daß über dem Schwellenwert
Sliegende Kombinationen aus Signalwert und Setzpuls zum Schalten der Tunneldiode
führen und sich dadurch die Ausgangsimpulse zu den Entscheidungszeiten t2, t4 und
ts ergeben.
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Wegen der Abtastfunktion der erfindungsgemäßen Entscheiderstufe darf
das Signal für sich in keinem Falle zum Schalten der Tunneldiode führen. Dementsprechend
bleibt auch der vom größten Signalwert U1 erzeugte Steuerstrom deutlich kleiner
als der Bergstrom Ipder Tunneldiode.
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Die vorstehenden Ausführungen gelten beim Auftreten von binären Signalen.
In der F i g. 2 ist zusätzlich eine nicht unbedingt benötigte Vorbegrenzung eingeführt,
durch die sich eine wesentliche Verbesserung bei der Entscheidung von Signalen mit
mehr als zwei
Amplitudenstufen ergibt. In der F i g. 2 ist dies anhand eines Vierstufensignals
mit den möglichen Amplitudenwerten Uo, Ul, U2 und U3 und den dazwischenliegenden
Schwellen S1, S2, und S3 dargestellt. Dabei ist in der F i g. 2 nur die Entscheiderstufe
1 mit der Schwelle S 1 dargestellt, in der praktischen Ausführung werden noch zwei
weitere Entscheiderstufen mit den Schwellen S2 und S3 benötigt. Aus der Fig. 2 ist
erkennbar, daß dem Addierglied SU1 ein Begrenzer B1 vorgeschaltet ist, der dafür
sorgt, daß nur unterhalb des Schwellenwertes S1 liegende Signalwerte zum Summierer
SUl gelangen. Der zur Verfügung stehende gesamte Stromhub Al der Tunneldiode TD
von der Größe AI=Ip-Iv ist dabei, wie aus dem in der F i g. 2 rechts dargestellten
Diagramm entnehmbar, in drei gleiche Teile aufgeteilt.
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Es ergibt sich für die Signalamplitude und für die Setzpulsamplitude
eine Größe von etwa je 1/3 Al, während die Amplitude des Rücksetzpulses größer als
2/3 Al sein muß, um auch bei den größten vorkommenden Signalwerten das Rücksetzen
der Tunneldiode sicherzustellen.
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Die in F i g. 3 gezeigte Grundschaltung eines vierstufigen Entscheiders
basiert auf den Darstellungen nach den F i g. 1 und 2. Für die vier Amplitudenstufen
sind drei Tunneldioden TUl, TU2, TU3 vorgesehen, die durch einen Transistorverteiler
mit dem zu entscheidenden Signal gespeist werden. Der Transistorverteiler besteht
aus den npn Transistoren T1, T2 und T3, die als übliche Transistorverstärker einen
Emitterwiderstand zur Begrenzungseinstellung in Verbindung mit der jeweiligen Basisvorspannung
enthalten. Ein weiterer, aus den Transistoren T4, T5 und T6 gebildeter Verteiler
dient zur Zuführung des Setz- und Rücksetzpulses zu den Tunneldioden. Während die
durch die Vorströme Io eingestellten Ruhepunkte der Tunneldioden gleich sind, wird
durch die unterschiedlichen Emitterwiderstände R 1, R2, R 3 der Verteilerstufen
eine »Gewichtung« des Signals erreicht. Die Emitterwiderstände ergeben sich aus
den folgenden Formeln: sl R1 = 3. ti; R2 = 3R1; R3 = 5R1.
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Die Gleichungen für die Emitterwiderstände gelten für ein Verhältnis
der Schwellen von S1 :S2 :53=1 :3:5 bei ungestörten Signalen.
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Für die Funktionserklärung der Schaltung nach der F i g. 3 sei zunächst
angenommen, daß die Eingangsimpulse Us negative Polarität haben und dementsprechend
die npn-Transistoren zusteuern. Sofern die Transistoren gleiche Kollektorströme
der Größe -43 haben, sperrt der Transistor T 1, sofern die Signalamplituden den
Schwellenwert S1 erreichen, der Transistor T2 sperrt beim Erreichen der Schwellwerte
52, Transistor T3 sperrt schließlich bei dem Erreichen des Schwellenwertes S3. Wegen
der bereits vor Erreichen des Sperrzustandes auftretenden Nichtlinearitäten und
auch wegen des damit verbundenen Aufwandes ist eine harte Begrenzung an den vorgenannten
Schwellenwerten ungünstig, es ist zweckmäßiger, geringfügig größere Signalhübe zu
übertragen.
