CH673918A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwischenverstärker, insbesondere zur Verwendung in Zwei-Drahtverbindungen eines Wählfernsprechnetzes gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb des Zwischenverstärkers gemäss Patentanspruch 4.

Das Verfahren gemäss der Erfindung umfasst das Messen der Amplituden von aus verschiedenen Übertragungsrichtungen kommenden Signalen, das Vergleichen der gemessenen Amplituden von aus den verschiedenen Übertragungsrichtungen kom-menden Signalen und Regeln der Verstärkung von regelbaren Verstärkern aufgrund der Differenzwerte der Amplituden durch Anlegen einer Regelspannung an die regelbaren Verstärker über Gegenphasenregeladapter, welche regelbaren Verstärker für die beiden Übertragungsrichtungen einer inneren Vier-Drahtverbindung des Zwischenverstärkers getrennt vorgesehen sind.

Neben den für die beiden Richtungen der Signalübertragung getrennt vorgesehenen regelbaren Verstärkern umfasst der Zwischenverstärker gemäss der Erfindung auch Mittel zum Regeln der regelbaren Verstärker aufgrund der Pegeldifferenz der aus verschiedenen Übertragungsrichtungen kommenden Signale, welche Regelung über Gegenphasenadapter erfolgt.

Mit dem Verstärker gemäss der Erfindung ist es möglich, zwei Fernsprechverbindungen eines Wählfernsprechnetzes, z.B. in einer Rufübertragungseinrichtung, in Serie zu verbinden, so dass die Dämpfung in den Grenzen der strukturiellen Anforde-5 rungen des Fernsprechnetzes gehalten wird und die Sprachverständlichkeit gut bleibt.

Konventionelle Zwei-Draht-Zwischenverstärker können nicht in Zwei-Drahtverbindungen eines Wählfernsprechnetzes verwendet werden, da der Betrieb von konventionellen Verstär-lo kern auf genau bekannten Leitungsimpedanzen (feste Verbindungen des Fernsprechnetzes) beruht und in jedem besonderen Fall eine getrennte Abstimmung erforderlich ist.

Eine Änderung der Leitungsimpedanz eines Wählferri-sprechnetzes beeinflusst die Qualität der internen Vier-Draht-15 Verbindung des Zwischenverstärkers (die Vierdrahtverbindung wird durch Leitungshybride oder Gabelleitungen bewirkt, die auf eine bestimmte Impedanz, z.B. 600 Ohm, abgestimmt sind) und die Kopplung beginnt zu schwingen, sobald die Gesamtverstärkung des zuzuführenden Signals und eines als Rückkopp-20 lung aus einer Gegenrichtung kommenden Signals den Wert eins übersteigt.

Zur Vermeidung eines Selbstschwingens muss ein Zwei-Draht-Zwischenverstärker fähig sein, die Summenverstärkung von in entgegengesetzten Richtungen laufenden Signalen durch 25 eine Art von automatischen Regelkreis auf einen Wert unter eins zu halten.

Für variable Leitungsimpedanzen vorgesehene Zwei-Draht-Zwischenverstärker sind typischerweise für den Halbduplexbe-trieb ausgelegt, d.h. sie übertragen und verstärken ein Signal 30 nur in einer Richtung zu einer Zeit.

Dadurch wird eine von einer möglichen Fehlanpassung einer Leitungshybride verursachte Schwingung vermieden (keine von der Schwingung bewirkte Rückkopplung), weiter kann die in einer Fernsprechverbindung auftretende Dämpfung alternativ in 35 beiden Richtungen der Signalübertragung voll kompensiert werden.

Bei dieser Art Verstärker kann die Übertragungsrichtung des Signals durch einen Umkehrschalter gesteuert werden, der auf Sprachfrequenzsignale aus verschiedenen Richtungen an-4o spricht, wobei vorausgesetzt wird, dass die Information alternativ von einer Richtung zur anderen übertragen wird.

Bei der Gesprächsübertragung funktioniert eine Halbduplex-verbindung nur unter höchst vorteilhaften Bedingungen und wenn beide Sprecher das Prinzip des alternativen Sprechens be-45 achten. Typischerweise auftretende Unterbrechungen der Information bewirken störende unerwünschte Signale. Zudem beeinflussen externes Geräusch oder verschiedene Dämpfungen der Leitungen die Richtungssteuerung.

