BE890401A

BE890401A - Stuur en filterketen

Info

Publication number: BE890401A
Application number: BE2/59364A
Authority: BE
Original assignee: Bell Telephone Mfg
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1982-03-18

Description


   <EMI ID=1.1> 

  
 <EMI ID=2.1> 

  
met ten minste een uitgang en stuurmiddelen om nagenoeg gelijktijdig een van twee welbepaalde spanningen aan de uitgang via de filtermiddelen te koppelen en de andere van de twee spanningen van de uitgang van het filtermiddel te ontkoppelen.

  
Een dergelijke stuur- en filterketen is bekend uit het Britse octrooi 1.206.187 en wordt gebruikt in een lijnketen van een telefoniesysteem om ruis op de telefoonlijn dat

  
 <EMI ID=3.1> 

  
staan uit relaiscontacten, te elimineren. In deze bekende keten bezit het laagdoorlaat filtermiddel twee ingangen die elk kunnen verbonden worden met een willekeurige van twee voedingsspanningen en met twee uitgangen die verbonden zijn met de

  
 <EMI ID=4.1> 

  
Een nadeel van de gekende keten is dat het laagdoorlaat filtermiddel relatief grote spoelen omvat zodat deze niét verwezenlijkt kan worden als geïntegreerde halfgeleidercomponenten. 

  
Het is een doel van de uitvinding een laagdoorlaat filtermiddel van het hoger vermelde type te verschaffen die dit nadeel niet bezit.

  
Volgens de uitvinding wordt deze doelstelling bereikt doordat het filtermiddel een cascade schakeling omvat van integratormiddelen, een buffer trap en een laagdoorlaat filterketen.. 

  
 <EMI ID=5.1> 

  
en van de bijbehorende tekeningen waarin :  Fig. 1 een gedeelte toont van een li jnketen van een telecommunicatiesysteem en die twee identieke stuur- en tilterketens omvat volgens de uitvinding? Fig. 2 kurven zijn die spanningsveranderingen tonen aan de uitgangen van de twee stuur- en filterketens in functie <EMI ID=6.1>  Fig. 3 een nader getoond ketengedeelte is van een  <EMI ID=7.1>  Fig. 4 een gedeelte van de kurven van Fig. 2 volgens een verschillende schaal toont. 

  
 <EMI ID=8.1> 

  
deelte van de lijnketen hoofdzakelijk een batterij referentieketen BR die referentiespanningen verschaft aan identieke

  
 <EMI ID=9.1> 

  
 <EMI ID=10.1> 

  
nicatielijn L. CF en CF' omvatten respectievelijk identische

  
 <EMI ID=11.1> 

  
 <EMI ID=12.1> 

  
 <EMI ID=13.1> 

  
ketens zijn elk met grond verbonden via een kleine verwaarloos-

  
 <EMI ID=14.1> 

  
worden. Verbindingspunten J en J' van weerstanden R en R' en condensatoren C2 en C'2 zijn respectievelijk verbonden  met de niet inverteerbare ingangen van een operationele  <EMI ID=15.1> 

  
tegengestelde richting vanaf hun voedingsspanningsbron wanneer deze versterkers geschikt voorgespannen worden aan hun niet inverteerbare ingangen en wanneer de haakschakelaar van telefoontoestel S gesloten is (afhaaktoestand).

  
Het doel van he t ge de e lte van de in Fig. i getoonde

  
 <EMI ID=16.1> 

  
wanneer voor signalisatiedoeleinden de richting van de lijnstroom omgekeerd wordt door de polariteit van de spanning toegevoerd aan deze lijn om te keren.

  
De batterij referentieketen BR omvat de tussen grond en de negatieve batterij pool geschakelde serie-

  
 <EMI ID=17.1> 

  
 <EMI ID=18.1> 

  
 <EMI ID=19.1> 

  
 <EMI ID=20.1> 

  
verschillende referentiespanningen te kiezen voor de schakelparen SW1, SW'l cf SW2,SW'2 worden verschillende referentie-

  
 <EMI ID=21.1> 

  
die schematisch voorgesteld zijn kunnen bijvoorbeeld transistor schakelaars zijn, maar er worden hierover geen bijzonderheden gegeven, aangezien deze van minder belang zijn voor de uitvinding.

