DE1487577A1

DE1487577A1 - Zeitmultiplex-Gabel mit zweiseitig gerichteter Verstaerkung

Info

Publication number: DE1487577A1
Application number: DE19661487577
Authority: DE
Inventors: Kitsopoulus Sotiri Constantine
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-12-28
Filing date: 1966-12-22
Publication date: 1969-04-24
Also published as: GB1106860A; DE1487577B2; US3346697A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated S.C.Kitsopoulos

Nw York, N. Y. 10007 USA

Zeitmultiplex-Gabel mit zweiseitig gerichteter Verstärkung

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsanordnung zur Verwendung

in einer Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungsanlage mit ä

wenigstens einem zweiseitig gerichtetem Nachrichtenkanal, einem ersten und einem zweiten einseitig gerichteten Kanal zur Übertragung in einander entgegengesetzter Richtung und mit einer Gewinn erzeugenden Schaltung zur Verbindung des zweiseitig gerichteten Nachrichtenkatials mit dem ersten und zweiten einseitig gerichteten Kanal, jt

Es sind Anlagen bekannt, bei denen eine Zeitmultiplex-Gabel zur

Verbindung einer Vielzahl von sprachfrequenten Zwt'idraht-Über- f

tr agungs schaltungen mit einer einzigen Impuls moduliert en Vierdrahtübertragungsschaltungen. In solchen Anlagen enthält jede Zweidrahtschaltung oder zweiseitig gerichtete Kanal einen individuellen Zeitmultiplex-Abtastschalter (Gatter) zur Verbindung mit einer gemeinsamen Sammelleitung. Der einseitig gerichtete Sendekanal der Vierdrahtschaltung weist einen gemeinsamen

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Zeitmultiplex-Sendeschalter (Sendegatter} zur Verbindung mit der gemeinsamen Sammelleitung auf, und der einseitig gerichtete Empfangskanal der Vierdrahtschaltung besitzt einen gemeinsamen Zeitmultiplex-Empfangsschalter (Empfangsgatter) zur Verbindung mit der gemeinsamen Sammelleitung. Im Betrieb werden die verschiedenen Abtastschalter nacheinander geschlossen, und beim Schließen jedes Abtastschalters werden der gemeinsame Sende- und Empfangs schalter abwechselnd geschlossen. Außerdem ist eine getrennte Klemmschaltung vorgesehen, die die auf der gemeinsamen Sammelleitung gespeicherte Energie während jedes Schutzbzwischenraums zwischen dem Schließen aufeinander folgender Abtastschalter verbraucht, um ein Übersprechen zwischen den Kanälen zu vermeiden.

Sol *· Anlagen '·'■'· isen jedoch gewusst rvfachUu« > ΐ. Zu diesen zül ί die Tiuwai-Iu', daß bei einer gewünschten, .jiseitig geriehtofen verstärkung zwei einseitig gerichtete Verstärk bea.'tt -.-,i werden müssen, und zwar einer für jede Übertragung ■ ng. Die Vor ·

Wendung von zwei Verstärkern je Gabel ist au> «■■■< Ug und koaipliziert die Gabelschaltung.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei so Lehen Schaltungen eine zweiseitig gerichtete Verstärkung zu ermöglichen, die für jede Übertragungsrichtung unabhängig einstellbar ist, wobei aber

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nur ein einseitig gerichtetes Verstärker erforderlich ist.

Die Erfindung geht dazu aus von einer -Verstärkungeanordnung der eingangs genannten Art und empfiehlt, daß die Gewinn erzeugende Schaltung einen einseitig gerichteten Verstärker mit einem Eingangs- und einem Ausgangsanschluß, eine erste Impedanz, die den Eingangsanschluß mit dem zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanal verbindet, eine zweite Impedanz, die den Eingangsanschluß mit dem ersten einseitig gerichteten Kanal verbindet, Λ eine dritte Impedanz, die den Eingangeanschluß mit dem zweiten einseitig gerichteten Kanal verbindet, und einen Zeitmultiplex-Schalter zur Verbindung des Ausgangsanschlusses £^ί| entweder dem zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanal oder dein ersten einseitig gerichteten Kanal aufweist·

