<Desc/Clms Page number 1>
VERBETERINGSOKTROOI
BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY
Naamloze Vennootschap Francis Wellesplein 1 B-2018 Antwerpen
België AANVRAAG VOOR EEN EERSTE VERBETERINGSOKTROOI AAN HET BELGISCHE OKTROOI NO 898 049 INGEDIEND OP 21 OKTOBER 1983 VOOR :
TELECOMMUNICATIELIJNKETEN EN BIJBEHORENDE
SPANNINGSOMZETTER Uitvinders : J. PIETERS-E.
MOONS
<Desc/Clms Page number 2>
De huidige uitvinding heeft betrekking op een telecommunicatielijnketen welke lijnversterkers omvat waarvan de uitgangen met respektieve lijngeleiders van een telecommunicatielijn via voeding- weerstanden gekoppeld zijn, en een weerstandssyntheseketen omvat om uit deze voedingsweerstanden een gewenste weerstand door synthese te verwezenlijken, waarbij deze syntheseketen ingangen heeft die met deze voedingsweerstanden gekoppeld zijn en ook een uitgang heeft die met voedingsingangen van deze lijnversterkers gekoppeld is, waarbij deze uitgang gevormd wordt door de uitgang van een operationele versterker die door een besturingsspanning bestuurd wordt en waarmee deze ingangen gekoppeld zijn via een lijnstroomvoelerketen en een wisselstroomfilter.
Een dergelijke keten is reeds bekend uit het Belgisch oktrooi nO 898. 049. Daarin wordt de besturingsspanning via een weerstand aan de niet-inverterende ingang van de operationele versterker gelegd, terwijl de filterketen met dezelfde ingang via minstens een bufferversterker gekoppeld is, opdat deze filterketen niet door de weerstand zou worden belast. Nadelen van deze bekende keten zijn dat een dergelijke versterker een gelijkstroom-afzet invoert en ruis voortbrengt, zodat de nauwkeurigheid van de weerstandsyntheseketen nadelig beïnvloedt wordt en dat ruis op de lijn verschijnt. Bovendien neemt een dergelijke bufferversterker een betrekkelijk grote oppervlakte in als de lijnketen op een chip geïntegreerd wordt.
<Desc/Clms Page number 3>
Een doelstelling van de huidige uitvinding bestaat erin een telecommunicatielijnketen van het hierboven beschreven type te verschaffen, maar welke deze nadelen niet vertoont.
Volgens de uitvinding wordt deze doelstelling bereikt doordat dit wisselstroomfilter rechtstreeks verbonden is met de nietinverterende ingang van deze operationele versterkerketen waarvan de inverterende ingang verbonden is met een besturingsketen waaraan deze besturingsspanning wordt gelegd en welke in staat is om deze besturingsspanning tot een besturingsstroom om te vormen en om deze stroom van deze inverterende ingang af te leiden.
Door de besturingsspanning in een stroom om te vormen en deze van de inverterende ingang van de operationele versterker af te leiden, was het mogelijk de filterketen rechtstreeks met de niet-inverterende ingang van deze versterker te verbinden, d. w. z. zonder het gebruik van een bufferversterker. Op deze wijze wordt de nauwkeurigheid van de weerstandsyntheseketen verhoogd en de ruisprestatie van de keten verbeterd omdat alle ongewenste signalen belet worden van de lijn te bereiken. Ook kan de keten op een kleinere chipoppervlakte geïntegreerd worden.
De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een operationele versterkerketen waarvan een ingang via een voorwaarts pad, welke een eerste impedantie omvat, gekoppeld is met minstens een van de ingangen van een operationele versterker, waarvan de inverterende ingang met de uitgang van de keten gekoppeld is via een terugkoppelketen die een tweede impedantie omvat.
Deze versterkerketen is gekenmerkt doordat deze voorwaartse en terugkoppel paden respektievelijk een eerste en een tweede aantal transistorschakelaars omvatten, zodanig dat de versterkers van de versterkerketen niet door deze schakelaars wordt beïnvloed.
Op deze wijze wordt het effect van de transistorschakelaars, die in het voorwaarts pad van de versterkerketen vereist zijn, door de transistorschakelaars in het terugkoppel pad gecompenseerd.
<Desc/Clms Page number 4>
De hierboven vermelde en andere doeleinden en kenmerken van de uitvinding zullen duidelijker worden en de uitvinding zelf zal het best begrepen worden aan de hand van de hiernavolgende beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld en van de bijbehorende tekeningen waarin :
Fig. l een telecommunicatieketen toont welke een lijnketen volgens de uitvinding omvat ;
Fig. 2 en 3 samen deze lijnketen in detail voorstellen.
De in Fig. 1 getoonde telecommunicatieketen omvat een lijnketen LC, die in serie met een schakelketen HVC verbonden is tussen een telecommunicatielijn met geleiders LIO en LH, verbonden met een abonneepost TSS, en een schakelnetwerk SNW. LC, HVC en SNW zijn ondergebracht in een telecommunicatiecentrale. De lijnketen LC omvat de serieverbinding van een SLIC, een numeriek-signaal processor DSP, een transcoder en filterketen TCF en een klemmenbestuurder met twee processors DPTC.
De abonneepost TSS omvat een normaal open haakschakelaar HS, die tussen de lijngeleiders LIO en LH verbonden is.
