DE19518605A1 - Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen, insbesondere zur Einspeisung von Signalen in eine als Bus wirkende angepaßte Leitung oder zur Auskopplung von Signalen aus einer als Bus wirkenden angepaßten Leitung, wobei insbesondere Videosignale übertragen werden.

In verteilten Videoübertragungsanlagen, wie z. B. in Videokonferenzanlagen oder Hauskommunikationsanlagen mit Videoübertragung, sind die Videosignale von einer oder von einer aus mehreren Videosignalquellen an eine oder mehrere Videoempfänger zu übertragen. Für eine qualitativ gute Übertragung über größere Entfernungen müssen die Leitungen exakt angepaßt werden.

Für den Aufbau einer "Fernseh-Sprechanlage" wird in der Patentschrift DE-PS 27 57 461 eine sternförmige Verteilung der Signale für Bild und Ton über eine Matrixanordnung mit geschalteten Kreuzungspunkten vorgeschlagen. Nachteilig hierbei ist, daß diese durch den sternförmigen Anschluß eine umfangreiche Installation erfordert und die Matrixanordnung entsprechend der Größe des Systems aufrüstbar sein muß.

In der "Vermittlungs- und Verteileinrichtung" nach der Offenlegungsschrift DE-OS 36 32 218 werden verschiedene Endgeräte über getrennte Linieninterfaces für Eingabe und Ausgabe an eine Zentrale angeschlossen, wobei die Anschlüsse an die Linieninterfaces nicht näher spezifiziert sind. Diese Einrichtung arbeitet mit digitaler Signalübertragung sowie mit einer Zentrale und hat somit in allen Endgeräten und insbesondere beim Aufbau kleinerer Systeme einen hohen Aufwand.

Bei der "Haustelefonanlage mit Bildübertragung" nach der Offenlegungsschrift DE-OS 31 39 594 sind zwei Leiterpaare als Linieninterfaces vorgesehen. Ein erstes Linieninterface dient zur bidirektionalen Sprachübertragung, ein zweites zur unidirektionalen Übertragung des auf einen Träger modulierten Bildsignals, das an jeder Innenstation über einen Transformator ausgekoppelt werden kann. Darüber hinaus ist eine Mehrfachnutzung der Leitungen für verschiedene Funktionen vorgesehen. Diese Anordnung arbeitet mit einem auf einen Träger modulierten Bildsignal. Die Modulation und die Demodulation erfordern einen zusätzlichen Aufwand, das modulierte Signal eine höhere Bandbreite, falls nicht mit Einseitenbandmodulation gearbeitet wird, und die höheren Frequenzen zusätzliche Maßnahmen für die Einhaltung der zulässigen Störabstrahlung.