  
Integratorketen I die ident isch is met integratorketen I' omvat een stroombron die uit twee halve gedeelten

  
 <EMI ID=22.1> 

  
Wanneer een van de halve gedeelten geleidend is is het andere halve gedeelte geblokkeerd, waarbij een welbepaald half gedeelte geleidend wordt door een aangepaste activeringsspanning aan de gemeenschappelijke klem IC toe te voeren.

  
De activeringsketens zijn schematisch voorgesteld door

  
 <EMI ID=23.1> 

  
 <EMI ID=24.1>  

  
Deze ketens en hun werking zullen laten nader beschreven worden. Wanneer bijvoorbeeld een te n opzichte van

  
aarde negatieve spanning aan stuurklem IC wordt toegevoerd zullen stroombronnen CS2 in I en CS'l in I' geactiveerd

  
 <EMI ID=25.1> 

  
ten aan inverters IVl, IV2 en IV'2. Op een gelijkaardige wijze, wanneer grondpotentiaal aan de stuurklem IC wordt

  
 <EMI ID=26.1> 

  
respectievelijk geactiveerd en gedeactiveerd. Doordat stroombron CS2 geactiveerd wordt en afgezien van de basis-emitter spannings/al van transistor Ql, wordt condensator Cl negatief opgeladen en wordt vastgehouden op een spanning die.nage noeg gelijk is aan de spanning van ingangsklem IN' daar transistor Ql dan geleidend wordt, waarbij zijn basisstroom gevoe d wordt van batterij

  
via klem INI. Door de aanwezigheid van stroombron CS2 is de laadstroom constant zodat de spanning over Cl lineair

  
afneemt in functie van de tijd. Bij het begin wanneer de condensator'C'l in het symmetrisch gedeelte volledig ontladen

  
is zal deze opgeladen worden op een s panning die nagenoeg gelijk is aan de spanning van ingangsklem IN. In normale werking, terwijl condensator Cl negatief opgeladen wordt, wordt condensator

  
 <EMI ID=27.1> 

  
spanning te wijten aan het feit dat transistor Q'2 geleidend

  
 <EMI ID=28.1> 

  
in functie van de tijd.- Op dergelijke wijze wanneer stroombron-

  
 <EMI ID=29.1> 

  
 <EMI ID=30.1> 

  
De buffartrappen BU en BU' die later nader zullen beschreven worden hebben hoge ingangsimpedanties en treden bijgevolg op als buffertrappen tussen de respectievelijke inte-

  
 <EMI ID=31.1> 

  
Zoals later ook nader zal uitgelegd worden vlakken deze filters de discontinuïteit af van de golfvormen die aan de uitgang van de integratorketens verschijnen. Deze discontinuiteiten verschijnen wanneer de lijnstroom van richting veranderd wordt voor signaleerdoeleinden en ze geven aanleiding tot klikken

  
 <EMI ID=32.1> 

  
De uitgangssignalen van het laagdoorlaat filter die verschijnen aan de verbindingspunten J en J' worden toe-

  
 <EMI ID=33.1> 

  
 <EMI ID=34.1> 

  
versterkers zijn geschakeld als eenheidsvolgers (versterkers met eenheidsversterking) zodat deze ingangsspanningswaarden aan de uitgangen Ti en Ri met lage impedantie van deze versterkers verschijnen. In het geval dat de spanning in J hoger is dan de spanning in J' zal stroom vloeien in de lijn L van de klem Ti (Tip end) naar de klem Ri (ring end) en wanneer de polariteit van deze spanningen omgekeerd wordt zal de

  
stroom in tegenovergestelde richting vloeien. Deze lijnstroom vloeit altijd van grond naar de negatieve batterij pool via 

