Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Treiber nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Breitbandtreibers;

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers;

Fig. 4 einen Ausgangsimpedanzverlauf der ersten Breitband- Treiberschaltung zum Treiben niederfrequenter Signale bei der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers;

Fig. 5 eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers mit voll-differentiell aufgebauten Schaltungskomponenten.

Wie man aus Fig. 2 erkennen kann, weist der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 einen ersten Signaleingang 2 zum Empfang von Gleichspannungs-Signalanteilen und Klingelsignalen und einen zweiten Signaleingang 3 zum Empfang niederfrequenter Sprachsignale.

Der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 besitzt einen weiteren Signaleingang 7 zum Empfang eines hochfrequenten Datensignals, insbesondere eines xDSL-Datensignals.

Der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 weist einen Signalausgang 12 auf, der an eine Übertragungskanal 13, beispielsweise eine Zweidraht-Telefonleitung, angeschlossen ist.

Der Breitbandtreiber 1 enthält eine Summationsschaltung 14, die über Leitungen 15, 16 mit den beiden ersten Signaleingängen 2, 3 verbunden ist und die Gleichspannungsanteile bzw. niederfrequenten Klingeltöne, die an dem ersten Signaleingang 2 anliegen, und die niederfrequenten Sprachsignale, die an dem zweiten Signaleingang 3 anliegen, addiert und überlagert über eine Leitung 17 an einen Signaleingang 18 einer ersten Breitband-Treiberschaltung 19 innerhalb des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1 abgibt. Die erste Breitband- Treiberschaltung 19 dient zum Treiben der niederfrequenten Signale, deren Signalfrequenzen in einem ersten niedrigen Frequenzbereich liegen. Die erste Breitband-Treiberschaltung 19 weist einen Signalausgang 20 auf, der über eine Leitung 21 mit einem Knoten 22 verbunden ist. Der Signalknoten 22 liegt über eine interne Leitung 23 an dem Signalausgang 12 des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1 an.

Der Breitbandtreiber 1 besitzt ferner eine zweite Breitband- Treiberschaltung 24, deren Signaleingang 25 über eine Leitung 26 an dem dritten Signaleingang 7 des Breitbandtreibers 1 zum Empfang der hochfrequenten Datensignale anliegt. Die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 besitzt ferner einen Signalausgang 27, der über ein Hochpassfilter 27a und über eine Leitung 28 an dem Knoten 22 angeschlossen ist. Die beiden Signalausgänge 20, 27 der ersten und zweiten Breitband- Treiberschaltung 19, 24 sind parallel an die Übertragungsstrecke angeschlossen.

Die erste Breitband-Treiberschaltung 19 dient zum Treiben der niederfrequenten Sprachsignale, der Gleichspannungsanteile sowie der niederfrequenten Ruftöne, deren Signalfrequenzen in einem ersten niedrigen Frequenzbereich liegen. Die parallel geschaltete zweite Breitband-Treiberschaltung 24 ist zum Treiben von hochfrequenten Datensignale vorgesehen, deren Signalfrequenzen in einem zweiten höheren Frequenzbereich liegen. Dabei weist mindestens eine der beiden Breitband- Treiberschaltungen 19, 24 eine frequenzabhängige Mitkopplungsschaltung zur Impedanzsynthese einer frequenzabhängigen Ausgangsimpedanz der Breitband-Treiberschaltung auf. Die durch die Mitkopplungsschaltung erzeugte frequenzabhängige Ausgangsimpedanz einer der beiden Breitband-Treiberschaltungen 19, 24 ist dabei in dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich unterschiedlich.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers, bei der die erste Breitband- Treiberschaltung 19 eine frequenzabhängige Ausgangsimpedanz aufweist, die in einem niederen Frequenzbereich niedrig ist und in einem hohen Frequenzbereich hoch ist.

