5 Impulse auf Leitungen

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5 Impulse auf Leitungen
5.1 Grundlagen
Ersatzschaltbild für die Datenübertragung zwischen einem Gatter-Ausgang und dem
nachfolgenden Eingang (DS-10181):
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IMPULS
ON A LINE
DS-10181
Ausgangsspannungsquelle u0, Ausgangswiderstand R1, Eingangswiderstand R2 und
Verbindungsleitung. Bisherige Annahme: Verbindungsleitung ist ideal (R = C = L = 0).
Laufzeit auf der Leitung T = 0.
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WAVE PROPAGATION
ON A LINE
DS-10182
Ein Verbindungssystem besteht aus drei Teilen: einer Spannungsquelle u0, einem Hin- sowie
Rückleiter und einer Last R. Wird der Schalter geschlossen, so liegt die Spannung nicht sofort
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EL III
an der Last an. Vielmehr breitet sich eine „Spannungsfront" mit einer endlichen
Geschwindigkeit v längs der Leitung aus. Das Ausbreitungsverhalten läßt sich mit Hilfe
der sog. Leitungsparameter berechnen (DS-10183).
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LINE PARAMETER
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R': Widerstandsbelag
L': Induktivitätsbelag
C': Kapazitätsbelag
G': (Quer-)Leitwertsbelag
DS-10183
= Widerstand der Leitung pro Längeneinheit in Ω/cm
= Induktivität der Leitung pro Längeneinheit in H/cm
= Kapazität der Leitung pro Längeneinheit in F/cm
= Querleitwert der Leitung pro Längeneinheit in S/cm
R' und G' bewirken eine Dämpfung des Signals. Das bedeutet, daß der Spannungshub in
Abhängigkeit von der zurückgelegten Leitungslänge l sinkt. G' kann so gut wie immer
vernachlässigt werden. Im Folgenden wird zunächst auch R' unberücksichtigt gelassen
(verlustlose Leitung). Mittels L' und C' kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit v berechnet
werden, und zwar durch
1
1
(vergl. Lichtgeschwindigkeit c0 =
)
L' C '
ε 0 µ0
Man kann die Leitung näherungsweise als Plattenkondensator betrachten; daher gilt:
v=
C' ≈ ε 0 ε r
W C
=
H L
und L' ≈ µ 0
H
W
(µr ist bei allen betrachteten Materialien gleich 1, W und H sind geometrische Maße)
Berechnet man nun die Signalgeschwindigkeit v, so ergibt sich:
v=
1
µ0ε0εr
= c0
1
εr
Dabei bezeichnet c0 die Lichtgeschwindigkeit 3x108 m/s);
µ0 = 4π * 10-7 H/m und ε0 = 8,85 * 10-12 F/m.
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Da sich die Welle nicht nur im Leiter, sondern teilweise auch in der Luft ausbreitet, ist in
diesem inhomogenen Dielektrikum die relative Dielektrizitätskonstante durch eine effektive
Dielektrizitätskonstante εr,eff zu ersetzen.
Die Signalausbreitungsgeschwindigkeit ist von den Geometriedaten unabhängig und gleich
der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem Medium mit
der relativen Dielektrizitätskonstanten εr,eff. Das kommt daher, daß sich die Leistung nicht
in dem Leiter, sondern im Dielektrikum ausbreitet. Die Leiter „führen" lediglich die Welle.
Hieraus resultiert eine entscheidende Materialanforderung der Verbindungstechnik:
Zur Erzielung einer hohen Signalgeschwindigkeit muß die relative
Dielektrizitätskonstante des Isolators möglichst niedrig sein!
Es folgen Werte für gebräuchliche Dielektrika:
Dielektrikum
εr
SiO2
3,9
Leiterplattenmaterial FR4
5,5
Polyimid
2,5 - 3,9
Al2O3 - Keramik
9,5
Bewegt sich die Spannungsfront um dx weiter, so muß die Leitungskapazität C'dx aufgeladen
werden. Die dazu benötigte Ladung beträgt dQ = uC'dx. Es folgt für den Strom i:
i=
wobei
dQ
dx
u
= uC'
= uC' v =
dt
dt
Z0
Z0 =
L'
C'
mit
v=
1
L ' C'
Wellenwiderstand genannt wird.
