DE2156626A1

DE2156626A1 - Elektrische Nachrichtenvermittlungsanlage

Info

Publication number: DE2156626A1
Application number: DE19712156626
Authority: DE
Inventors: Rein Raymond Wheaton 111. Laane (V.St.A.). P
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-11-16
Filing date: 1971-11-15
Publication date: 1972-07-20
Also published as: AU3561971A; FR2114711A5; US3655920A; NL7115677A; IT942833B; BE775249A

Description

WESTERiM ELECTRIC COMPANY INC, P 21 ί>6 626.7-31

L-ia-ie, R. R. 3 KTEWYORK, N. Y. USA 15. März 1972 _ßßOß

Elektrische Nachrichtenvermittlungsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachrichtenvermittlungsanlage zur selektiven Verbindung einer Mehrzahl von Eingangsübertragungsleitungen mit einer Mehrzahl von Ausgangsübertragungsleitungen, mit folgenden Merkmalen: ein Vermittlungsnetzwerk schließt eine Reihe von Halbleiterkreuzpunkten ein, die eine Mehrzahl von Übertragungswegen durch das Netzwerk zwischen Eingangsübertragungsieitungen und Ausgangsübertragungsleitungen schaffen.

Ein wesentlicher Teil jeder Nachrichtenvermittlungsanlage umfaßt Übertragungswege, die individuell den von der Anlage bedienten Nachrichten-Teilnehmerleitungen zugeordnet sind, und Schaltungsnetzwerke zur selektiven Verbindung dieser Wege. Der Ausdruck Nachrichtenvermittlungsanlage, wie er hier gebraucht wird, umfaßt Fernsprechvermittlungsanlagen (und zwar sowohl Anlagen mit Übertragungen von analoger Information als auch Anlagen mit der Übertragung von digitalter Information), Telegrafievermittlungsanlagen und Datenübermittlungsanlagen. Bei bekannten größeren Nachrichtenvermittlungsanlagen werden Raummultiplexvermittlungsnetzwerke benutzt, bei denen symmetrische Übertragungswegs über metallische Kreuzpunkte Anwendung finden. Metallische Kreuzpunkte passen gut für Nachrichtenvermittlungsanlagen, da sie im allgemeinen eine lange Lebensdauer und einen beständigen, niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen, und da sie elektrisch von dem Betätigungsmechanismus isoliert sind, sind sie speziell gut angepaßt an eine Verwen-

20:9530/0526

dung in symmetrischen Übertragungswegen. Symmetrische Übertragungswege werden im allgemeinen in solchen Alagen benutzt, um sowohl kapazitives als auch induktives Übersprechen zwischen den Wegen möglichst klein zu halten. Metallische Kreuzungspunkte tendieren jedoch dazu, viel Platz einzunehmen, und sind im allgemeinen beim Schließen und Öffnen langsam. Die Anwendung von symmetrischen Übertragungswegen über die Kreuzpunkte ist zudem darin wirtschaftlich nachteilig, daß die Anzahl der erforderlichen Kreuzpunkte auf das Doppelte steigt.

In den vergangenen Jahren ist eine Anzahl von Festkörperoder Halbleiter-Schalteinrichtungen, von denen der Thyristor eine der neueren Entwicklungen darstellt, zur möglichen Anwendung als Kreuzungspunkte in Nachrichtenvermittlungsanlagen geschaffen worden. Solche Einrichtungen bieten ausgeprägte Vorzüge über metallische Kreuzpunkte vom Standpunkt der Größe, der Schaltgeschwindigkeit und der Kosten. Andere Eigenschaften haben jedoch ihre Anwendung bisher auf relativ kleine Vermittlungsanlagen beschränkt. Eine dieser Eigenschaften betrifft eine Impedanz, wenn der Halbleiter-Kreuzpunkt in dem ein- oder leitenden Zustand ist, welche Impedanz im Vergleich zu der eines metallischen Kreuzpunktes tendenziell sowohl groß als auch schwankend ist. Ein solches Impedanzverhalten im eingeschalteten Zustand ist deshalb unerwünscht, weil es sowohl Verluste als auch Verlustschwankungen für die durch das Vermittlungssystem: übertragenen Signale bedeutet. Die andere Eigenschaft besteht in einer relativ großen Kapazität, wenn der Halbleiter-Kreuzpunkt in dem aus- oder nichtleitenden Zustand ist. Eine solche Kapazität im Auszustand ist in einem Nachrichten-

