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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung von Verstärkungseinrichtungen bei der Halbduplex-Datensignalübertragung, mit einem durch eine hinter der jeweiligen Verstärkungseinrichtung vom Datensignalübertragungsweg abgeleitete Regelgrösse gesteuerten Integral-Regler, der eine Stellgrösse zur Einstellung eines die Verstärkung einstellenden Stellgliedes liefert.
Bei der Datensignalübertragung über Fernsprechkanäle und insbesondere über Zweidrahtleitungen wird der sogenannte Halbduplexbetrieb durchgeführt, bei dem zwischen zwei Teilnehmerstellen wechselseitig Datensignalblöcke und Quittungszeichen übertragen werden, um auch z. B. die Belastung der Übertragungseinrichtungen und Leitungen möglichst niedrig zu halten. Ein gesicherter Datensignalblock enthält beispielsweise 100 Zeichen mit einer gesamten Dauer von z. B. 120 ms bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 4800 Bd. Bei Durchführung des Halbduplexbetriebs ist aber ein Zeitaufwand für das wechselseitige Schalten der Datensignalblöcke und der Quittungszeichen erforderlich, der die zur Übertragung eines solchen Datensignalblocks erforderliche Zeit um ein Mehrfaches übersteigt.
In Anbetracht dieser Verhältnisse ist es beim Halbduplexbetrieb erforderlich, die Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsbetrieb der Übertragungseinrichtungen möglichst kurz zu realisieren, um für die eigentliche Datenübertragung ein Optimum an Zeit verfügbar zu haben.
An Übertragungsleitungen angeschaltete Datensignal- und Empfangsgeräte enthalten einen Regelverstärker, der ankommende Datensignale innerhalb eines vorgegebenen Pegelbereichs stets auf einen solchen Pegel verstärkt und Pegelschwankungen ausgleicht, dass sie einwandfrei verarbeitet und ausgewertet werden können. Nun hat aber jeder Regelverstärker eine Regelzeitkonstante, die der oben dargestellten Forderung möglichst kurzer Umschaltezeiten zuwiderläuft. Wird nämlich beispielsweise eine Übertragungseinrichtung von Sendebetrieb auf Empfangsbetrieb umgeschaltet, so muss vor einer Auswertung ankommender Datensignale zunächst die Regelzeitkonstante ablaufen, nach der dann ein auswertl arer Datenpegel zur Verfügung steht.
Wenn zusätzlich noch im Sinne einer möglichst hohen Übertragungsgeschwindigkeit bei vorgegebener Bandbreite kombinierte Modulationsarten, beispielsweise eine Phasen-Amplitudenmodulation, angewendet werden, um auch das Signal-Störverhältnis möglichst hoch zu halten, so treten die Nachteile einer derartigen Funktion besonders deutlich in Erscheinung.
Zweck der Erfindung ist es, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu verbessern und so aufzubauen, dass gegebenenfalls erforderliche Einstell- und Abgleicharbeiten bei der Fertigung entfallen, wobei möglichst kurze Zeiten zur Herstellung eines auswertbaren Datenpegels bei Umschaltevorgängen zwischen verschiedenen Betriebsarten erforderlich sind. Hiezu soll eine Regelschaltung geschaffen werden, die einerseits während der Signalübertragung alle bestehenden Regelanforderungen erfüllt, jedoch bei einer Übertragungsunterbrechung und erneut ankommenden Datensignalen praktisch sofort einen auswertbare Signalpegel liefert.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein abhängig von dem Pegel der ankommenden Datensignale steuerbarer und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Datensignalpegels geöffneter Schalter dem Integralregler vorgeordnet ist und dass der Integralregler einen Feldeffekt-Operationsverstärker mit einer die Regelgrösse speichernden Kapazität umfasst, so dass bei einer durch die Umschaltung auf die jeweils andere Übertragungsrichtung erfolgten Unterbrechung der Datensignale das dem Stellglied zugeführte Ausgangssignal des Integralreglers seinen jeweiligen Momentanwert vor der Unterbrechung auch während der Unterbrechung beibehält.
Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung genügt allen Anforderungen des Halbduplexbetriebes.
