CH662023A5

CH662023A5 - Schaltungsanordnung zur analogen uebertragung von sprachsignalen und vermittlungstechnischen kennzeichen.

Info

Publication number: CH662023A5
Application number: CH399583A
Authority: CH
Inventors: Erich Naiwirt
Original assignee: Alcatel Nv
Priority date: 1982-07-22
Filing date: 1983-07-21
Publication date: 1987-08-31
Also published as: FI79431B; ES8500689A1; GB2126049A; FI832645A0; ES524385A0; GB2126049B; FI832645A; DE3326037A1; BE897350A; AT384337B; AU1692883A; ATA283982A; DE3326037C2; MX154966A; GB8319839D0; FI79431C

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur analogen Übertragung von Sprachsignalen und vermittlungstechnischen Kennzeichnen, insbesondere zwischen Fernsprechvermittlungsanlagen, mit Zweidraht-Vierdraht-Umsetzung und galvanischer Trennung durch einen einen Optokoppler enthaltenden optoelektronischen Schalter.

Solche Schaltungsanordnungen werden als Schnittstellenschaltung zwischen übergeordneten und untergeordneten Fernsprechvermittlungsanlagen, beispielsweise zwischen Fernsprechnebenstellenanlagen und Hauptanschlussleitungen, oder als Schnittstellenschaltung von ferngespeisten Teilnehmerendeinrichtungen, verwendet. Die Schnittstellenschaltung ist in der Regel in der untergeordneten Anlage angeordnet.

Derzeit finden für die Analogsignalübertragung im obengenannten Bereich erdsymmetrische Zweidrahtübertragungssyste-me Verwendung, wobei meistens auch eine Gleichstromkomponente, entweder zur Fernspeisung oder zur Übertragung vermittlungstechnischer Kennzeichnen (z.B. Belegen, Auslösen, Wahl), parallel zum Sprachsignal übertragen wird.

Die Forderung nach Erdsymmetrie wird allgemein erhoben, um Nebensprechen bzw. Brummgeräusche durch unsymmetrische Längsspannung hintanzuhalten.

Die Zweidrahtübertragung ermöglicht eine maximale Ausnützung des vorhandenen Leitungsnetzes und wird praktisch einheitlich im Nahbereich verwendet.

Bei modernen Fernsprechvermittlungsanlagen, insbesondere Fernsprechnebenstellenanlagen besteht der Wunsch nach interner Vierdrahtübertragung.

Daher ergibt sich zwangsläufig die Forderung nach der Anpassung moderner Anlagen an veraltete Anlagen, Leitungssysteme und Apparatekonfigurationen mittels Zweidraht-Vierdrahtumsetzungen.

Es sind Schaltungskonzeptionen bekannt, die zur Übertragung von analogen Signalen kapazitive oder induktive Ankopp-lung oder eine Kombination beider Methoden verwenden. Solche Anordnungen benötigen jedoch grosse (schwere) und daher teure Bauelemente, wie z.B. grosse unipolare Kondensatoren, Speisedrosseln zur Gleichstromschleifengabe und gleichstrom-durchflossene Übertrager.

Es sind auch Schaltungen mit direkter Signaleinkopplung und elektronischer Schleifengabe bekannt. Nachteilig sind dabei die geringe Reichweite, die notwendige hohe Spannungsfestigkeit der Koppelkondensatoren, hohe Anforderungen an die Bauelementetoleranzen wegen der sehr hohen Symmetrieforderungen, sowie relativ grosse Verlustleistungen an den Transistoren.

Aus der DE-OS 2 649 024 und der DE-OS 2 844 304 sind Schnittstellenschaltungen bekannt, bei denen die galvanische Trennung mittels Optokoppler erfolgt, und bei denen eine Zweidraht-Vierdraht-Umsetzung vorgesehen ist, und die Speisung mit konstantem Gleichstrom erfolgt.

Weiter sind Schaltungen mit den vorstehend angeführten Massnahmen, mit Ausnahme der Konstanthaltung des Speisegleichstromes, in der US-PS 4 039 766 und in der DE-AS 2 627 140 offenbart.

Der Nachteil der bekannten Schaltungen mit analoger Sen-designaleinspeisung mittels Optokopplern liegt darin, dass die Schaltungen für Gleichstromübertragung nicht stabil, bzw. bei niederen Frequenzen ungenau sind.

Ausserdem treten bei den Halbleiterschaltungen im nichtge-schalteten Betriebszustand hohe Verlustleistungen auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung die genannten Nachteile zu vermeiden.

Die Mittel zur Lösung dieser Aufgabe sind im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Übertragungsbreite dieser Anordnung reicht von 0 Hz ( = Gleichstrom) bis etwa zur halben Pulsfrequenz. Es ist daher möglich, sowohl NF-Signale als auch vermittlungstechnische Gleichstromkennzeichen mit ein und derselben Schaltungsanordnung zu übertragen. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist die wesentlich verminderte Verlustleistung durch den geschalteten Betrieb. Da die Regelung aus einer Gleichstromkomponente abgeleitet wird, hat diese Schaltungsanordnung noch den Vorteil, dass die Stabilität über den gesamten Übertragungsbereich gewährleistet ist.