20983070526

übermittlungssystem deshalb unerwünscht, weil sie die bestehende kapazitive Kopplung zwischen den Übertragungswegen vergrößert und so das übersprechproblem weiterhin akzentufert. Ueil Halb leiter-Kreuzungspunkte im allgemeinen nicht elektrisch von ihren Betätigungschaltkreisen getrennt sind, ist es zudem schwieriger, kapazitives und induktives Übersprechen durch die vergangene Praxis der Verwendung von symmetrischen Übertragungszu überwinden.

Bisher v/erden Teilnehmerleitungsschaltungen und Verbindungsleitung ω schaltungen, die IJaclir icht en Vermittlungsanlagen zugeordnet sind, direkt mit den .Anschlüssen der Vermittlungsanlage verbunden und die übertragung über die Kreuzpunkte findet dann zwischen Übertragungswegen statt, die im Großen und Ganzen identisches Impedanzverhalten aufweisen. Die Ausgangsimpedanz einer Schaltung, die mit den Eingangsanschlüssen des Übertragungsweges durch die Kreuzpunkte verbunden ist, und die Eingang ε impedanz einer Schaltung, die init den Au.sgang.sanschlüssen des Übertragungsweges durch die Kreuzpunkte verbunden ist, wurden also, mit anderen '.,'orten ausgedrückt, im wesentlichen angepaßt, führend solche Anordnungen Signalreflexionen sehr klein machen und insbesondere bezüglich Yfegen unempfindlich sind, deren Länge kennzeichnenden Brüchen der Wellenlänge der höchsten übermittelten Signalfrequenz nahekommt, sind diese Anordnungen insbesondere dem Übersprechen unterworfen, wenn entweder Halbleiterkreuzpunkte verwendet werden, oder unsymmetrische Übertragungswege.

209830/0526

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nachrichtenvermittlungsanlage der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher die Kreuzpunkte aus Halbleitereinrichtungen bestehen, ohne daß die aufgezeigten Schwierigkeiten auftreten.

Die gestellte Aufgabe wird durch folgende j weiteren Merkmale der Nachrichtenvermittlungsanlage gelöst: eine Eingangsschaltung dient zur Kopplung einer der Eingangsübertragungsleitungen an die Anordnung von Halbleiter-Kreuzungspunkten und stellt eine spezielle Ausgangsimpedanz für die Anordnung von Halbleiter-Kreuzpunkten dar; eine Ausgangsschaltung dient zur Kopplung einer der Ausgangsübertragungsleitungen an die Anordnung von Halbleiter-Kreuzpunkten und stellt eine Eingangsimpedanz für die Anordnung von Halbleiter-Kreuzpunkten dar, die vielfach kleiner ist, als die spezielle Ausgangsimpedanz der Eingangsschaltung, so daß das Übersprechen zwischen der Mehrzahl der Übertragungswege stark herabgesetzt ist.

Die Erfindung überwindet so vorteilhaft Beschränkungen, denen Halbleitereinrichtungen unterliegen, wenn diese als Kreuzpunkte in Nachrichtenvermittlungsnetzwerken eingesetzt werden.

Ferner verringert die Erfindung die Wirkung des Übersprechens zwischen leitenden ¥egen in Halbleitervermittlungsnetzwerken.

Die Erfindung verbessert auch das Rausch- und Übersprechverhalten von unsymmetrischen Vermittlungsnetzwerken.

209830/0526

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung besprochen. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Beispiel eines Halbleiterkoppelfeldes in vereinfachter Form eines Netzwerkes, auf welches die Prinzipien der Erfindung vorteilhaft anwendbar sind, wobei lediglich ein repräsentativer Kreuzpunkt im einzelnen gezeigt ist,

Fig. 2 die Wechselstromersatzschaltung einer beispielsweisen Netzwerkschaitung gemäß Erfindung,

Fig. 3 eine Abänderung des in Fig. 2 gezeigten Netzwerkes,

Fig. 4 ein Transistoraufbau gemäß Darlington, der bei der praktischen Durchführung der Schaltungsprinzipien der Erfindung vorteilhaft Anwendung findet, und

Fig. 5 eiiE Wechselstromersatzschaltung eines Vermittlungsnetzwerkes, wobei die Art dargestellt wird, wie gemäß Erfindung größere Netzwerke durch die Einfügung von Impedanzwandlern bzw. Impedanztrennstufen innerhalb von Segmenten aufgebaut v/erden können.