Die erste Breitband-Treiberschaltung 19 enthält einen Eingangswiderstand 29, der an den Signaleingang 18 angeschlossen ist. Der Eingangswiderstand 29 liegt über eine Leitung 30 an einem nicht-invertierenden Eingang 31 eines Operationsverstärkers 32 an. Der Operationsverstärker 32 wird über Versorgungsspannungsanschlüsse 33, 34 mit einer Versorgungsspannung V_DDa, V_SSa versorgt. Zum Treiben der hochfrequenten Gleichspannungsanteile beträgt die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 32 mehr als 140 Volt. Der Operationsverstärker 32 besitzt einen Signalausgang 35, der über eine Leitung 36 mit einem Ausgangswiderstand 37 der ersten Breitband- Treiberschaltung 19 verbunden ist. An einem Verzweigungsknoten 38 ist der Signalausgang 35 des Operationsverstärkers 32 über eine Gegenkopplungsleitung 39 mit einem invertierenden Signaleingang 40 des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Ausgangswiderstand 37 ist über eine Leitung 41 mit dem Signalausgang 20 der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 verbunden. Dabei ist der Signalausgang 20 über eine Mitkopplungsleitung 42 mit einem Signaleingang 43 einer Mitkopplungsschaltung 44 verbunden. Die Mitkopplungsschaltung 44 besitzt einen Signalausgang 45, der über eine Leitung 46 an einem Knoten 47 mit der Leitung 30 verbunden ist. Die Mitkopplungsschaltung 44 bewirkt eine Impedanzsynthese der Ausgangsimpedanz der ersten Breitband-Treiberschaltung 19. Aufgrund der Impedanzsynthese weist die erste Breitband- Treiberschaltung eine frequenzabhängige Ausgangsimpedanz auf. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform koppelt die Mitkopplungsschaltung 44 den Signalausgang 20 der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 an den Signaleingang der ersten Breitband-Treiberschaltung 19. Die Mitkopplungsschaltung 44 weist eine komplexe Impedanz auf. Dabei besteht die Mitkopplungsschaltung 44 bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform aus einem Kondensator mit einer komplexen Impedanz, die mit zunehmender Signalfrequenz sinkt.

Die Ausgangsimpedanz des Signalausgangs 20 der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 beträgt:

Fig. 4 zeigt den Frequenzgang der Ausgangsimpedanz Z_aus der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 in dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Breitbandtreiber 1. Die Ausgangsimpedanz Z_aus und die Frequenz f sind dabei logarithmisch dargestellt. Bis zu einer unteren Grenzfrequenz f_u der Ausgangsimpedanz zeigt Z_aus im wesentlichen den Wert des Ausgangswiderstandes R₃₇. Zwischen der unteren Grenzfrequenz f_u und einer oberen Grenzfrequenz f_o steigt die Ausgangsimpedanz Z_aus stark an und weist oberhalb der oberen Grenzfrequenz f_o einen Widerstandswert auf, der im wesentlichen dem Widerstand des Eingangswiderstandes 29 entspricht.

Für die obere und untere Grenzfrequenz gilt:

Bei xDSL-Anwendungen des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1 beträgt die untere Grenzfrequenz f_u etwa 14 kHz und die obere Grenzfrequenz f_o etwa 138 kHz. Der Eingangswiderstand des Widerstandes 29 beträgt typischerweise etwa 5 bis 10 kΩ, während der Widerstand des Ausgangswiderstandes 37 bei etwa 200 Ω liegt. Die Kapazität des Mitkopplungskondensators 44 liegt im Nanofarad-Bereich. Die hohe Ausgangsimpedanz Z_aus im hohen Frequenzbereich verhindert einen Kurzschluß mit dem in diesem Frequenzbereich niederohmigen Signalausgang der zweiten Breitband-Treiberschaltung 24.

Wie man aus Fig. 3 erkennen kann, enthält der erfindungsgemäße Breitbandtreiber der dort dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine zweite Breitband-Treiberschaltung 24 für die hochfrequenten xDSL-Datensignale. Der Signaleingang 25 der zweiten Breitband-Treiberschaltung 24 ist über eine Leitung 48 mit dem nicht-invertierenden Signaleingang 49 eines Operationsverstärkers 50 verbünden. Der Operationsverstärker 50 erhält über Versorgungsspannungsanschlüsse 51, 52 eine Versorgungsspannung V_DDb, V_SSb. Die Versorgungsspannung liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 30 Volt. Der Operationsverstärker 50 weist ein Signalausgang 53 auf, der über eine Signalleitung 54 an einen Ausgangswiderstand 25a angeschlossen ist. Bei einem Verzweigungsknoten 55 ist der Signalausgang 53 des Operationsverstärkers 50 über eine Koppelleitung 56 mit einem invertierenden Signaleingang 57 des Operationsverstärkers 50 verbunden. Die zweite Breitband- Treiberschaltung 24 enthält ferner einen Kondensator 58, der über einen Ausgangswiderstand 25a an den Signalausgang 27 der Breitband-Treiberschaltung 24 angeschlossen ist. Der Kondensator 58 wirkt als analoges Hochpaßfilter für die hochfrequenten Datensignale.