Eine vorteilhafte Lösung ist durch die Verwendung eines Linieninterfaces dann gegeben, wenn hier in Analogie zu einem Bussystem die Signale an beliebiger Stelle ein- bzw. ausgekoppelt werden können. Zur Erhöhung der Bandbreite wird in der Offenlegungsschrift DE-OS 36 32 218 unter der Bezeichnung "Schaltungsanordnung und BUS-Schaltung mit hoher Bandbreite sowie Breitband-Koppelfeldbaustein" vorgeschlagen, einen Widerstand zwischen Signalleitung und Betriebsspannung anzuordnen. Diese Schaltung ist aber nur für kurze Leitungen anwendbar, die nicht angepaßt betrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu vermeiden und mit geringem Aufwand eine Verstärkeranordnung zu schaffen, mit der Signale in eine als Bus wirkende angepaßte Leitung eingespeist werden können oder mit der Signale aus einer als Bus wirkenden angepaßten Leitung ausgekoppelt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verstärkeranordnung aus zwei Transistorstufen besteht, deren erste Stufe mit einem Feldeffekttransistor aufgebaut ist, dessen Gateanschluß über einen Kondensator mit dem Verstärkereingang sowie mit einem hochohmigen aus einem ersten und einem zweiten Widerstand bestehenden Spannungsteiler zur Arbeitspunkteinstellung verbunden ist. Der Drainanschluß dieses Transistors ist mit einem dritten Widerstand, dem Arbeitswiderstand, und dem Basisanschluß eines die zweite Stufe bildenden Bipolartransistors verbunden, dessen Kollektoranschluß über eine Diode zum Verstärkerausgang führt. Zwischen Sourceanschluß des Feldeffekttransistors und Masse ist ein vierter Widerstand sowie zwischen Emitteranschluß des Bipolartransistors und Betriebsspannung ein fünfter Widerstand geschaltet, so daß sich eine Gesamtverstärkung von etwa 1, weitgehend unabhängig von Toleranzen der Transistorparameter, ergibt. Sowohl die Anschlüsse für den Eingang als auch für den Ausgang sind doppelt herausgeführt. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So kann die Verstärkeranordnung entweder eingangsseitig und ausgangsseitig zwischen die jeweils an der Anschlußstelle aufgetrennte als Bus wirkende angepaßte Leitung geschaltet werden oder eingangsseitig wird ein Anschluß mit einer zuführenden Leitung und der andere Anschluß mit einem Abschlußwiderstand verbunden oder ausgangsseitig wird ein Anschluß mit einer abzweigenden Leitung und der andere Anschluß mit einem Abschlußwiderstand verbunden. Zur Kompensation der Eingangskapazität kann der erste Eingangsanschluß über eine erste Induktivität und der zweite Eingangsanschluß über eine zweite Induktivität mit dem Verstärkereingang verbunden sein, und zur Kompensation der Ausgangskapazität kann der Verstärkerausgang über eine dritte Induktivität mit einem ersten Ausgangsanschluß und über eine vierte Induktivität mit einem zweiten Ausgangsanschluß verbunden sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Induktivitäten als gedruckte Leiterzüge ausgebildet sind. Zum Anschluß einer größeren Anzahl abzweigender Leitungen kann die Verstärkeranordnung mehrfach angeordnet und/oder kaskadiert werden. Die Verstärkeranordnung kann als Schalter für die Signale verwendet werden, indem die Betriebsspannung für die Verstärkeranordnung eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Verstärkeranordnung sowohl im eingeschalteten Zustand als auch im ausgeschalteten Zustand einen sehr hohen Eingangswiderstand und einen sehr hohen Ausgangswiderstand hat und somit praktisch keine Fehlanpassung erzeugt und daß sie durch die doppelt herausgeführten Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse zwischen die an der Anschlußstelle aufgetrennte als Bus wirkende angepaßte Leitung geschaltet wird. Es kann aber auch eingangsseitig ein Anschluß mit einer zuführenden Leitung und der andere Anschluß mit einem Abschlußwiderstand verbunden werden oder ausgangsseitig ein Anschluß mit einer abzweigenden Leitung und der andere Anschluß mit einem Abschlußwiderstand verbunden werden, wodurch sich auch bei der Verwendung von Koaxialkabeln eine einfache Anschlußgestaltung ergibt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß die gleiche Verstärkeranordnung zur Einspeisung von Signalen oder zur Auskopplung von Signalen von als Bus wirkenden angepaßten Leitungen verwendet werden kann. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung als Schalter für ein Signal, vorzugsweise ein Videosignal, genutzt werden, indem die Betriebsspannung ein- bzw. ausgeschaltet wird.

Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die vollständige Schaltung einer Verstärkeranordnung,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltsymbol für die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung und

Fig. 3 die Anordnung für ein Übertragungssystem mit zwei Signaleingängen und drei Signalausgängen unter Verwendung des vereinfachten Schaltsymbols.