Gemäß Erfindung werden die mit der Verwendung von Halbleiterschalteinrichtungen als Kreuzpunkte in großen Nachrichtenvermittlungsanlagen und mit unsymmetrischen Übertragungswegen durch die Kreuzpunkte in Verbindung stehenden Schwierigkeiten

209830/0626

dadurch überwunden, daß die Impedanzen an entgegengesetzten Enden jedes Kreuzpimkt-ubertragungsweges (gesehen von dem Kreuzpunkt) in solcher Weise willentlich und drastisch verstimmt bzw. ungleich gemacht, daß die Signalübertragung durch den Kreuzpuikt, an Stelle die Form der normalen Änderung des Stromes und der Spannung anzunehmen, relativ große otromänderungen aber sehr kleine Spannungsänderungen mit sich bringt· Im einzelnen wird eine Mehrzahl von Eingangsund Ausgangsschaltungen für ein Halbleiterkreuzpunkt-Vermittlungsnetzwerk vorgesehen, in welchem die Ausgangsimpedanz jeder Eingangsschaltung mindestens mehrere Male die Eingangsimpedanz jeder Ausgangsschaltung ausmacht, wegen der daraus folgenden Teilung von Spannungen wird die Übertragungsempfindlichkeit infolge Kreuzpunktimpedanz vorteilhaft drastisch reduziert und die induktive Übersprechdämpfung wird in ausgeprägter tfeise verbessert. Wegen der stark verringerten Spannungsänderungen wird gleichzeitig das kapazitive übersprechen infolge Kreuzpunktkapazität und normaler kapazitiver Kopplung zwischen den Übertragungswegen in ähnlicher ¥eise verringert.

In einer Ausbildungsform der Erfindung werden Transistorkoppelnetzwerke an entgegengesetzten Enden des Übertragungsweges durch den Halbleiterkreuzpunkt benutzt, um die erforderlichen Impedanztransformationen durchzuführen. Am Eingang des Kreuzpunktes nimmt das Koppelnetzwerk die Form einer Transistorstufe an, und zwar in der Ausbildung als Emitterfolger oder als Basisschaltung, und stellt eine Ausgangsimpedanz des Kollektors zum Kreuzpunkt dar, welche

209830/0526

viel höher ist als die Impedanz der Eingangs- und Ausgangsübertragungswege. Am Ausgang des Kreuzpunktes nimmt das Koppelnetzwerk die Form einer Trans is tor stuf e in Basisschaltung an und stellt eine Eingangsimpedanz des Emitters zum Kreuzpunkt dar, welche viel kleiner ist als die Impedanz der Eingangs- und Ausgangsübertragungswege. Bei beiden Kopp einet zwerken v/erdcn vorteilhaft Transistoren vom gleichen Leitfälligkeitstyp verwendet, so daß der EmitterstiOm des Ausgangsnetzwerkes durch den Kreuzpunkt fließt und den Kollektorstrom des Tiingangsndzwerkes bildet. "

Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebene spezielle Ausbildung beschränkt ist, wo eine hohe Impedanz den Eingang des Kreuzpunktes und eine niedrige Impedanz den Ausgang des Kreuzpunktes dargeboten werden. Die Erfindung arbeitet gleich gut in einer Schaltung, wo die Impedanzen umgekehrt sind; d. h., eine niedrige Impedanz,wird dem Eingang des Kreuzpunktes und eine hohe Impedanz dem Ausgang des Kreuzpunktes dargeboten.

