CH632616A5 - Bipolare transistor-schalteranordnung zum durchschalten von fernmeldesignalen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine bipolare Transistor-Schalteranordnung gemäss dem Obergriff des Patentanspruches 1.

In kommerziellen Nachrichtensystemen befinden sich zahlreiche Halbleiter-Schaltnetzwerk-Kreuzpunkt-Anordnungen, in denen als Kreuzpunkt-Elemente bisher entweder pnpn-Ele-mente, bipolare Transistoren, Dioden, SCR's oder Feldeffekttransistoren verwendet werden. Alle diese bekannten Elemente haben schwerwiegende Nachteile beim Einsatz als Kreuzpunkt-Elemente, jedoch kommen mit gesättigten bipolaren Transistoren versehene Kreuzpunkte einer idealen Kreuzpunkt-Charakteristik am nächsten, weil sie im Einschaltzustand einen niedrigen Kreuzpunkt-Widerstand aufweisen, grosse Ströme bewältigen und hohen Leitungsspannungen widerstehen können. Zur Nutzbarmachung dieser Eigenschaften muss allerdings jedem bipolaren Transistor ein relativ grosser Steuerstrom zugeführt werden, um die Transistoren im gesättigten Zustand zu halten. Bei derzeit benutzten Bipolar-Transi-stor-Kreuzpunkt-Anordnungen benötigt man zwei oder mehr Stromversorgungseinrichtungen zur Erzeugung dieses benötigen Steuerstromes. Jedoch führt die Grösse des Kreuzpunkt-Steuerstromes zu einer extremen Störgeräuschankopplung an die Nachrichtenleitungen, zur Leitungs-Unsymmetrie und zu erhöhtem Leistungsverbrauch. Zusätzlich zu diesen Steuerstromproblemen sind bipolare Transistoren intern empfindlich. Idealerweise sollte ein Kreuzpunkt sowohl am Kontakt als auch an den Ansteuerungen unempfindlich sein gegenüber der Polarität und Grösse von jeglichen Spannungen und Strömen, die irgendeinem Kreuzpunkt-Knoten zugeführt werden. Nun sind bipolare Transistoren offenkundig und mit Absicht gegenseitig abhängig, so dass es der Verwendung von Hilfsschaltungen bedarf, um eine Unempfindlichkeit gegenüber Veränderungen zu schaffen, die am anderen Knotenpunkt des gleichen Transistors auftreten.

Diese Notwendigkeit von Hilfsschaltungen wird deutlich, wenn man bekannte bipolare Transistor-Kreuzpunkt-Anordnungen studiert. Eine bekannte Halbleiter-Kreuzpunkt-Anordnung besteht aus einem Paar bipolarer komplementärer Transistoren, die in Serie in die Nachrichtenadern eingesetzt sind und im gesättigten Betrieb arbeiten. Die Basen der bekannten Kreuzpunkt-Transistoren sind über eine Feldeffekttransistor-

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Steuerschaltung miteinander verbunden, so dass dieser bekannte Kreuzpunkt direkt aus den Nachrichtenadern gespeist wird und in der Lage ist, einen Schleifenstrom zu führen.

Ansonsten arbeiten die in den bekannten Kreuzpunkt-Elementen vorhandenen bipolaren Transistoren völlig ungeschützt. Der Kreuzpunkt arbeitet nur in einer Richtung, und es besteht eine direkte Verbindung zwischen dem Kreuzpunkt selbst und der Steuerlogikschaltung. Somit ist auch bei dieser bekannten Kreuzpunkt-Anordnung das Problem der internen Empfindlichkeit bipolarer Transistoren nicht gelöst. Es gibt keine bekannte Kreuzpunkt-Anordnung, bei der Vorkehrungen gegen sämtliche nachstehend aufgeführten Probleme getroffen sind: Kreuzpunkt-Überspannungsschutz, Umkehr der Versorgungsspannung, sichere Kreuzpunkt-Abschaltung, gegenseitige Beeinflussung zwischen Kreuzpunkten und Steuerlogikschaltung, und Parallelbetrieb von Kreuzpunkten in einer Schaltnetzwerkumgebung.

Weil es diesen bekannten bipolaren Transistor-Kreuzpunkten an Hilfsmitteln bzw. Hilfsschaltungen fehlt, die notwendig sind, um eine Unempfindlichkeit gegenüber am anderen Knotenpunkt des gleichen Transistors auftretenden Änderungen zu erzielen, kann man sie nicht als brauchbare lebensfähige Halbleiter-Kreuzpunkte verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine bipolare Transistor-Schalteranordnung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die ausschliesslich aus den Nachrichtenadern mit Strom versorgt wird, zwischen den Kreuzpunkt-Elementen und zugeordneten Steuerschaltungen eine vollständige Isolierung aufweist, unempfindlich ist gegenüber Polarität und Grösse der zugeführten Spannungen und Ströme, eine Zweirichtungsübertragung auf den Nachrichtenadern erlaubt und ferner vollständig unter Anwendung integrierter Schaltungstechniken herstellbar ist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen der Steuerschaltung und den Basen sowie zwischen der Steuerschaltung und den Emittern der beiden Transistoren und ferner zwischen den Ausgangsanschlüssen und den Kollektoren der Transistoren-Schutzschaltungen angeschlossen sind.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die Schalteranordnung mit einer Hilfsschaltung versehen ist, welche notwendig ist, ein normales bipolares komplementäres Transistorpaar in einen lebensfähigen Halbleiter-Schaltnetzwerk-Kreuzpunkt zu verwandeln. Dies geschieht in der Weise, dass jeder Transistor des komplementären bipolaren Transistorpaares mit einer Schutz- und Steuerschaltung umgeben ist, so dass ein «schwimmender» Kreuzpunkt besteht.

