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Anordnung zur Überwachung von Zweidraht-Verbindungsleitungen in duplexfähigen
Datenübertrafflungss ystemen.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Senden und Empfangen von
über Zweidrahtleitungen übertragenen Daten in duplefähigen Datenübertragungssystemen
mit Gleichstromtastung, in denen die mit niederohmigen Sender- und demgegenüber
hochohmigen Empfängerinnenwiderständen ausgerüsteten Sende- und Empfangseinrichtungen
einer Endstelle je in einen der beiden Querzweige einer Brückenschaltung angeordnet
sind, die aus zwei festen niederohmigen Brückenwiderständen, dem Nachbildkreis und
aus der Leistung gebildet ist.
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In einer solchen Anordnung sind die Sende- und Empfangseinrichtungen
an die Übertragungsleitung niederohmig fehlangepaßt. Darüberhinaus ist der Innenwiderstand
des Senders gegenüber dem Eingangswiderstand des Empfängers extrem niederohmig;
somit ist es möglich bei Anwendung niedriger Sende spannungen mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten
zu arbeiten. erden in derartigen Anordnungen komplexe Nachbildungen verwendet, so
kann über eine Zweidrahtleitung Duplexverkehr durchgeführt werden. Ein solches Datenübertragungssystem
ist deshalb auch als sogenanntes Zweidraht-Gleichstrom-Datenübertragungssystem mit
niedriger Sendespannung bekannt.
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In einem Übertragungssystem der oben beschriebenen Art, bei dem, wie
üblich, die Doppelstromtastung angewendet wird, tritt der Nachteil auf, daß die
an jeder Endstelle vorhandenen Zweidraht-Doppelstrom-Duplexschaltungen im Falle
der Unterbrechung einer Leistung die auf den Sendeor-tskreis-gegebenen Doppelstromzeichen
jeweils auf den Empfangsortskreis spiegelbildlich reflektieren. Diese
nachteilige
Eigenschaft führt dazu, daß zum einen eine über die Übertragungsleitung an eine
Vermittlungsstelle angeschlossene Teilnehmerstelle im Falle einer leitungsunterbrechung
fortlaufend aus- und eingeschaltet wird und daß zum anderen auch der über die Vermttlngsstelle
zur anderen Teilnehnierstelle verlaufende Verbindungsabschnitt nicht ausgelöst wird.
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Man bezeichnet diesen Vorgang als sogenannten Pumpvorgang.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils sind logische Schaltungszusätze angegeben
worden, durch die bei Leitungsbruch eine Verbindungsauslösung erzwungen wird. Der
damit verbundene schaltungstechnische Aufwand ist jedoch nicht unerheblich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für ein duplexfähiges
Datenübertragungssystem mit Gleichstromtastung zu geben, die diese Nachteile nicht
aufweist, bei der also bei Beitungsbruch in beiden Endstellen des Verbindungsabschnittes
ein eindeutiges Auslösekriterium, in der Regel Dauerstartpolarität zur Verfügung
steht.
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Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß als Sendeeinrichtung
ene die Linienspannung an- und abschaltende Tasteinrichtung (Einfachstromtastung)
vorhanden ist und daß der Verstärker in einer an sich bekannten Empfangseinrichtung
eine bistabile Schaltung mit einer startpolaren Vorerregung ist, über deren Ausgang
der Empfänger steuerbar ist. Eine Zweidraht-Duplex-Übertragungsschaltung, die erfinßungsgemäß
nach dem Einfachstromprinzip arbeitet, bietet den Vorteil, daß bei unterbrochener
Leistung der Empfangsortskreis unabhängig von der Lage des Sendeortskreises stets
stagtpolar erregt ist.
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Zur startpolaren Vorerregung des Verstärkers kann dabei von der zur
Versorgung des Verstärkers bereits vorhandenen Betriebsspannung eine Jiilfsspannung
abgeleitet werden. Es ist jedoch auch möglich, zur Erzeugung dieser ffilfsspannung
eine eigene Hilfsspairnungsquelle vorzusehen, wodurch sich, wie später erläutert
wird, der Vorteil einer einfachen Sinstellung
ergibt. Als Verstärker
findet ein Operationsverstärker oder ein Differenzverstärker mit nachgeschaltetem
Komparator Verwendung.