Der Wellenwiderstand gibt an, welche Strombelastung eine Leitung bei Ausbreitung eines
Spannungsimpulses u erfährt. Seine zentrale Bedeutung gewinnt der Wellenwiderstand vor
allem durch folgenden Satz:
Trifft ein Spannungsimpuls ui von einem Leitungsabschnitt mit Wellenwiderstand Z1 auf eine
Last der Größe Z2 oder einen Leitungsabschnitt mit Wellenwiderstand Z2, so entsteht an dem
Wellenwiderstandssprung ein reflektierter Impuls mit Spannungshub ur. Der
„weiterlaufende" Spannungsimpuls heißt transmittierte Spannung.
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REFLECTION AND
TRANSMISSION
DS-10184
Aus den Kirchhoffschen Gesetzen folgt:
ui + ur = ut
(1)
ii - ir = it
(2)
ui ur
−
= it
Z1 Z1
u i − u r = i t Z1
Addiert man die letzte Gleichung zu Gleichung (1), erhält man
2u i = Z1it + u t
Das Ende von Leitung 1 kann deshalb modelliert werden als eine Spannungsquelle mit
Spannungshub 2ui, und Innenwiderstand Z1, welche die Last Z2 treibt.
Für die transmittierte Spannung ut ergibt sich:
ut =
Z2
2u i ,
Z1 + Z 2
für die reflektierte Spannung ur mit Gleichung (1):
ur =
Z 2 − Z1
ui.
Z1 + Z 2
Man definiert: ρ =
Z 2 − Z1
Z1 + Z 2
; ρ heißt Reflexionskoeffizient.
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Damit hat man:
ur = ρ ui
u t = (1 + ρ) u i
− 1 ≤ ρ ≤ +1
1+ρ ist der Transmissionskoeffizient.
Es gilt:
Zur Vermeidung von Reflexionen muß das Verbindungssystem mit einem konstanten
Wellenwiderstand Z0 ausgelegt werden!
Es gibt keine analytischen Ausdrücke für den Wellenwiderstand von rechteckigen
Leitergeometrien. Man berechnet Z0 daher mit Hilfe von analytischen Näherungen und
numerischen Verfahren.
Sollen am Leitungsende Reflexionen vermieden werden, so muß das Leitungsende mit einem
Widerstand abgeschlossen werden, dessen Wert gleich dem Wellenwiderstand ist. Dann ist
der Reflexionskoeffizient gleich Null.
Bei Leerlauf am Leitungsende beträgt der Reflexionskoeffizient +1, bei Kurzschluß -1.
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EL III
5.2 Einschaltvorgang und Lattice-Diagramm
Gegeben ist folgende Schaltung:
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IMPULS
ON A LINE
R1 = 100 Ω, Z0 = 50 Ω, R2 → ∞
ρE =
R 1 − Z 0 100 − 50 50
=
=
= 1/ 3
R 1 + Z 0 100 + 50 150
R 2 − Z 0 ∞ − 50
=
=1
R 2 + Z 0 ∞ + 50
Stationärer Zustand:
u2 = u1 = u0 = 6 V
ρA =
u1,0 =
50Ω
6V = 2V = u H
100Ω + 50Ω
u 2 ,1 = u H + u R = 2V + ρ A u H = 2V + 1 ⋅ 2V = 4V
1
u1, 2 = u 2,1 + ρ E u R = u 2,1 + u H = 4V + 2V = 4,67V
3
u 2,3 = u1, 2 + ρ A u H = u1, 2 + u R = 4,67V + 1 ⋅ 0,67V = 5,33V
1
u1, 4 = u 2,3 + ρ E u R = u 2,3 + u H = 5,33V + 0,67V = 5,55V
3
u 2,5 = u1, 4 + ρ A u H = u1, 4 + u R = 5,55V + 1 ⋅ 0,22V = 5,77V
1
u 1, 6 = u 2,5 + ρ E u R = u 2,5 + u H = 5,77V + 0,22V = 5,84V
3
u 2,7 = u 1,6 + ρ A u H = u 1,6 + u R = 5,84V + 1 ⋅ 0,074V = 5,92V
usw.