Sie gewährleistet schnelle Umschaltzeiten und kann durch die Ableitung eines den Signalpegel kennzeichnenden Signals in Datensignalübertragungsgeräten auch zur Pegelmeldung bekannter Art herangezogen werden. Ferner kann sie eine Schaltervorrichtung steuern, mit der durch An- und Abschalten des Empfangskanals in der jeweiligen Einrichtung genau definierte Ein-Aus-Zustände erzeugt werden können, so dass Fehlauswertungen durch Störsignale vermieden werden. Dabei ist eine direkte Ansteuerung des Stellgliedes durch den Integralregler möglich. Bei der Fertigung bzw. der Installation mit dieser Schaltungsanordnung arbeitender Einrichtungen ist ein leitungsabhängiger Abgleich nicht erforderlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Blockdarstellung des Grundprinzips der Erfindung und Fig. 2 eine Möglichkeit der schaltungstechnischen Verwirklichung einzelner Komponenten des in Fig. 1 gezeigten Prinzips.
In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung in Form einer Blockdarstellung gezeigt, die eine im Zuge eines Datenübertragungsweges erfolgende Verstärkungsregelung betrifft. Diese Anordnung kann einem
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am Eingang-l--eintreffenden Datensignale und liefert die verstärkten Signale an ein Stellglied --4--, mit dem eine variable Dämpfung erzeugt werden kann, so dass unabhängig von der Variation dieser Dämpfung der Pegel der Datensignale weitgehend konstant gehalten wird. Dem Stellglied --4-- ist ein weiterer Verstärker --5-- nachgeschaltet, der an seinem Ausgang bzw. am Signalausgang --2-- eine für den jeweiligen Zweck vorgegebene Ausgangsspannung der empfangenen Datensignale liefert.
Zur Einstellung des Stellgliedes --4-- ist eine Regelschleife vorgesehen, die einen Gleichrichter - -6--, einen Integralregler --7-- und einen Schalter --8-- enthält. Die Regelschleife erhält Signale mit der durch den Verstärker --5-- erzeugten Signalspannung. Durch den Gleichrichter --6-- werden diese Signale gleichgerichtet, so dass dieser eine Steuerspannung über den Schalter --8-- an den Integralregler --7-- liefert, deren Höhe von dem Pegel der Datensignale hinter dem Verstärker --5-- abhängt. Ist der Schalter --8-- geschlossen, so liefert der Integralregler --7-- an seinem Ausgang eine Stellgrösse, die die Einstellung des Stellgliedes --4-- bewirkt.
Ist der Schalter --8-- geöffnet, so arbeitet der Integralregler --7-- im Speicherbetrieb mit sehr grossem Eingangswiderstand, da er einen Feldeffekt-Operationsverstärker und eine die Steuerspannung speichernde Kapazität enthält. Der Weg für die Steuerspannung ist dann durch den geöffneten Schalter --8-- unterbrochen, und der Kondensator des Integralreglers--7-speichert den vor der Öffnung des Schalters --8-- vorhandenen letzten Steuerspannungswert, so dass am Ausgang des Integralreglers --7-- bei geöffnetem Schalter --8-- der jeweils letzte vor der Schalteröffnung vorhandene Steuerspannungswert erhalten bleibt.
Der Integralregler --7-- hat eine Regelzeitkonstante, mit der der jeweilige Regelvorgang abläuft.
Wäre diese Regelzeitkonstante nicht vorhanden, so würde an das Stellglied --4-- eine Stellgrösse geliefert, die analog allen Datensignalpegeländerungen, also entsprechend auch den Informationsänderungen zwischen einzelnen Datensignalen verlaufen würde. Dies ist für eine Pegelregelung nicht erwünscht, so dass eine Regelzeitkonstante vorgesehen sein muss. Diese erweist sich jedoch dann als nachteilig, wenn die in Fig. l gezeigte Anordnung beispielsweise durch eine Umschaltung zugeordneter Einrichtungen von Empfangsbetrieb auf Sendebetrieb für eine vorgegebene Zeit keine Datensignale erhält und erst danach wieder auf Empfangsbetrieb umgeschaltet wird und wieder Datensignale am Signaleingang --1-- zugeführt werden.
Mit dem ersten Datensignal erhält der Integralregler --7-- wieder eine zu seiner Funktion erforderliche
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bedeutet, dass erst nach Ablauf dieser Zeitkonstante die Vorbedingung eines geregelten Pegelwertes erfüllt ist.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist eine Anordnung zur Auswertung des Datensignalpegels und zur Erzeugung eines Pegelmeldesignals vorgesehen, die hinter dem Eingangsverstärker --3-- an den Datenübertragungsweg angeschaltet ist. Diese Anordnung enthält eine Schwellenschaltung mit. der der Pegel der empfangenen Datensignale auf das Überschreiten oder Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes hin ausgewertet wird. Dieser Schwellenwert kann so eingestellt sein, dass die Schwellen- schaltung --11-- ein Ausgangssignal liefert, wenn Datensignale empfangen werden. Der Schalter--8-kann durch dieses Signal geschlossen werden.