Die Schutz- und Steuerschaltung kann Transistoren, optisch-elektrische Elemente und Dioden in Parallelschaltung zu den beiden Transistoren des bipolaren komplementären Transistorpaares enthalten, die das Kreuzpunkt-Element bilden. Diese Zusatzeinrichtungen gewährleisten sowohl einen Überspannungsschutz als auch eine sichere Kreuzpunkt-Abschaltung, ohne diejenigen Schaltcharakteristiken der bipolaren Transistoren zu beeinträchtigen, welche sie als Kreuzpunkt-Element geeignet machen. Die Schutz- und Steuerschaltung wirkt als Puffer zwischen den bipolaren Kreuzpunkt-Transistoren und dem Nachrichtenadernpaar, und die komplementären Transistoren werden dadurch geschützt, dass die Schutz-und Steuerschaltung alle Überspannungen oder Umkehrspannungen absorbiert oder fernhält, welche auf den Nachrichtenadern auftreten; dadurch erhalten die als Kreuzpunkt arbeitenden bipolaren Transistoren nur Spannungen in der Durchlassrichtung und im zulässigen Bereich. Dadurch wird das Kreuzpunkt-Element unempfindlich gegenüber Polarität und Grösse sämtlicher auftretenden Spannungen und Ströme. Ausserdem eliminiert die Schutz- und Steuerschaltung jegliche externe Stromversorgungsmassnahmen für bipolare Transistor-Kreuz632616

punkte, vielmehr werden die nötigen Vorspannungen oder Steuerströme im Kreuzpunkt selbst erzeugt, wobei die Energie ausschliesslich der Nachrichtenleitung selbst entzogen wird.

Durch Verwendung optisch-elektrischer Bauelemente kann man eine totale Isolierung zwischen dem Kreuzpunkt-Element und externen Steuerschaltungen erzielen. Durch die aufgezeigten Massnahmen erhält man einen vollständig «schwimmenden» Kreuzpunkt. Durch die Hilfsschaltungen ersieht man ferner die interne Unempfindlichkeit gegenüber am anderen Knotenpunkt des gleichen Transistors auftretenden Änderungen, und man kann eine mit einem lebensfähigen bilateralen Halb-leiterschaltnetzwerk ausgestattete Kreuzpunkt-Anordnung erhalten.

Ausser den genannten Vorteilen ist es ohne weiteres möglich, die erfindungsgemässe Schalteranordnung als Einweg-Kreuzpunkt-Element innerhalb eines Zweiweg-Schaltnetzwerkes anzuordnen.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein das Prinzip der Erfindung erläuterndes Blockschaltbild;

Fig. 2 ein als Blockschaltbild dargestelltes Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine typische Kreuzpunkt-Steueranordnung;

Fig. 5 eine Kreuzpunkt-Konfiguration für eine bilaterale Übertragung und

Fig. 6 eine Statusaussage für a- und b-Ader.

Das Blockschaltbild von Fig. 1 enthält das Prinzip einer erfindungsgemässen bipolaren Komplementärtransistor-Schaltnetzwerk-Kreuzpunkt-Anordnung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier ein vollständiges Schaltnetzwerk, wie beispielsweise eine Matrix mit Vertikal- und Horizontalverbin-dungen nicht dargestellt worden. Stattdessen beschränkt sich die Darstellung auf einen einzigen Kreuzpunkt 106, der hier zwischen einer Amtsleitung 104 und ein Fernsprechgerät, oder sonst zwischen die nicht dargestellte Vertikalverbindung und die ebenfalls nicht dargestellte Horizontalverbindung zwischengeschaltet ist.

Der hier dargestellte Kreuzpunkt 106 ist linksseitig in der Zeichnung an eine aus a- und b-Ader bestehende Amtsleitung 104 bzw. die nicht dargestellte Vertikalverbindung, und in der Zeichnung rechtsseitig an eine aus den Adern a' und b' bestehende Fernsprechgerät-Anschlussleitung 105 oder sonst an die nicht dargestellte Horizontalverbindung des Schaltnetzwerkes angeschlossen. Der Schaltnetzwerk-Kreuzpunkt selbst besteht aus einem Paar bipolarer komplementärer Transistoren 100 und 101, jeder von ihnen umgeben von je einer Schutz- und Steuerschaltung 102 bzw. 103. Diese Schutz- und Steuerschaltungen verwandeln das Paar bipolarer Komplementärtransito-ren 100,101 in ein «schwimmendes» Kreuzpunktpaar, welches einen Einweg-Kommunikationspfad zwischen der Amtsleitung und dem Fernsprechgerät bildet.