Eine Halbleiterkreuzpunlvtanordnung nit dem grundlegenden Koppelfeld eines Vermittlungsnetzwerkos gemäß 3:rfindung ist in Fig. 1 dargestellt und umfaßt eine Ilehrzahl von koordinatenmäßig angeordneten Halbleiterelenenten, beispielsweise ΡΚ]?$ Thyristoren 10, von denen ein repräsentativer Thyristor 10' in der Fig. im einzelnen dargestellt ist. Die Anoden und Kathoden der Thyristoren 10 sind zwischen den horizontalen und vertikalen Leitern 11 und 12 des Koppelfeldes an deren Schnittpunkte angeordnet und schaffen so in bekannter Yfeise einen einzelnen leitenden Ueg zwischen

209 830/0526 -

BAD ORIGINAL

federn horizontalen Leiter 11 und einem der vertikalen Leiter 12. Die Ein- und Ausgänge zu dorn Koppelfeld sind an einem Ende jeder» Leiters 11 und 12 vorgesehen und umfassen am Eingangsende Hctzwerkeingangsanschlüsse, Vorspannungszuführungen und y.-lTählschaltungen 13 und am Ausgangsende Netzwerkausgangsanschlüsse und eine .Spannungszuführung 14. Es wird darauf hingewiesen, daß ein Vermittlungsnetzwerk der hierin betrachteten Art eine Anzahl von Koppelfeldor, beispielsweise das in Fig. 1 dargestellte Koppelfeld aufweisen kann und zur Vervollständigung von darüber laufenden Übortragungswegen dient, und zwar von einer aus einer Anzahl von Eingangsübei'tragungsteilnehmerleitungen, die mit den Teilnehmeranschlüssen 13 verbunden sind, zu einer aus einer Anzahl von Ausgangsübertragungsteilnehmerleitungen, die mit den Netzwerkausgangsanschlüssen 14 des letzten Koppelfeldes der letzten Stufe des Netzwerksystems verbunden sind. Da die Einzelheiten der Verbindung der Eingangs- und Ausgangsübertragungsteilnehnierleitungen und der Verbindung der Kopp öl stufen in Stand der Technik gut bekannt sind und zudem zu einem vollständigen Verständnis der Erfindung nicht wesentlich sind, werden sie nur durch Blocksymbole dargestellt.

In einem typischen betrachteten Ilalbleiterkoppelfeld wird die Uahl eines einzelnen Kreuzpunktes zur Bestimmung eines leitenden \eges gewöhnlich auf einer xy-Basis durchgeführt, obwohl nur die horizontalen Leiter 11 bei der wahl direkt gesteuert werden. Die hier benutzte spezielle Auswahlart

9-S SUM O 5 2 6

BAD ORIGINAL

— Q ~

gründet sich auf die Eigenschaften des PNPN-Thyristors, der als Kreuzi;>unktelcment angenommen wird. Dieses Element wird leitend gemacht und in den ISin-ZuGtand durch einen an seiner Basis anliegenden Schaltimpuls geschaltet und bleibt solange leitend, wie ein Vorspannungsstrom von einer Größe durch ihn fließt, welche größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Ifenn der Vorspannungsstrom unter diesen Pegel fällt, v/ird das Thyristoreloment in seinen Aus-Zustand gebracht. In Übereinstimmung mit dieser Operation weist die Veraittlungsschaltung nach Fig. 1 eine Kehrzahl von Vorspannungsschaltungen auf, die jeweils einen horizontalen Leiter 11, ein Krouzpunktelement 10 und einen vertikalen Leiter 12 umfassen, wobei jeder horizontale Leiter mit einer Vorspannunjsquelle verbunden ist, welche innerhalb der Schaltung 13 gelegen gedacht werden muß. Solche Stromquellen können vom Fachmann ohne weiteres angegeben werden und werden deshalb nicht im einzelnen in Fig. 1 dargestellte Die so ausgebildeten Vorspannungsschaltungen v/erden wahlweise durch geeignete x-V/ahlschaltungen 13 unter der schließlichen Überwachung von nicht dargestellten Netzwerksteuerschaltungen des Vermittlüngssystems gesteuert, für welches das Netzwerk gemäß Erfindung bestimmt sein mag.