Wenn nun durch eine Empfangsunterbrechung die Datensignale fehlen, so verschwindet auch das Ausgangssignal der Schwellenschaltung --11--, so dass der Schalter --8-- geöffnet wird. Der nun als Speicher arbeitende Integralregler --7-- speichert aber die zuvor vorhandene Steuerspannung und liefert die entsprechende Stellgrösse weiter an das Stellglied --4--.
Somit bleibt die vor der Öffnung des Schalters --8-- vorhandene Verstärkungseinstellung an dem Stellglied --4-- bestehen. Wenn nach der Umschaltung auf den Empfangsbetrieb wieder Datensignale eintreffen, deren Pegel gemäss Voraussetzung des Halbduplex-Betriebes mit dem Pegel zuvor empfangener Datensignale übereinstimmt, so muss der Regelkreis nicht erst mit seiner Zeitkonstanten die Verstärkung auf den erforderlichen Wert einstellen, sondern die Schaltung ist bereits auf diesen Wert eingestellt, so dass schon mit dem Eintreffen des ersten Datensignals die Auswertung der vorgegebenen Signalspannung am Signalausgang --2-- möglich ist.
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--11-- steuertmit dem der Ausgang --2-- bzw. der Empfangskanal auf Nullpotential gelegt werden kann, wenn das Signal der Schwellenschaltung --11-- verschwindet.
Dadurch wird auf dem Empfangskanal ein
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definierter Aus-Zustand geschaffen, durch den Fehlauswertungen durch Störsignale und Rauschen verhindert werden. Erscheint wieder ein Signal der Schwellenschaltung --11--, so wird der Schalter - geöffnet.
In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung in weiteren Einzelheiten dargestellt.
Gleichartige Komponenten sind mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, dass das Regelglied --4-- im wesentlichen aus zwei ohmschen Widerständen --41 und 42-- und zwei Feldeffekttransistoren --43 und 44-- gebildet ist, deren Steuerelektroden miteinander verbunden sind und das Ausgangssignal des Integralreglers --7-- erhalten. Mit dieser Doppelanordnung zweier Widerstände und zweier Feldeffekttransistoren lässt sich ein sehr grosser Regelbereich überstreichen. Feldeffekttransistoren haben bekanntlich das Verhalten nahezu ohmscher Widerstände und ermöglichen eine praktisch verzögerungsfreie Einstellung. Innerhalb des grossen Regelbereiches wird durch die Doppelanordnung ferner der jeweilige lineare Teil der Transistorkennlinie ausgenutzt.
Die Schaltung kann beispielsweise derart arbeiten, dass bei niedrigem Signalpegel die beiden Feldeffekttransistoren --43 und 44-- gesperrt sind und dass jede Pegelerhöhung eine Änderung der Stellgrösse in positiver Richtung zur Folge hat, so
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vorgegebene Ausgangsspannung am Signalausgang --2-- erzeugt.
Der Signalausgang --2-- ist mit jeweils einem Eingang zweier Operationsverstärker --61 und 62-verbunden, wobei durch geeignete Beschaltung des invertierenden bzw. des nichtinvertierenden Eingangs die Wirkung einer Doppelweggleichrichtung mit diesen beiden Verstärkern --61 und 62-erzielt wird, bei der keine Dioden-Schwellenspannungen vorhanden sind. Die Verstärker --61 und 62-- liefern die eigentliche Regelgrösse, die den in Fig. l gezeigten Integralregler --7-- als Steuerspannung über ein Kopplungsnetzwerk --73-- zugeführt wird. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besteht dieser Integralregler --7-aus einem Operationsverstärker --71--, der mit einem Kondensator --72-- eine Integrationsschaltung bildet.
Der Operationsverstärker --71-- ist als Feldeffekt-Operationsverstärker aufgebaut, so dass er einen sehr hohen Eingangswiderstand hat und bei Öffnung des Schalters --8-- (Fig. 1) als Speicher arbeitet. Der Eingang des Operationsverstärkers --71-- wird mit der Regelgrösse, also mit dem Ausgangssignal der beiden Verstärker --61 und 62--, über einen Schalter --81-- gespeist, der ein MOS-Feldeffekttransistor ist.