Die Erfindung kann dadurch besonders vorteilhaft ausgebildet werden, dass der Pulsgenerator zur Pulsdauermodulation eine selbstschwingende Vorrichtung ist und beispielsweise aus einem Komparator und einem Pulsgenerator besteht, wobei der Komparator die Sprachsignale bzw. die vermittlungstechnischen Kennzeichnen mit der vom Pulsgenerator zugeführten Schaltfrequenzspannung vergleicht, und dass der Pulsgenerator in an sich bekannter Weise einen selbstschwingenden Rechteckgenerator und einen Integrator enthält, wobei die Amplitude der Rechteckimpulse mittels der vom Amplitudenregler zugeführten Stellgrössen eingestellt und diese Rechteckimpulse im Integrator zu ampltidudengesteuerten Rechteckimpulsen umgewandelt werden.

Diese Anordnung hat gegenüber einer externen zentralen Taktversorgung den Vorteil, dass sie unabhängig von externen Störungen arbeitet.

Eine amplitudengeregelte Pulsdauermodulation ist bereits aus der EP 0 011 093 bekannt. Die Amplitudenregelung wirkt dabei in der Modulatorstufe auf das zu modulierende Signal,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

662 023

was von Nachteil ist, wenn man mit einer zentralen Amplitudenregelung mehrere Modulatoren regeln möchte. Diese bekannte Lösung ist auch von der Bauteilanzahl her gesehen sehr aufwendig. Der grösste Nachteil besteht darin, dass das Nutzsignal nicht erdbezogen sein darf. Soll dennoch ein erdbezogenes Nutzsignal verarbeitet werden, so wird ein Übertrager benötigt. In der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile vermieden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält der optoelektronische Schalter einen V-MOS-Transistor, der über einen Optokoppler mit dem zu übertragenden Nutzsignal gesteuert wird, sowie eine Strombegrenzer-Schaltung als Konstantstromquelle. Der Optokoppler ist eine mit geringem Aufwand herstellbare galvanische Trennung und die Konstantstromquelle führt zu einer Verkürzung der Schaltzeiten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels gemäss Zeichnung.

Aus der Figur ist die Schaltung eines aktiven gleichstrom-durchflossenen Leitungsübertragers ersichtüch. Beispielsweise ist hier der Anschluss einer Fernsprechnebenstellenanlage über eine zweidrähtige Hauptanschlussleitung a, b an eine übergeordnete Fernsprechvermittlungsanlage (Vst) gezeigt.

Ein ankommendes Signal wird über einen Differenzverstärker DIF und einen anschliessenden Zweidraht-Vierdraht-Umset-zer 2/4-U direkt durchgeschaltet.

Die Geichstromschleifengabe in Richtung Amt erfolgt «geschaltet» über einen Transistor T, (a-Ader, Brückengleichrichter BG, Tiefpassfilter TP, Impadanz R', Transistor T, BG, b-Ader), der durch einen Optokoppler OK angesteuert wird.

Diese Gleichstromschleifengabe ist ferner direkt gekoppelt (über einen Komparator K2) mit der Einspeisung des Sendesignals S bzw. des Gleichstromkennzeichens GKZ und wird mittels Pulsdauermodulation vorgenommen. Ausgangspunkt für die Pulsdauermodulation ist ein selbstschwingender Pulsgenerator PG, bestehend aus einem weitern Komparator Kl und einem Integrator OP4, welche am Ausgang von OP4 eine gegen Erde symmetrische Dreieckspannung erzeugt und dem Komparator K2 zuführt, der im Ruhezustand (kein GKZ- und S-Signal am Pulseingang von K2) im Tastverhältnis 1:1 schaltet. Da bei diesem Verhältnis der Strom durch den Transistor T nur während der halben Zeit fliesst, würde der Strom-Mittelwert nur 50% des Maximalwerts erreichen. Es wird jedoch, wie bei den übrigen Teilnehmerstationen, ein voller Strom-Mittelwert verlangt. Folglich muss der Widerstand R' halb so gross sein wie jener bei einem gewöhnlichen Teilnehmer (ungeschaltet).

Wird nun in Senderichtung ausgesteuert, so nimmt diese Aussteuerung eine Verschiebung der Schaltreferenzspannung von Komparator K2 vor, wodurch die Pulsdauer des Steuersignals für den Optokoppler OK moduliert wird. Die Frequenz des Taktsignals wird durch die Werte der Widerstände R3, R4, R5 und des Kondensators C2 bestimmt, die Verstärkung des Signals in Senderichtung durch die Amplitude des Sägezahnes (in-5 direkt proportional).

Das pulsdauermodulierte Signal wird über einen optoelektronischen Schalter OS an das anschliessende Tiefpassfilter TP an die Fernsprechleitung a, b abgegeben.