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Binzelheiten der Erfindung, sowie weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Gedankens worden im folgenden anhand der Zeichnung crlautert. Dabei zeigt Figur
1 in Form eines Prinzipschaltbildes die beiden über eine gekreuzte Beitullg verbundenen
Endstellen, wobei die Hilfsspannung aus der Betri£bspannung des in der Empfangseinrichtung
vorhandenen Verstärkers abgeleitet wird.
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Figur 2 zeigt eine Ausführung, in der die Hilfsspannung durch eine
eigene im Nachbildkreis einer Endstelle angeordnete Gleichspannungsquelle gewonnen
wird.
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In Figur 3 ist eine Anordnung dargestellt, in der die Hilfsspannung
durch eine Konstantstromquelle zersetzt ist.
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Figur 4 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Nilfsspannung
ebenfalls aus der Betriebsspannung des Verstärkers abgeleitet Wird, wobei jedoch
als Verstärker ein Differenzverstärker und ein nachgeschalteter Komparator Verwendung
finden.
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Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält die beiden
Endstellen A und B, die über die gekreuzte Leitung L miteinander verbunden sind.
i>a es sich voraussetzungsgemäß um ein Übertragungssystem mit niedriger Scndespannung
(ein sogenanntes GDN-System) handelt, sind die inden Endstellen vorhandenen Sende-
und Empfangseinrichtungen jeweils in die Querzweige einer Brückenanordnung geschaltet.
Die Brückenanordnung besteht aus den festen Brückenwiderständen R1 und R2, aus dem
im Nachbildkreis angeordneten Nachbildwiderstand N, sowie aus der Leistung mit den
beiden Adern a und b. Im horizontalen Querzweig der Brücke; und damit in Parallelsehaltungen
der Brückenwiderstände R1 und R2, ist die Empfangseinrichtung mit dem
Verstärker
OV und dem Empfänger E angeordnet. In den anderen Querzweig der Brücke ist der Sender
S geschaltet. Im Nachbildzweig sind die zum gleich- und wechselstrommäßigen Abgleich
der Leistung L erforderlichen Elemente in der mit N bezeichneten Schaltung zusammengefaßt.
Als Verstärker dient im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein Operationsverstärker
OV,dessen Eingangsklemmen mit 1 und 2 bezeichnet sind. Die Erfindung ist jedoch
nicht nur auf die Verwendung eines Operationsverstärkers beschränkt, obwohl dieser
wegen seiner in der Regel ausreichenden Verstärkung besonders vorteilhaft ist. Die
zur Spaiuiungsversorgung des Operationsverstärkers erforderliche Betriebsspannung
+Ub wird aus einem mit UR bezeichneten Umrichter gewonnen. Über die Widerstände
R5 und R6 steht eine den Operationsverstärker OV startpolar vorerregende Hilfsspannung
Uh zur Verfügung. Über einen-Widerstand R4 ist der Ausgang AS des Operationsverstärkers
OV an den Eingang 1 rückgekoppelt, so daß der Verstärker bistabiles Verhalten aufweist.
Der Ausgang AS ist mit dem Empfänger E verbunden, über dessen Ausgang der Empfangsortskreis
a2, b2 entsprechend den über die Leistung B empfangenen Zeichen gesteuert wird.
Der Sender S, der über den Sendeortskreis al, b1 steuerbar ist, ist als Einfachstromtaster
ausgebildet, d.h. daß zur Aussendung eines stoppolaren Schrittes die Linienspannung
+LB an den Widerstand R3 angeschaltet wird, und einen Linienstrom bestimmter Größe
erzeugt, während zur Aussendung eines startpolaren Schrittes die Linienspannung
+LB abgeschaltet wird. Sowohl der Empfanger E als auch der Sender S sind jeweils
in an sich bekannter Weise aufgebaut; beide weisen jeweils eine galvanische Trennung
zwischen Eingang und Ausgang auf.