An diesen Eingang des Operationsverstärkers --71-- ist ferner eine Referenzspannung Vr über das KopplungsnetzwerR-73-angeschaltet. Eine Abweichung der Ausgangsspannung der beiden Verstärker - 61 und 62-- von der Referenzspannung Vr bewirkt einen Regelvorgang bzw. das Auftreten einer Stellgrösse am Ausgang des Verstärkers --71--. Die Stellgrösse wird auf das Stellglied --4-- gegeben und hiezu auf die Steuerelektroden der beiden Feldeffekttransistoren --43 und 44-- geleitet. Der den Schalter - 8-- bildende MOS-Feldeffekttransistor --81-- hat eine isolierte Steuerelektrode und enthält somit, von aussen gesehen, in keiner möglichen Stromrichtung eine Diodenstrecke.
Er wird an seiner Steuerelektrode durch ein Signal gesteuert, das der in Fig. l gezeigten Schwellenschaltung --11-- entnommen ist. Diese besteht, wie in Fig. 2 gezeigt, aus einem die Datensignalspannung hinter dem Eingangsverstärker --3-- aufnehmenden und für den angestrebten Zweck auf einen geeigneten Wert bringenden Verstärker --111--, dessen Ausgangssignal auf ein Dioden- und Widerstandsnetzwerk gegeben wird, dessen Schaltschwelle durch Zenerdioden --112 und 113-- verwirklicht ist. Diese sind einander gegensinnig geschaltet und erzeugen an zwei Widerständen --115 und 116-- einen Spannungsabfall, sobald ihre Schwellenspannung überschritten wird.
Beide Widerstände --115 und 116-- sind über einen Invertierer --114-- miteinander verbunden, so dass am Widerstand --116-- eine Gleichspannung entsteht, wenn die Schwellenspannung der beiden Zenerdioden --112 und 113-- für positive und negative Signalanteile überschritten wird. Der dem Widerstand --116-- parallelgeschaltete Kondensator --117-- bewirkt eine Glättung dieser Spannung mit einer Zeitkonstanten, die wesentlich kleiner ist als die Regelzeitkonstante des Integralreglers --7-- (Fig. l).
Die Schwellenspannung der beiden Zenerdioden --112 und 113-- ist so festgelegt, dass bei ihrem Unterschreiten ein sicheres Kriterium dafür gegeben ist, dass keine Datensignale empfangen werden. Eine am Kondensator --117-- auftretende Gleichspannung bietet also ein Kriterium dafür, dass Datensignale empfangen werden bzw. dass sich die gesamte Anordnung im Empfangszustand befindet. Somit wird durch diese Gleichspannung der MOS-Feldeffekttransistor --81-- leitend gesteuert, so dass der bereits beschriebene Regelvorgang erfolgen kann.
Wird die Schwellenspannung der beiden Zenerdioden --112 und
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113-- jedoch unterschritten, so wird der MOS-Feldeffekttransistor --81-- gesperrt, und der Kondensator - liefert die zuvor vorhandene Stellgrösse weiter an das Stellglied --4--. Ausserdem wird mit dem Steuersignal für den MOS-Feldeffekttransistor --81-- der Feldeffekttransistor --14-- über den Inverter --13- gesteuert. Er öffnet, wenn genügend Pegel vorhanden ist ; er schliesst, wenn die Empfangspegelschwelle unterschritten wird. Dadurch werden eindeutige Ein-Aus-Zustände gewährleistet, die für einwandfreies Funktionieren eines Halbduplexbetriebes erforderlich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Regelung von Verstärkungseinrichtungen bei der Halbduplex-Datensignalübertragung, mit einem durch eine hinter der jeweiligen Verstärkungseinrichtung vom Datensignal- übertragungsweg abgeleitete Regelgrösse gesteuerten Integralregler, der eine Stellgrösse zur Einstellung
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dass ein abhängig von dem Pegel der ankommenden Datensignale steuerbarer und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Datensignalpegels geöffneter Schalter (8) dem Integralregler (7) vorgeordnet ist, und dass der Integralregler (7) einen Feldeffekt-Operationsverstärker (71) mit einer die Regelgrösse speichernden Kapazität (72) umfasst, so dass bei einer durch die Umschaltung auf die jeweils andere Übertragungsrichtung erfolgten Unterbrechung der Datensignale das dem Stellglied zugeführte Ausgangssignal des Integralreglers (7)
seinen jeweiligen Momentanwert vor der Unterbrechung auch während der Unterbrechung beibehält.