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Die Vorströme Io der Tunneldioden setzen sich aus den Kollektorströmen
Ica und Icb der beiden, die
jeweilige Tunneldiode ansteuernden Transistoren
zusammen. Da eine Übereinstimmung zwischen den Ruheströmen und dem geforderten Vorstrom
sich nicht zwangsläufig ergibt, ist die Einspeisung eines Kollektorstromes Ivnotwendig,
der die Größe Iv=lo-(lca+lcb) Eine Möglichkeit zur lmpedanzanpassung ist dadurch
gegeben, daß die Transistoren zur Signal- und zur Setz-und Rücksetzpulsverteilung
in Emitterfolgerschaltung betrieben werden.
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Die detaillierte Schaltungsanordnung nach der Fig. 4 enthält wiederum
die drei, auch schon in der Fig.3 dargestellten Tunneldiodenentscheider Tau1, TU2,
TU3 mit einzelnen, vorgeschalteten Transistorverstärkerstufen, zusätzlich sind aber
weitere Transistorverstärkerstufen vorgesehen. Eine derartige zusätzliche, mit dem
Transistor Til bestückte Verstärkerstufe ist für die Verstärkung des Rücksetzpulses
vorgesehen, eine weitere, mit dem Transistor T 12 bestückte Verstärkerstufe dient
zur Vorverstärkung des Setzpulses. Die Erzeugung dieser Pulse wird im vorliegenden
Fall nicht weiter betrachtet, sie kann in der im älteren Vorschlag erläuterten Art
und Weise geschehen. Die zusätzlichen Verstärkerstufen weisen ebenso wie die, den
Tunneldioden unmittelbar vorgeschalteten Verstärkerstufen für Setz- und Rücksetzpuls
eine Temperaturstabilisierung auf, die durch eine temperaturabhängige Basisspannung
der Transistoren bewirkt wird. Zu diesem Zweck ist jeweils in den Basisspannungsteiler
eine Planardiode eingefügt, die in Durchlaßrichtung gepolt ist.
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Wegen der für die Begrenzerwirkung nötigen nichtlineraren Betriebsweise
der den einzelnen Tunneldioden vorgeschalteten Signalverstärkertransistoren ist
dort eine Temperaturstabilisierung mittels Planardiode nicht direkt möglich. Der
für diese Verstärkerstufen
gemeinsame Vorverstärker wurde deshalb in komplementärer
Schaltungstechnik mittels eines npn-Transistors T13 und eines pnp-Transistors T14
in Gleichstromkopplung aufgebaut. Zusätzlich erhalten die einzelnen Vorverstärker-Begrenzertransistoren
zum Ausgleich von Exemplarstreuungen und zur Feineinstellung eine zusätzliche Spannung
UK1, UK2, UK3.
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Diese zusätzliche Spannung wird mittels entsprechend dimensionierter
Widerstandsteiler erzeugt, denen bei Bedarf eine in Durchlaßrichtung gepolte Planardiode
zugeschaltet werden kann.
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An den Ausgangsanschlüssen A 1, A 2, A 3 der einzelnen Tunneldiodenentscheider
treten amplituden-und zeitmäßig regenerierte binäre Teilsignale auf. Je nach Anordnung
des betrachteten Regenerators im Empfangsteil einer Endstelle oder aber in einem
Streckenregenerator können die binären Teilsignale entweder weiteren Verarbeitungseinrichtungen
direkt zugeführt werden, es ist aber auch die erneute Zusammenfassung zu einem vierstufigen
Übertragungssignal möglich. Diese Zusammenfassung geschieht mittels eines Binär-Quatertär-Wandlers,
der in der im älteren Vorschlag beschriebenen Art und Weise aus einzelnen Transistor-Differenzverstärkern
besteht.
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Zur Verarbeitung von beispielsweise siebenstufigen digitalen Signalen
ist es einerseits möglich, entsprechende weitere Transistorverstärkerstufen und
Tunneldiodenentscheider zuzufügen, es ist aber auch möglich, zwei dreistufige Entscheider
über eine Pegelverteilstufe zu betreiben. Diese Pegelverteilstufe teilt jedem Entscheidertripel
die in einem bestimmten Amplitudenbereich auftretenden Teilsignale zu. Zu diesem
Zwecke müßte die eine Pegelverteilstufe als Begrenzer ab einem gewissen Schwellwert
und die andere Pegelverteilstufe als Verstärker ab diesem Schwellwert betrieben
werden, so wie dies im erwähnten älteren Vorschlag beschrieben ist.