Sobald die Überwachungs-Gleichspannung auf der Amtsleitung 104 steht und der Kreuzpunkt 106 eingeschaltet ist, fliesst ein gerichteter Strom durch den Kreuzpunkt. Wenn die a-Ader der Amtsleitung 104 negative und die b-Ader positive Spannung führt, dann fliesst Gleichstrom von der Amtsader b durch den Kreuzpunkt-Transistor 100 zur Anschlussader b', durch das Fernsprechgerät hindurch und zurück von der Anschlussader a' durch den anderen Kreuzpunkt-Transistor 101 zur Amtsader a zurück. Der Kreuzpunkt von Fig. 1 bildet also einen Einweg-Strompfad von der Amtsleitung über seine bipolaren komplementären Transistoren zum Fernsprechgerät.

Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 in Form eines Blockschaltbilds. Beide Schutz- und Steuerschaltungen enthalten verschiedene Schutz-und Steuereinrichtungen, die als Puffer wirken und die zugeord3

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neten bipolaren Transistoren zu einem gegenüber Spannung und Strom unempfindlichen Kontakt des schwimmenden Kreuzpunktes machen. Zur Schutz- und Steuerschaltung 102 des bipolaren Transistors 100 gehören Elemente 200,201,202 und 203. Das Element 200 ist eine den Ein-/Aus-Status des Kreuzpunktes regulierende Steuerschaltung, die ihrerseits mittels eines durch eine Kreuzpunkt-Steuerschaltung (nicht dargestellt) gelieferten Kreuzpunkt-Steuersignals gesteuert wird. Element 202 ist eine Schutzschaltung gegen Spannungsumkehr an den b-Adern. Element 201 enthält impedanz- und stromreduzierende Glieder als Ausgleich für Effekte seitens der Spannungsumkehr-Schutzschaltung 202 auf die Vorwärts-Impedanz-charakteristik des Transistors 100. Das Element 203 enthält Schaltungselemente für eine Sicherheitsabschaltung und zum Schutz von Leckstrom; durch diese Schaltungsmittel wird der Kollektorleckstrom zwecks sicherer Abschaltung des Kreuzpunktes reduziert und ferner ein Umkehrspannungsschutz für die Basis-Emitter-Strecke gewährt. Das Element 200 sowie die zusätzlichen Elemente 204,205 und 206 in der anderen Schutz-und Steuerschaltung 103 wirken in ähnlicher Weise in bezug auf den anderen Transistor 101 sowie die zugeordneten a-Adern.

Die Schutz- und Steuerschaltung 102 schützt den Kreuzpunkt-Transistor 100 vor möglichen Überspannungen auf den Leitungspaaren 104 und 105. Der Kreuzpunkt-Transistor 100 erhält nur die normalen Durchschalt- und Kommunikationssignale, während der Kreuzpunkt als Ganzes vor Spannungsumkehr und Überspannungen geschützt ist, ohne Kopplung zwischen den Transistor-Knotenpunkten oder merkliche Leckströme. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Steuerschaltung 200 den Kreuzpunkt ohne externe Stromversorgung betreibt, indem die Basisanschlüsse der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 über die Impedanzreduktionsschaltungen 201 und 204 miteinander verbunden sind. Diese Verbindung lässt einen Steuer- bzw. Vorspannungsstrom von der Amtsader b durch den Transistor 100, die Steuerschaltung 200, den anderen Kreuzpunkt-Transistor 100 und schliesslich zur Amtsader a schliessen.

Somit erhalten die Kreuzpunkt-Transistoren ihren Steuerstrom direkt aus den Kommunikationsleitungen, externe Stromquellen sind überflüssig. Dieses Merkmal sichert einen ausgeglichenen Kreuzpunkt-Betrieb, da mit dem gleichen Durchschalt- bzw. Vorspannungsstrom beide Kreuzpunkt-Transistoren betrieben werden; dadurch ist sichergestellt, dass der Arbeitspunkt beider Transistoren identisch ist. Somit wirken die Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 als Puffer zwischen den empfindlichen Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 und den Kommunikationsleitungen 104 und 105. Damit wird ein «robuster» Kreuzpunkt geschaffen, der unempfindlich ist sowohl gegenüber der Grösse als auch der Polarität der zugeführten Spannungen und Ströme, während er ausserdem ausschliesslich von den Kommunikationsleitungen mit Energie versorgt wird. Der vorliegende Bipolar-Komplementär-Transi-stor-Kreuzpunkt besitzt ideale Kreuzpunkt-Charakteristiken: Einen niedrigen Kreuzpunkt-Durchschaltwiderstand, die Fähigkeit zum Durchlass grosser Ströme, Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Spannungen, vollständige Isolierung zwischen Kreuzpunkt und Steuerschaltung, Unabhängigkeit von externen Stromquellen, und eine hochgradige Unempfindlichkeit gegenüber Veränderungen am anderen Knoten- oder Bezugspunkt des gleichen Transistors zwischen Eingang, Ausgang und Steuerpunkt im abgeschalteten Zustand.