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Zur Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zweidraht-Einfachstrom-Duplexscba
itung wird davon ausgegangen, daß im Schreibzustand in den Sendeortskreisen al
und
b1 der beiden Endstellen A und B ein stoppolarer Strom fließt. In beiden Endstellen
sind die Ausgangstransistoren S der Sender S jeweils leitend. An den Widerständen
R3 liegt somit jeweils die Linienspannung +LB an und über die Leistung B fließt
ein Linienstrom definierter Größe. Betrachtet man den Linienkreis, d.h. die Leitungsschleife
zwischen den beiden Endstellen A und B, so erkennt man, daß für diesen betrachteten
Fall die beiden Linienspannungen als in Reihe geschaltete Spannungen wirken. In
den jeweiligen Nachbildkreisen der Endstellen A und B dagegen ist jeweils nur eine
Linienspannung wirksam. Bei richtiger Nachbildeinstellung, wobei Gleichstromwiderstand
und Wechselstromwiderstand der Nachbildung N dem komplexen Eingangswiderstand der
Leitung L entsprechen, fließt beispielsweise in der Endstelle B durch den Brückenwiderstand
R1 ein betragmäßig doppelt so großer Linienstrom als durch den Brükkenwiderstand
R2. Dabei handelt es sich bei dem über den Brückenwiderstand R1 fließenden Linienstrom
um einen stoppolarßn-bei dem über den Brückenwiderstand R2, also im Nachbildkreis
fließenden Strom, um einen startpolaren Strom.
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Da die beiden Brückenwiderstände R1 und R2 Jeweils gleichen Wert besitzen
entsteht am Brückenwiderstand R2 eine startpolare Spannung und am Brückenwiderstand
Rl eine doppelt so große stoppolare Spannung. Ohne Berücksichtigung der startpolaren
Vorerregung wirkt demnach am Eingang des Operationsverstärkers OV eine stoppolare
Erregung, die dem einfachen stoppolaren Linienstrom entspricht. Berücksichtigt man
dapgberhinaus auch die über die Widerstände R5 und R6 an den Eingängen der Operationsverstärker
OV als startpolare Vorerregung anliegende Hilfsspannung Uh, die. betragsmäßig auf
den halben Wert einer durch den einfachen Linienstrom hervorgerufenen Erregung festgelegt
ist, so ergibt sich für den Eingang der Operationsverstärker im vorliegenden Falle
eine resultierende Erregung, die der Hälfte einer einfachen stoppolaren Erregung
entspricht. Am Ausgang AS des Operationsverstärkers
OV in der Endstelle
B wird deshalb Stoppolarität an den Eingang des nachgeschalteten Empfängers E gegeben,
der seinerseits Stoppolarität auf den Empfangsortskreis a2i b2 gibt. Da voraussetzungsgemäß
in den Sendeortskreisen der beiden Endstellen ein stoppolarer Strom fließt, wird
auch über den Ausgang AS des Operationsverstärkers OV in der Endstelle A Stoppolarität
abgegeben und über den Empfänger E auf dessen Enpfangsortskreis a2, b2 gegeben.
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Für den Pall, daß in der Endstelle A ein startpolarer Schritt ausgesendet
werden soll, wird über den dortigen Sender S ,die am Widerstand R3 anliegende Spannung
abgeschaltet. Hierdurch verringert sich der über die zeitung B fließende Binienstrom
auf die Hälfte, wobei gleichzeitig der Nachbildstrom in der Endstelle A den Wert
0 annimmt.
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Der Operationsverstärker OV in der Endstelle A liefert jedoch weiterhin
an seinem Ausgang AS Stoppolarität, da am'Eingang des Operationsverstärkers aufgrund
des einfachen stoppolaren Linienstroms, vermindert um die halbe startpolare Vorerregung
eine resultierende stoppolare Erregung als Eingangsgröße anliegt. In der Endstelle
B dagegen liegt am Eingang des Operationsverstärkers OV eine resultierende startpolare
Erregung an.