Dadurch ist es mit einer auf dem Schaltprinzip beruhenden so Richtungssteuerung des Verstärkers nicht möglich, befriedigende Sprachübertragungseigenschaften der Einrichtung zu erzielen.

Zur Verbesserung der Sprachübertragungseigenschaften von nach dem Halbduplexprinzip arbeitenden Zwei-Draht-Zwi-schenverstärkern wurde bei einer Lautsprecherfernsprechan-55 wendung (U.S. Patent 4 507 524) eine sprachgesteuerte Richtungssteuerung mit variabler Verstärkung vorgeschlagen, wobei versucht wird, die Geräusche und die auftretenden Unterbrechungen der Information, welche eine Umkehr der Richtung bewirken könnten, durch eine auf einer Zeitkonstante beruhen-60 den «weichen» Verstärkungsumkehr zu eliminieren. Dabei wird die Verstärkung eines in der vorherigen Richtung laufenden Signals verringert und die Verstärkung eines nachfolgenden Signals vergrössert (die Gesamtverstärkung ist als Funktion der Regelung innerhalb des Regelbereichs unter eins). Nach der 65 Zeitkonstante bleibt die Richtung der Verstärkung im umgekehrten Halbduplexzustand, bis ein aus der entgegengesetzten Richtung kommendes Signal den Schaltpegel der Umkehr eines Pegelvergleicherkreises übersteigt.

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Diese Art Lautsprecherfernsprechverstärker kann wegen ihrer Richtungssteuerkreise als nach dem Schaltprinzip arbeitend angesehen werden, auch wenn linear regelbare Verstärker vorgesehen sind.

Die Sprachübertragungseigenschaften dieser bekannten Lösung sind jedoch nur leicht verbessert und höchstens als leidlich zu beurteilen, da die Richtung der Verstärkung starr ist.

Der begrenzte Frequenzbereich eines Fernsprechnetzes (300 bis 3400 Hz) schliesst Lösungen aus, die auf zwei Trägerwellen für die Übertragung von Sprachinformation beruhen.

Eine entscheidende Verbesserung der Sprachübertragungsei-genschaften gegenüber den oben genannten Nachteilen wird durch die erfindungsgemässe Richtungssteuerung der Verstärkung eines Zwei-Draht-Zwischenverstärkers erzielt.

Dies wird gemäss dem Verfahren nach der Erfindung durch eine kontinuierliche stufenlose Einstellung der Verstärkung innerhalb ihres linearen Bereichs mittels einer kontinuierlich einstellbaren Spannung erzielt. Der Zwischenverstärker gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Regelmittel

— je einen für die beiden Übertragungsrichtungen getrennt vorgesehenen Pegelmesskreis,

— einen mit den Ausgängen der Pegelmesskreise verbundenen gemeinsamen Differenzverstärker, und

— einen mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbundenen PI-Regler umfassen, dessen Ausgang mit den Regeladaptern verbunden ist.

Die Grundidee der Erfindung ist die, dass der Zwischenverstärker solche Steuermittel hat, dass kein vorbestimmter Amplitudenwert überschritten werden muss, um die Umkehrung der Verstärkung zu bewirken, dass aber die Richtungssteuerspannung innerhalb ihres linearen Bereichs aufgrund des Differenzwerts der Amplituden von aus verschiedenen Richtungen kommenden Signalen kontinuierlich eingestellt wird.

Die Erfindung ist vor allem dadurch vorteilhaft, dass während der Übertragung von Sprachinformation weitere Verbindungen für die Zwei-Drahtverbindungen eines Wählfernsprechnetzes vorgesehen werden können, ohne die Hörbarkeit oder Veständlichkeit zu beeinträchtigen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Zwischenverstärkers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Verstärkungskurve des Zwischenverstärkers als Funktion einer Richtungssteuerspannung, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines in einem Richtungssteuerkreis verwendeten PI-Reglers.