Fig. 3 zeigt das Zusammenwirken der verschiedenen Elemente des mit bipolaren Komplementärtransistoren ausgerüsteten «schwimmenden» Einweg-Kreuzpunktes; die verschiedenen Elemente der Schutz- und Steuerschaltung in Fig. 3 entsprechen denen von Fig. 2. Ferner sei angenommen, dass in Fig. 2 und 3 die gleichen Anruf-Bedingungen für den Kreuzpunkt herrschen, d. h. auf der Amtsleitung 104 liegt die normale Betriebsgleichspannung, Ader a ist negativ und Ader b positiv. Ferner ist ein nicht dargestelltes Fernsprechgerät an die hier mit a' und b' bezeichneten Adern der Anschlussleitung 105 angeklemmt.

Steuerschaltung 200:

Zwei darin enthaltene Fototransistoren 305 und 308 sprechen auf Signale an, die von in einer nicht dargestellten Kreuz-punkt-Steuerschaltung enthaltenen Leuchtdioden abgegeben werden. Dieser Vorgang wird nachstehend separat in Verbindung mit Fig. 4 besprochen werden. Bei aktivierter Leuchtdiode der Kreuzpunkt-Steuerschaltung ist der Fototransistor 308 durchgeschaltet und der Fototransistor 305 gesperrt und der Kreuzpunkt eingeschaltet, während die umgekehrte Situation den Kreuzpunkt abgeschaltet hält. Wenn also die Gleich-stromvorspannung am Amtsleitungspaar 104 anliegt, leiten die Komplementärtransistoren 100 und 101 den Kreuzpunkt-Strom nur dann, wenn die Steuer-Leuchtdioden den Fototransistor 305 im Sperrzustand und den anderen Fototransistor 308 im durchgeschalteten Zustand halten. Zur weiteren Erläuterung der Steueranordnung sei angenommen, der Kreuzpunkt befinde sich im abgeschalteten Zustand.

Kreuzpunkt ist abgeschaltet:

Zum Abschalten wird Fototransistor 308 gesperrt und Fototransistor 305 durchgeschaltet. Jetzt sperrt der Fototransistor 308 den Vorspannungs-Stromfluss zwischen den Basen der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101, sie sind gesperrt. An sich wäre der Kollektorleckstrom (ßlco) in beiden Transistoren nicht zu vernachlässigen, wenn die Emitter-Basis-Strecken ungeschützt wären und die Basen von Transistoren 313 und 323 sich im virtuellen Floating-Zustand befinden. Zum Schutz davor enthalten die Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 Sperr- und Leckschutzschaltungen 203 und 206.

Sperr- und Leckschutzschaltungen 203,206:

Darin enthaltene Dioden 312 und 322 versorgen die Emit-ter-Basis-Strecken beider Kreuzpunkt-Transistoren 100,101 sowie die Transistoren der Impedanzreduktionsschaltungen 201 und 204 mit Umkehrschutzspannungen, weil gegenpoligen Spannungen auf diesen Emitter-Basis-Strecken eine niedrige Impedanz geboten wird.

Schutztransistoren 310,311,320 und 321 sorgen für sicheres Sperren der Kreuzpunkt-Transistoren 100 bzw. 101, weil sie im aktivierten Zustand einen effektiven Kurzschluss über die Emitter-Basis-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 aufbauen und dadurch die Kollektor-Leckstromeffekte unterdrücken. Diese die Abschaltung sicherstellenden Transistoren werden aktiviert bei durchgeschaltetem Fototransistor 305, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Ansteueranordnung der Kreuzpunkt-Transistoren selbst. Es fliesst Strom von der Amtsader b durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 311 der Schutzschaltung 203, dann durch die Diode 301, den Fototransistor 305, die Diode 304 der Steuerschaltung 200 und schliesslich durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 320 der Schutzschaltung 206 zur Amtsader a. Dieser Vorspannungsstrom sättigt die Schutztransistoren 311 und 320, die dadurch die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 100,101 sowie der Impedanz-Reduktionstransistoren 313 und 323 kurz-schliessen.

Dioden 301 bis 304 der Steuerschaltung 200 bilden eine Brückenschaltung zur Versorgung des Fototransistors 305 mit Einwegstrom, und zwar unabhängig von der Polarität der auf dem Amtsleitungspaar 104 anliegenden Spannung. Wenn also eine Umkehrspannung auf dem Amtsleitungspaar 104 liegen würde, dann bekämen die Transistoren 321 und 310 Vorspannstrom, der durch die Diode 303, den Fototransistor 305 und die

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Diodè 302 fliessen würde. Dieser Strom würde ausserdem die Schutztransistoren 310 und 321 sättigen und auf diese Weise die Basis-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 kurzschliessen. Auf diese Weise werden sie gegen Umkehrspannung auf dem Amtsleitungs-Adernpaar 104 5

geschützt.