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Das ist deshalb der Pall, weil sich die an den Brückenwiderständen
R1 und R2 der Endstelle B abfallenden Spannungen gegenseitig kompensieren. Somit
steht als Eingangsgröße für den Operationsverstärker in der Endstelle B nur die
.startpolare Vorerregung zur Verfügung. Am Ausgang AS des Operationsverstärkers
OV wird demnach Startpolarität abgegeben, die über den Empfänger E in der Endstelle
B zur Aussendung von Startpolarität über den Empfangsortskreis a2 und b2 führt.
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Betrachtet man nun noch den Fall, daß auch die Endstelle B -einen
startaiclaren
Schritt aussendet, so stellt sich dieer Zustand auch in der Endstelle A ein, wobei
die Vorgänge @@ einzelnen den vorher beschriebenen entsprechen.
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In diesem Falle ist also sowohl der Operationsverstärker in der Endstelle
A als auch der Operationsverstärker in der Endst-elle B lediglich durch die startpolare
Vorerregung beaufschlagt. Am Ausgang der beiden Operationsverstärker wird somit
jeweils Startpolarität an die Empfänger S in beiden Endstellen A und B abgegeben.
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Tritt im Zuge der Leitung L während des Schreibzustandes eine Leitungsunterbrechung
auf, so nimmt der Linienstrom den Wert 0 an. In beiden Endstellen A und B entfällt
damit die durch den Linienstrom bedingte stoppolare Erregung an den Eingängen der
Operationsverstärker OV. Über den Nachbildkreis der beiden Endstellen fließt jedoch
nach wie vor der einfache startpolare Strom der zusammen mit der startpolaren Vorerregung
sicherstellt, daß am Ausgang der beiden Operationsverstärker jeweils Startpolarität
abgegeben wird. Das hat bei einer Wählverbindung in bekannter Weise die Verbindungsauslösung
zur Folge.
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Wird nun in der Folge aufgrund der Schlußzeichenbestätigung auch der
Sendeortskreis einer Endstelle in die Startlage gebracht, so wird über den Sender
S der betreffenden Endstelle die Linienspannung, die normalerweise am Widerstand
R3 anliegt, abgeschaltet. Damit wird zwar in der betreffenden Endstelle auch der
startpolare im IJachbildkreis fließende Strom abgeschaltet, doch bleibt infolge
der startpolaren Vorerregung am Eingang des Operationsverstärkers dieser nach wie
vor startpolar erregt. Die am Ausgang des OperationsverstFirkers abgegebene Startpolarität
stellt reicher, daß der Empfänger trotzdem in der startpolaren l'£t bleibt, was
bedeutet, daß der eingangserwähnte sogenannte npvorgang, der bei einer bekannten
Zweidraht-Doppelstrom-Duplexchaltung auftritt, bei der erfindungsgemäß aufgebauten
Anordnung nicht mehr vorhanden ist.
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Gemäß der in Figur 1 angegebenen Anordnung dient zur Vorerregung des
Operationsverstärkers eine Hilfsspannung Uh, die aus der Betriebsspannung Ub des
Verstärkers gewonnen wird. Um diese Hilfsspannung Uh entsprechend der Beitungslänge
L abzugleichen, was zur Neutralstellung der gesamten Empfangseinrichtung erforderlich
ist, ist -mindestens einer der Widerstände, über die die Hilfsspannung gebildet
wird, regelbar. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist es der Widerstand R6. Für
manche Pälle ist es allerdings nachteilig, neben der Einstellung des Nachbildkrei.ses
noch eine zweite Einstellung zur Regelung der Hilfsspannung vornehmen zu müssen.