De schakelketen HVC is bijvoorbeeld van het type beschreven in het Belgisch oktrooi nO 897.772. Hij omvat 4 paren tweerichtingsschakelaars swOO, swOl tot sw30, sw31, zoals getoond, en heeft lijnklemmen LO en LI die respektievelijk met de lijngeleiders LIO en LH verbonden zijn, testklemmen TO en Tl verbonden met een testketen TC, belsignaalklemmen RGO en RG1 verbonden met een belketen RC,"tip"en "ring"klemmen TP en RG respektievelijk verbonden met de gelijknamige uitgangen van lijnversterkers LOAO en LOA1 in de SLIC en klemmen STA, STB, SRA, SRB verbonden met gelijknamige klemmen van een voelerketen SENC in de SLIC.
In HVC zijn de lijnklemmen LO/L1 verbonden met TP/RG respektievelijk via de serieverbinding van swOO/01, 50 ohms lijnvoedingsweerstanden RO/1 en swlO/11.
<Desc/Clms Page number 5>
De respectieve verbindingspunten STB en SRA van swOO en RO en van swOl en Rl zijn met TC respektievelijk via sw20 en sw21 verbonden, terwijl de respectieve verbindingspunten STA en SRB van RO en swIO en van Rl en SWll met RC respektievelijk via sw30 en sw31 verbonden zijn. Zoals getoond voor een doorgeschakelde verbinding zijn de serieschakelaars swOO, swOl, swIO en swll gesloten, terwijl de andere shuntschakelaars open zijn. Alle schakelaars worden door de SLIC bestuurd, zodat de HVC in staat is om één van de volgende verbindingen te verwezenlijken : tussen TSS en SLIC (LOAO, LOA1 en SENC) ; TC en TSS ; SLIC (LOAO, LOA1) en TC ; RC en TSS ; RC en SLIC (SENC).
De functie van TC bestaat erin de verbinding naar TSS en naar de SLIC te testen en deze van RC bestaat erin een belsignaal aan deze lijn en aan de SENC en de SLIC toe te voeren. Bijvoorbeeld, RC is in staat om grond te verbinden via sw30 en om de negatieve batterij BA die een spanning V-van-48 of-60 Volts levert in serie met een belbron RS van 90 volts effectief te verbinden via sw31.
De abonneelijntussenketen SLIC, welke op een chip geïntegreerd is, is een tweedraads tweerichtingsketen aan de kant van TSS en een vierdraadsketen naar SNW toe. Hij heeft een spraakontvangstklem Rx (met grondterugkeer) en een spraaktzendklem Tx (opnieuw met grondterugkeer), waarbij Rx en Tx met DSP verbonden zijn. De SLIC heeft verder een 12 kHz of 16 kHz tariefsignaal ingangsklem MTCF verbonden met TCF, data ingang-en uitgangsklemmen DSP1 en DSP2 verbonden met DSP en de hierboven vermelde klemmen STA, STB, SRA, SRB, TP en RG verbonden met HVC.
De voelerketen SENC, die van de SLIC deel uitmaakt, is van het type beschreven in de Europese oktrooi aanvraag nO 85200774. 9 en verschaft aan zijn uitgang een samengestelde gelijk/wisselspanning
EMI5.1
die bijvoorbeeld gelijk is aan r = RO = Rl en i de lijn- 7 stroom is, bestaande uit een gelijkstroomcomponent en eventueel een wisselstroomcomponent gevormd door een spraaksignaal en/of een tariefsignaal.
<Desc/Clms Page number 6>
De numeriek-signaal processor DSP vormt een numeriek spraaksignaal, ontvangen van TCF, om in een analoog spraaksignaal, welke dan aan de spraakontvangstklem Rx van de SLIC wordt gelegd. Omgekeerd vormt hij ook een spraaksignaal, ontvangen via de spraakzendklem Tx van de SLIC, om in een numerieke versie die aan TCF wordt gelegd. DSP omvat ook een echo-ophefketen.
De volgende drijfbits worden door de DSP aan de data ingangsklem DSP1 van de SLIC toegevoerd : - BR0 en BR1 : polariteitomkeerbits die aanduiden dat de polariteit op
RG en op TP hoog (1) of laag (0) gemaakt moet worden volgens de volgende tabel :
EMI6.1
BRO BR1 TP RG Conditie O 0/1 1 0 normale conditie 1 0 0 1 omkeerconditie1 1 0 0 grondsignaleringsconditie
Laatstgenoemde conditie wordt grondsignaleringsconditie genoemd omdat ze in TSS de signalering op elk van de lijngeleiders mogelijk maakt door daarop een grond aan te leggen.
Inderdaad, omdat TP en
RG zich op een lage spanning bevinden kan er stroom vanaf grond naar de lijnketen vloeien ; - FR : een voedingskarakteristiekbit die aangeeft dat de door synthese verkregen lijnvoedingsweerstand hoog- (0) of laagohmig (1) moet zijn.
