DE2155928A1 - Mehrdrähtiges Netzwerk mit minimalem Nebensprechen - Google Patents

Description

Northern Electric Company Limited, Montreal / Kanada

Mehrdrähtiges Netzwerk mit minimalem Nebensprechen

Die Erfindung bezieht sich auf mehrdrähtige Schaltnetzwerke und insbesondere auf ein zweidrähtiges Netzwerk mit einer Mehrzahl von Kreuzungspunkten, welche jeweils durch den Schnittpunkt eines vertikalen und eines horizontalen Wegs gebildet werden, wobei jeder der Wege einen ersten und zweiten Leiter aufweist, während ein Paar Schalteinrichtungen an jedem Kreuzungspunkt zum Verbinden des ersten bzw. zweiten Leiters des vertikalen Weges mit dem ersten bzw. zweiten Leiter des horizontalen Weges vorgesehen sind, von denen jede eine vorbestimmte Kapazität im ausgeschalteten Zustand aufweist.

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In der Schalttechnik ist es bekannt, daß ein Schaltnetzwerk oder eine Matrix verwendet werden können, um eine Leitung einer vorbestimmten Anzahl von ankommenden Leitungen mit einer beliebigen Leitung einer vorbestimmten Anzahl von abgehenden Leitungen zu verbinden, um einen Übertragungsweg durch das Netzwerk herzustellen. Die ankommenden Leitungen sind so angeordnet, dai3 sie die abgehenden Leitungen schneiden, und jeder Schnittpunkt wird als Kreuzungspunkt bezeichnet. Jeder Kreuzungspunkt weist einen Schalter auf, welcher bei Betätigung eine ankommende Leitung mit einer abgehenden Leitung verbindet. Diese Art von Schaltnetzwerken mit Kreuzungspunkten ist in der Vergangenheit insbesondere in Telfonwahlerämtern weitgehend verwendet worden.

Bei Telefonsystemen ist es oft vorteilhaft, zweidrähtige oder vierdrähtige Netzwerke zu verwenden. Im Falle eines zweidrähtigen Netzwerks wird jeder Kreuzungspunkt von einem Paar vertikaler Leiter gebildet, welche ein Paar horizontaler Leiter schneiden. Ein Paar Schalter wird zum Verbinden der entsprechenden Leiter des Kreuzungspunktes verwendet.

In letzter Zeit in es zunehmend üblich geworden, Halbleiterschalter wie Vierschicht- oder pnpn-Dioden als Kreuzungspunktschalter in Schaltnetzwerken zu verwenden. Ausführliche Beschreibungen der Verwendung und des Betriebes solcher Dioden in Telefonnetzwerken finden sich in den folgenden Aufsätzen : "Die pnpn-Diode als Kreuzungspunkt für elektronische Telefonvermittlungen " von J.E. Flood und W. B. Deller in "The Institution of Electrical

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Engineers", Papier Nr. 3J577E, November i960, und "Übertragungsnetzwerk eines elektronischen Kreuzungspunktes PA BX" von R.F. Kowalik in "AIEE Communications and Electronics ", November I96I.

Eines der bei Schaltnetzwerken auftretenden Hauptprobleme ist das des Nebensprechens. Dieses Problem wird bei der Verwendung von Halbleiterschaltern an den Kreuzungspunkten infolge der Sperrschichtkapazität dieser Einrichtungen betont. Das Problem wird noch akuter in einem zweidrähtigen Netzwerk, weil an jedem Kreuzungspunkt zwei Schalter verwendet werden. Bei vorhandenen Schaltungen wird das Problem teilweise gemildert durch besondere Vorspannungsanordnungen für die Dioden und durch Reduzierung ihrer Sperrschichtkapazität auf ein Minimum. Die Kapazität eines Halbleiterschalters wie einer Vierschichtdiode kann jedoch nur bis zu einem bestimmten Punkt redizuert werden, über welchen hinaus die Herstellungskosten und die niedrige Ausbeute an brauchbaren Einrichtungen derart sind, daß sie die Kosten eines Netzwerks unter Verwendung von Halbleiterkreuzungspunkten untragbar machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk mit minimalem Nebensprechen zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit einem Netzwerk der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Kreuzungspunkt ein Paar kapazitive Elemente aufweist, deren Kapazität im wesentlichen die gleiche wie die vorbestimmte Kapazität der Schalteinrichtungen im ausgeschalteten Zustand ist, und daß das Paar kapazitiver Elemente zwischen den ersten bzw. zweiten Leiter des vertikalen Wegs und den zweiten bzw. ersten Leiter des horizontalen Wegs geschaltet ist. Die kapazitiven Elemente sind in den