Der optoelektronische Schalter OS besteht aus dem bereits io erwähnten V-MOS-Transistor T, der über den Optokoppler OK mit dem zu übertragenden Nutzsignal gesteuert wird. Dabei dient eine Strombegrenzer-Schaltung als Konstantstromquelle KS zur Verkürzung der Schaltzeiten des Optokopplers.

Das über Transistor T geschaltete pulsdauermodulierte Si-i5 gnal wird durch das Tiefpassfilter TP demoduliert, um Störungen auf der Leitung fernzuhalten. Gleichzeitig dient das Tiefpassfilter TP auch zum Schutz des Transistors vor Überspannungen.

Da der «geschaltete Gleichstrom» auch die Amplitude des 20 Sendesignals bestimmt (direkt proportional), diese aber aufgrund der unterschiedlichen Leitungslängen nicht konstant ist, muss eine leitungswiderstandsabhängige Verstärkungsregelung für das Sendesignal durchgeführt werden.

Dies erzielt man dadurch, dass man bei kleineren Störungen 25 die Sägezahnamplitude (Ausgang OP4) verkleinert und somit die Verstärkung in Senderichtung erhöht.

Da der Strom IK durch die Konstantstromquelle KS (dient zur Steigerung der Schaltfrequenz von OK) sehr klein ist, kann man bei vorgesehenen bekannten Werten des Tastverhältnisses 30 und der Impedanz R' die Gleichspannung an der Hauptanschlussleitung a, b zur Amplitudenregelung heranziehen. Dies wird durch den Differenzverstärker OP1 genauso wie das ankommende Signal auf Steuerlogikpegel gebracht (relativ hohe Abschwächung wegen Gleichtaktunterdrückung), in einem Am-35 plitudenregler AR über das Integrierglied R2/C1 integriert, durch OP2 invertiert bzw. durch OP3 nicht invertiert und verstärkt als Schaltfrequenzspannungen dem Komparator Kl zugeführt, dessen Ausgang zwischen der Ausgangsspannung von OP2 /positiv) und der Ausgangsspannung von OP3 hin- und 40 herschaltet. Durch Modulation der Amplitude der Rechteckspannung wird auch die Amplitude der Dreieckspannung moduliert.

Durch den Einsatz eines FET-Operationsverstärkers (4fach) lassen sich Ableitströme über R1 knapp über dem Isolationswi-45 derstandsbereich erzielen.

Der Übertragungsfrequenzbereich reicht von Gleichstrom bis zur halben Taktfrequenz des Pulsgenerators.

Wird die Taktfrequenz hoch gewählt (ca. 100 kHz), so kann das Filter entsprechend klein aufgebaut werden.

v

1 Blatt Zeichnungen

Claims

662 023

1. Schaltungsanordnung zur analogen Übertragung von Sprachsignalen (S) und vermittlungstechnischen Kennzeichen (GKZ), insbesondere zwischen Fernsprechvermittlungsanlagen, mit Zweidraht-Vierdraht-Umsetzung (2/4-U) und galvanischer Trennung durch einen einen Optokoppler (OK) enthaltenden optoelektronischen Schalter (OS), gekennzeichnet durch einen Pulsdauermodulator (PDM), in welchem die Sprachsignale (S) und die vermittlungstechnischen Kennzeichen (GKZ) moduliert werden, weiter durch ein demodulierendes Tiefpassfilter (TP) und einen Brückengleichrichter (BG), wobei die modulierten Signale (S) und Kennzeichen (GKZ) über den optoelektronischen Schalter (OS) und von dessen Ausgang über das Filter (TP) und den Gleichrichter (BG) einer Zweidrahtleitung (a, b) zugeführt werden, und durch einen Differenzverstärker (DIF), über welchen eine von an der Zweidrahtleitung (a, b) ankommenden Signalen bzw. bzw. Kennzeichen abgeleitete Gleichstromkomponente einem Amplitudenregler (AR) zugeführt wird, der eine Stellgrösse für die Amplitude der Schaltfrequenzspannung des Modulators (PDM) bereitstellt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass-der Pulsdauermodulator (PDM) aus einem Kom-parator (K2) und einem Pulsgenerator (G) besteht, wobei der Komparator (K2) die Sprachsignale (S) bzw. die vermittlungstechnischen Kennzeichnen (GKZ) mit der vom Pulsgenerator zugeführten Schaltfrequenzspannung vergleicht, und dass der Pulsgenerator (PG) einen selbstschwingenden Rechteckgenerator (Kl, R3, R4, R5) und einen Integrator (OP4, C2) enthält, wobei die Amplitude des Ausgangssignals des Rechteckgenerators mittels der von einem Amplitudenregler (AR) zugeführten Stellgrössen eingestellt wird und dieses Rechtecksignal im Integrator in ein Dreiecksignal mit porportional zur Amplitude des Rechtecksignals variierender Amplitude umgewandelt wird.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektrische Schalter (OS) einen V-MOS-Transistor (T), der über den Optokoppler (OK) mit dem zu übertragenden Nutzsignal gesteuert wird, und eine Strombegrenzer-Schaltung als Konstantstromquelle (KS) zur Verkürzung der Schaltzeiten des Optokopplers enthält.