DE2142655C3 - Anordnung zur Überwachung von Zweidraht-Verbindungsleitungen in duplexfähigen Datenübertragungssystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung /um Senden und Empfangen von über Zweidrahtleitungen übertragenen Daten in duplexfähigen Datenübertragungssystemen mit Gleichstromtastung. in denen die mit niederohmigen Sender- und demgegenüber hnchohmi gen Enipfängerinnenwiderständen ausgerüsteten Sen de- 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 Leitung gebildet ist.

In einer solchen Anordnung sind die Sende- und Empfangseinrichtungen an die Übertragungsleitung niederohmig fehlangepaßl. Darüberhinaus ist der Innenwidersland des Senders gegenüber dem Eingangswiderstand des Empfängers extrem niederohmig; somit ist es möglich bei Anwendung niedriger Sendespannungen mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten zu arbeiten. Werden 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 Sendespannuiig bekannt

la (NTZ, 1969, Heft 6, S. 354 und 356).

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 Leitung die auf den Sendeortskreis gegebenen Doppelstromzeichen jeweils auf den Empfangsortskreis spiegelbildlich reflektieren. Diese nachteilige Eigenschaft führt dazu, daß zum einen eine über die Übertragungsleitung an eine Vermittlungsstelle angeschlossene Teilnehmersteüe im Falle einer Leitungsunterbrechung fortlaufend aus- und eingeschaltet wird und daß zum anderen auch der über die Vermittlungsstelle zur anderen Teilnehmerstelle verlaufende Verbindungsabschnitt nicht ausgelöst wird. Man bezeichnet diesen Vorgang als sogenannten Pumpvorgang. 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.

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 Leitungsbruch in beiden Endstellen des Verbindungsabschnitts ein eindeutiges Auslösekriterium in der Regel Dauerstartpolarität zur Verfügung steht. Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß al· Sendeeinrichtung eine die Linienspannung an- und abschaltende Tasteinrichtung (Einfachstromtastung) verbanden 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 erfindungsgemäß nach dem F.infachstromprinzip arbeitet, bietet den Vorteil, daß bei unterbrochener Leitung der Empfangsortskreis unabhängig von der Lage des Sendeortskreises stets startpolar erregt ist.

Zur startpolaren Vorerregung des Verstärkers kann dabei von der zur Versorgung des Verstärkers bereits vorhandenen Betriebsspannung eine Hilfsspannung abgeleitet werden. Es ist jedoch auch möglich, zur

^r>5 Erzeugung dieser Hilfsspannung eine eigene Hilfsspannungsquelle vorzusehen, wodurch sich, wie später erläutert wird, der Vorteil einer einfachen Einstellung ergibt. Als Verstärker finde' ein Operationsverstärker oder ein Differenzverstärker mit nachgeschaltetem

w) Komparator Verwendung.

Einzelheiten der Erfindung, sowie weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gedankens werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
Fig, 1 in Form eines Prinzipschaltbildes die beiden

h5 über eine gekreuzte Leitung verbundenen Endstellen, wobei die Hilfsspannung aus der Betriebsspannung des in der Empfangseinrichtung vorhanden Verstärkers abgeleitet wird,

Fig.2 eine Ausführung, in der die Hilfsspannung durch eine eigene im Nachbildkreis einer Endstelle angeordnete Gleichspannungsquelle gewonnen wird,

Fig.3 eine Anordnung, in der die Hilfsspannung durch eine Konstantstromquelle ersetzt ist,