Auf diese Weise sind die Basis-Emitter-Strecken der Kreuz-punkt-Transistoren 100 und 101 ständig von den Dioden 312, 322 der Schutzschaltungen 203,206 gegen Spannungsumkehr bzw. vertauschte Polaritäten geschützt. Ausserdem bilden die i o Schutzschaltungen 203 und 206, unter der Kontrolle des Fototransistors 305, einen Kurzschlusspfad über die Basis-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 und verhindern so das Auftreten jeglicher Abseitszustand-Kollektor-Leckströme. Die Basis-Emitter-Kurzschlüsse in Verbindung mit 15 der Beseitigung der Vorspannströme durch Fototransistor 308 garantieren, dass der Kreuzpunkt einen offenen Schaltkreis zwischen den Kommunikationsaderpaaren 104 und 105 bildet.

Kreuzpunkt-Einschaltzustand: 20

Vor dem Einschalten des Kreuzpunktes müssen die zuvor beschriebenen Basis-Emitter-Kurzschlüsse entfernt und den Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 Vorspannströme zugeführt werden. Das geschieht, indem von der Kreuzpunkt-Steuerschaltung ein Kreuzpunkt-Steuersignal zugeführt wird, 25 welches den Fototransistor 308 der Steuerschaltung 200 durchschaltet und den anderen Fototransistor 305 sperrt. Fototransistor 305 entzieht den Schutztransistoren 310,321/311,320 den Vorspannstrom, diese werden somit gesperrt, und dadurch sind die Kurzschlusspfade von den Basis-Emitter-Strecken der 30 Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 entfernt.

Der Fototransistor 308 baut zwischen den Basen der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 einen Gleichstrompfad auf, und weil es sich hier um komplementäre bipolare Transistoren handelt, deren Emitter-Anschlüssen eine Gleichstrom- 35 Vorspannung zugeführt wird, fliesst dieser Vorspanngleichstrom von der b-Ader durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 100, weiter durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 313, durch die Diode 306 und den aktivierten Fototransistor 308, dann durch die Basis-Emitter-Strecke von Tran- 40 sistor 323 und schliesslich durch die Basis-Emitter-Strecke des Kreuzpunkt-Transistors 101 zur Ader a. Somit fliesst exakt der gleiche Vorspannstrom durch beide Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101, sie werden identisch angesteuert. Das Vorhandensein dieser identischen Vorspannströme an beiden Kreuzpunkt-45 Transistoren bietet die Gewähr für einen ausgeglichenen Kreuzpunkt-Betrieb. Ausserdem wird dieser Vorspannstrom vollständig den Kommunikationsleitungen entnommen und nicht einer externen Stromquelle; damit ist die Isolierung des Kreuzpunktes von anderen Kreuzpunkten des Schaltnetzwer- 50 kes sichergestellt.

Die Dioden 306 und 307 der Steuerschaltung 200 haben die Aufgabe, den Fototransistor 308 vor Spannungsumkehr zu schützen. Die Diode 306 lässt einen Einwegstrom durch den Fototransistor fliessen und absorbiert dabei jegliche gegenpoli- 55 gen Spannungen, die über den Fototransistor 308 auf Leitungen 209 und 210 auftreten könnten. Diode 307 liegt parallel zum Fototransistor 308 und bildet in der Gegenrichtung eine niedrige Impedanz parallel zum Fototransistor 308, so dass jegliche an den Leitungen 209 und 210 auftretenden Umkehrspan- 6o nungen nicht zum Fototransistor 308 gelangen können, sondern voll von der Diode 306 aufgenommen werden.

Stromumkehr-Schutzschaltungen 202,205:

Das Aufschalten des zuvor erwähnten Vorspanngleichstro- 65 mes auf die Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 schaltet diese durch, so dass ein Einweg-Emitter-Kollektorstrompfad einerseits zwischen den Adern b und b' und anderseits zwischen den Adern a und a' gebildet wird. Die Stromumkehr-Schutzschaltungen 202 und 205 innerhalb der Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 liegen in Serie mit jeweils einem der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 ; diese Schutzschaltungen enthalten jeweils eine Diode 315 bzw. 325. Diese Dioden 315 und 325 halten jegliche Umkehrspannungen von den Kollektor-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 fern.

Impedanzreduktionsschaltungen 201,204:

Die Stromumkehr-Schutzschaltungen 202 und 205 der Schutz- und Steuerschaltungen 102 und 103 bilden zusätzliche Serienimpedanzen in den Kommunikationspfaden. Die diesem Effekt entgegenwirkenden Impedanzreduktionsschaltungen 201 und 204 enthalten je eine Serienschaltung aus einem Transistor 313 und einer Diode 314 bzw. 323 und 324; diese Serienschaltungen liegen jeweils zwischen der Basis des zugehörigen Kreuzpunkt-Transistors und der zugeordneten Kommunikationsader b' bzw. a'. Diese Impedanzreduktionsschaltungen liegen parallel zum Kreuzpunkt-Transistor und zur Stromumkehr-Schutzschaltung, und sie reduzieren die Durchlassimpedanz des Kreuzpunktes.