De betekenis van door synthese verkregen voedingsweerstand zal later worden uitgelegd ; - CTO en CT1 : stroombeperkingsbits om vier mogelijke maximum lijn- stroomcondities aan te geven ; - BV : een batterijbit die aanduidt dat de batterijspanning V-van de centrale-48 Volts (0) of-60 Volts (1) is ; - SMPI : een tariefsignaalbit die aangeeft dat een tariefsignaal die aan de SLIC wordt toegevoerd door TCF, in de SLIC al (1) of niet (0) moet toegelaten worden ; - RNG : een belsignaalbit die aangeeft of er al (1) of niet (0) een belsignaal moet aangelegd worden ;
<Desc/Clms Page number 7>
- BPW : een vermogenbit die aanduidt dat de SLIC al (1) of niet (0) in de hoog-vermogenwijze gebracht moet worden ; - HB :
een hoge-polarisatiebit die aanduidt dat de SLIC al (1) of niet (0) in een hoge-polarisatiewijze gebracht moet worden ; - RYO, RY1, RY2 : drie relaisdrijfbits die aanduiden dat een overeen- komstige van de relais (niet getoond) met de hierboven vernoemde contacten swOO tot sw31 al (1) of niet (0) bekrachtigd moet worden.
Tenslotte ontvangt de DSP ook op zijn data-ingangsklem DSP2 besturingsdatabits die door de SLIC worden uitgezonden. Deze bits zijn dezelfde als deze overgedragen naar DSP1, met uitzondering dat de vier bits FR, RNG, CTO en CT1 die respektievelijk vervangen zijn door : - SHD : een haakschakelaardetectiebit die aangeeft dat de lijnlus tussen SLIC en TSS open (0) of gesloten (1) is ; - RT : een belsignaal afschakelbit die aanduidt dat het door de keten
RC aan de lijn gelegde belsignaal al (1) of niet (0) afgeschakeld moet worden ; - OC : een overstroom-of overtemperatuurbit, die aangeeft dat de temperatuur van LOAO en/of LOA1 boven (1) of onder (0) een vooraf- bepaalde waarde ligt ; - VPB :
een bit die aanduidt dat er op de lijngeleiders al (1) of niet (0) gronddetectie moet worden uitgevoerd. In het onderhavige geval is VPB altijd 0.
De TCF voert een transcodeerbewerking uit op numerieke signalen ontvangen van de DSP en de DPTC en is ook ingericht om een tariefsignaal MTCF aan de SLIC toe te voeren. Deze bewerkingen zijn beschreven in de Belgische oktrooien 897.771 en 897.773.
Tenslotte, de DPTC voert de algemene besturing van de SLIC uit.
Details van deze keten zijn in de Belgische oktrooien 898 959 en 898. 960 beschreven.
<Desc/Clms Page number 8>
Er dient opgemerkt dat terwijl HVC, SLIC en DSP individueel aan de telefoonlijn zijn toegevoegd, de ketens TCF en DSP gemeenschappelijk aanwezig zijn voor een aantal dergelijke lijnen, bv. 8 lijnen, zoals door de multipelpijlen is aangeduid.
Er wordt nu verwezen naar Fig. 2 en 3, die de SLIC van Fig. 1 in meer detail voorstellen. Deze keten heeft enige gelijkenissen met deze die in het Belgisch oktrooi n 898 049 is beschreven. Deze keten werkt op de volgende spanningen : V+ die op 0 Volts of grondpotentiaal is ; v-die gelijk is aan-48 of-60 Volts, bv.-48 Volts ; VAUX die een hulpspanning is 15 Volts boven V-, bv.-33 Volts ; VAG die een spanning is halfweg tussen V-en VAUX, d. w. z. nagenoeg gelijk aan 7,5 Volts boven V-, bv.-40, 5 Volts ; VEET die een regelspanning is ; BI die een continu aangelegde constante spanning is gelijk aan nagenoeg 3 Volts onder VAUX ; B2 die een zogenaamde bandspleet (bandgap) referentiespanning is, bv. gelijk aan 2,41 Volts boven VAG.
Zoals getoond in Fig. 2 is de uitgang C01 van de voelerketen SENC verbonden met de ingangen VEET van LOAO en LOA1, die respektieve terugkoppelweerstanden R2 en R3 hebben, via een gelijkspanningsterugkoppelketen DCFC welke samen met de versterkers LOAO en LOA1, de voedingsweerstanden RO en Rl en de voelerketen SENC een weerstandsyntheseketen vormen d. w. z. een keten om de waarde van elk van de voedingsweerstanden RO en Rl in een gewenste weerstandswaarde om te vormen. De uitgang C01 van de voelerketen SENC is ook via een gelijkstroomblokkeercondensator Cl en serie met een versterkertrap OA3, die een operationele versterker omvat, verbonden enerzijds met de converterende ingang INO van LOAO via de weerstand R4 en, anderzijds, met de niet-inverterende ingang NI1 van LOA1 via de weerstand R5 gelijk aan R4.
<Desc/Clms Page number 9>
De versterkers LOAO en LOAI, de weerstanden RO en Rl, de voelerketen SENC, de versterkertrap OA3 en de weerstanden R4 en R5 vormen een wisselstroomimpedantie-syntheseketen die in staat is om de weerstandwaarde van RO en Rl in een gewenste wisselstroomimpedantie om te vormen.
De niet-inverterende ingangen NIO van LOAO en NI1 van LOA1 zijn via de gelijke weerstanden R6 en R7 verbonden met de respektieve uitgangen VTI en VRI van een polariteitomkeerketen PRC van het type beschreven in de Belgische oktrooiaanvraag, die vandaag samen met de huidige aanvraag is ingediend met als titel"Telecommunicatie- lijnketen en bijbehorende polariteitsomkeerketen".