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Zu den Vorteilen dieser erfindungsgemäßen Lösung gehört die Tatsache« daß igije Kompliziertheit von Zeitmultiplex-Gabelschaltungen annähernd halbiert wird, während die Möglichkeit erhalten ^ bleibt, die Verstärkung.in beiden Übertragungsrichtungen unabhängig voneinander einjiytetellen.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise eines speziellen Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Zeitmultiplex-Gabel mit zweiseitig gerichteter Verstärkung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Anzahl von Kurvenformen an verschiedenen Punkten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein einziger Verstärker mit parallel-Parallelgegenkopplung (shunt-shunt negative feedback ampflifier) in die Vierdrahtübertragungsschaltung eingeschaltet, und das elektronische Äquivalent eines einpoligen Schalters mit zwei Schaltstellungen liegt in der Gegenkopplungsschleife des Verstärkers, um die Gegenkopplungen und damit die Verstärkungsrichtung umzuschalten. Dieser einzige Schalter ersetzt die getrennten Zeitmultiplex-Sende- und Empfangsschalter im Vierdrahtabschnitt bekannter Zeitmultiplex-Gabeln. Daneben verbessert die Gegenkopplung über diesen einzigen Schalter seine Güte,

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erster Gegenkopplungswiderstand zwischen den Verstärkereingang und die gemeinsame Sammelleitung in dem zweiseitig gerichteten Abschnitt der Gabel gelegt, ein zweiter Gegenkopplungs wider stand liegt zwischen dem Verstärkereingang und dem Sendekanal der Vierdrahtschaltung und ein dritter Widerstand-liegt zwischen dem Verstftrkereingang und dem Empfangekanal der Vierdrahtschaltung. Der einzige, gemeinsame Zeitmultiplex-Schalter verbindet den

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Verstärkerausgang abwechselnd mit der gemeinsamen Sammelleitung und dem Sendekanal· Während des Empfangsabschnittes des Umschaltzyklus laufen ankommende Signale vom Empfangskanal über den Reihenübertragungsweg, der durch den dritten Widerstand und den gegengekoppelten Verstärker gebildet wird, wobei der erste Widerstand einen Rückkopplungsweg darstellt.

Die Empfangsvwstärkung wird folglich durch das Verhältnis des ersten Widerstandes zum dritten Widerstand bestimmt. Während des Sendeabschnittes des Umschaltzyklus durchlaufen Signale von der gemeinsamen Sammelleitung dagegen den Reihenübertragungsweg, der durch den ersten Widerstand und den gegengekoppelten Verstärker gebildet wird, wobei der zweite Widerstand den Gegenkopplungsweg darstellt« Die Sendeverstärkung wird folglich durch das Verhältnis des zweiten Widerstandes zum ersten Widerstand bestimmt. Die Verstärkung in einer Übertragungsrichtung ist also unabhängig von der Verstärkung in der entgegengesetzten Richtung, und es können unabhängige Einstellungen vorgenommen werden.

Da die Ausgangsimpedanz des Gegengekoppelten Verstärkers nach der Erfindung extrem klein ist, ist keine besondere Klemmschaltung erforderlich, um die auf der gemeinsamen Sammelleitung während der Schutzzwischenräume zwischen dem Schließen aufeinanderfolgender, individueller Abtastschalter zu vernichten. Während