Die beiden Operationsverstärker 32, 50 der beiden Breitband- Treiberschaltungen 19, 24 sind beide breitbandig aufgebaut. Der Operationsverstärker 50 benötigt beispielsweise zum Treiben von ADSL-Datensignalen eine Signalbandbreite von etwa 1,1 MHz. Für die Impedanzsynthese weist der Operationsverstärker 32 der ersten Breitband-Treiberschaltung ebenfalls eine derartig hohe Signalbandbreite von etwa 1,1 MHz auf. Darüber hinaus besitzen die beiden Operationsverstärker 32, 50 vorzugsweise eine Linearität von über 65 dB.

Fig. 5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Breitbandtreibers 1. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die wesentlichen Schaltungskomponenten voll-differentiell aufgebaut. Darüber hinaus koppeln die Mitkopplungsschaltungen 44a, 44b die Signalausgänge 20a, 20b der ersten Breitband-Treiberschaltung an einen Signalknoten 72a, 72b einer Signal-Vorverstärkerschaltung 60. An dem Signaleingang 59 der Signal-Vorverstärkerschaltung 60liegen die niederfrequenten Sprachsignale, die niederfrequenten Klingelsignale sowie die Gleichspannungssignale an. Die Signal-Vorverstärkerschaltung 60 enthält einen voll- differentiell aufgebauten Operationsverstärker 61 mit einem nicht-invertierenden Signaleingang 62, einem invertierenden Signaleingang 63, einem Gleichtaktsignaleingang 64, einem invertierten Signalausgang 65 und einem nicht-invertierten Signalausgang 66. Darüber hinaus wird der voll-differenziell aufgebaute Operationsverstärker 61 über Versorgungsspannungsanschlüsse 67, 68 mit einer Versorgungsspannung V_DD, Vss versorgt. Die angelegte Gleichtaktspannung beträgt vorzugsweise (V_DD + V_SS)/2. An den Signaleingängen 59a, 59b der Signal- Vorverstärkerschaltung 60 sind Eingangswiderstände 69a, 69b vorgesehen, die über Leitungen 70a, 70b mit den Eingängen 62, 63 des Operationsverstärkers 61 verbunden sind. Die Signal- Vorverstärkerschaltung 60 enthält ferner Gegenkopplungswiderstände 71a, 71b. Der Ausgang 45a, 45b der Mitkopplungsschaltungen 44a, 44b ist über Leitungen 46a, 46b und über Signalknoten 72a, 72b an die Leitungen 70a, 70b angeschlossen. An Signalknoten 73a, 73b sind die Gegenkopplungswiderstände 71a, 71b über Leitungen 74a, 74b mit den Signalknoten 73a, 73b verbunden. Die Gegenkopplungswiderstände 71a, 71b sind ferner über Leitungen 75a, 75b mit den nicht-invertierenden Signaleingängen 31a, 31b der Operationsverstärker 32a, 32b der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 verbunden. Der invertierende Signalausgang 65 des voll-differentiellen Operationsverstärkers 61 liegt über eine Leitung 76a und einem Knoten 77a an der Verbindungsleitung 75a an. Der nicht-invertierende Signalausgang 66 des Operationsverstärkers 61 liegt über eine Leitung 76b und einen Knoten 77b an der Verbindungsleitung 75b an.

Die Signalverstärkung der Signal-Vorverstärkerschaltung 60 wird über die Widerstände 69, 71 eingestellt. Die Signalverstärkung V beträgt dabei:



V = R₇₁/R₆₉ (4)



Solange f ≤ f_u.

Die Mitkopplungsschaltung 44a bzw. 44b besteht bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform aus einer Reihenschaltung eines Kondensators 78 und eines Widerstandes 79.

Für den Ausgangswiderstand der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 zwischen den Signalausgängen 20a, 20b gilt:

Aufgrund der Mitkopplung des Signalausgangs der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 auf den Signaleingang der Signal- Vorverstärkerschaltung 60, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, sind Unsymmetrien zwischen den Bauelementen, die beispielsweise aufgrund des Herstellungsprozesses entstehen, sehr viel besser tolerierbar als bei einer Rückkopplung des Signalausgangs 20 der ersten Breitband-Treiberschaltung 19 auf den Signaleingang 31a, 31b der Breitband-Treiberschaltung 19. Die Auswirkungen einer Unsymmetrie werden durch die Gleichtaktunterdrückung an dem Eingang des Operationsverstärkers 61 um den Wert der Eingangsgleichtaktunterdrückung verringert.