Die vertikalen Ausgangsleiter 12 werden durch y-Auswahlschaltungon 15 gewühlt, welche die Schaltimpulse an die Kreuzpunktthyristoren 10 über eine Mehrzahl von .Schaltleitern 1Q anlegen. Diese sind in Spalten angeordnet, so daß alle Thyristoren 10 einer Spalte gleichzeitig einen Schaltimpuls von den Schaltungen 15 erhalten. Lin leitender

209830/0526 BAD

Weg durch das Koppelfeld wird durch Vervollständigung der Vorspannungsschaltung für einen der horizontalen Leiter unter der Steuerung der x-Wahlschaltungen 13 aufgebaut, beispielsweise für den Leiter 11^f. Zu gleicher Zeit wird ein Schaltspannungsimpuls durch die y-V/ahlschaltungen 15 angelegt, ebenfalls unter der Steuerung der früher erwähnten Netzwerksteuerschal tungon, und zwar über den Leiter 18· zu den Basen der Thyristoren der Spalte, welche den Thyristor 10' enthält, der beispielsweise dem vertikalen Leiter 12' zugeordnet ist. Obwohl alle Thyristoren der Spalte einen Schaltimpuls erhalten, fließt daher der Strom nur in den Koordinatenleitern 11' und 12', die durch den Kreuzpunkt 10' bestimmt sind. Der Thyristor 10^f bleibt leitend und der so bestimmte Weg bleibt aktiv nach Beendigung der y-Wahlßchaltimpulse an der Basis des Thyristors, so lange der Strom in dem Weg oberhalb des erwähnten Schwellenvorspannungspegels verbleibt. Ein 'widerstand 16' vergrößert den Schutz des Thyristors gegen falsches Einschalten infolge Übergangsspannungen. Bine Diode 17' liegt in Serie zu Jeder Thyristor-" basis zu Abtrennungszwecken. Wegen der Abwesenheit eines

Vorspannungsstromes in den nicht ausgewählten Wegen, welche ■ durch die restlichen Thyristoren 1Ö bestimmt werden, welche dem vertikalen Leiter 11' zugeordnet sind, v/erden diese Halbleiterelemente durch den y-Wahlspannungsschaltimpuls nicht aktiviert.

Die Eigenschaften eines typischen Halbleiterlcreuzpunktelements beschränken die Vorteile eines Netzwerkkoppelfeldes,

209830/0 526

2Ί56626

wie es in Fig. 1 dargestellt und im Vorgehenden beschrieben worden ist, über ein Koppelfeld, bei dem metallische Kontakte verwendet werden. In typischer "Weise zeigen Halbleitereinrichtungen eine relativ hohe und schwankende Impedanz im leitenden Zustand (in der Größenordnung von 10 bis 20 Ohm) und eine relativ große Kapazität im nichtleitenden Zustand (in der Größenordnung von 2 Picofarad) dar, verglichen mit der Impedanz von im wesentlichen Null (liilliohm) im geschlossenen Zustand und der unendlichen Impedanz im offenen Zustand (Kapazität dabei kleiner als 0,1 Picofarad) von metallischen Kontakten, die in symmetrischen Netzwerken verwendet werden. Die Impedanz im eingeschalteten Zustand der Halbleiterschalter und die Kapazität im ausgeschalteten Zustand !'Uhren Verluste und Verlust sclrrfankung en in die durch das Netzwerk übertragenen Signale ein und verursachen starkes Übersprechen zwischen den leitenden Vegen des aktiven Netzwerkes. Diese Schwierigkeiten v/erden in einer beispielsweisen Ausbildungsform der Erfindung überwunden und andere Vorteile erzielt, v/ob ο i die Grundzüge der Erfindung durch die liechselstromersatzschaltung gemäß Fig. 2 dargestellt werden, iss sei angenommen, daß innerhalb eines Vermittlungsnetzworkes 20 ein oder mehrere Kalbleiterkreuzpunkte ausgewählt worden sind, um einen einzelnen leitenden Veg aufzubauen, wobei das Veraittlungsnetzwerk 2ü eine aus einer Mehrzahl von Lingangsschaltungen 21 mit einer Mehrzahl von Ausgangsschaltungen verbindet. Diese Verbindung wird an beiden Ceiten des Netzwerkes über ein Paar von Impedanzkoppc-1 IiFN Transistoren 23 und 24 durchgeführt. Die Schaltungen 21 und 22 im Zusammenhang mit einer Nachrichtenvermittlungsanl.age können Eingangs-