- 88 -
DS-10181
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EL III
Die Ausgangsspannung wird am Ende der Koaxialleitung positiv reflektiert. Da am Ausgang
Leerlauf ist, ist die Amplitude sehr hoch. Der zweite Impuls am Anfang der Leitung ist die
Summe der gedämpften rücklaufenden Welle des Ausgangs und der positiven Reflexion am
Eingang.
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LATTICE-DIAGRAM
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VOLTAGES
Beispiel 2:
R1 = 10 Ω, Z0 = 50 Ω, R2 = 10 kΩ
ρE =
ρA =
R 1 − Z 0 10 − 50 − 40
=
=
= −2 / 3
R 1 + Z 0 10 + 50
60
R 2 − Z 0 10000 − 50 9950
=
=
≈1
R 2 + Z 0 10000 + 50 10050
- 89 -
DS-10185
DS-10186
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EL III
REFLECTIONS OF
THE VOLTAGES
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DS-10190
Der Impuls u0 „sieht" den Spannungsteiler aus R1 und Z0, so daß auf der Leitung ein Impuls
der Größe u1=(5/6)u0 entsteht. Es wird ein rechteckförmiger Spannungspuls angenommen, bei
dem die Anstiegszeit vernachlässigbar klein ist, und die Reflexionen werden als
Spannungspegel eingezeichnet. Die Spannung u2 führt eine gedämpfte Oszillation aus. Die
Über- und Unterschwinger sind erheblich, so daß die Gefahr besteht, daß der Empfänger zwar
an-, aber auch sofort wieder ausgeschaltet wird, Dies muß durch passende Abschlüsse auf
beiden Seiten der Leitung verhindert werden.
Stationärer Zustand:
u1,0 =
u2 = u1 = u0 = 6 V
50Ω
6V = 5V = u H
10Ω + 50Ω
u 2,1 = u1,0 + ρ A u1,0 = 5V + 1 ⋅ 5V = 10V
 2
u1, 2 = u 2,1 + ρ A u1,0 ρ E = 10V + 1 ⋅ 5V ⋅  −  = 6,67V
 3
 2
u 2,3 = u1, 2 + ρ A ρ A u1, 0 ρ E = 6,67V + 1 ⋅ 1 ⋅ 5V ⋅  −  = 3,33V
 3
 2  2
u1, 4 = u 2,3 + ρ A ρ A u1,0 ρ E ρ E = 3,33V + 1 ⋅ 1 ⋅ 5V ⋅  −  ⋅  −  = 5,55V
 3  3
 2  2
u 2,5 = u1, 4 + ρ A ρ A ρ A u1, 0 ρ E ρ E = 5,55V + 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 5V ⋅  −  ⋅  −  = 7,77V
 3  3
 2  2  2
u1,6 = u 2,5 + ρ A ρ A ρ A u1, 0 ρ E ρ E ρ E = 7,77V + 1 ⋅ 1 ⋅ 1 ⋅ 5V ⋅  −  ⋅  −  ⋅  −  = 6,30V
 3  3  3
u 2,i = u1,i −1 + ρ A
i +1
2
i
⋅ u1,0 ⋅ ρ E
i
u1,i = u 2,i −1 + ρ A 2 u1,0 ρ E 2
i −1
2
; i = 1, 3, 5,....
; i = 2, 4, 6,....
- 90 -
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EL III
5.3 Beispiele
Koaxialkabel mit drei verschiedenen Abschlüssen (Generatorinnenwiderstand =
Leitungsimpedanz, R1 = Z0).
u /V
0
1
t
u /V
1
1
u /V
2
1
t
t
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COAX CABLE
Hamburg
ρA =
R2 − Z 0 
= 1 −
R2 + Z 0 
Z0  
 / 1 +
R2  
Z0 

R2 
R2 → ∞ : ρ A = 1
DST-10205
Komplette Reflexion
u /V
0
1
t
u /V
1
1
u /V
2
1
t
t
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Hamburg
ρA =
COAX CABLE
R2 − Z 0
= −1
R2 + Z 0
Reflexion mit umgekehrter Polarität => u2 ist immer 0!