In Figur 1 ist der Zwischenverstärker zwischen zwei Zwei-Draht-Fernsprechleitungen 1 und 2 geschaltet. Im Verstärker ist durch Leitungshybriden (Gabelleitungen) 11 und 21 eine interne Vier-Drahtverbindung gebildet, so dass aus verschiedenen Richtungen kommende Signale für die separate Verstärkung voneinander getrennt werden können. Die beiden Übertragungsrichtungen der internen Vier-Drahtverbindung sind mit spannungsgeregelten Verstärkern 12 und 22 versehen. Der Eingang des regelbaren Verstärkers 12 ist mit der Leitungshybride 11 und der Ausgang des Verstärkers 12 ist über einen Pegelbegrenzer- und Breitbandfilterkreis 14 mit der Leitungshybride 21 verbunden. Der Eingang des regelbaren Verstärkers 22 ist mit der Leitungshybride 21 und sein Ausgang über einen weiteren Pegelbegrenzer- und Breitbandfilterkreis 24 mit der Leitungshybride 11 verbunden.

Die regelbaren Verstärker 12 und 22 sind zur Kompensation der in Fernsprechverbindungen auftretenden Dämpfung vorgesehen. Die Pegelbegrenzer- und Breitbandfilterkreise 14 und 24 beschränken den Pegel und die Bandbreite von auf die Leitungen 1 und 2 kommenden Signalen auf Werte innerhalb der

Grenzen der strukturiellen Anforderungen des Fernsprechnetzes (z.B. Odbm und 300 bis 3400 Hz).

Der Eingang des regelbaren Verstärkers 12 ist mit einem strichliert dargestellten Pegelmesskreis A und der Eingang des 5 regelbaren Verstärkers 22 mit dem ebenfalls strichliert dargestellten Pegelmesskreis B verbunden. Der Eingang des Pegelmesskreises A ist mit einem spannungsgeregelten Messverstärker 15 versehen, dessen Ausgang mit einem Pegelanzeigekreis 16 verbunden ist. Der Ausgang des Pegelanzeigekreises 16 ist io mit dem Eingang eines I-Reglers 17 verbunden. Der Ausgang des I-Reglers 17 regelt den Messverstärker 15. Die Verbindungen des Pegelmesskreises B entsprechen denen des Pegelmesskreises A und der Messverstärker, der Pegelanzeigekreis und der I-Regler des Pegelmesskreises B sind mit den Bezugszahlen i5 25, 26 bzw. 27 bezeichnet.

Die Ausgänge der Pegelanzeigekreise 16 und 26 bilden die Ausgänge der Pegelmesskreise und sind mit ein und denselben Differenzverstärker 18 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit einem PI-Regler 19 verbunden, wobei die am 20 Ausgang des PI-Reglers auftretende Regelspannung die regelbaren Verstärker 12 und 22 über Gegenphasenregeladapter 13 und 23 regelt. Die Regeladapter bewirken die gewünschte Verstärkungskurve der regelbaren Verstärker 12 und 22 als eine Funktion der Regelspannung.

25 Wenn die Verstärkung der regelbaren Verstärker fest und grösser als 1 wäre, würde die Verbindung als Oszillator wirken infolge der nicht idealen Qualität der Leitungshybriden mit schwankenden Leitungsimpedanzen, welche für Zwei-Drahtverbindungen eines Wählfernsprechnetzes charakteristisch sind. 30 Zur Verhinderung einer Schwingung wird die Verstärkungskurve nach Fig. 2 verwendet. Die die Verstärkung darstellende vertikale Achse ist logarithmisch und die horizontale Achse, welche die am Ausgang des PI-Reglers 19 auftretende Regelspannung vc darstellt, ist linear. Die Extremwerte der Regel-35 Spannung vc sind mit —Vi und +vi bezeichnet. Die Kurve Ci stellt die in einer Richtung bewirkte Verstärkung und die Kurve C2 die in der Gegenrichtung bewirkte Verstärkung dar. Diese Verstärkungskurve ermöglicht wie bekannt die Durchführung der Rückkopplungsregelung in solcher Weise dass die Summen-40 Verstärkung der Rückkopplung den Wert eins nie übersteigt (die Kopplung ist dadurch nicht selbstschwingend). In der Mittelposition der Regelspannung ist die Verstärkung in beiden Richtungen eins (der Verstärker kompensiert dadurch nur Dämpfungen, die in der Kopplung intern auftreten). Wenn die Regel-45 Spannung vc von ihrer Mittelposition in die eine oder andere Richtung verschoben wird nimmt die Verstärkung in einer Richtung zu und in der anderen Richtung ab. Durch die verwendete Verstärkungskurve werden Signale aus einer Richtung, die entgegengesetzt ist zur zu verstärkenden Richtung, nicht gänzlich 50 unhörbar mit Ausnahme bei den Extremwerten des Regelbereichs.