  
 <EMI ID=35.1> 

  
Operationele versterkers met dergelijke uitgangstrappen zijn bekend uit de literatuur, bijvoorbeeld uit het boek "Analysis and design of analog integrated circuits" door P.R. Gray en R.G. Meyer,.uitgegeven door John Wiley and Sons, onderhoofdstuk
5.5. Op bladzijde 303 wordt een vereenvoudigd schema getoond van de 741 operationele versterker met een klas B push-pull uitgangstrap. In het geval de spanning aan de klem Ti hoger

  
is dan de spanning aan de klem Ri zal de lijnstroom vloeien

  
 <EMI ID=36.1> 

  
batterijpool in operationele versterker OA2. Fig. 2 toont een dergelijke spanningsomkering die plaats grijpt op het ogenblik t. De spanning aan de klem Ti verandert op een "zachte wijze"

  
van een kleine negatieve waarde VI bepaald door de spanningsval over Zener diode Zl naar een negatieve spanning V2 bepaal d

  
door Zener diode Z'l wanneer er verondersteld wordt dat schakelaars SW1 en SW'l gesloten zijn. Terzelfdertijd veran-

  
 <EMI ID=37.1> 

  
aardige "zachte wijze" . In de spreekfase, d.w.z. gedurende een gesprek, zijn deze spanningen ongeveer gelijk aan VI =-4 Volt  <EMI ID=38.1> 

  
spanningen V3 en V4 (bepaald door de Zener dioden Z2 en Z'2)  toegepast worden bij het sluiten van de bijbehorende res-  pectievelijke schakelaars SW2 en SW'2 teneinde over genoeg  spanningsruimte in de uitgangstrappen van de operationele  versterkers te beschikken wanneer een tariefsignaal (16 kHz) 

  
 <EMI ID=39.1> 

  
Zoals hoger vermeld zijn de condensatoren C2 en C'2  met grond verbonden via een kleine impedantie, bijvoorbeeld de 

  
 <EMI ID=40.1> 

  
ker in de hybride keten H, terwijl de wisselstroom impedantie 

  
 <EMI ID=41.1> 

  
naar en van de bidirectionele lijn kunnen verzonden of ontvangen  worden in de transmissie of de ontvangst armen van de hybride  keten. Nadere bijzonderheden betreffende deze byhride keten 

  
worden niet vermeld aangezien dit van minder belang is voor de  uitvinding. De VF 'signalen worden verzonden naar of ontvangen 

  
 <EMI ID=42.1> 

  
Verwijzend naar Fig. 3 wordt daarin slechts de integratorketen I getoond en hierna beschreven aangezien de integrator ketens I en I' identiek zijn. Integratorketen I omvat

  
 <EMI ID=43.1> 

  
op Fig.l. CS1 en CS2 omvatten respectievelijk en hoofdzakelijk

  
 <EMI ID=44.1> 

  
een spiegelketen vormen. De transistoren Q4-en Q5 met verbon-  den basis en transistoren Q6 en Q9 behoren tot zowel CS1 als tot CS2. Wanneer de basisstroom van transistoren Q6 en Q7

  
 <EMI ID=45.1> 

  
Q3 (in de buffertrap BU), Q4 en Q5 elk gelijk aan de collecto:.-  stroom van transistor Q9. Deze collectorstroom wordt bepaald door stroomwinst en de basisstroom van deze transistor, waarbij deze basisstroom bepaald wordt door de spanningswaarde toegevoerd aan klem B en de waarden van de weerstanden R6 en R7. De basisstromen van de transistoren Q3, Q4 en Q5 vloeien naar. batterij via de emitter-collector keten van transistor Q6. De collectorstroom van transistor Q5 vloeit ofwel in de emittercollector keten van transistor Q7 ofwel in de emitter-collector

  
 <EMI ID=46.1> 

  
velijk geblokkeerd of geleidend wordt gemaakt door de toevoering van een aangepaste spanningswaarde aan de stuuringangs-

  
 <EMI ID=47.1> 

  
batterij in de tak die transistor Q8 en transistor Qll

  
met kortgesloten collector omvat en deze stroom wordt in tak die transistor Q10 en weerstand RS omvat gespiegeld.