Befindet sich der Kreuzpunkt im ausgeschalteten Zustand, dann verhindern die Schutz- und Steuerschaltungen das Auftreten von Leckströmen und schützen die bipolaren Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 vor Überspannungen. Dieser Überspannungsschutz der genannten Schaltungen besteht auch im abgeschalteten Zustand des Kreuzpunktes, ausser der Bereitstellung der erforderlichen Vorspannströme für die Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101. Das Kreuzpunkt-Steuersignal besteht aus Lichtsignalen, und diese bilden einen Einweg-Signalpfad bei totaler Isolation. Somit tragen die Schutz- und Steuerschaltung mit zur Bildung eines «schwimmenden» Kreuzpunktes bei, der gegenüber Grösse und Polarität der zugeführten Spannungen und Ströme unempfindlich ist und dem Kommunikationspfad im eingeschalteten Zustand eine niedrige, und im ausgeschalteten Zustand eine hohe Impedanz verleiht.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zur Steuerung des Einschalt-/Ausschalt-Zustandes des mit bipolaren komplementären Transistoren bestückten Kreuzpunktes von Fig. 3 geeigneten Kreuzpunkt-Steuerschaltung, die ausgerüstet ist mit einer Standard-Flip-Flop-Anordnung, in der die Transistoren 403 und 404 in Abhängigkeit von auf Leitungen OP und OP auftretenden Impulssignalen jeweils einen von zwei komplementären stabilen Zuständen einnehmen. Wenn Leitung OP ein hohes Signal führt, dann ist Transistor 403 durchgeschaltet und Transistor 404 gesperrt, weil die komplementäre Leitung OP dann ein niedriges Signal führt. Werden die Steuersignale von den Leitungen OP und OP weggenommen, dann behalten die Transistoren ihren jeweiligen Einschalt- bzw. Ausschaltzustand aufgrund von Signalen, die auf Rückkopplungspfaden vorhanden sind, die vom Kollektor jedes Transistors zur Basis des jeweils anderen Transistors führen. Der Einschalt- bzw. Ausschaltzustand der Transistoren 403 und 404 verursacht dementsprechend einen Einschalt- bzw. Ausschaltzustand bei einer zugeordneten Leuchtdiode 405 bzw. 406. Beim vorliegenden Beispiel ist Transistor 403 durchgeschaltet, es schliesst daher ein Strom von der mit +V bezeichneten Stromquelle durch einen Widerstand 401, die Leuchtdiode 405 und die Kollektor-Emitter-Strecke vom Transistor 403 zum Masseanschluss. Die Leuchtdiode 405 hat jeweils den gleichen Schaltzustand wie Transistor 403, entweder ein oder aus. Ähnlich verhält es sich bei der Leuchtdiode 406 und dem Transistor 404.

Die Steuerung des Kreuzpunktes erfolgt durch Koppelung der die Kreuzpunkt-Steuersignale bildenden Lichtausgänge der Leuchtdioden 405 und 406 mit den Basen der Kreuzpunkt-Fototransistoren 305 und 308. Im vorliegenden Falle ist die Leucht-

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diode 405 ausgeschaltet, folglich ist auch der Fototransistor 305 abgeschaltet, der wiederum die Ausschalt- und Leckstromschutzschaltungen 203 und 206 abschaltet. Sind die letztgenannten Schaltungen 203 und 206 abgeschaltet, dann entfällt der über die Basis-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transisto-ren 100 und 101 gelegte Kurzschlusspfad. Das Licht der in Betrieb befindlichen Diode 406 fällt auf die Basis von Fototransistor 308, dieser wird durchgeschaltet und versorgt den Kreuzpunkt mit Vorspannstrom. Somit wird der Kreuzpunkt eingeschaltet, wobei Gleich-Vorspannung am Emitter beider Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 auftritt und Vorspann-Gleichstrom durch die Basis-Emitter-Strecken beider Kreuzpunkt-Transistoren fliesst.

Eine Vertauschung in den Einschalt-/Ausschaltzuständen der Kreuzpunkt-Steuertransistoren 403 und 404 führt zum Ausschalten des Kreuzpunktes durch Sperren von Kreuzpunkt-Fototransistor 308 und Einschalten von Kreuzpunkt-Fototransistor 305. Dabei entfällt der zuvor von Fototransistor 308 gelieferte Vorspann-Gleichstrom, und ferner aktiviert Fototransistor 305 die Schutzschaltungen 203 und 206. Letztere gewährleisten den Ausschaltzustand des Kreuzpunktes, indem sie einen Kurzschlusspfad über die Basis-Emitter-Strecken der Kreuzpunkt-Transistoren 100 und 101 legen.