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Kreuzungspunkten jeweils dort zwischen die horizontalen und vertikalen Leiter geschaltet, wo keine Schalteinrichtungen vorgesehen sind.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk kann zusätzlich zu den oben beschriebenen Verfahren das Nebensprechen in ' einem zweidrähtigen Schaltnetzwerk beträchtlich dadurch verringert werden, daß das Nebensprechen in dem Netzwerk in jedem Kreuzungspunkt aufgehoben wird. Die Erfindung hat weiter die Vorteile, daß die Kapazität der Kreuzungspunktschalter nicht auf ein absolutes Minimum reduziert werden muß, und daß das Netzwerk für die Übertragung von Signalen mit einer wesentlich höheren Frequenz verwendet werden kann, als es sonst bei einem gegebenen Betrag des Nebensprechens möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines bekannten zweidrähtigen Schaltnetzwerks,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen zweidrähtigen Schaltnetzwerks, und

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines der in Fig. 2 dargestellten Kreuzpunkten.

Fig. 1 zeigt ein zweidrähtiges SchaItnetzwerk, welches zur Verbindung eines Teilnehmers A oder C mit einem Teil-

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nehmer B oder D verwendet werden kann. Jeder der Teilnehmer A, B, C und D hat über eine entsprechende Steuerschaltung 3 Zugang zu dem Netzwerk. Diese Steuerschaltungen, welche Verbindungs- oder Verbindungsleitungsschaltungen sein können, dienen zum Betätigen der Kreuzungspunkte des Netzwerks, um einen Übertragungsweg durch das Netzwerk herzustellen. Diese Arten von Schaltungen sind in der Technik bekannt und in den genannten Literaturstellen ausführlich besprochen.

Der Teilnehmer A ist mit einem horizontalen Weg des Netzwerks über Leiter Al und A2 verbunden. Der Teilnehmer C ist mit dem Netzwerk über Leiter el und C2, der Teilnehmer B über Leiter Bl und B2 und der Teilnehmer D über Leiter Dl und D2 verbunden. Die horizontalen Wege der Teilnehmer A und C schneiden die vertikalen Wege des Teilnehmers B und D, um Kreuzungspunkte 4, 5, 6 bzw. 7 zu bilden. Jeder Kreuzungspunkt weist ein Paar Dioden 8 und 9 in Form von pnpn-Dioden auf, welche über die entsprechenden den Kreuzungspunkt bildenden vertikalen und horizontalen Leiter geschaltet sind. Das Netzwerk ist mit nur vier Kreuzungspunkten gezeigt. Natürlich ist dies nur eine vereinfachte Darstellung, da ein tatsächliches Netzwerk eine weit größere Anzahl von Kreuzungspunkten aufweisen kann.

Eine nichtleitende Diode hat eine ihr innewohnende vorbestimmte Kapazität. Es soll z.B. angenommen werden, daß der Teilnehmer A mit dem Teilnehmer B verbunden ist. Daher sind die Dioden 8 und 9 des Kreuzungspunktes 4 leitend, während alle anderen Dioden nichtleitend sind. Unter dieser Bedingung können die Dioden 8 und 9 der Kreuzungspunkte 5, 6 und 7 als Kondensatoren betrachtet werden. Diese Kondensatoren werden einen gewissen Betrag des Signals, welches

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in den Leitern A1-A2 und B1-B2 auftritt, zu den Leitern C1-C2 und D1-D2 durchlassen. Dieses Signal ist ein unerwünschtes Geräusch und wird als Nebensprechen bezeichnet. Es ist zu erkennen, daß der Betrag des Nebensprechens mit Erweiterung des Netzwerks zunimmt.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt ein zweidrähtiges Netzwerk entsprechend der Erfindung. Das'Netzwerk, in welchem gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Pig. I bezeichnen, ist dem in Fig. 1 gezeigten Netzwerk gleich mit der Ausnahme von kapazitiven Elementen 10 und 11, welche in jedem Kreuzungspunkt 4 bis 7 zusätzlich angeordnet sind. Diese kapazitiven Elemente dienen dazu, das Nebensprechen in jedem Kreuzungspunkt des Netzwerks auf ein Minimum zu bringen. Das folgende Beispiel wird dazu dienen, den Mechanismus der Unterdrückung oder des Aufhebens des Nebensprechens in dem Netzwerk darzustellen.