- 91 -
DST-10206
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EL III
u /V
0
1
t
u /V
1
1
u /V
2
1
t
t
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COAX CABLE
Hamburg
ρA =
R2 − Z 0
=0
R2 + Z 0
DST-10207
Keine Reflexion
Allgemeine Gleichungen:
z
R
1
u
R
2
0
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ρE =
0
R1 − Z0
R1 + Z0
t < 0:
u1 = 0 V,
t = 0:
u1, 0
CALCULATION OF THE
VOLTAGES
ρA =
R2 − Z0
R2 + Z0
u2 = 0 V
Z0
1
= u0
= u0
Z 0 + R1
2
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u 2, 0 = 0V
DST-10210
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EL III
t = T:
u1,1 = u1,0
u 2,1 = (1 + ρ A ) ⋅ u1, 0
| |
| Anteil der Reflexion
einlaufende Welle
t = 2T:
u1, 2 = u1,1 + ρ A (1 + ρ E ) ⋅ u1,0
u 2, 2 = (1 + ρ A ) ⋅ u1,0
t = 3T:
u1,3 = u1,1 + ρ A (1 + ρ E ) ⋅ u1,0
u 2,3 = u 2,1 + ρ E ⋅ ρ A ⋅ (1 + ρ A ) ⋅ u1,0
t = 4T:
u1, 4 = u1, 2 + ρ E ⋅ ρ A2 (1 + ρ E ) ⋅ u1, 0
u 2, 4 = u 2,1 + ρ E ⋅ ρ A ⋅ (1 + ρ A ) ⋅ u1,0
t = 5T:
u1,5 = u1, 2 + ρ E ⋅ ρ A2 (1 + ρ E ) ⋅ u1, 0
u 2,5 = u 2 ,3 + ρ E2 ⋅ ρ A2 ⋅ (1 + ρ A ) ⋅ u1, 0
t = 6T:
u1, 6 = u1, 4 + ρ E2 ⋅ ρ A3 (1 + ρ E ) ⋅ u1, 0
u 2, 6 = u 2 ,3 + ρ E2 ⋅ ρ A2 ⋅ (1 + ρ A ) ⋅ u1, 0
Allgemein:
t = 2nT:
u1, 2 n = u1, 2 n − 2 + ρ En −1 ⋅ ρ An ⋅ (1 + ρ E ) ⋅ u1, 0
;
n = 1, 2, 3,....
t = (2n+1)T:
u 2, 2 n +1 = u 2, 2 n −1 + ρ En ⋅ ρ An ⋅ (1 + ρ A ) ⋅ u1, 0
;
n = 1, 2, 3,....
Ausgleichsvorgang klingt schnell ab, wenn:
bei
u1, 2 n = u1, 2 n − 2 und
u 2, 2 n +1 = u 2, 2 n −1
ρ E , ρ A << 1
(Anpassung)
n →∞:
u E , ∞ = u A ,∞ = u 0 ⋅
RA
Ri + RA
5.4 Das Bergeron-Diagramm
Die vorher beschriebenen Beispiele haben keine praktische Bedeutung, weil es keine idealen
Spannungsquellen gibt und die Leitungen selbst sind nicht verlustfrei sind, obwohl dieses in
vielen Fällen angenommen werden kann. Leitungen, über die ein Signal gesendet wird,
werden am Ende in irgendeiner Form abgeschlossen, wenn auch oft nur durch den
Eingangswiderstand des Empfängers. Deshalb werden im Folgenden die LeitungsReflexionen untersucht, die auftreten wenn ein Spannungsquelle über eine Leitung einen
Eingangswiderstand treibt. (Bild DS-10300)
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EL III
VOLTAGE SOURCE AND
TERMINATED LINE
DS-10300
Unmittelbar nach dem Einschalten wird die Spannungsquelle mit dem Innenwiderstand R1
durch den Wellenwiderstand Z0 belastet.
5.4.1 Einschalten einer realen Spannungsquelle
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BERGERON-DIAGRAM
TERMINATED LINE
DS-10301
Im Diagramm für u1 als Funktion von i1 wird der Innenwiderstand durch die
Widerstandsgerade mit der Neigung –R1 dargestellt, welche die Spannungsachse bei u0
schneidet. Für den Belastungswiderstand Z0 erscheint die gestrichelte Gerade mit der Neigung
Z0 durch den Ursprung. u1 und i1 stellen sich auf den Schnittpunkt 1 dieser beiden Geraden
ein.