Zoals in deze aanvraag is beschreven heeft de PRC ingangen, die door de hoger vermelde drijfbits SMPI, HB, BPW, BRO en BR1 bestuurd worden en is hij in staat om een voedingsgelijkspanning V+ min x aan VTI en een voedingsgelijkspanning VEET plus x aan VRI (normale conditie) te leggen of vice-versa (omkeerconditie) of zelfs VEET plus x zowel aan VTI als aan VRI (grondsignaleringsconditie) te leggen. De spanning x is gekozen in functie van de grootte van het spraaksignaal en het tarief-
EMI9.1
signaal en/of van één of meer van de drijfbits SMPI, HB, BPW. De PRC verschaft aan zijn uitgang VX een spanning gelijk aan V+ min 2 x, die aan de gelijkspanningsterugkoppelketen DCFC wordt gelegd.
De niet-inverterende ingang NIO van LOAO en de inverterende ingang IN1 van LOA1 zijn met VAG verbonden via de respektieve gelijke voorspanningsweerstanden R8 en R9. De hogervermelde uitgangen MTCF van TCF en Rx van DSP zijn met de inverterende ingang INO van LOAO en met de niet-inverterende ingang NI1 van LOA1 gekoppeld via niet getoonde middelen (aangeduid met streeplijnen) en respektieve weerstanden R10, Ril en R12, R13. R10 en R12 zijn respektievelijk gelijk aan Ril en R13. Tenslotte is de uitgang van de versterkertrap OA3 ook via niet getoonde middelen (ook aangeduid met een streeplijn) verbonden met de zenduitgang Tx. De niet getoonde middelen zijn zonder belang voor het begrip van de uitvinding en zijn bijvoorbeeld van het type beschreven in de hierboven vermelde Europese oktrooiaanvraag.
<Desc/Clms Page number 10>
De hierboven vermelde gelijkspanningsterugkoppelketen DCFC, die hierna in detail beschreven zal worden heeft de volgende klemmen : - een ingang verbonden met de uitgang C01 van de voelerketen PRC ; - een ingang verbonden met de uitgang VX van de polariteitsomkeerketen
PRC ; - ingangen die door de hierboven vermelde drijfbits FR, BV, BRO en
BR1, CTO en CT1 en door de complementen daarvan bestuurd worden. De functie van de andere drijfbits en van de besturingsbits wordt in de huidige beschrijving niet uitgelegd ; - een uitgang VEET verbonden met de polariteitsomkeerketen PRC en met de gelijknamige ingangen van de beide lijnversterkers LOAO en LOA1.
Op de laatstgenoemde uitgang brengt de keten DCFC een regelspanning VEET voort, welke functie is van de genoemde stroom i en drijfbits. De stroombeperkingsbits CTO en CT1 besturen meer in het bijzonder een stroombeperkingsketen CLC, die deel uitmaakt van de DCFC en later met verwijzing naar Fig. 3 beschouwd zal worden.
De uitgang C01 van de voelerketen SENC is verbonden met een keten bestuurd door de voedingskarakteristiekbit FR en het complement FR daarvan. Meer in het bijzonder is deze uitgang C01 met de niet-inverterende ingang van een operationele versterker OA4 verbonden via de serieverbinding, enerzijds van een laagdoorlaatfilter R14, R15, C2 en een transfertpoort PG1 en, anderzijds, van een laagdoorlaatfilter R16, C3 en een transfertpoort PG2. Het laagdoorlaatfilter R14, R15, C2 bestaat uit de serieweerstand R14 en een shunttak gevormd door de weerstand R15 en een capacitantie C2 in parallel, terwijl het laagdoorlaatfilter R16, C3 bestaat uit de serieweerstand R16 en de shuntcapacitantie C3.
Elk van deze filters wordt gebruikt om het 12 kHz of 16 kHz tariefsignaal weg te filteren uit het hierboven vermelde samengestelde wissel spanning/gelijkspanningsignaal dat op de uitgang C01 van de voelerketen SENC wordt voortgebracht. Door de aanwezigheid van de twee weerstanden R14, R15 verschaft het filter R14, R15, C2 een grotere verzwakking dan het filter R16, C3, zoals in het laagohmig geval is vereist. Dit zal later duidelijk worden.
<Desc/Clms Page number 11>
Bovendien zijn deze weerstanden R14 en R15 buiten de chip, die de SLIC vormt, gelegen en ze kunnen daarom gemakkelijk door andere worden vervangen. De transfertpoorten PG1 en PG2 worden door de bits FR en FR op tegengestelde wijze bestuurd. De drijfbit FR bestuurt ook een PMOS transistor PM1, die in serie met een voorspanningsweerstand R17 verbonden is tussen VAG en de inverterende ingang van de versterker OA4, welke een negatieve terugkoppelweerstand R18 heeft. Een weerstand
EMI11.1
R19 is parallel verbonden met de serieverbinding van R17 en PM1.
De zojuist beschreven keten werkt als volgt als een laagohmige (FR = 1) of een hoogohmige (FR = 0) lijnconditie verwezenlijkt dient te worden.