209830/0526 ——*

BAD ORIGINAL

und Ausgangsübertragmigsteilnehmerleitungen oder Sammelleitungen umfassen. Dia Transistoren 23 und 24 in Basisschaltung stellen zusammen mit Widerständen 25 bzw. 26 Impedanzwandler dar. Um die Schaltung zu vereinfachen, wurden die Quellen des Vorspannungsstromes für die Halbleiterkreuzpunkte des Wetzwerkes 20, welche in Verbindung mit dem Koppelfeld nach Fig. erwähnt wurden, fortgelassen. Um das Verständnis der Schaltung nach Fig. 2 zu erleichtern, v/erden idealisierte Transistoreigenschaften angenommen,, und zwar Emitterimpedanz von Null, Kollektorimpedanz von unendlich und Stromverstärkung in der Basisschaltung von 1, welches Verhalten in der Praxis nahezu erreicht v/ird, wie später bewiesen wird. Es sei ferner angenommen, daß jeder der Ein- und Aus gangs schaltungen für die Impedanzwandler 23 und 24 eine typische Impedanz von 600 Ohm darbietet.

Von einer Eingangsübertragungsteilnehmerleitung in der Eingangsschaltung 21 übertragene Spannungssignale E. werden an den Emitter und die Basis des Transistors 23 und über den Eingangswiderstand 25 angelegt und in Emitterstromänderungen I. als Funktion des Eingangssignalpegels und des Wertes R^ des Widerstandes 23 umgewandelt, v/obei gilt:

E
\ ^Ro1

Die Emitterstromänderungen I₁ erzeugen Kollektorstromänderungen Ip im Transistor 23, welche über das Netzwerk übertragen werden und am Netzwerkausgang und dem Emitter des Impedanz-

20 9.830/0 526

umwandlungstransistors 24 empfangen werden. Durch diesen werden Sie als Kollektorausgangsstroin I-,. hindurchgeleitot. Als Ergebnis der Stromverstärkung 1 der Transistoren 23 und 24, ihrer Einitterimpedanzen 0'und der Kollektorimpedanzen unendlich gilt I. = I₂ = I₇ ·■ Die/normalen Spannungs- und Strompegel ^₀ und I, v/erden am ^widerstand 26 mit dem Viert R- wiedergewonnen, wobei gilt:

^Eo ·

Da I,. = I₇. ist, gilt durch Substitution von (1):

E₀ = ⁿi^Ro2 ■ (3)

Αι

Da das Notzvrerk durch eine Quelle mit hoher Impedanz betrieben wird_f (und zwar unendlich gemäß vorstehender Ersatzschaltung) ,i'ührt eine Kreuzpunkt impedanz nicht zu Änderungen in dem übertragenen Signalpegel. Da ferner der Übertragungsweg durch das Netzwerk mit einer niedrigen Ausgangs impedanz abgeschlossen wird·. (Null im vorstehenden Beispiel) ,v/erden in dem Hotzwerkweg erzeugte Lpannungsänderungen durch die Kreuzpunktimpedanz verursacht. Es kann gezeigt v/erden, dafi die kapazitive UberspreohdUiapfung zwischen zwei lletzwerkwegen innerhalb des Iletzv/erkes 20 aus folgenden Beziehungen errechnet worden können:

Ubersprechdämpfung = ·*£ ^ 2TrxC _ii (4)

209 8 30/0526 BAD ORIGINAL

Übersprechdämpfung =
I.

20 1OC₁₀ ^«20-10G₁₀ 2 irfC^R^ . (5)

Dabei ist I das Übersprcchsignal, welches in den gestörten V/eg von der Störquelle I^ eingekoppolt wird, f ist die Frequenz des Signals, C ist die Ersatzkapazität zwischen

cq

dem störenden und dem gestörten Signalvreg, und R ist die

SU

Ersatzserienimpedanz des störenden l/eges.