In Fig. 1 ist die vollständige Schaltung einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung dargestellt. Die Verstärkeranordnung besteht aus zwei Transistorstufen, deren erste Stufe mit einem Feldeffekttransistor T1 und deren zweite Stufe mit einem Bipolartransistor T2 aufgebaut ist. Sie besitzt zwei Eingangsanschlüsse, einen ersten Eingangsanschluß E1 und einen zweiten Eingangsanschluß E2. Der erste Eingangsanschluß E1 ist über eine erste Induktivität L1 und der zweite Eingangsanschluß E2 über eine zweite Induktivität L2 mit dem Verstärkereingang E verbunden. Der Gateanschluß des Feldeffekttransistors T1 ist über einen Kondensator C mit dem Verstärkereingang E sowie mit einem hochohmigen Spannungsteiler zur Arbeitspunkteinstellung, bestehend aus einem ersten Widerstand R1, der an die Betriebsspannung geschaltet ist, und einem zweiten Widerstand R2, der an Masse liegt, verbunden. Sein Drainanschluß ist mit einem Arbeitswiderstand, dem dritten Widerstand R3, der an die Betriebsspannung geschaltet ist, und dem Basisanschluß des die zweite Stufe bildenden Bipolartransistors T2 verbunden. Der Kollektoranschluß des Bipolartransistors T2 ist über eine Diode D mit dem Verstärkerausgang A verbunden. Dieser ist über eine dritte Induktivität L3 mit einem ersten Ausgangsanschluß A1 und über eine vierte Induktivität L4 mit einem zweiten Ausgangsanschluß A2 verbunden. Zwischen Sourceanschluß des Feldeffekttransistors T1 und Masse ist ein vierter Widerstand R4 sowie zwischen Emitteranschluß des Bipolartransistors T2 und Betriebsspannung ein fünfter Widerstand R5 geschaltet.

Das Eingangssignal gelangt vom Verstärkereingang E über den Kondensator C zum Gateanschluß des die erste Stufe bildenden Feldeffekttransistors T1. Der Arbeitspunkt dieses Feldeffekttransistors T1 wird über den hochohmigen Spannungsteiler, den ersten und zweiten Widerstand R1 und R2, eingestellt. Das Ausgangssignal der ersten Stufe gelangt vom Drainanschluß des Feldeffekttransistors T1 zum Basisanschluß des die zweite Stufe bildenden Bipolartransistors T2, wobei die Betriebsspannung über den Arbeitswiderstand, den dritten Widerstand R3, zugeführt wird. Vom Kollektoranschluß wird das Signal über die Diode D dem Verstärkerausgang A zugeführt. Durch diese Diode D ist sichergestellt, daß die Verstärkeranordnung auch im abgeschalteten Zustand keine Belastung für die angeschlossenen Ausgangsleitungen darstellt, da entweder die Diode D oder die Kollektor-Basisstrecke des Bipolartransistors T2 in Sperrichtung betrieben wird. Der Sourceanschluß des Feldeffekttransistors T1 ist über den vierten Widerstand R4 mit Masse verbunden, der so bemessen ist, daß die Verstärkung der ersten Stufe bei etwa eins liegt. Der Emitteranschluß des Bipolartransistors T2 ist über den fünften Widerstand R5 mit der Betriebsspannung verbunden, der so bemessen ist, daß die Verstärkung der zweiten Stufe ebenfalls etwa eins beträgt, wenn am Ausgang der halbe Wellenwiderstand der angeschlossenen Leitungen wirkt.

Durch den dritten und vierten Widerstand R4 und R5 ist der Verstärkungsfaktor in beiden Stufen weitgehend unabhängig von Toleranzen der Transistorparameter.

Die Induktivitäten dienen zur Kompensation der Eingangskapazität beziehungsweise der Ausgangskapazität und sind vorzugsweise als gedruckte Leiterzüge ausgeführt. Mit den doppelt herausgeführten Anschlüssen für den Eingang sowie für den Ausgang kann die Verstärkeranordnung entweder eingangsseitig und ausgangsseitig zwischen die jeweils an der Anschlußstelle aufgetrennte als Bus wirkende Leitung B geschaltet werden. Es kann aber auch eingangsseitig ein Eingangsanschluß, z. B. der erste Eingangsanschluß E1, mit einer zuführenden Leitung und der zweite Eingangsanschluß E2 mit einem Abschlußwiderstand verbunden werden oder es kann ausgangsseitig ein Ausgangsanschluß, z. B. der erste Ausgangsanschluß A1, mit einer abzweigenden Leitung und der zweite Ausgangsanschluß A2 mit einem Abschlußwiderstand verbunden werden. Beim Abschalten der Betriebsspannung wird die Verstärkung Null und die hohen Eingangs- und Ausgangswiderstände bleiben erhalten. Somit kann die Verstärkeranordnung auch als Schalter für Signale verwendet werden, ohne daß Anpassungsfehler am Verstärkereingang E oder am Verstärkerausgang A entstehen.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Schaltsymbol für die Verstärkeranordnung. Hier wurde auf die Darstellung der Anschlüsse für Masse und Betriebsspannung verzichtet. Es sind nur die für die Funktion der Verstärkeranordnung notwendigen Anschlüsse, der erste und der zweite Eingangsanschluß E1 und E2 sowie der erste und der zweite Ausgangsanschluß A1 und A2, dargestellt.

