Lange Signalleitungen

Elekrische Signale breiten sich (im Vakuum) mit Lichtgeschwindigkeit aus, das entspricht etwa 30 cm pro ns. Will man Signale über längere Distanzen (einige Meter) übertragen, so kommt die Laufzeit des Signals in die Größenordnung der Anstiegszeit eines TTL-Signals. Dies führt dann zu Reflexionen, Impulsverzerrungen und gedämpften Schwingungen auf der Leitung, was zu starker Signalverfälschung führen kann. Als Faustregel kann man angeben, dass eine einfache Leitung maximal etwa 10 cm pro ns Anstiegszeit lang sein darf, um das Signal noch akzeptabel übertragen zu können.

Abhilfe bei diesem Problem schafft die Verwendung von Leitungen mit definiertem Wellenwiderstand, wie z.B. Koaxialkabel, verdrillte Leitungen und Microstrip-Leitungen. Diese Leitungen müssen am Ende mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen sein. Dies verlangt nach Leitungstreibern, die die erforderlichen hohen Ausgangsströme liefern können, da der Wellenwiderstand typisch bei etwa 100 Ω liegt.

Koaxialkabel wird man für kürzere Distanzen wegen ihrer mechanischen Schwerfälligkeit nur in Ausnahmefällen verwenden. Für einfachere Anwendungsfälle wird man Microstrip-Leitungen oder verdrillte Leitungen verwenden, da diese leicht an herkömmliche Steckerleisten anzuschließen sind.

Microstrip-Leitungen eignen sich gut zur Implementation auf gedruckten Schaltungen. Man führt die Signalleitungen auf der einen Seite der Platine, auf der anderen Seite befindet sich eine auf Bezugspotential (Masse) liegende Fläche. Solche Streifenleiter weisen einen Wellenwiderstand von ca. 100 Ω auf.

Verdrillte Leitungen können vorzugsweise zur Verbindung zwischen zwei Platinen verwendet werden. Bei etwa 100 Windungen pro Meter hat eine verdrillte Leitung einen Wellenwiderstand von ca. 100 Ω. Für die Ansteuerung von verdrillten Leitungen sollte man symmetrische Signale verwenden, die am Ende mit Hilfe eines Komparators wieder in unsymmetrische Signale umgewandelt werden. Dies hat den Vorteil, dass Störungen die auf die Leitung von außen eingestrahlt werden, sich gegenseitig aufheben und nur die Gleichtaktaussteuerung des Komparators ausnützen.

Für die Ansteuerung von verdrillten Leitungen gibt es spezielle Leitungstreiber und Empfänger, die ein unsymmetrisches Signal in ein symmetrisches umformen und am Ende wieder in ein TTL-kompatibles Signal bilden (z.B. Am26LS31 und Am26LS32). Die folgende Abbildung zeigt eine mögliche Realisierung einer verdrillten Leitung.

Ansteuerung einer verdrillten Leitung