Laagohmige lijnconditie (FR = 1) In dit geval is de transfertpoort PG1 geleidend, terwijl de transfertpoort PG2 en de transistor PM1 beide geblokkeerd zijn. Als gevolg daarvan wordt de spanning, beschouwd t. o. v. VAG, en gelijk aan- die aan de uitgang van de voelerketen SEN aanwezig is, gefilterd in de
EMI11.2
filterketen R14, R15, C2 en dan versterkt met een factor gelijk aan 1 + R18. In een voorkeursuitvoering is R18 = R19 zodat deze factor dan R19 gelijk is aan 2.
Hoogohmige lijnconditie (FR = 0) In dit geval is de transfertpoort PG1 geblokkeerd, terwijl de transfertpoort PG2 en de transistor PM1 beide geleidend zijn. Als gevolg daarvan wordt de laatstgenoemde spanning ri in filterketen R16,
EMI11.3
. RIB (R17 + R19) C3 gefilterd en dan versterkt met een factor l + R R17. R19 die groter is dan in de laagohmige conditie. In een voorkeursuitvoering is R18 = R19 zodat de versterkingsfactor groter is 74 dan 5. Zoals later duidelijk zal worden zal dit aanleiding geven tot een spanning VEET van hogere waarde en bijgevolg tot een kleinere lijnstroom.
Er dient opgemerkt dat gezien in de hoogohmige lijnconditie de versterking nerkelijk vergroot moet worden, het filter R16, C2 geen weerstand bevat die vergelijkbaar is met R15 en welke deze versterking zou verminderen.
<Desc/Clms Page number 12>
De uitgang van de versterker OA4 is verbonden met een eenheidsversterkingsketen, die door de polariteitsomkeringsbit BRO en het complement BRO daarvan bestuurd wordt. Meer in het bijzonder is deze uitgang via een gemeenschappelijke weerstand R20 en individuele PMOS transistors PM2 en PM3 respektievelijk met de niet-inverterende en inverterende ingangen van een operationele versterker OA5 verbonden.
PM2 en PM3 werden door de respektieve bits BRO en BRO bestuurd. De laatstgenoemde bit BRO bestuurt ook de PMOS transistor PM4, die tussen VAG en de niet-inverterende ingang van DAS verbonden is. Laatstgenoemde versterker OA5 heeft een negatieve terugkoppel tak bestaande uit de PMOS transistor PM5 en de weerstand R21 in serie, waarbij het verbindingspunt van PM5 en R31 verbonden is met de uitgang CL van de later te beschouwen stroombeperkingsketen CLC. De poort van PMS, die identiek is aan PM3, is met de voedingsspanning V-verbonden en is daarom continu geleidend.
De zojuist beschreven keten werkt als volgt in de hierboven vermelde normale (BRO = 0) en andere (BRO = 1) polariteitcondities : Normale conditie (BRO = 0) In dit geval zijn de transistors PM3, PM4 en PMS geleidend, terwijl transistor PM2 geblokkeerd is. Als gevolg daarvan wordt de uitgangs-
EMI12.1
spanning, beschouwd t. o. v. VAG, die door de versterker OA5 verschaft R21 wordt versterkt met een factor gelijk aan- .. een voorkeur uitvoering is R20 = R21, zodat de laatstgenoemde versterkingsfactor gelijk is aan-l.
Andere condities (BRO = 1) In deze gevallen zijn de transistors PM2 en PM5 geleidend, terwijl de transistors PM3 en PM4 geblokkeerd zijn. Als gevolg daarvan wordt de spanning, beschouwd t. o. v. VAG, die aan de uitgang van de versterker OA5 verschaft wordt, versterkt met een factor gelijk aan 1.
<Desc/Clms Page number 13>
Er dient opgemerkt dat de continu geleidende transistor PM5 in het negatief terugkoppel pad van OA5 aanwezig is opdat zijn impedantie Z dezelfde impedantie van PM3 in het voorwaarts pad zou compenseren, d. w. z. in het pad via hetwelk de weerstand R20 met OA5 verbonden is. Inderdaad, bijvoorbeeld in het geval BRO = 0 is de versterkingsfactor
EMI13.1
R21 + Z. in feite gelijk van n-=-l.
R20
Uit hetgeen voorafgaat volgt dat de spanning afgenomen van de lijn in de normale conditie (BRO = 0) tweemaal en in de andere condities (BRO = 1) eenmaal gefnventeerd wordt. Op deze wijze is het signaal aan de uitgang van de versterker OA5 onafhankelijk van de zin van de lijnstroom.
De uitgang van de versterker OA5 is met de niet-inverterende ingang van een operationele versterker OA6 verbonden via een filterketen, welke bestaat uit de serieweerstanden R22 en R23 en de shuncapacitantie C4. De weerstand R22 is in parallel verbonden met de emitter-basis junctiedioden van de als diode verbonden NPN transistor N1 en PNP transistor PI. Het doel van deze filterketen bestaat erin residuele wisselspanningssignalen, zoals spraak, uit te filteren en grote gelijkspanningssignalen, zoals deze voortgebracht als een abonnee afhaakt, naar zijn uitgang te laten doorgaan nagenoeg zonder distorsie en op zeer snelle wijze.