Fig. 3 stellt ein Anwendungsbeispiel der Verstärkeranordnung unter Verwendung des vereinfachten Schaltsymbols nach Fig. 2 dar. Die Signalübertragung in diesem System erfolgt über eine als Bus wirkende Leitung B, wobei insbesondere Videosignale übertragen werden. Diese ist mit einem ersten und einem zweiten Abschlußwiderstand 11 und 52 abgeschlossen. Es sind fünf Verstärkeranordnungen vorhanden, von denen die erste, die zweite und die dritte Verstärkeranordnung 1, 2 und 3 zur Auskopplung von Signalen aus der als Bus wirkenden Leitung B dienen und die vierte und fünfte Verstärkeranordnung 4 und 5 zur Einspeisung von Signalen in die als Bus wirkende Leitung B dienen. Eine erste Eingangsleitung Ein4 ist mit einem Eingangsanschluß der vierten Verstärkeranordnung 4 verbunden, an den anderen Eingangsanschluß ist ein dritter Abschlußwiderstand 41 angeschlossen. Ausgangsseitig ist die Verstärkeranordnung zwischen den aufgetrennten Bus geschaltet. Die ebenfalls zur Einspeisung dienende fünfte Verstärkeranordnung 5 ist eingangsseitig analog zur vierten Verstärkeranordnung 4 beschaltet, d. h., daß eine zweite Eingangsleitung Ein5 mit einem Eingangsanschluß der fünften Verstärkeranordnung 5 verbunden ist, wobei an den anderen Eingangsanschluß der vierte Abschlußwiderstand 51 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist ein Anschluß der fünften Verstärkeranordnung 5 mit einem Ende der als Bus wirkenden Leitung B und der andere Anschluß mit dem zweiten Abschlußwiderstand 52 verbunden. Ein Eingangsanschluß der ersten Verstärkereinheit 1 ist mit dem anderen Ende der als Bus wirkenden Leitung B und der andere mit dem ersten Abschlußwiderstand 11 verbunden. Ausgangsseitig ist ein Anschluß mit einer ersten abzweigenden Ausgangsleitung Aus1 und der andere Anschluß mit einem fünften Abschlußwiderstand 12 für diese Leitung verbunden. Die zweite Verstärkereinheit 2 ist eingangsseitig zwischen die aufgetrennte als Bus wirkende Leitung B geschaltet und ausgangsseitig analog zur Verstärkereinheit 1 beschaltet, d. h., es ist ein Anschluß mit einer zweiten abzweigenden Ausgangsleitung Aus2 und der andere Anschluß mit einem sechsten Abschlußwiderstand 22 für diese Leitung verbunden. Bei der dritten Verstärkereinheit 3 sind an die beiden Ausgänge die dritte Ausgangsleitung Aus31 und die vierte Ausgangsleitung Aus32 angeschlossen. Diese beiden Ausgangsleitungen Aus31 und Aus32 können auch die zwei Teile eines aufgetrennten zweiten Bussystems bilden. Eingangsseitig ist die dritte Verstärkereinheit 3 analog zur zweiten Verstärkereinheit 2 zwischen die aufgetrennte als Bus wirkende Leitung B geschaltet. Durch Mehrfachanordnung und/oder Kaskadierung der Verstärkereinheiten ist eine beliebige Verzweigung eines Bussystems realisierbar. Durch die Schalterwirkung der Verstärkereinheiten kann einzelnen Leitungen oder ganzen Teilen eines verzweigten Systems das Signal einer Quelle zugeführt werden. Damit sind auch solche Funktionen wie selektive Übertragung und Sammelübertragung realisierbar.