Damit der Zweit-Draht-Zwischenverstärker durch die vorstehend beschriebene Verstärkungskurve gute Sprachübertra-gungseigenschaften erhält ist es gemäss der Erfindung notwen-55 dig eine lineare Richtungssteuerung zu verwenden, die auf der Basis von Sprachfrequenzsignalen dynamisch arbeitet und fähig ist sowohl die Differenzen zwischen den Fernsprechverbindungen (die Dämpfung kann in diesen Verbindungen variieren) zu kompensieren als auch den Einfluss von Hintergrundgeräu-60 sehen.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des durch die Pegelmesskreise A und B, den Differenzverstärker 18 und den PI-Regler 19 gebildeten Richtungssteuerkreises im einzelnen beschrieben. Die Spannungspegel der Signale aus verschiedenen Richtungen 65 werden von den Pegelmesskreisen A und B erhalten. Durch die Pegelregelung der Messung können die Differenzen zwischen den Fernsprechverbindungen und die Wirkungen der Hintergrundgeräusche auf die Richtungssteuerung kompensiert wer

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den. Fig. 3 zeigt den Differenzverstärker 18 und den PI-Regler 19 von Fig. 1 mehr im einzelnen. [Wie in der Regeltechnik üblich, zeigt Fig. 3 Laplacetransformationen A(s), B(s) und Vc(s) der Zeitfunktionen a(5), b(t) und vc (t).j Die von den Pegelmesskreisen A und B erhaltenen Signalpegel A(s) und B(s) werden dem Differenzverstärker 18 zugeführt, dessen Verstärkungskoeffizient mit Ki bezeichnet ist. Vom Differenzverstärker werden gewichtete lineare Richtungsdaten erhalten, welche ankommende Signale betreffen, d.h. Daten, welche anzeigen aus welcher Richtung ein höherer Signalpegel erhalten wird. Die gewichteten Richtungsdaten gelangen zum PI-Regler 19, welcher als echter Richtungsregler für die regelbaren Verstärker 12 und 22 wirkt und dessen Ausgangsspannung vc(t) der Regelspannung der Verstärkungskurve entspricht. Der PI-Regler 19 hat einen geschlossenen Regelkreis, der durch die von seinem Ausgang erhaltene Rückkopplung erhalten wird, wobei die vom Differenzverstärker gelieferten gewichteten Richtungsdaten als Setzwert dienen. Der Verstärkungskoeffizient der Rückkopplung ist mit K3, der P-Term des Reglers mit K2 und der I-Term des Reglers mit Ti bezeichnet. Diese Anordnung führt dazu dass die Ausgangsspannung des Reglers, d.h. die Regelspannung vc den Änderungen der Richtungsdaten in Übereinstimmung mit einer sich dynamisch verhaltenden Übertragungsfunktion folgt, wie sie für einen PI-Regler typisch ist. Dadurch wird die Richtungssteuerspannung auf die zu verstärkende Richtung entsprechend den Richtungsdaten mit geeigneter Geschwindigkeit eingestellt (der I-Term beruhigt am Ausgang des Regler auftretende Schwankungen).

Der Ausgang des Regelkreises versucht die Mittelstellung der Richtungssteuerung zu erreichen wenn die Richtungsdaten vom Differenzverstärker den Wert Null annehmen. Dies ist der Fall wenn kein Signal auf den Leitungen 1 und 2 vorhanden ist oder wenn die Pegel der Signale aus verschiedenen Richtungen gleich sind. In ähnlicher Weise hat wegen der automatischen Pegeleinstellung der Regelspannung eine Abweichung in den Richtungsdaten in Verbindung mit Signalen von längerer Dauer 5 die Tendenz abzunehmen. Dadurch kann die Ausgangsspannung des Reglers (die Regelspannung vc) sich nicht auf ihren anderen Extremwert verriegeln.