Auf diese Weise kontrollieren die Kreuzpunkt-Steuerschaltungen die Einschalt- Ausschaltzustände ihrer zugeordneten bipolaren komplementären Kreuzpunkt-Transistoren unter Vermeidung einer direkten Verbindung zwischen beiden Schaltkreisen. Die Leuchtdiode-Fototransistor-Kombination bietet einen einwandfreien Einweg-Signalfluss, mit einer praktisch unendlich grossen Impedanz für Signale in der Gegenrichtung. Somit ist die Kreuzpunkt-Steuerschaltung vollständig unabhängig von und unempfindlich gegenüber Spannungen und Strömen, die an Kreuzpunkt-Anschlüssen auftreten. Somit kann man den Kreuzpunkt als «schwimmend» bezüglich der Kreuzpunkt-Steuerschaltung und deren zugehörigen Spannungen bezeichnen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Kreuzpunkt-Konfiguration für eine bilaterale Gleichstromübertragung. Jedes in Fig. 5 mit 500 und 501 bezeichnete Kästchen enthält einen eigenen Kreuzpunkt gemäss Fig. 3, und die bilaterale Übertragung wird möglich durch zwei parallel geschaltete Kreuzpunkte, von denen der Kreuzpunkt 501 in der Gegenrichtung relativ zum anderen Kreuzpunkt 500 geschaltet ist. Der Kreuzpunkt 500 bildet einen Einweg-Strompfad von der Ader b zur Ader b' und von der Ader a zur Ader a', während der andere Kreuzpunkt 501 einen Einweg-Strompfad in der Gegenrichtung bildet, nämlich von Ader b' zur Ader b und von der Ader a' zur Ader a. Die jedem Kreuzpunkt-Element zugeordneten Steuerschaltungen sind ebenfalls parallel geschaltet, wobei die eine Kreuzpunkt-Steuerschaltung umgekehrt zur anderen Kreuzpunkt-Steuerschaltung liegt. Diese Anordnung von Kreuzpunkten ermöglicht eine Kommunikation zwischen dem Amt und der Sprechstelle ohne Rücksicht auf die Polarität der Gleichstrom-Schleifenüberwachung.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kommunika-tionspfad-Statusanzeigeschaltung dargestellt, die der beschriebenen bipolaren komplementären Transistor-Kreuzpunkt-Anordnung zugeordnet werden kann. Leuchtdioden 315 und 325, die zu den gemäss Fig. 3 in Serie mit den Kreuzpunkt-Tran-sistoren 100 bzw. 101 geschalteten Stromumkehr-Schutzschaltungen 202 bzw. 205 gehören, zeigen an, wenn das Kommunika-tions-Adernpaar 105 Strom führt und der Kreuzpunkt dadurch eingeschaltet wird, dass dem anderen Kommunikations-Adern-paar 104 Gleich-Vorspannung zugeführt wird.

Ist der Hörer von dem Fernsprechgerät abgenommen,

dann fliesst Strom von der Ader b zur Ader b' und aktiviert die Leuchtdiode 315. Deren Licht fällt auf die Basis eines Fototransistors 601, dieser wird durchgeschaltet, aktiviert dadurch einen Inverter 603, und dadurch entsteht ein niedriges Signal an den UND-Gattern 609,611 sowie eines hohes Signal (über einen Inverter 607) an UND-Gattern 610,612. Ausserdem lässt das abgenommene Fernsprechgerät Strom von Ader a' zur Ader a fliessen, wodurch die Leuchtdiode 325 aktiviert wird. Deren Licht fällt auf die Basis eines Fototransistors 604, dieser schaltet einen Inverter 606 an, so dass ein niedriges Signal zum Eingang der Gatter 609,612 und ein hohes Signal (über einen Inverter 608) zum Eingang der Gatter 610 und 611 gelangt. Das UND-Gatter 610 ist das einzige Gatter innerhalb dieser Status-Anzeigeschaltung mit zwei hochliegenden Eingängen. Somit wird Gatter 610 eingeschaltet, und es gelangt ein niedriges Ausgangssignal auf eine mit «abgenommen» bezeichnete Leitung, und dadurch wird der abgenommene Zustand des betreffenden Fernsprechgerätes angezeigt.

Dementsprechend führt bei aufgelegtem Hörer die a-Ader positive Spannung und die b-Ader negative Spannung, und Lon-gitudinal-Spannungen können festgestellt werden durch die Leuchtdioden 315 und 325, wobei die Anzeige durch die richtige Logik-Kombination von Fig. 6 erfolgt. Somit können die Elemente der Schutz- und Steuerschaltung ausserdem zur Anzeige des Status' Kommunikationspfades herangezogen werden, ohne die zwischen dem Kreuzpunkt, der externen Stromversorgung und den Kreuzpunkt-Steuerschaltungen bestehende Totalisolation aufzuheben. Auch in dieser Beziehung bildet die erläuterte Schutz- und Steuerschaltung einen vollständigen «schwimmenden» Kreuzpunkt, und zusätzlich übermittelt die Schutz- und Steuerschaltung der Kommunikationspfad-Statusanzeigeschaltung Informationen über den Status von a- und b-Ader und empfängt Kreuzpunkt-Einschalt- und Ausschalt-Steuerinformationen von der zugehörigen Kreuzpunkt-Steuerschaltung unter Vermeidung einer direkten Verbindung zur Kreuzpunkt-Steuerschaltung, zur Kommunikationspfad-Statusanzeigeschaltung oder zu irgendeiner externen Stromquelle. Diese Merkmale tragen zur Schaffung eines Kreuzpunktes bei, der Ströme und Spannungen innerhalb weiter Grenzen verarbeiten kann, ohne dass irgendwelche Effekte auf die Kreuzpunkt-Steuerschaltung oder irgendwelche Signalkopplungen zwischen Kreuzpunkten im gesamten Schaltnetzwerk auftreten.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel, vielmehr sind im Rahmen der Patentansprüche zahlreiche Abwandlungen möglich.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. 632616