Eine v/eitere vorteilhafte !Tetzwerkschaltung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt und für eine bequeme Einstellung der Versteifung des Netzwerkes vorgesehen. In dieser AusfUhrungsform ist auch Vorsorge für die Zuführung des Vorspannungsstroraes getroffen, der dazu notwendig ist, die Halbleiterkreuzpunktc des IJetzwerkweges leitend zu halten. Das Halbleiternetzwerk baut v/ahlweise Verbindungen zwischen den Eingangs- und Ausgangs schaltungen 31 und 32 über ein Paar von NPN Transistoren 33 bzw. 3'+ auf. Die Schaltungen 31 und 32 können wiederum Eingangs- und Ausgangsübertragungsteilnehiaerleitungen oder iianmelleitungon- der /ullage umfassen, dem das Netzwerk der Erfindung zugeordnet ist. Die Transistoren 33 und 3'i- sind jeweils in der Art des Emitterfolgers bzw. in der Basisschaltung geschaltet und stellen die Impedanzwandlerkopplungen an den Ein- und Ausgangsanschlüssen des Netzwerkes dar. Der Transistor 33 wirkt auch als Stromquelle zur Zuführung der Vorspannung für die Krouzpunkthalblei: tor des Netzwerkes 30-> Eine Spannungsquello

" 2098 30/0526 B^AD original

V,. liegt über dein 'widerstand 35 am Kollektor des Transistors 34 und hält diesen in seinem aktiven Zustand. Dabei wird der Vorspannung strom über den widerstand 3i3 den Halbleiterkreuzpunkten dos Netzwerkes 30 zugeführt. Eine öpannungsquello Vp ist an die Basis des Transistors 34 geschaltet und spannt die Thyristorkreuzpunkte positiv vor und durch Vorspannen der Basis zur Kollektorstrecke des Transistors 33 in der Rückwärtsrichtung wird dieses Element in seinem aktiven Zustand gehalten. Eine dritte Spannungsquelle V₇. ist über einen Widerstand 36 an die Basis des Transistors 33 geschaltet und dient als Bosugspotential zur Bestimmung des Pegels des Vorspannungsstromes, welcher· durch den liiderstand 37 nach Erde fließt. Auf diese weise wird der durch die Halbleiterkreuzpunkte des Netzwerkes 30 fließende Strom bestiioat. Der 'widerstand- 37» v/elcher zwischen dem Emitter des Transistors 33 und Erde liegt, Mira entsprechend einstellbar gewählt, um den Verstärkungsfaktor einstellen zu können. Der Kondensator 38 sorgt für die Gleichstromabtrennung der an der Basis des Transistors 33 anliegenden Vorspannungsquelle von den Eingangsschaltungen 31·

In der Schaltung nach Fig. 3 werden von den Eingangsschaltungen 51 empfangene Nachrichtensignale an die Impedanzkoppelnde Transistorstufe 33 angelegt und ändern sich um das durch V₇. gesetzte Bezugspotential und bestimmen den Vorspannungspegel der Kreuzpunkte. Die Transistorstufe 33 dient so als Strommodulator für die Eingangssignale, welche durch das Netzwerk übertragen werden sollen. Der Vorspannungsstrora wird auf einem solchen i^gel gehalten, welcher ausreicht,

209830/0526

die aktiven Kreuzpunkte für alle negativen Schwingungen des Eingangssignal leitend zu halten. Am anderen Ende dos Netzwerkes wirkt die Transistorstufo 34 als Demodulator zur Umwandlung der Information in die ursprüngliche Signalform, welche an die Ausgangsschaltungen 32 angelegt wird.

Wenn erneut die idealen Transictoreigenschaften der Ausfuhrimgsforn nach Fig. 2 vorausgesetzt werden, sind die Vorteile der Schaltung nach Fig. 3 offensichtlich, i'.'enn nur die Stromänderungen des von den Schaltungen 31 empfangenen Eingangssignals betrachtet werden, werden Eingangsspannungssignale E., welche von den Übertragungsteilnchmerleitungen der Schaltungen 31 übertragen v/ordon sind, an die Basis des Transistors 33 angelegt. 33ie an der Basis erscheinenden Spannungsänderungen erscheinen auch am Emitter. Als Ergebnis wird eine Emitterstfomänderung E₂ als Funktion von E₁ und R. erzeugt, wobei R₁ der V.'ert des Widerstandes 37 ist. Daher gilt:

h -

Die Stromänderung I_? wird über die Halbleitcrkrcuzpunkte' des Netzwerkes 30 übertragen und an den Impedanzwandler bzw. Transistor 34 angelegt, wobei gilt:

^Eo - "^I2^Ro2 - "³I

Dabei ist R₂ der Wert der Parallelkombination von Widerstand 35 und der Ersatzimpedanz der Ausgangsschaltung 32.