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hilfsspannung ebenfalls aus der Betriebsspannung des Verstärkers abgeleitet wird, wobei jedorh als Verstärker ein Differenzverstärker und ein nachgeschalteter Komparator Verwendung finden.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält die beiden Endstellen A und B, die über die gekreuzte Leitung L miteinander verbunden sind. Da es sich voraussetzungsgemäß um ein Übertragungssystem mit niedriger Sendespannung (ein sogenanntes GDN-System) handelt, sind die in den Endstellen vorhandenen Sende- und Empfangseinrichtungen jeweils in die Querzv/eige einer Brückenanordnung geschaltet. Die Brückenanordnung besteht aus festen Brückenwiderständen R1 und R 2, aus dem im Nachbildkreis angeordneten Nachbildwiderstand N, sowie aus der Leitung mit den beiden Adern a und b. In, horizontalen Querzweig der Brücke und damit in Parallelschaltungen der Brückenwiderstände R 1 und R 2, ist die Empfangseinrichtung mit dem Verstärker OK und dem Empfän- 2^r> ger E angeordnet. In den anderen Querzweig der Brücke ist der Sender S geschaltet. Im Nachbildzweig sind die zum gleich- und wechselstrommäßigen Abgleich der Leitung L erforderlichen Elemente in der mit N bezeichneten Schaltung zusammengefaßt. Als Verstärker dient im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ein Operationsverstärker OV, dessen Eingangsklemmen 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 Spannungsversorgung des Operationsverstärkers erforderliche Betriebsspannung ± Ub wird aus einem mit UR bezeichneten Umrichter gewonnen. Über die Widerstände R 5 und R 6 steht eine den Operationsverstärker OV startpolar vorerregende Hilfsspannung Uh zur Verfügung. Über einen Widerstand R 4 ist der Ausgangs 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 Ernpfangsortskreis a 2, 6 2 entsprechend über die Leitung /. empfangenen Zeichen gesteuert .vird. Der Sender S", der über den Sendeortskreis a 1 b 1 steuerbar ist, ist als Einfachstromtaster ausgebildet, d. h. daß zur Aussendung eines stoppolaren Schrittes die l.inienspannung ± LB an den Widerstand R 3 angeschaltet wird, und einen l.inienstrom bestimmter Größe erzeugt, während zur Aussendung eines startpolaren Schrittes die Linienspannung ± I.B abgeschaltet wird. Sowohl der ss Empfänger E als auch der Sender S sind jeweils in an sich bekannter Weise aufgebaut; beide weisen jeweils eine galvanische Trennung /wischen Hingang und Ausgang auf

Zur Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungs- «> gemäßen Zweidraht-EinfachstronvDuplexschaltung wird davon ausgegangen, daß im Schreibzüstand in den Sendeortskreis a 1 und b 1 der beiden Endstellen A und ßein stoppolarer Strom fließt. In beiden Endstellen sind die Ausgangstnnsistoren TS der Sender S jewsils μ leitend, An den Widerständen R 3 liegt somit jeweils die Linienspannung ± LO an und über die Leitung L fließt ein Linienstrom definierter Größe. Betrachtet man den Linienkreis, d. h. die Leiiungsschleife zwischen den beiden Endstellen A und B, so erktnnt man, diiß für diesen betrachteten Fall die beiden Linienspannungen als in Reihe geschaltete Spannungen wirken. In den jeweiligen Nachbildkreisen der Endstellen A und S 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 Brückenwidersland R1 ein betragmäßig doppelt so großer Linienstrom als durch den Brückenwiderstand R 2. Dabei handelt es sich bei dem über den Briickenwiderstand R1 fließenden Linienstrom um einen slopolaren, bei dem über den Brückenwiderstand R 2, also im Nachbildkreis fließenden Strom, um einen startpolareii Strom. Da die beiden Brückenwiderstände R 1 und R 2 jeweils gleichen Wert besitzen, entsteht am Brückenwiderstand R 2 eine startpolare Spannung und am ^p ücken'viderstand R 1 eine doppelt so große steppobre Spannung. Ohne Berücksichtigung der startpolaren Vorerregung wirkt demnach am Eingang des Operationsverstärkers OV eine stoppolare Erregung, die dem einfachen stoppolaren Linienstrom entspricht. Berücksichtigt man darüberhinaus auch die über die Widerstände R 5 und Rf> an den Eingängen der Operationsverstärker OV als startpolare Vorerregung anliegende Hilfsspannung Uh die betragmäßig auf den halben Wert einer durch den einfachen Linienstrom hervorgerufenen Erregung festgelegt ist, so ergibt sich für den Eingang der Operationsverstärker in vorliegenden Falle eine resultierende Erregung, die der Hälfte einer einfachen stoppolaren Erregung, entspricht. Am Ausgang AS des Operationsverstärker OV in der Endstelle B wird deshalb Stoppolarität an den Eingang des nachgeschalteten Empfängers Egegeben, der seinerseits Stoppolari tat auf den Empfangsortskreis a 2. b~l gibt. Da voraussetzungsgemäß in den Sendeortskreisen der beiden Endstellen ein stoppolarer Strom fließt, wird auch über den Ausgang ,45 des Operationsverstärkers OV in der Endstelle A Stoppolarität abgegeben und über den Empfänger Eauf dessen Empfangsortkreis a 2. b 2 gegeben.