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des Empfangsabschnittes des gemeinsamen Umschaltzyklus stellt die Ausgangsimpedanz des gemeinsamen Verstärkers eine kleine Impedanz zwischen Erde und der gemeinsamen Sammellwitung dar. Die besondere, bei den bekannten Schaltungen erforderliche Klemmschaltung kann daher weggelassen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird eine Vielzahl von Zweidrahtschaltungen 1 bis η nach einer Bandbegrenzung durch Tiefpaßfilter über entsprechende Zeitmultiplex-Abtastschalter nacheinander abgetastet. Es ist nur der Ausgangs-Querkondensator 10 des Tiefpaßfilters einer mittleren Zweidrahtschaltung k gezeigt, aber es werden entsprechende Filter in allen anderen Zweidrahtschaltungen benutzt. Außerdem ist eine Reihespule 11 vorgesehen, die auf noch /u erläuternde Weise die Resonanzübertragung unterstützt. Die Zweidrahtschaltungen können beispielsweise sprachfrequente Fernsprechteilnehmerleitungen sein. In diesem Fall sind die Tiefpaßfilter so ausgebildet, daß ihre Grenzfrequenz bei etwa 4 kHz liegt. Die einfach als einpolige Schalter mit zwei Schaltstellungen dargestellten Abtastschalter sind ©ioden- oder Transistor-Übertragungsgatter hoher Geschwindigkeit, die nacheinander mit der vorgeschriebenen Abtastfrequenz ein- und ausgeschaltet werden.

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Die Abtastschalter verbinden die jeweiligen Zweidrahtschaltungen mit einer gemeinsamen Sammelleitung 12, deren Kapazität gegen Erde durch einen Kondensator 13 auf einen gesteuerten Wert eingestellt wird.

Die gemeinsame Sammelleitung 12, die als zweiseitig gerichtete Verbindung zu den Zweidrahtschaltungen 1 bis η dient, ist mit der aus der Sendeleitung 14 und der Empfangsleitung 15 bestehenden Vierdrahtschaltung über eine Zeitmultiplex-Gabel verbunden, die einen Verstärker 16, drei Widerstände 17,, 18, 19 und einen Zeitmultiplex-Schalter 20 aufweist. Der Verstärker 16 ist ein Betriebsverstärker (operational type amplifier) mit insgesamt einer Phasenumkehr zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang. Er ist mit einem Parallel-Parallel-Gegenkopplungsweg (d.h., sowohl am Eingang als auch am Ausgang zu dem Verstärker-Übertragungsweg parallelgeschaltet) über entweder den Widerstand 17 oder den Widerstand 18 versehen. Der Zeitmultiplex-Schalter 20 als elektronisches Äquivalent eines einpoligen Schalters mit zwei Schaltstellungen liegt in der Gegenkopplungsschleife ite» Verstärkers und macht entweder den Widerstand oder den Wideretand 18 als Gegenkopplungsweg wirksam. Bei der praktischen Aueführung kann der Schalter 20 aus zwei Diodenader Übe rtragungegattern bestehen, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden·

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Gemäß Fig. 1 liegt der Gegenkopplungswiderstand 17 zwischen der gemeinsamen Sammelleitung 12 und dem Eingang des Verstärkers 16, der Gegenkopplungswiderstand 18 zwischen der Sendeleitung 14 und dem Eingang des Verstärkers 16, und der Widerstand 19 ist zwischen die Empfangsleitung 15 und den Eingang des Verstärkers 16 geschaltet. Der Zeitmultiplex-Schalter 20 verbindet den Ausgang des Verstärkers 16 abwechselnd mit der gemeinsamen Sammelleitung 12 fand der Sendeleitung 14, Auf diese Weise wird, wenn der Schalter 20 sich in seiner oberen oder Empfangslage befindet, ein Empfangsweg gebildet, der von der Empfangsleitung 15 über den Reihenwiderstand 19 und den durch den Verstärker 16 und den Gegenkopplungswiderstand 17 dargestellten Verstärker mit Parallel-Parallel-Gegenkopplung zur gemeinsamen Sammelleitung 12 führt. Wenn der Schalter 20 sich in seiner unteren oder Sendelage befindet, wird ein Sendeweg gebildet, der von der gemeinsamen Sammelleitung 12 über den Reihenwiderstand 17 und den durch den Verstärker 16 und den Gegenkopplungswiderstand 18 dargestellten Verstärker mit Parallel-Parallel-Gegenkopplung zur Sendeleitung 14 führt.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach Fig. 1. In Fig. 2 erläutert die Zeile A die Betriebsweise des Zeitmultiplex-Sende-Empfangsschalters 20, wobei R die obere oder Empfangslage und T die untere

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oder Sendelage des Schalters 20 in Fig. 1 darstellt. Die Zeilen B und C in Fig. 2 erläutern den Betrieb der Abtastschalter, die die Zweidrahtschaltungen k bzw. k + 1 in Fig. 1 mit der gemeinsamen Sammelleitung 12 verbinden. Schließlich zeigt die Zeile D in Fig. 2 die Spannung über dem Kondensatpr 13 der gemeinsamen Sammelleitung als Funktion der Zeit.