Dit wordt als volgt bereikt : voor een grote positief of negatief gerichte gelijkspanningsverandering wordt transistor N1 of P1 geleidend en sluit hij de weerstand R22 kort, tengevolge waarvan de tijdconstante van het filter R23, C4 verminderd wordt, zodat deze spanningsverandering op snelle wijze aan OA6 wordt toegevoerd. Integendeel, voor een kleinere spanningsverandering wordt de weerstand R22 niet kortgesloten, zodat deze verandering meer gefilterd wordt vooraleer aan OA6 te worden toegevoerd. De spanning die aan de ingang van OA6 wordt gelegd wordt VI + VAG genoemd.
<Desc/Clms Page number 14>
De inverterende ingang van de versterker OA6 wordt bestuurd zowel vanaf de uitgang VX van de polariteitsomkeerketen PRC als vanaf een keten bestuurd door de batterijbit BV en het complement BV daarvan.
De inverterende ingang van OA6 is met zijn uitgang verbonden via de weerstand R24 en de emitter-basisjunctie van PNP transistor P2 waarvan de collector met V-verbonden is. De emitter van P2, die de uitgang VEET vormt, is met de PRC en met de ingangen VEET van de basis lijnversterkers LOAO en LOA1 verbonden. De door BV en bestuurde keten omvat een operationele versterker OA7 en een bijbehorende spanningdelerketen welke tussen VAUX en VAG verbonden is en bestaat uit het emitter-naar-collectorpad van PMOS transistor PM6 en de weerstanden R25, R26 en R27 in serie. De basis van transistor PM6 heeft een continu voorspanning verschaft door de constante spanning BI, zodat PM6 voortdurend een constante stroom aan de laatstgenoemde spanningsdeler toevoert.
De niet-inverterende ingang van een versterker OA7 is met de bandspleetreferentiespanning B2 verbonden en de aftakpunten TP2 en TP3 van de hierboven genoemde spanningsdeler, zijn met zijn inverterende ingang verbonden via de respectieve PMOS transistors PM21 en PM22 die respektievelijk door de batterijbits BV en BV bestuurd worden. Het aftakpunt TP1 van deze spanningsdeler is via de weerstand R28 met de inverterende ingang van de versterker OA6 verbonden.
De zojuist beschreven keten werkt als volgt : - in geval BV = 0 (batterij van-48 Volts) zijn de transistors PM21 en
PM22 respektievelijk geleidend en geblokkeerd, zodat de referentie- spanning, zegge V2 + VAG, die via de weerstand R28 aan de inverterende ingang van de versterker OA6 gelegd wordt, gelijk is aan de referentiespanning B2, ook beschouwd t. o. v. VAG, vermenigvuldigd met een versterkingsfactor gelijk aan : R25 1 + R26 + R27
<Desc/Clms Page number 15>
EMI15.1
- geval BV = (batterij van-60 Volts) is deze versterkingsfactor ingelijk aan : 1 + R25 + R26
R27 omdat de transistors PM21 en PM22 dan respectievelijk geblokkeerd en geleidend zijn. Deze factor is groter dan in het geval BV = 0 en geeft aanleiding tot een kleinere VEET, zoals later duidelijk zal worden.
Aldus wordt de toevoer van een grotere lijnstroom verzekerd, gezien deze functie is van V+-VEET-2x. In een voorkeurs-
EMI15.2
R25 65 uitvoering is -= en R27 = zodat de versterkingsfactor 9's- 2-6 = 2-0 respektievelijk gelijk is aan 1,65 voor BV = 0 en groter is dan 2 voor BV = 1.
De uitgang VX van de polariteitsomkeerketen PRC is met het verbindingspunt van drie in serie verbonden als diode geschakelde NPN transistors N2 tot N4 en een weerstand R29 verbonden via de serieverbinding van een weerstand R30, de basis-emitterjuncties van de NPN transistors N5 en N6 die een Darlingtonpaar vormen, een weerstand R31 en de basis-emitterjunctie van een PNP transistor P3 die met NPN transistor N7 een gemeenschappelijke emitter-gemeenschappelijke collectorpaar vormt. De collectors van N5 en N6 zijn beide met de voedingsspanning V+ verbonden, en de emitter en collector van de transistor P3 zijn respectievelijk verbonden met de collector en basis van de transistor N7. De emitter van de laatstgenoemde transistor N7 is verbonden met een stroombron bestaande uit de NPN transistors N8, N9 en N10 en de weerstanden R32 en R33.
Meer in het bijzonder is deze emitter met de voedingsspanning V-verbonden via het collectornaar-emitterpad van N8 en de weerstand R32 in serie. De emitter van N7 is ook verbonden met de basis van transistor N9 waarvan het collectoremitterpad tussen VAUX en de basis van transistor N8 verbonden is.
Tenslotte is de basis van de stroombrontransistor N8 verbonden met de basis van transistor N10 waarvan de emitter met V-verbonden is via de weerstand R33 en waarvan de collector met de inverterende ingang van de versterkte OA6 verbonden is.
<Desc/Clms Page number 16>
Omdat de spanning aan de uitgang VX van de PRC gelijk is aan V+-2 x en als V (N/P) de VBE van een transistor N/P genoemd wordt, is de spanning aan het bovenste uiteinde van de weerstand R31 gelijk aan V+-2x-V (R30)-V (N5)-V (N6), waarin V (R30) de spanningsval in de beschermingsweerstand R30 is. Anderzijds is de spanning aan het onderste uiteinde van de weerstand R31 gelijk aan VAG-V (N2)-V (N3)-V (N4) + V (P3).