Für den Fall, daß in der Endstelle A ein stanpolarer Schritt ausgesendet werden soll, wird über den dortigen Sender S die am Widerstand R 3 anliegende Spannung abgeschaltet. Hierdurch verringert sich der über die Leitung L fließende Linienstrom auf die Hälfte, wobei gleichzeitig der Nachbildstrom in der Endstelle A den Wert 0 annimmt. Der Operationsverstärker OV in der Endstelle A liefert jedoch weiterhin an seinem Ausgang ΛS Stoppolarität. da am Eingang des Operationsver stärkers aufgrund des einfachen stoppolaren Linien-Stroms, vermi idert um die halbe staitpolare Vorerre gung eine resultierende stoppolare Erregung als Eingangsgröße liegt. In der Endstelle B dagegen liegt am Eingang des Operationsverstärkers OV eine resultierende startpolare Erregung an. Das ist deshalb der Fail, weil sith die an den Briickenwiderständen R 1 und R2 der Endstelle B abfallenden Spannungen gegenseitig kompensieren. Somit steht als Eingangsgrö^ ße für den Operationsverstärker in der Endstel'e B nu^r die startpolare Vorerregung zur Verfugung. Am Ausgang AS ües Operationsverstärkers OV wird demnach Startpolarität abgegeben, die über den Empfänger E in der Endstelle B zur Aussendung Von Startpolarität über den Empfangsortskreis a 2 und bl

führt.

Betrachtet man nun noch den Fall, daß auch die Endstelle B einen starlpolaren Schritt aussendet, so stellt sich dieser Zustand auch in der Endstelle A ein, wobei die Vorgänge im einzelnen den vorher beschriebenen entsprechen. In diesem Falle ist also sowohl der Operationsverstärker in der Endstelle A als auch der Operationsverstärker in der Endstelle B lediglich durch die startpolare Vorerregung beaufschlagt. Am Ausgang der beiden Operationsverstärker wird somit jeweils Startpolarität an die Empfänger £fdcr beiden Endstellen A und /? abgegeben.

Tritt im Zuge der Leitung L während des Schreibzuslandcs 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 UV. Über den Nächbiidfcfeis 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. Wird nun in der Folge aufgrund der SchluDzeichenbestätigung auch der Sendeortskreis einer Endstelle in die Startlage gebracht, so wird über den Sender S der betreffenden Endstelle die Linienspannung, die normalerweise am Widerstand R 3 anliegt, abgeschaltet. Damit wird zwar in der betreffenden Endstelle auch der startpolare im Nachbildkreis fließende Strom abgeschaltet, doch bleibt infolge der startpolaren Vorerregung am Eingang des Operationsverstärkers dieser nach wie vor startpolar erregt. Die am Ausgang des Operationsverstärkers abgegebene Startpolarität stellt sicher, daß der Empfänger trotzdem in der startpolaren Lage bleibt, was bedeutet, daß der eingangserwähnte sogenannte Pumpvorgang, der bei einer bekannten Zweidraht-Doppelstrom-Duplexschaltung auftritt, bei der erfindungsgemäß aufgebauten Anordnung nicht mehr vorhanden ist.