Gemäß Zeilen A un-«d B in Fig. 2 schließt zu Beginn eines Übertragungszyklus bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Zeitmultiplex-Schalter 20 seinen Sendekontakt zuerst. Dann schließt einer der Abtastschalter, beispielsweise derjenige in der Zweidrahtschaltung k, und die Ladung auf dem Querkondensator 10 wird im Resonanzverfahren über die Reihenspule 11 an den Kondensator 13 der gemeinsamen Sammelleitung übertragen. Der Verstärker 16 ist so geschaltet, daß der Widerstand 17 als Eingangswiderstand und der Widerstand 18 als Gegenkopplung s widerstand arbeiten. Die in Zeilde D der Fig. 2 dargestellte Spannung am Kondensator 13 erscheint dann um den Faktor

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verstärkt auf der Sendeleitung 14, wobei G₊ die Übertragungsverstärkung des Verstärkers mit Parallel-Parallel-Gegenkopplung,

R₁ der Wert des Widerstandes 18 und R der Wert des Widerstandes t r

17 sind.

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Die Empfangsleitung 15 ist zu diesem Zeitpunkt mit der Sendeleitung 14 verbunden, aber da es sich um eine Zeitmultiplex-Anlage handelt, ist kein ankommendes Signal auf der Empfangsleitung 15 vorhanden, das durchlaufen könnte. Zur Erfüllung der Bedingung für eine Resonanzübertragung ist die Zeit, während der der Abtastschalter geschlossen bleibt, gleich der halben Periode der Eigenschwingung für die Reihenschaltung der Kondensatoren 10 und 13 mit der Spule 11. Folglich gilt:

wobei T die Schließdauer des Abtastschalters, L die Induktivität der Spule 11, C die Kapazität des Kondensators 10 und C, die Kapazität des Kondensators 13 der gemeinsamen Sammelleitung ist. Eine Resonanzübertragung ist nicht notwendige Voraussetzung für den Betrieb der Schaltung, unterstützt aber eine wirksame Betriebeweise.

Zum Schluß öffnet der Abtastschalter, und der Zeitmultiplex-Schalter 20 g^b/ geht zur Beendigung des Sendezyklus auf seinen Empfangskontakt. Bevor der Empfangszyklus mit dem Schließen des gleichen Abtastschalters, d.h., des Abtastschalters in der Zweidraht schaltung k, beginnt, wird die auf dem Kondensator 13 der gemeinsamen Sammelleitung verbliebene Ladung nach einem wichtigen Merkmal 'der Erfindung sehr schnell in der außerordentlich

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kleinen Ausgangsimpedanz des Verstärkers mit Parallel-Parallel-Gegenkopplung verbraucht. Der Widerstand 17 dient dann als Gegenkopplungselement und der Widerstand 19 als E ingange widerstand.

Während der Schalter 20 auf seinem Empfangskontaki liegt, würde ein auf der Sendeleitung 14 erscheinendes Signal um den Kehrwert von G, gedämpft zur gemeinsamen Sammelleitung 12 zurückübertragen. Da die Sendeleitung 14 jedoch einseitig gerichtet ist, kann kein solches Signal erscheinen. Auch wenn die Sendeleitung 14 und die Empfangeleitung 15 nicht einseitig gerichtet wären, wäre darüberhinaus eine Übertragung von der Sendeleitung 14 zur Empgangsleitung 15 immer unmöglich, da der Verstärker 16 einseitig gerichtet ist und sein Eingang scheinbar an Erde liegt.