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EL III
Nach der Laufzeit T erreichen diese Spannungs- und Stromsprünge das Leitungsende. Das
Leitungsende kann als eine Spannungsquelle mit Spannungshub 2u1,1 und Innenwiderstand Z0
dargestellt werden, welche die Last R2 treibt. Im Diagramm von u2 als Funktion von i2 ist die
Generatorkennlinie die gestrichelte Linie mit der Neigung - Z0 und dem Schnittpunkt 2u1,1 mit
der Spannungsachse. Die Last wird durch die Gerade mit der Steigung R2 durch den Ursprung
dargestellt. u2 und i2 springen nach der Zeit T auf die Werte im Schnittpunkt 2.
Gleich nach Reflexion des ersten rücklaufenden Sprunges am Leitungsanfang stellen sich dort
die Spannungs- und Stromwerte des Schnittpunktes 3 ein. Das Bild setzt sich auf diese Weise
fort mit Lastkennlinien der Neigung Z0 für den Leitungsanfang und Generatorkennlinien der
Steigung -Z0 für das Leitungsende, die von Schnittpunkt zu Schnittpunkt mit den Kennlinien
für äußere Spannungsquelle und äußere Last gehen.
Im stationären Zustand (für t → ∞) sind die Eigenschaften der Leitung ohne Bedeutung. Dann
ist die auftretende Spannung ein Ergebnis der Spannungsteilung durch den Innenwiderstand
der Spannungsquelle und des Widerstands am Ende der Leitung.
Mit der Bergeron-Methode werden die Reflexionen ähnlich wie vorher gezeigt bestimmt. Zu
den Zeitpunkte t < 0 (Schalter offen) sind die die Ströme und Spannungen auf der Leitung
gleich 0. Dieser Wert ist der Start-Punkt in Bild DS-10301. Der weitere Verlauf der Welle
erfolgt nach einer Zickzack-Form mit der Neigung ±Z0 zwischen den Charakteristiken der
Leitungsabschluß-Widerstände. Die Zickzack-Linie endet beim Ruhepunkt. Die Bedingungen
auf der Leitung sind dann konstant und es gelten wieder die Gleichspannungs-Beziehungen.
Bei einer offenen Leitung (R2 → ∞) stimmt die Linie für den Eingangswiderstand mit der
Spannungs-Achse des Diagramms überein. In diesem Fall baut sich die Spannung langsam bis
zum Endwert auf, der gleich der Generatorspannung u0 ist.
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BERGERON-DIAGRAM
OPEN LINE
DS-10302
In den Beispielen DS-10301 und DS-10302 erreicht die Spannung während der Zeit 0< t < 2T
die gleiche Amplitude am Anfang der Leitung trotz unterschiedlicher Leitungsabschlüsse.
Denn, wenn der Schalter geschlossen wird, sieht der Generator nur die Leitungsimpedanz Z0.
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EL III
Ist der Generator-Widerstand R1 kleiner als die Leitungsimpedanz Z0, so führt das zu
Überschwingern am Ende der Leitung (DS-10303 und DS-10304).
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BERGERON-DIAGRAM
TERMINATED LINE
DS-10303
BERGERON-DIAGRAM
OPEN LINE
DS-10304
- 96 -
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EL III
Ist der Generator-Widerstand R1 größer als die Leitungsimpedanz Z0, so führt das zu
Überschwingern am Anfang der Leitung (DS-10305).
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BERGERON-DIAGRAM
TERMINATED LINE
DS-10305
Reflexionen werden vermieden, wenn die Leitung mit dem Leitungs-Widerstand
abgeschlossen wird. Es ist möglich, die Leitung entweder am Anfang durch einen passenden
Generator-Widerstand (DS-10306) oder am Ende mit einem geeigneten Abschlußwiderstand
(DS-10307) anzupassen. Im zweiten Fall werden Reflexionen am Ende der Leitung
vermieden, im ersten Fall treten am Ende Reflexionen auf.