Es wird wie im vorhergehenden Beispiel mit Bezug auf Fig. 1 angenommen, daß der Teilnehmer A über die leitenden Dioden 8 und 9 des Kreuzungspunkts 4 zu dem Teilnehmer B spricht. Die Dioden aller anderen Kreuzungspunkte sind nichtleitend. Es wird weiter angenommen, daß die momentane Spannungspolarität des Signals in den Leitern Bl und B2 wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Leiter Bl ist positiv relativ zu dem Leiter B2. Unter diesen Bedingungen ist eine positive Spannung über die Dioden 8 der Kreuzungspunkte 5 und 6 mit den Leitern Cl und Dl gekoppelt. Ähnlich ist eine negative Spannung über die Diode 9 der Kreuzungspunkte 5 und 6 mit den Leitern C2 und D2 gekoppelt. Effektiv ist ein Teil des in den Leitern A1-A2 und B1-B2 auftretenden Signals als Nebensprechen mit den Leitern C1-C2 und Dl - D2 gekoppelt. Es ist jedoch zu erkennen, daß die kapazitiven Elemente 10 und 11 an jedem Kreuzungspunkt zum Unterdrücken oder Aufheben dieses Nebensprechens arbeiten.

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Ein Teil der in den Leitern Al-Bl auftretenden positiven Spannung ist über das kapazitive Element 10 des Kreuzungspunktes 5 und das kapazitive Element 11 des Kreuzungspunktes 6 mit den Leitern C2 bzw. D2 gekoppelt, wodurch die mit diesen Leitern über die Dioden 9 der Kreuzungspunkte 5 und 6 gekoppelten negativen Spannungen wirksam unterdrückt oder aufgehoben werden. Ähnlich ist ein Teil der auf den Leitern A2-B2 auftretenden negativen Spannung über das kapazitive Element 11 des Kreuzungspunktes 5 und das kapazitive Element 10 des Kreuzungspunktes 6 mit den Leitern Cl bzw. Dl gekoppelt, wodurch die mit diesen Leitern über die Dioden 8 der Kreuzungspunkte 5 und 6 gekoppelten positiven Spannungen wirksam unterdrückt oder aufgehoben werden. Das auf den Leitern Cl-C2 und D1-D2 auftretende Nebensprechen wird daher wirksam dadurch unterdrückt oder aufgehoben, daß das Auftreten eines entgegengesetzten und im wesentlichen gleichen Nebensprechens auf diesen gleichen Leitern veranlaßt wird.

Es ist zu bemerken, daß das Erreichen eines Minimums des Nebensprechens umso besser ist, je genauer die kapazitiven Elemente 10 und 11 dem Wert der Kapazität der nichtleitenden Dioden 8 und 9 angepaßt sind. Wenn daher pnpn-Dioden als Dioden 8 und 9 eines Kreuzungspunktes verwendet werden, ist es zweckmäßig und wünschenswert, daß die kapazitiven Elemente 10 und 11 des gleichen Kreuzungspunkts ebenfalls die Form von pnpn-Dioden haben. Da sich die Eigenschaften von Dioden mit verschiedenen Fertigungsserien ändern, ist es sogar noch zweckmäßiger, daß die vier für jeden Kreuzungspunkt erforderlichen Dioden aus der gleichen Fertigungsserie genommen werden. Der Idealzustand ist erreicht, wenn die vier Dioden auf dem gleichen Halblei terplättchen hergestellt sind.

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Pig. 5 zeigt einen Kreuzungspunkt 4a mit vier Dioden 8a bis 11a in Form von pnpn-Dioden, welche über die Schnittpunkte der Leiter A1-A2 und B1-B2 geschaltet sind. Im normalen Betrieb kann die Diode 8a durch Anlegen eines positiven Impulses an den Leiter Al und eines negativen Impulses an den Leiter Bl eingeschaltet werden. Wenn die Amplitude jedes dieser Impulse etwas größer als die Hälfte der Durchbruchspannung der Diode ist, ist die Potentialdifferenz über der Diode größer als deren Durchbruchspannung und die Diode wird eingeschaltet. Dann kann die Diode 9a auf ähnliche Weise durch Anlegen von positiven und negativen Impulsen an die Leiter A2 bzw. B2 eingeschaltet werden.

Alternativ können positive und negative Impulse mit Amplituden wie oben definiert gleichzeitig an den Leitern A1-A2 bzw. B1-B2 angelegt werden. In diesem Falle werden zwei diagonal gegenüberliegende Dioden eingeschaltet werden abhängig davon, welche der vier Dioden die geringste Durchbruchspannung hat. Es soll z.B. angenommen werden, daß die Diode 8a zuerst einschaltet. In diesem Falle nimmt die Spannung über der Diode 8a einen sehr geringen Wert an (etwa IV), und diese Spannung erscheint auf den Leitern Al und Bl. Infolgedessenist jetzt die Potentialdifferenz über den Dioden 10a und 11a weit geringer als ihre erforderliche Durchbruchsspannung, wodurch das Einschalten dieser Dioden verhindert und nur das Einschalten der Diode 9a ermöglicht wird. Die Dioden 8a und 9a stellen daher jetzt eine niedrige Impedanz und die Dioden 10a und 11a eine sehr hohe Impedanz dar.