  
In dit geval wordt condensator Cl negatief opgeladen via R3 en Q10 totdat transistor Ql geleidend wordt, zoals vroeger uitgelegd. Wanneer dit gebeurt wordt de stroom die in de collectoremitter keten van transistor Q10 vloeit gevoed via de collectoremitter keten van transistor Ql. Integendeel, wanneer Q8 geblokkeerd wordt door toevoegen van grondpotentiaal aan klem IC vloeit de collectorstroom van Q5 in de emitter-collector keten van transistor Q7, weerstand R2 en ccndensator Cl wordt ontladen totdat transistor Q2 ge leidend wordt. Dioden Dl en D2 'zijn beschermingsdioden voor de basisemitter juncties Van de respectievelijke transistoren Ql en Q2. 

  
 <EMI ID=48.1> 

  
Q3, ingangstransistot Q16 en een klas B uitgangstrap met transistoren Q14 en Q15, waarvan de in serie verbonden basis emitter juncties overbrugd worden door middel van de in serie verbonden  dioden Q12 en Q13. Een de rgelijke klas B uitgangstrap wordt beschreven op bladzijden 291 tot 308 van het vroeger vermelde boek.

  
In 't kort werkt de buffertrap BU als volgt. De collectorstroom van transistor Q3 die gelijk is aan de constante stroom die door de stroombrongedee lten CS1 CS2 vloeit, vloeit naar batterij via de parallel schakeling van elk in serie verbonden dioden Q12, Q13 en de basis-emitter ketens van transistoren Q14 en Q15. Bijgevolg blijft de spanningsval over de in serie verbonden dioden constant ongeacht de spanning over de conden-

  
 <EMI ID=49.1> 

  
wanneer de capaciteitsspanning afneemt bijvoorbeeld, zal de emitter van Q16 volgen en transistor Q15 wordt meer en meer geleidend terwijl transistor Q14 geblokkeerd wordt. Ook zal de spanning aan de emitter van transistor Q15 deze van de emitter van transistor Q16 volgen. Op dezelfde wijze wanneer de spanning over condensator Cl toeneemt zal transistor Q14

  
 <EMI ID=50.1> 

  
de emitter spanning van transistor Q14 volgt deze van de emitter van transistor Q16. Op deze wijze is er geen wederzijdse invloed van de uitgangs- en ingangsimpedanties van de

  
 <EMI ID=51.1> 

  
Verwijzend naar Fig. 4 stelt de kurve Ti die daarin in volle lijn getoond wordt de spanning voor aan de uitgang van filterketen RC2 of aan de uitgang Ti van de spannings-

  
 <EMI ID=52.1> 

  
vanaf een spanning Vl naar een spanning V2. Aangezien de laadof de ontlaadstrobm van de condensator Cl constant is veran-

  
 <EMI ID=53.1> 

  
de tijd in het tijdsinterval D. Inderdaad, de spanning VCl over de condensator Cl in functie van de tijd is

  

 <EMI ID=54.1> 


  
waarin I de constante stroom is die de capacteit laadt vanaf een spanningswaarde VI naar een spanningswaarde V2 in een tijdsinterval D.

  

 <EMI ID=55.1> 


  
 <EMI ID=56.1> 

  
die getekend is in stippellijn. De spanning VCl over de condensator Cl is in een dunne volle lijn getekend.

  
Teneinde de respons van de volgende filter op een

  
 <EMI ID=57.1> 
 <EMI ID=58.1> 
  <EMI ID=59.1> 

  

 <EMI ID=60.1> 


  
 <EMI ID=61.1> 

  
passeert zonder merkenswaardige attenuatie wordt de respons

  
 <EMI ID=62.1> 

  

 <EMI ID=63.1> 


  
 <EMI ID=64.1> 

  
verschil van de responsen van de hellingsfuncties Ra en Ra'. Deze responsen worden voorgesteld door de functies Til en Ti2.

  
 <EMI ID=65.1> 

  
Ti2 is Til vertraagd over D. De respons Til van het filter op de hellingsfunctie Ra wordt gegeven door

  

 <EMI ID=66.1> 


  
 <EMI ID=67.1> 

  
 <EMI ID=68.1> 

  
laagdoorlaat filter. De hogergenoemde uitdrukking (6)

  
kan gevonden worden in de literatuur, bijvoorbeeld op blz. 48 van het boek "Pulse, Digital and Switching Waveforms" door Hillman en Taub, uitgegeven door McGraw-Hill. 