Gemäß der in Fig. I angegebenen Anordnung dient zur Vorerregung des Operationsverstärkers eine Hilfsspannung uH, die aus der Betriebsspannung i/ödes Verstärkers gewonnen wird. Um diese Hilfsspannung L 'h entsprechend der Leitungslänge 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 F i g. 1 ist es der Widerstand R 6. Für manche Fälle ist es allerdings nachteilig, neben der Einstellung des Nachbildkreises 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 Nachbiidkreis einzuspeisen. Eine diesen Gedanken realisierende Anordnung ist in der F i g. 2 angegeben. Der Übersichtlichkeit wegen ist hier lediglich die Endstelle A dargestellt worden, wobei die in F i g. I verwendeten Bezeichnungen übernommen wurden, fm Unterschied zu der Anordnung nach F i g. 1 wird hier die Hilfsspannung Uh durch eine eigene, im Nachbildkreis angeordnete Spannungsquellc erzeugt. Die Richtung der Hilfsspannung ist dabei derart, daß der Eingang des Operationsverstärker 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 slaftpolare Vorerregung der Hälfte des einfachen Linienstromes Cntspricht. Der Vorteil der in Fig. 2 angegebenen Anordnung besteht darin, daß kein separater Neutralabgleich der Hilfsspannung durchgeführt werden muß, sondern daß diese durch die Einstellung des Nachbildkreises mit geregell wird.

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.

Um die Verwendung von spannungsbestimmenden Halbleilerlementen im Brückenzweig zu vermeiden, wird die in Fig.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 Leitung L enthält eine Nachbildung

jo 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 Hilfsspannung der halben Linienspannung. Der Vorteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß eine Konstantstromquelle verwendet werden kann, die zu ihrer schaltungsgemä-Ben Realisierung nur einen geringen Aufwand erfordert. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Einfachstrom-Duplexschaltung. in der die Hilfsspannungsquelle im Nachbildkreis angeordnet ist. die gleiche, wie anhand von F i g. 1 beschrieben wurde.

In Fig.4 ist eine nach dem anhand von Fig. I beschriebenen Prinzip arbeitende Schaltung dargestellt, in der als Verstärker ein Differenzverstärker DV

'""'verwendet wird, dem ein sogenannter Komparator K hächgeschaltel isL 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Empfangen und Senden von über Zweidrahtleitungen übeitragenen Daten in duplexfähigen Datenübertragungssystemen mit Gleichstromtastung, in denen die mit niederohmigen Sender- und demgegenüber hochohmigen Empfängerwiderständen ausgerüsteten Sende- und Empfangseinrichtungen einer Endstelle je in einen der beiden Querzweige einer Brückenschaltung angeordnet sind, die aus zwei festen niederohmigen Brückenwiderständen, aus dem Nachbildkreis und aus der Leitung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Sendeeinrichtung (S) eine die Linienspannung an- und abschaltende Tasteinrichtung (Einfachstromtastung) vorhanden ist, und daß der Verstärker (OV) in der an sich bekannten Empfangseinrichtung eine bistabile Schaltung mit einer siunpolaren Vorerregung ist, über deren Ausgang (.AS) ein Empfänger (E) steuerbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur startpolaren Vorerregung des Verstärkers (OV) eine von der zur Versorgung des Verstärkers vorhandenen Betriebsspannung (± Ub) durch Spannungsabfall an einem Widerstandszweig (R 5, R 6) abgeleitete Hilfsspannung (Uh) an den Eingang (1,2) des Verstärkers (O V) gelegt ist und daß die durch die Hilfsspannung (Uh) erzeugte Vorerregung dem halben Wert der Erregung entsprich' die durch den bei Sendung eines stoppolaren Schrittes im Nachbildkreis fließenden starlpolaren Stromes erzeugt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Widerstand (z.B. R6) des Widerstandszweiges (R5, Rb) regelbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur startpolaren Vorerregung des Verstärkers (OV) eine eigene Hilfsspannungsquelle (Uh in F i g. 2) im Nachbildkreis angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Hilfsspannung (Uh) der zum Abgleich des Widerstandes der Leitungsschleife (L) im Nachbildzweig (N) vorhandene Gleichstromwiderstand (RN)durch die Reihenschaltung eines festen (R) und eines variablen Teils (RN-R) gebildet ist und daß an den festen Widerstandsteil (R) eine Konstantstromquelle (Uk) angeschaltet ist.