Gemäß einer im Rahmen der Erfindung liegenden Weiterbildung, wird deshalb vorgeschlagen,
die Hilfsspannung im Nachbildkreis einzuspeisen. Eine diesen Gedanken realisierende
Anordnung ist in der Figur 2 angegeben. Der Übersichtlichkeit wegen ist hier lediglich
die Endstelle A dargestellt worden, wobei die in Figur 1 verwendeten Bezeichnungen
übernommen wurden. Im Unterschied zu der Anordnung nach Figur 1 wird hier die Hilfsspannung
Uh durch eine eigene, im Nachbildkris angeordnete Spannungsquelle erzeugt. Die Richtung
der Hilfsspannung ist dabei derart, daß der Eingang des Operationsverstärkers infolge
der eingeschalteten Hilfsspannung startpolar vorerregt ist. Der Wert der Hilfsspannung
entspricht dabei der halben Linienspannung, so daß die für den Eingang des Operationsverstärkers
entstehende startpolare Vorerregung der Hälfte des einfachen Linienstromes entspricht.
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Der.Vorteil der in Figur 2 angegebenen Anordnung besteht darin, daß
kein separater Neutralabgleich der Hilfsspannung durchgefül-rrt werden muß, sondern
daß diese durch die Einstellung des Nachbildkreises mit geregelt wird.
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Die Hilfsspannung Uh im Nachbildzweig der Brücke kann beispielsweise
mit einer Zenerdiode oder mit in Durchlaßrichtung
gepolten Dioden,
die über einen Widerstand aus einer gesonderten Stromquelle gespeist werden, erzeugt
werden.
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Um die Verwendung von spannungsbestimmenden Halbleiterelementen im
Brückenzweig zu vermeiden, wird die in.
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Figur 3 angegebene Anordnung vorgeschlagen. Wiederum ist nur die Endstelle
A dargestellt, wobei durch die Verwendung gleicher Bezeichnungen auf bereits beschriebene
Einrichtungen hingewiesen ist. Zur Erläuterung der Erzeugung einer Hilfsspannung
Uh im Nachbildkreis ist hier die Nachbildung N mit den wesentlichen Einzelheiten
dargestellt worden. Zum Abgleich der Leistung L enthält eine Nachbildung regelbare
Gleichstromwiderstände und regelbare komplexe Widerstände, die im Beispiel als Kapazitäten
dargestellt sind. Teilt man nun den Gleichstromwiderstand in einen festen Anteil,
der mit R bezeichnet ist, und in einen variablen Anteil, der mit RN-R bezeichnet
ist, auf, so kann der feste Anteil R als Innenwiderstand der Hilfsspannungsquelle
aufgefaßt werden. Zur Erzeugung der Hilfsspannung Uh kann deshalb eine Quelle verwendet
werden, die einen konstanten Strom Ik liefert, dessen Wert derart bemessen ist,
daß an dem Widerstand R die Hilfsspannung Uh entsteht. Wiederum entspricht der Wert
der lIilfsspannung der halben Linienspannung. Der-Vorteil dieser Anordnung besteht
im wesentlichen darin, daß eine Konstantstromquelle verwendet werden kann, die zu
ihrer schaltungsmäßigen Realisierung nur einen geringen Aufwand erfordert. Im übrigen
ist die Wirkungsweise der Einfachstrom-Duplexschaltung, in der die Etilfsspannungsquelle
im Nachbildkreis angeordnet; ist, die gleiche, wie anhand von Figur 1 beschrieben
wurde.
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j In Figur 4 ist eine nach dem anhand von Figur 1 beschriehenen
Prinzip
arbeitende Schal-tung dargestellt, in der als Versi-ärker ein Differenzverstärker
DV verwendet wird, dem ein sogenannter Komparator K nachgeschaltet ist. Die Steuerung
des Empfängers E erfolgt hier über den Ausgang AS des Komparators K. Zur Erzeugung
der Hilfsspannung Uh ist der regelbare Widerstand Rh vorhanden, über den aus der
Betriebsspannung +Ub die den Komparator vorerregende Spannung ableitbar ist.
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5 Patentansprüche 4 Figuren