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MATCHING GENERATOR
SOURCE IMPEDANCE
- 97 -
DS-10306
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EL III
MATCHING
LINE TERMINATION
DS-10307
5.4.2 Ausschalten einer Leitung
Der Verlauf der Reflexionen auf einer Leitung, wenn die Spannungsquelle abgeschaltet wird
(DS-10400), kann mit derselben Methode vorher beschrieben werden. Wenn der Schalter
beim Generator-Ausgang geöffnet wird, ist die Energie in der Leitungs-Kapazität gespeichert
und die Spannungen können nicht sofort auf Null gehen.
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VOLTAGE SOURCE AND
TERMINATED LINE
DS-10400
Der Start-Punkt für die Bergeron Methode wird durch den Zustand während der Zeit t < 0 wie
folgt bestimmt:
Z0
u1, 0 = u 0
Z 0 + R1
- 98 -
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EL III
Bild DS-10401 zeigt das entsprechende Bergeron Diagramm und die resultierenden
Spannungsverläufe. Wenn die Leitung mit einem Abschlußwiderstand R2 = Z0 abgeschlossen
wird, geht die Spannung sofort auf Null.
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BERGERON-DIAGRAM
TURNING OFF THE LINE
DS-10401
5.4.3 Schalten einer Leitung
Die Ausgänge von Digital-Schaltungen sind im Allgemeinen push-pull-Ausgänge. Das
bedeutet, daß wenn ein Ausgang geschaltet wird, entweder eine hohe Spannung oder eine
niedrige Spannung über einen Ausgangswiderstand mit der Leitung verbunden wird (DS10500).
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VOLTAGE SOURCE AND
TERMINATED LINE
DS-10500
Beim Punkt t = 0 wird die Leitung auf der Eingangsseite kurzgeschlossen.
- 99 -
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EL III
Am Anfang und am Ende der Leitung sind endliche Widerstande, so daß die Energie und
somit, die Spannungen schneller zusammenbrechen als im vorausgehenden Beispiel.
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BERGERON-DIAGRAM
SWITCHING THE LINE
DS-10501
BERGERON-DIAGRAM
SWITCHING THE LINE
DS-10502
5.4.4 Bergeron Methode mit nichtlinearen Leitungsabschlüssen
Die Bergeron Methode kann leicht auf nichtlineare Widerstände angewendet werden, wie sie
bei digitalen Schaltungen auftreten.
Bild DS-10600 zeigt eine typische Übertragungsleitung, wenn zwei Gates auf einem Board
verbunden werden. Dieses ist die auf gedruckten Schaltungen meist verwendete
Verbindungsart. Die ansteigende Flanke produziert einen großen positiven Überschwinger,
der nur langsam abklingt wegen der hohen Widerstände vom TTL Schaltungen bei diesen
Spannungen. Der negative wird weitgehend von den Schutzdioden am Eingang der TTLSchaltungen gedämpft, so daß hier keine negativen Wirkungen erwartet werden.
- 100 -
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EL III
&
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Hamburg
&
CONNECTION BETWEEN
OUTPUT AND INPUT
DS-10600
Wegen der niedrigen Last am Ausgang durch die Leitung (R1 < Z0), steigt die Spannung am
Anfang von der Leitung sofort auf einen Wert von ungefähr 2,5 V. Das Ende von der Leitung
wird abgeschlossen durch den hohen Eingangswiderstand von Gate 2, so dass praktisch eine
Verdopplung der Spannung auftritt. In diesem Spannungsbereich ist der Ausgangswiderstand
von Gate1 ist auch sehr groß, so daß die Spannung sich langsam zum Endwert aufbaut. (DS10601).
7
U /V
Q
U /V
I
5
3
1
-100
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100
-1
I
I
BERGERON-DIAGRAM
LOW-TO-HIGH
Q
I
/ mA
/ mA
DS-10601
Am Ausgang von Gate 1 springt die Spannung anfangs auf einen Wert von 1 V. Am Ende der
Leitung wird der negative Überschwinger sehr durch die Diode der Eingangsschaltung
begrenzt, so daß die Leitungs-Reflexionen schnell abklingen (DS-10603).