Als weiteres Beispiel sei angenommen, daß die Diode lla zuerst einschaltet. In diesem Falle nimmt die Spannung über

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der Diode 11a einen sehr kleinen Wert an, welcher auf den Leitern Al und B2 erscheint. Infdgedessen ist die Potentialdifferenz über den Dioden 8a und 9^a jetzt wesentlich geringer als ihre erforderliche Durchbruchsspannung, wodurch ihr Einschalten verhindert und das Einschalten der Diode 10a ermöglicht wird. In diesem Falle stellen die Dioden 10a und 11a eine niedrige Impedanz und die Dioden 8a und 9a eine sehr hohe Impedanz dar. Wenn der Übertragungsweg durch das Netzwerk jedoch die Leiter Al undA2 oder Bl und B2 umfaßt, ohne daß der Kreuzungspunkt 4a geschaltet werden muß, können die Dioden 8a bis 11a als kapazitive Elemente betrachtet werden und arbeiten zum Unterdrücken oder Aufheben des Nebensprechens in dem Kreuzungspunkt wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben.

Obwohl die obige Beschreibung nur auf pnpn-Dioden Bezug nimmt, versteht es sich, daß das Prinzip der Erfindung gleicherweise anwendbar ist auf Netzwerke, bei welchen andere Schalteinrichtungen an den Kreuzungspunkten verwendet werden. Z.B. ist das Prinzip der Erfindung auch anwendbar auf Netzwerke, welche andere Arten von Vierschichtdioden. Trardstoren oder sogar Kreuzschienenwähler verwenden. Die kapazitiven Elemente können auch die Form diskreter Komponenten annehmen, obwohl es sich als schwierig erweisen kann, ihren Wert demjenigen des nicht betätigten Schalters anzupassen, welcher als Kreuzungspunktschalteinrichtung verwendet wird.

Wie sich aus der obigen Beschreibung erkennen läßt, bietet die Erfindung wichtige Vorteile. Die Kapazität der Schaltdioden muß nicht auf ein absolutes Minimum verringert werden. Es ist nur erforderlich, daß ihr die Kapazität ihres komplementären kapazitiven Elements ange-

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paßt wird. Weiter kann ein Netzwerk, welches von der Erfindung Gebrauch macht, für die Übertragung von Signalen mit einer wesentlich höheren Frequenz verwendet werden, als es bei einem Netzwerk der Fall wäre, welches nicht die Kondensatoren zum Unterdrücken oder Aufheben eines gegebenen Nebensprechpegels verwendet.

Kurz zusammengefaßt wird nach der Erfindung das Nebensprechen in einem zweidrähtigen Netzwerk durch Un'cerdrücken oder Aufheben des Nebensprechsignals an jedem Kreuzungspunkt auf ein Minimum gebracht. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder Kreuzungspurikt de zweidrähtigen Netzwerkes mit einem Paar kapazitiver Elemente versehen wird, von welchen jedes im wesentlichen die gleiche Kapazität wie diejenige des Für den Kreuzungspunkt verwendeten nicht betätigten Schalters aufweist. Diese Elemente sind über das Paar von Schnittpunkten der horizontalen und vertikalen Leiter des Kreuzungspunkts geschaltet, über welche keine Schalter geschaltet sind.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Zweidrähtiges Netzwerk mit einer Mehrzahl von Kreuzungspunkten, welche jeweils durch den Schnitt punkt eines vertikalen und eines horizontalen Wegs gebildet werden, wobei jeder der Wege einen ersten und zweiten Leiter aufweist, während ein Paar Schalteinrichtungen an jedem Kreuzungspunkt zum Verbinden des ersten bzw. zweiten Leiters des vertikalen Weges mit dem ersten bzw. zweiten Leiter des horizontalen Weges vorgesehen sind, von denen jede eine vorbestimmte Kapazität im ausgeschalteten Zustand aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Kreuzungspunkt (4, 5* 6, 7) ein Paar kapazitive Elemente (10, 11) aufweist, deren Kapazität im wesentlichen die gleiche wie die vorbestimmte Kapazität der Schalteinrichtungen (8, 9) im ausgeschalteten Zustand ist, und daß das Paar kapazitiver Elemente (10, 11) zwischen den ersten bzw. zweiten Leiter (Bl, B2) des vertikalen Wegs und den zweiten bzw. ersten Leiter (A2, Al) des horizontalen Wegs geschaltet ist.
2. 2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt-einrichtungen (8, 9) Halbleiterschalter sind.
3. 5· Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter (8, 9) pnpn-Dioden sind.
4. 4. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Elemente (10, K) pnpn-Dioden (10a, Ha) sind.

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   5· Netzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vier pnpn-Dioden (8, 9* 10, Hj 8a, 9a-, 10a, Ha) in jedem Kreuzungspunkt (4, 5, 6, 7; 4a) auf dem gleichen Halbleiterplättchen ausgebildet sind.

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