De keten wordt nu door middel van de weerstand R29 en mogelijk ook van de weerstand R30 zodanig geregeld dat de VBEs van de transistors opgeheven worden, zodat de stroom die doorheen de weerstand R31 vloeit
EMI16.1
gegeven wordt door ' (1) R31 Deze stroom vloeit naar V-hoofdzakelijk via de collector-emitterpaden van de NPN transistors N7 en N8 en de weerstand R32 in serie. Wegens de stroomspiegel transistor N18 vloeit deze stroom ook in de collector van de laatstgenoemde transistor, zodat hij van de inverterende ingang van de versterker OA6 afgeleid wordt.
Als men, zoals reeds vermeld : VI + VAG de spanning noemt die aan de niet-inverterende ingang van OA6 gelegd wordt ; V2 + VAG de referentiespanning noemt die aan de inverterende ingang van OA6 gelegd wordt via de weerstand R28, kan men berekenen dat de uitgangsspanning VEET van OA6 gegeven wordt door de volgende betrekking :
EMI16.2
VEET = VAG (l--) + R24 (V+-2 + (1 + ru28) VI (2) R31 R31 x R28 R28 In een voorkeursuitvoering is R24 = zodat in dit geval VEET R24 onafhankelijk is van VAG, en po 12, zodat VEET dan gegeven wordt R28 x)door : VEET = V+-2 x + 13 VI-12 V2 (3)
De in Fig. 3 getoonde stroombeperkingsketen CLC wordt nu beschouwd.
<Desc/Clms Page number 17>
De uitgang van de filterketen R16, C3 is eveneens verbonden, enerzijds met de niet-inverterende ingang van een operationele versterker OA8 via PMOS transistor PM7 en, anderzijds, met de inverterende ingang van OA8 via de weerstand R34 en PMOS transistor PMS in serie. De niet-inverterende ingang van OA8 is verbonden met VAG via de voorspanningsweerstand R35 en zijn inverterende ingang is met zijn uitgang verbonden via de PMOS transistor PM9 en de weerstand R36 in serie. De poorten van de transistors PM7 en PMS worden respec-
EMI17.1
tievelijk bestuurd door de Boolese functies BRIO + FR en BR + FR, terwijl de basis van transistor PM9 verbonden is met V-en daarom continu geleidend is.
De zojuist beschreven keten werkt als volgt : - als FR = 0 (hoogohmige lijnconditie) zijn de beide transistors PM7 en PMS geblokkeerd en wordt er geen stroombeperking uitgevoerd ; - als FR = 1 (laagohmige conditie) werkt de keten ofwel als een inverter (BRO = 0) of als een volger (BRO = 1) opdat in alle conditions een signaal onafhankelijk van de zin van lijnstroom zou toegevoerd worden aan de eigenlijke stroombeperkingsketen, die met de uitgang van de versterker OA8 verbonden is.
Inderdaad : - als BRO = 0 is, zijn de transistors PM7 en PMS respektievelijk geblokkeerd en geleidend, zodat het signaal dat aan de keten gelegd
EMI17.2
wordt vermenigvuldigd wordt met een versterkingsfactor gelijk aan R36 --6 R34 = R36 ; R34 of-1 als- als BRO = 1 is, zijn de transistors PM7 en PMS respektievelijk geleidend en geblokkeerd, zodat de versterkingsfactor dan gelijk is aan 1.
Weer is de transistor PM9 aanwezig om de impedantie van PMS te compenseren.
<Desc/Clms Page number 18>
De uitgang van de versterker OA8 is via een weerstand R37 verbonden met een eerste ingang van een differentiaalversterker waarvan de andere ingang met de aftakpunten TP4 tot TP7 van een spanningsdeler
EMI18.1
verbonden is via de paren in serie verbonden PMOS transistors PM10, PM11 ; PM12, PM13 ; PM14, PMI5 en PM16, PM17 die respektievelijk door de stroombeperkingsbits ; CTO, ; CTO, CT1 en CTO, CT1 bestuurd worden. De spanningsdeler bestaat uit de weerstanden R38 tot R42, die in serie tussen de bandspleetreferentiespanning B2 en VAG verbonden zijn. De ingangen van de differentiaalversterker worden gevormd door de basissen van de NPN transistors N11 en N12 waarvan de emitters verbonden zijn met een gemeenschappelijke voorspanningsstroombron bestaande uit de PMOS transistors PM18, NPN transistors N13 en N14 en weerstanden R43 en R44.
De voedingsbron VAUX is met V-verbonden via het bron-naar-afvoerpad van PM18, die door de voorspanningsbron BI bestuurd wordt, het collector-naar-emitterpad van de als diode verbonden transistor N14 en de weerstand R44 in serie. De verenigde emitters van N11 en N12 zijn met V-verbonden via het collectornaar-emitterpad van de stroomspiegeltransistor N13 en weerstand R43 in serie. De basis van N13 is met de collector en basis van N14 verbonden. De collector van N12 is verbonden met VAUX die met de collector van transistor N11 verbonden is via die als diode geschakelde PMOS transistor PM19, welke van een stroombron/stroomspiegelinrichting deel uitmaakt.