Bezugszeichenliste

1 erste Verstärkeranordnung
2 zweite Verstärkeranordnung
3 dritte Verstärkeranordnung
4 vierte Verstärkeranordnung
5 fünfte Verstärkeranordnung
11 erster Abschlußwiderstand
52 zweiter Abschlußwiderstand
41 dritter Abschlußwiderstand
51 vierter Abschlußwiderstand
12 fünfter Abschlußwiderstand
22 sechster Abschlußwiderstand
A Verstärkerausgang
A1 erster Ausgangsanschluß
A2 zweiter Ausgangsanschluß
Aus1 erste Ausgangsleitung
Aus2 zweite Ausgangsleitung
Aus31 dritte Ausgangsleitung
Aus32 vierte Ausgangsleitung
B als Bus wirkende Leitung
D Diode
E Verstärkereingang
E1 erster Eingangsanschluß
E2 zweiter Eingangsanschluß
Ein4 erste Eingangsleitung
Ein5 zweite Eingangsleitung
L1 erste Induktivität
L2 zweite Induktivität
L3 dritte Induktivität
L4 vierte Induktivität
R1 erster Widerstand
R2 zweiter Widerstand
R3 dritter Widerstand
R4 vierter Widerstand
R5 fünfter Widerstand
T1 Feldeffekttransistor
T2 Bipolartransistor

Claims (6)

1. Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen zur Einspeisung von Signalen in eine als Bus wirkende angepaßte Leitung oder zur Auskopplung von Signalen aus einer als Bus wirkenden angepaßten Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung aus zwei Transistorstufen besteht, deren erste Stufe mit einem Feldeffekttransistor (T1) aufgebaut ist, dessen Gateanschluß über einen Kondensator (C) mit dem Verstärkereingang (E) sowie mit einem hochohmigen aus einem ersten und einem zweiten Widerstand (R1, R2) bestehenden Spannungsteiler zur Arbeitspunkteinstellung verbunden ist, wobei dessen Drainanschluß mit einem dritten Widerstand (R3) und dem Basisanschluß eines die zweite Stufe bildenden Bipolartransistors (T2) verbunden ist, dessen Kollektoranschluß über eine Diode (D) zum Verstärkerausgang (A) führt, daß zwischen Sourceanschluß des Feldeffekttransistors (T1) und Masse ein vierter Widerstand (R4) sowie zwischen Emitteranschluß des Bipolartransistors (T2) und Betriebsspannung ein fünfter Widerstand (R5) geschaltet ist, daß der dritte Widerstand (R3) andererseits mit der Betriebsspannung verbunden ist und daß der Verstärkereingang (E) zwei Eingangsanschlüsse (E1, E2) und der Verstärkerausgang (A) zwei Ausgangsanschlüsse (A1, A2) besitzt.

2. Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig mit seinen jeweils beiden Anschlüssen (E1, E2 bzw. A1, A2) entweder zwischen die an der Anschlußstelle aufgetrennte angepaßte Leitung oder zwischen das Ende der angepaßten Leitung und den Abschlußwiderstand geschaltet ist.

3. Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Eingangskapazität der erste Eingangsanschluß (E1) über eine erste Induktivität (L1) und der zweite Eingangsanschluß (E2) über eine zweite Induktivität (L2) mit dem Verstärkereingang (E) verbunden ist und zur Kompensation der Ausgangskapazität der Verstärkerausgang (A) über eine dritte Induktivität (L3) mit einem ersten Ausgangsanschluß (A1) und über eine vierte Induktivität (L4) mit einem zweiten Ausgangsanschluß (A2) verbunden ist.

4. Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten (L1, L2, L3, L4) als gedruckter Leiterzug ausgebildet sind.

5. Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß einer größeren Anzahl abzweigender Leitungen die Verstärkeranordnungen mehrfach angeordnet und/oder kaskadiert sind.

6. Verstärkeranordnung für angepaßte Leitungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung als Schalter für die Signale verwendet wird, indem die Betriebsspannung für die Verstärkeranordnung eingeschaltet oder ausgeschaltet ist.