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Bipolare Transistor-Schalteranordnung zum Durchschalten von Fernmeldesignalen, mit je einem Paar von Eingangsanschlüssen und Ausgangsanschlüssen, mit zwei bipolaren pnp-Transistoren, von denen einer mit seinem Emitter an den einen Anschluss und der andere mit seinem Emitter an den anderen Anschluss des Eingangsanschlusspaares verbunden ist, und mit einer Steuerschaltung zum Aktivieren der Transistoren in Abhängigkeit von einem Schaltersteuersignal, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steuerschaltung (200) und den Basen sowie zwischen der Steuerschaltung und den Emittern der beiden Transistoren (100,101) und ferner zwischen den Ausgangsanschlüssen (a, b; a', b') und den Kollektoren der Transistoren Schutzschaltungen (201... 203; 204... 206) angeschlossen sind.
2. 2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Emitter der Transistoren (100, 101) und der Steuerschaltung (200) je eine zu den Steuerschaltungen gehörige Überbrückungsschaltung (203; 206) angeschlossen ist, welche für alle an der Emitter-Basis-Strecke des betreffenden Transistors auftretenden Durchlassspannungen eine niedrige Impedanz darstellt.
3. 3. Schalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jeder Überbrückungsschaltung (203, 206) je ein bipolarer pnp-Transistor (311; 321) mit je einem bipolaren npn-Transistor (310; 320) zu einer parallelen Kollektorschaltung verbunden ist, bei der ferner die Emitter beider Transistoren miteinander verbunden und ihre Basen an die Steuerschaltung (200) angeschlossen sind; und dass die Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem Schaltersteuersignal, welches den zugeordneten Transistor (100; 101) sperrt, die pnp-und npn-Transistoren (311,310; 321,320) der Überbrückungsschaltung (203; 206) durchschaltet.
4. 4. Schalteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteranordnung ( 106) abhängig ist von einer Vorspannung, mit dem das Eingangsanschluss-Paar (a, b) beaufschlagbar ist, und dass mittels einer zur Steuerschaltung (200) gehörenden Verbindungsschaltung (305) in Abhängigkeit von dem Schaltersteuersignal eine Direktverbindung zwischen den Basen der pnp- und npn-Transistoren der Überbrückungs-schaltungen herstellbar ist.
5. 5. Schalteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschaltung einen Phototransistor (305) enthält, der zwischen den Basen der pnp- und npn-Transistoren der beiden Überbrückungsschaltungen (203,206) in Serie angeschlossen ist.
6. 6. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kollektor jedes Transistors (100, 101) und dem zugeordneten Ausgangsanschluss (b' ; a') je eine Umkehrspannungsschutzschaltung (315; 325) angeordnet ist, welche Spannungen, die zur Betriebsspannung der Transistoren eine entgegengesetzte Polarität aufweisen und zwischen dem jeweiligen Ausgangsanschluss und dem Transistor-Kollektor auftreten, einen hohen Impedanzwert darbieten.
7. 7. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steuerschaltung (200) und der Basis jedes Transistors (100,101) eine Impedanzreduktionsschaltung (201 ; 204) angeschlossen und mit der Steuerschaltung, der zugeordneten Transistorbasis und dem zugeordneten Ausgangsanschluss (b' ; a') verbunden ist, um den Leitungswiderstand des zugehörigen Transistors im Durchschaltzu-stand zu vermindern.
8. 8. Verwendung von bipolaren Transistor-Schalteranord-nungen nach Anspruch 1 zum Bilden eines Schaltnetzwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass Paare von Eingangsanschlüssen einer ersten Anzahl solcher Transistor-Schalteranordnungen (106) mit einem ersten Leitungsweg, und das Ausgangsanschlusspaar jedes dieser Anzahl von ersten Transistor-Schalteranordnungen mit je einem aus einer Anzahl anderer Leitungswege verbunden sind, und dass der erste Leitungsweg den Vertikalweg, und die Anzahl der anderen Leitungswege die Horizontalwege des Schaltnetzwerkes bilden.
9. 9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Schaltnetzwerk eine Anzahl von mit je einer bipolaren Transistor-Schalteranordnung versehenen Schaltersteuersignal-Generatorschaltungen gehören, von denen jede abhängig ist von dem Vertikalweg sowie den Horizontalwegen zugeordneten Auswählpotentialen, die eine bestimmte bipolare Transistor-Schalteranordnung zur Erzeugung des Schaltersteuersignals definieren, und dass die Steuerschaltung (200) der betreffenden bipolaren Transistor-Schalteranordnung in Abhängigkeit von dem Schaltersteuersignal diese Transistor-Schalteranordnung aktiviert.
10. 10. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der bipolaren Transistor-Schalteranordnungen (500) zur Übertragung von Gleichstromsignalen in entgegengesetzten Richtungen mit ihren Ausgangsanschlüssen an Eingangsanschlüsse, und mit ihren eigenen Eingangsanschlüssen an Ausgangsanschlüsse einer weiteren bipolaren Transistor-Schalteranordnung (501) angeschlossen ist (Fig. 5).