Deze inrichting omvat verder PMOS transistor PM20, NPN transistors N15 en N16 en weerstanden R45 en R46. Meer in het bijzonder is de poort van PM19 verbonden met deze van PM20 waarvan de bron verbonden is met VAUX en waarvan de afvoer verbonden is met V-via het collector-naar-emitterpad van de als diode verbonden transistor N15 en de weerstand R45 in serie. De basis van transistor N15 is verbonden met deze van transistor N16 waarvan de emitter verbonden is met V-via de weerstand R46 en waarvan de collector de uitgang CL van de
<Desc/Clms Page number 19>
stroombeperkingsketen CLC vormt en met het verbindingspunt van de transistor PM5 en de weerstand R21 verbonden is.
De zojuist beschreven keten werkt als volgt. Zolang het ingangssignaal dat aan de basis van de transistor N11 gelegd wordt kleiner is dan datgene welke aan de basis van de transistor N12 gelegd wordt en welke afhangt van de stroombeperkingsbits CTO en CTI. vloeit de constante stroom die door de stroombron/stroomspiegelketen N13, N14, PM18 verschaft wordt, hoofdzakelijk door transistor N12 zodat er geen stroom vloeit in het collector-naar-emitterpad van transistor N16 en dat de werking van de keten die de versterker OA5 bevat niet beïnvloed wordt.
Integendeel, als tengevolge van een stijging van de lijnstroom, bv. door een kortsluiting, het ingangssignaal, welke aan de basis van transistor N11 gelegd wordt, groter wordt dan datgene welke aan de basis van de transistor N12 aanwezig is, vloeit de constante stroom verschaft door de keten N13, N14, PM18 hoofdzakelijk door de transistor N11. Hij wordt in de collector van de transistor N16 gespiegeld via de transistors PM19, PM20 en N15. Gezien deze stroom van de inverterende ingang van de versterker OA5 afgeleid wordt, vloeit er minder stroom doorheen de terugkoppelweerstand R21 daarvan, zodat de uitgangsspanning van OA5 verhoogd wordt.
Dit betekent dat de hierboven vernoemde spanning VI, die aan de niet-inverterende ingang van OA6 gelegd wordt, ook vergroot wordt en dat als gevolg hiervan, zoals blijkt uit de betrekking (3), ook de regelspanning VEET vergroot wordt. Het effekt van een dergelijke stijging is dat de lijnstroom beperkt wordt, zoals vereist. Het is duidelijk uit hetgeen voorafgaat dat het begin van deze lijnstroombeperking functie is van de bits CTO en CT1 die samen de voorspanning van transistor N12 bepalen.
Om de hierboven beschreven keten te waarderen dient het volgende opgemerkt. Hierbij wordt verwezen naar het hierboven vermelde Belgisch oktrooi ne 898.049.
In het laatsgenoemde oktrooi wordt de functie van de keten R14, R15, C2 vervuld door afzonderlijke filter en spanningsdelerketens,
<Desc/Clms Page number 20>
welke door een bufferversterker gekoppeld zijn opdat de spanningsdeler voor de filter geen belasting zou vormen. Een nadeel van het gebruik van een dergelijke bufferversterker is dat hij een gelijkstroom-afzet in de gelijkstroom-syntheselus invoert, dat hij ruis voortbrengt en dat hij een betrekkelijk grote oppervlakte op de chip inneemt. In de hierboven beschreven keten heeft de keten R14, R15, C2 de functie zowel van een filter als van een spanningsdeler, zodat hij met de hoogimpedantie niet-inverterende ingang van de operationele versterker OA4 zonder het gebruik van een bufferversterker gekoppeld kan worden.
Aldus wordt de nauwkeurigheid van de geregelde spanning VEET en daarom ook van de door synthese verkregen gelijkstroomimpedantie verhoogd, de ruisfactor van de keten wordt verbeterd en de vereiste chipoppervlakte wordt verminderd.
In het laatstgenoemde Belgisch oktrooi wordt gebruik gemaakt van een zogenaamde absolute-waarde keten, welke twee operationele versterkers (niet getoond in dit oktrooi) omvat om de synthese van de gelijkstroomimpedantie onafhankelijk van de zin van de lijnstroom te maken. In de onderhavige keten wordt hetzelfde resultaat verkregen door het gebruik van één enkele versterker OA5, die door de bit BRO bestuurd wordt. Weer heeft onderhavige keten dus een betere prestatie dan de bekende keten.
Er dient ook opgemerkt dat de onderhavige keten het gelijkstroomniveau van de daaraan gelegde signalen niet beïnvloed, gezien deze signalen doorgelaten of geinverteerd worden. Dit is niet het geval in de laatstgenoemde absolute-waardeketen.
Tenslotte, in de keten volgens het hierboven vermeld Belgisch oktrooi wordt de stroombeperkingsketen bestuurd vanaf de uitgang van de zogenaamde absolute waardeketen die twee in serie verbonden versterkers bevat, welke een gelijkstroom-afzet veroorzaken en waarmee de uitgang van de voelerketen via een filterketen verbonden is. Integendeel, in de onderhavige keten wordt de stroombeperkingsketen rechtstreeks vanaf de filterketenuitgang bestuurd.
<Desc/Clms Page number 21>
Hoewel de principes van de uitvinding hierboven zijn beschreven aan de hand van bepaalde uitvoeringsvormen en wijzigingen daarvan, is het duidelijk dat de beschrijving slechts bij wijze van voorbeeld is gegeven en de uitvinding niet daartoe is beperkt.