- 101 -
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EL III
7
U /V
Q
U /V
I
5
3
1
-100
100
-1
I
BERGERON-DIAGRAMM
HIGH-TO-LOW
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I
Q
I
/ mA
/ mA
DS-10603
Für gewöhnlich brauchen Leitungen in einem TTL-System nicht abgeschlossen zu werden.
Wie vorher gezeigt, werden die Reflexionen normalerweise hinreichend gedämpft durch den
Ausgangswiderstand der Schaltungen (Anpassung am Anfang der Leitung) oder durch
Klemm-ioden (Kurzschließen der reflektierten Energie). Aber bei bestimmten Anwendungen,
z.B. große Bus-Systemen, wird es notwendig sein, für weitere Dämpfung von Reflexionen
durch einen zusätzlichen Abschluß von der Leitung zu sorgen. Die erste Möglichkeit ist, daß
Abschließen des Leitungsendes mit einem Widerstand (DS-10610). In diesem Fall werden die
Reflexionen ganz unterdrückt, weil die Leitung am Ende mit ihrem charakteristischen
Widerstand beendet wird. Aber, wegen des hohen Energie-Verbrauches im Ende wird diese
Art von Schaltung nicht oft benutzt.
&
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Hamburg
&
TERMINATED LINE
- 102 -
DS-10610
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EL III
7
U /V
Q
U /V
I
5
3
1
-100
100
-1
I
BERGERON-DIAGRAM
FOR TERMINATED LINE
Prof. Dr. F. Schubert
University of
Applied Sciences
Hamburg
I
Q
I
/ mA
/ mA
DS-10611
Leitungsabschluß durch Serien-Widerstand am Treiberausgang (DS-10620)
Diese Art von Leitungsabschluß braucht die wenigste Energie. Ein Nachteil ist hier, daß die
Spannung am Anfang der Leitung nach dem Wechsel nur die halbe Amplitude bei
verdoppelter Signal-Laufzeit erreicht. Infolgedessen ist diese Art von Abschluß nicht für
Anwendungen geeignet, wo es mehrere Empfänger entlang einer Leitung gibt (BusAnwendungen).
&
Prof. Dr. F. Schubert
University of
Applied Sciences
Hamburg
&
SERIES RESISTOR
IN THE DRIVER OUTPUT
- 103 -
DS-10620
Prof. Dr. F. Schubert
Prof. Dr. J. Vollmer
EL III
7
U /V
Q
U /V
I
5
3
1
-100
100
-1
I
BERGERON-DIAGRAM
WITH SERIES RESISTOR
Prof. Dr. F. Schubert
University of
Applied Sciences
Hamburg
I
Q
I
/ mA
/ mA
DS-10621
(Z0 = 100 Ω)
Um die Verlustleistung am Leitungsende in der Abschlußimpedanz zu verringern, wird in
TTL-Systemen oft ein Leitungsabschluß nach Bild DS-10630 angewandt. In diesem Fall wird
der Abschluß durch einen Spannugsteiler aus den Widerstände (R3 und R2) erreicht. Diese ist
die gebräuchlichsteste Art von Leitungsabschluß. Um die Leistungsanforderungen an das
Abschlußnetzwerk zu minimieren, wird ein Kompromiß toleriert. Wie in den Bildern gezeigt,
führt dies nicht zu großen Signal-Verzerrungen.
V CC
&
Prof. Dr. F. Schubert
University of
Applied Sciences
Hamburg
&
TERMINATED LINE WITH
VOLTAGE DIVIDER
- 104 -
DS-10630
Prof. Dr. F. Schubert
Prof. Dr. J. Vollmer
EL III
7
U /V
Q
U /V
I
5
3
1
-100
100
-1
I
BERGERON-DIAGRAM
LOW-TO-HIGH
Prof. Dr. F. Schubert
University of
Applied Sciences
Hamburg
I
Q
I
/ mA
/ mA
DS-10631
(Z0 = 100 Ω)
7
U /V
Q
U /V
I
5
3
1
-100
Prof. Dr. F. Schubert
University of
Applied Sciences
Hamburg
100
-1
I
I
BERGERON-DIAGRAM
HIGH-TO-LOW
(Z0 = 100 Ω)
- 105 -
Q
I
/ mA
/ mA
DS-10633