Ein wie vorstehend beschrieben wirkender Regelkreis realisiert die Verstärkungsregelung des Zwischenverstärkers in sol-10 eher Weise dass der Verstärker zwischen seinem Vollduplex-und Halbduplexzustand dynamisch arbeitet. Der Regelkreis ermöglicht eine weiche aber genügend rasche Regelung der Verstärkungsrichtung in Abhängigkeit von den ankommenden Sprachsignalen. Das menschliche Ohr ist fähig kleine Pegelän-15 derungen, die im Umkehrstadium zu Beginn von Worten auftreten zu kompensieren (die kleinste vom Ohr wahrnehmbare Pegeländerung ist 3 dB).

Zusammengefasst gesagt, arbeitet die Kopplung gemäss dem oben beschriebenen Blockschaltbild in gleicher Weise wie ein Zwei-Draht-Zwischenverstärker für feste Leitungen eines Wählfernsprechnetzes, jedoch mit dem Unterschied dass die genannte Kopplung innerhalb eines weiten Impedanzbereichs ohne jede Abstimmung verwendet werden kann, d.h. die Kopplung ist nicht kritisch gegenüber einer Fehlanpassung der Leitungshybri-25 den.

Die Erfindung ist nicht auf das anhand der beiliegenden Zeichnungen beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann das Prinzip der Verstärkungsregelung gemäss der Erfin-30 dung auch in Lautsprechertelephonen verwendet werden. Dabei ist eine der Leitungshybriden oder Leitungsgabeln durch eine Kombination von Lautsprecher und Mikrophon ersetzt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Zwischenverstärker, insbesondere zur Verwendung in Zwei-Drahtverbindungen eines Wählfernsprechnetzes, wobei die Richtung der Verstärkung des Verstärkers aufgrund der Signalstärke regelbar ist, welcher Zwischenverstärker umfasst:

— regelbare Verstärker (12, 22) für die beiden Signalübertragungsrichtungen einer internen Vier-Drahtverbindung, und

— Mittel zum Regeln der Verstärkung der regelbaren Verstärker (12, 22) aufgrund der Pegeldifferenz von aus verschiedenen Übertragungsrichtungen kommenden Signalen, wobei das Regeln über Gegenphasenregeladapter (13, 23) bewirkt wird, wobei die genannten Regelmittel einen getrennt für jede der beiden Übertragungsrichtungen vorgesehenen Pegelmesskreis (A, B), und

— einen mit den Ausgängen der Pegelmesskreise (A, B) verbundenen gemeinsamen Differenzverstärker (18) aufweisen,

gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (18) verbundenen PI-Regler (19), dessen Ausgang mit den Regeladaptern (13, 23) verbunden ist.

2. Zwischenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pegelmesskreis einen regelbaren Messverstärker (15, 25), einen mit dem Ausgang des Messverstärkers verbundenen Pegelanzeigekreis (16, 26) und einen mit dem Ausgang des Pegelanzeigekreises verbundenen I-Regler (17, 27) zum Regeln der Verstärkung des Messverstärkers (15, 25) umfasst.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Zwischenverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der PI-Regler (19) eine Rückkopplungsschleife hat.

4. Verfahren zum Betrieb des Zwischenverstärkers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

— Messen der Amplituden von Signalen aus verschiedenen Übertragungsrichtungen,

— Vergleichen (18) der gemessenen Amplituden von aus verschiedenen Übertragungsrichtungen kommenden Signalen miteinander zum Erhalten einer zur Differenz der genannten gemessenen Amplituden proportionalen Differenzspannung, und

— Regien der Verstärkung der regelbaren Verstärker (12, 22) aufgrund des Differenzwerts von Amplituden durch Anlegen einer Regelspannung (vc) über Gegenphasenregeladapter (13, 23) an die regelbaren Verstärker (12, 22),

dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Regelspannung (vc) als Ausgangssignal von einem PI-Regler (19), an den die genannte Differenzspannung angelegt wird, erhalten wird.