  
Hoewel de principes van de uitvinding hierboven zijn

  
 <EMI ID=69.1> 

  
wijzigingen daarvan, is het duidelijk dat de beschrijving slechts bij wijze van voorbeeld is gegeven en de uitvinding niet daartoe is beperkt.

Claims

CONCLUSIES

1) Stuur- en filterketen die tenminste een laagdoorlaat filtermiddel omvat met ten minste een uitgang en stuurmiddelen om nagenoeg gelijktijdig een van twee welbepaalde ' spanningen aan de uitgang via de filtermiddelen te koppelen

en de andere van de twee spanningen van de uitgang van het filtermiddel te ontkoppelen, met het kenmerk dat het filtermiddel <EMI ID=70.1>

(RC2, RC'2).

2) Stuur- en filterketen volgens conclusie J.

ning.ontladen te worden.

3) Stuur- en filterketen volgens conclusie 2, met

omvatten die beiden in serie gekoppeld zijn met de

<EMI ID=76.1> en de laagdoorlaat filterketen (RC2; RC' 2) .

4) Stuur- en filterketen volgens conclusie 3,

gekoppeld is tussen twee voedingsspanningen en dat hij

op de een of de andere van de welbepaalde spanningen,

die tussen de voedingsspanningen gelegen zijn, te klemperen.

5) Stuur- en filterketen volgens conclusie 2,

met het kenmerk dat de stroombronmiddelen een gemeenschappelijke

een of de andere van de emitters van twee emitter gekoppelde transistoren (Ql, Q2) afhankelijk van het feit of de ene

(Q8) of de andere (Q7) transistor geleidend wordt gemaakt, waarbij de ene en de andere transistor respectievelijk deel uitmaken van de opladings- en ontladingsketen.

6) Stuur- en filterketen volgens conclusie 2,

met het kenmerk dat de buffertrap (BU) een klas B emittervolgertrap omvat die gevoed wordt door de stroombronmiddelen.

7) Stuur- en filterketen volgens conclusie 1,

een RC filter is die een serieweerstand (R , R') en een parallelcondensator (C2, C'2) omvat waarbij het junctiepunt van de

van de filtermiddelen is.

8) Stuur- en filterketen volgens conclusie 1, met

het kenmerk dat het eerste en tweede laagdoorlaat filtermiddelen omvat met een respectievelijke eerste en tweede uitgang, waarbij de eerste en tweede uitgangen onderling gekoppeld

zijn via een uitgangsimpedantie (L) en dat de stuurmiddelen in staat zijn om nagenoeg gelijktijdig de ene (andere) en andere (ene) welbepaalde spanning met respectievelijk eerste (tweede) en tweede (eerste) ingangen te koppelen.

9) Stuur- en filterketen volgens conclusie 8, met

het kenmerk dat de uitgangsimpedantie een twee geleiderstele-communicatielijn is.

10) Stuur- en filterketen volgens conclusies 7 en 9,

(C2, C'2) van de laagdoorlaat filterketens (RC2, R'C'2) verbonden zijn met een eerste (Hl) en een tweede (H2) klem van een hybride keten (H) die in staat is om wisselstroom signalen

te sturen op de lijn (L) en dergelij� signalen van de lijn te ontvangen via de condensatoren (C2, C'2).

11) Stuur- en filterketen volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de eerste en tweede uitgangen met eerste en tweede geleiders van de lijn respectievelijk gekoppeld zijn

via een eerste (0A1) en tweede (OA2) versterker.

12) Stuur- en filterketen volgens conclusie 11,

met het kenmerk dat de eerste en tweede versterkers operationele versterkers zijn.

13) Stuur- en filterketen volgens conclusie 12,

met het kenmerk dat de eerste en tweede operationele versterkers

ingang die gekoppeld is aan de uitgang van de respectievelijke eerste en tweede laagdoorlaat filtermiddelen en met een uitgang

14) Stuur- en filterketen volgens conclusies 4 en 10,

schillend type zijn, bijvoorbeeld spraakfrekwentiesignalen

zijn om de waarden van de welbepaalde spanningen in te stellen volgens het type van wisselstroomsignalen.