Während des Empfangsuechließens eines Abtastschalters, beispielsweise desjenigen in der Zweidrahtschaltung k, wird die auf der Empfangsleitung 15 erscheinende Spannung um den Faktor

verstärkt, wobei G die Empfangsverstärkung des Verstärkers mit Parallek-Parallel-Gegenkopplung, R der Wert des Widerstandes 17 und R der Wert des Widerstandes 19 sind. Der Ausgang des

S -

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gegengekoppelten Verstärkers ist eine ideale Spannungsquelle und lädt den Kondensator durch eine Resonanzübertragung über die Spule 11 auf. Die Bedingung für die Resonanzübertragung lautet jetzt:

V ^rJ^L ^{c (4)}

wobei T die Schließdauer des Abtastschalters während des r

Empfangszyklus, L die Induktivität der Spule 11 und C die Kapazität des Kondensators 10 sind. Wie in Zeile B der Fig. 2 gezeigt, ist T größer als T . Wie jedoch bereits gesagt, ist eine Resonanzübertragung nicht notwendige Voraussetzung für die Betriebsweise der Schaltung, sondern verbessert nur die Betriebsweise.

Während des Schutzintervalls zwischen dem öffnen des Abtastschalters in der Zweidrahtschaltung k und dem Schließen des Abtastschalters rin der Zweidrahtschaltung k + 1 wird die kleine Ausgangsimpedanz des gegengekoppelten Verstärkers nach einem Merkmal der Erfindung benutzt, um den Kondensator 13 der gemeinsamen Sammelleitung mit Erde zu verbinden. Ein Übersprechen zwischen den Zeitlagen benachbarter Zweidrahtschaltungen wird auf diese Weise wesentlich herabgesetzt, ohne daß eine besondere Klemmschaltung verwendet werden müßte.

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Claims

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1./ Verstärkungsanordnung zur Verwendung in einer Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungsanlage mit wenigstens einem zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanal, einem ersten und einem zweiten einseitig gerichteten Kanal zur Übertragung in einander entgegengesetzter Richtung und mit einer gewinnerzeugenden Schaltung zur Verbindung des zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanals mit dem ersten und zweiten einseitig gerichteten Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß
die gewinnerzeugende Schaltung

einen einseitig gerichteten Verstärker (16) mit einem Eingangsund einem Ausgangsanschluß,

eine erste Impedanz (17), die den Eingangsanschluß mit dem zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanal verbindet, eine zweite Impedanz (18), die den Eingangsanschluß mit dem ersten einseitig gerichteten Kanal (14) verbindet, eine dritte Impedanz (19), die den Eingangsanschluß mit dem zweiten einseitig gerichteten Kanal (15) verbindet, und einen Zeitmultiplex-Schalter (20) zur Verbindung des Ausgangsanschlüsses mit entweder dem zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanäl (k) oder dein ersten einseitig gerichteten Kanal (14) aufweist.

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2, Verstärkungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste einseitig gerichtete Kanal ein Sendekanal (14), der zweite einseitig gerichtete Kanal ein Empfangskanal (15) ist, und daß der Zeitmultiplex-Schalter (20) abwechselnd den Ausgangsanschluß mit dem zweiseitig gerichteten Nachrichtenkanal (k) und dem Sendekanal (14) verbindet.

3, Verstärkungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impedanz (17) einen Gegenkopplungsweg für den einseitig gerichteten Verstärker (16) immer dann herstellt, wenn der Zeitmultiplex-Schalter (20) den Ausgangsanschluß mit dem zweiseitig gerichteten Kanal (k) verbindet, und daß die zweite Impedanz (18) einen Gegenkopplungsweg für den einseitig gerichteten Verstärker (16) immer dann herstellt, VseDh der Zeitmultiplex-Schalter den Ausgangsanschluß mit dem Sendekanal verbindet.

4, Verstärkungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite tind dritte Impedanz Wirkwiderstände sind.

5, Verstärkungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Über deti z#eis8itig gerichteten Nachrichtenkanal (k) geschalteter Speieherkondensatör vorgesehen ist.

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