Die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 für die hochfrequenten Datensignale ist bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform voll-differentiell aufgebaut, wobei die Signalausgänge 53a, 53b der Operationsverstärker 50a, 50b jeweils über Rückkopplungswiderstände 80a, 80b mit den invertierenden Signaleingängen 57a, 57b verbunden sind. Darüber hinaus sind die invertierenden Signaleingänge 57a, 57b und die Operationsverstärker 50a, 50b über einen Widerstand 80c miteinander verbunden.

Ausgangsseitig ist die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 über eine Trafoschaltung 81 an den Signalausgang 12a, 12b des Breitbandtreibers 1 geschaltet. Die Trafoschaltung 81 besteht aus einer Primärspule 82, deren Eingänge an die Widerstände 25a, 25b angeschlossen sind, und zwei Sekundärspulen 83a, 83b, die über Leitungen 84a, 84b mit dem Signalausgang 12a, 12b und die über einen Kondensator 85 miteinander verbunden sind. Die Trafoschaltung 81 besitzt ein Übersetzungsverhältnis n. Durch entsprechende Einstellung des Übersetzungsverhältnisses n kann die Versorgungsspannung für die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 verringert werden, wodurch die zweite Breitband-Treiberschaltung 24 in einer schnelleren Technologie aufgebaut werden kann. Die Widerstände 37a, 37b und die Widerstände 25a, 25b dienen der Anpassung an die Übertragungsstrecke bzw. der Leitungsanpassung.

Anstatt der Trafoschaltung 81 kann den Widerständen 25a, 25b wie in Fig. 3 jeweils ein Kondensator 58 nachgeschaltet werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind alle Bauelemente symmetrisch aufgebaut, d. h. sie erfüllen folgende Bedingung:



R_ia = R_ib



C_ia = C_ib (6)

Wie man aus den Fig. 3 und 4 erkennen kann, enthält der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 keinerlei Induktivitäten, so dass er schaltungstechnisch mit Ausnahme der Kondensatoren 44, 78a, 785 in einfacher Weise integrierbar ist. Die Kondensatoren 44, 78a, 78b weisen eine sehr hohe Spannungsfestigkeit von über 100 Volt auf.

Bei weiteren Ausführungsformen kann mittels Rückkopplung der Ausgangswiderstand der zweiten Breitband-Treiberschaltung aufgrund von Impedanzsynthese erzeugt werden.

Der erfindungsgemäße Breitbandtreiber 1 eignet sich insbesondere für den Einsatz von niederfrequenten Sprachsignalen und hochfrequenten xDSL-Datensignalen. Bezugszeichenliste 1 Breitbandtreiber

2 Signaleingang

3 Signaleingang

7 Signaleingang

12 Signalausgang

13 Übertragungskanal

14 Summationsschaltung

15 Leitung

16 Leitung

17 Leitung

18 Signaleingang

19 erste Breitband-Treiberschaltung

20 Signalausgang

21 Leitung

22 Knoten

23 Leitung

24 zweite Breitband-Treiberschaltung

25 Signaleingang

25a Ausgangswiderstand

26 Leitung

27 Signalausgang

27a Hochpassfilter

28 Leitung

29 Eingangswiderstand

30 Leitung

31 nicht-invertierender Eingang

32 Operationsverstärker

33 Versorgungsspannungsanschlüsse

34 Versorgungsspannungsanschlüsse

35 Signalausgang

36 Leitung

37 Ausgangswiderstand

38 Verzweigungsknoten

39 Gegenkopplungsleitung

40 Invertierender Signaleingang

41 Leitung

42 Mitkopplungsleitung

43 Signaleingang

44 Mitkopplungsschaltung

45 Ausgang

46 Leitung

47 Knoten

48 Leitung

49 nicht-invertierender Signaleingang

50 Operationsverstärker

51 Versorgungsspannungsanschluss

52 Versorgungsspannungsanschluss

53 Signalausgang

54 Signalleitung

55 Verzweigungsknoten

56 Koppelleitung

57 invertierender Signaleingang

58 Kondensator

59 Signaleingang

60 Signalvorverstärkerschaltung

61 voll-differenziell aufgebauter Operationsverstärker

62 nicht-invertierender Signaleingang

63 invertierender Signaleingang

64 Gleichtaktsignaleingang

65 invertierender Signalausgang

66 nicht-invertierender Signalausgang

67 Versorgungsspannungsanschluss

68 Versorgungsspannungsanschluss

69 Eingangswiderstand

70 Leitung

71 Gegenkopplungswiderstand

72 Signalknoten

73 Signalknoten

74 Leitung

75 Leitung

76 Leitung

77 Knoten

78 Kondensator

79 Widerstand

80 Widerstand

81 Trafoschaltung

82 Primärspule

83 Sekundärspule

84 Leitung

85 Kondensator