0_:9 8 30 /0 526 ^ oRIGiHAL

Die Verstärkung oder der Verlust durch das Netzwerk v/ird leicht dadurch eingestellt, daß der Wort FL des Widerstandes 37 entsprechend verändert wird.

Das ideale Transistorschaltverhalten, welches im Zusammenhang mit der Beschreibung der Ersatzsehaltungen der Erfindung gemäß Fig. 2 und 3 angenommen worden ist, ist durch Anwendung der Darlington Transistorschaltung nach der in Fig. 4 dargestellten Art nahezu erreichbar. In dieser Schaltung sind die Kollektoren und Emitter eines Paares von KPN Transistoren 40 und 41 miteinander verbunden, wobei die Emitter durch einen Vorspannungswiderstand 42 miteinander verbunden sind und der Emitter des Transistors 40 auch direkt mit der Basis des Transistors 41 verbunden ist. Anschlüsse a, b und c sind in der Schaltung nach Fig. eingefügt, um leichter verständlich zu machen, wie diese Schaltung im Netzwerk nach Fig. 3 eingefügt ist. V/enn angenommen wird, daß eine Schaltung gemäß Fig. 4 an den Eingangs- und Ausgangsenden des Hetzwerkes 30 die Transistor Schaltungen 33 und 34 nach Fig. 3 an den angegebenen Klemmen ersetzt, dann werden folgende Werte erhalten. V/enn die gemeinsamen Eraitterstroraverstärkungen der Transistoren 40 und 41, welche das Eingangsende des Netzwerkes 30 nach Fig. 3 ersetzen, jeweils als Al undßz definiert werden, dann wird die Gesamtverstärkung der Darlington-Schaltung zu dem Produkt vonßi,/2>2. Die Basiseingangsimpedanz des Transistors 40 ist so ungefähr ß*\, wobei R_-1 der Wert des Widerstandes 37 ist und die Emitter-

^Ro1 eingangsimpedanz am Widerstand 41 ungefähr r_Q + τρχ ist,

209830/0526

wobei r die innere Ersatzemitterimpedanz der Darlington-Schaltung nach Fig. 4 ist und R . der Uert des Widerstandes . 36 darstellte Typischerweise ist das zusammengesetzte /3 für die Darlington-Schaltung größer als 1000,cc ist größer als 0,999» die Basiseingangsimpedanz und die Kolloktorimpedanz sind jeweils größer als 50 Kiloohra und die Emittereingan-simpedanz 1st ungeJäir 6 0hm und sowohl für die Eingangs- und Ausgangsnetzwerkimpedanz der Koppelschaltungen anwendbar.

\iegen der Stromverstärkung von nahezu 1 bei der Basisschaltung der Darlington-Schaltungen ist es möglich, zusätzliche Transistoren in den Netzwerkweg als Impedanzwandler bzw. als Impedanzisolatoren einzufügen, ohne daß merkliche Änderungen in den wiedergewonnenen Übertragungspegeln auftreten wurden. Die Fähigkeit der Abtrennung von Segmenten eines Netzwerkweges voneinander macht es möglich, ein besseres Netzwerk-Ubertragungsverhalten zu erzielen und erlaubt die Ausführung von größeren und breiterbandigen Vermittlungsnetzwerken. In unsymmetrischen Netzwerken kann ein größeres Netzwerk zuge-" lassen werden, wenn Impedanzwandler ader Impedanzisolatoren verwendet werden, weil diese das Netzwerkübersprechverhalten verbessern« Generell wird die Größe eines unsymmetrischen Netzwerkes in erster Linie durch das kapazitive Übersprechen beschränkt, welches mit der Größe des Ndzwerkes (und damit der Länge der Übertragungswege durch das Netzwerk) zunimmt. V/ie zuvor erläutert, ist das kapazitive Übersprechen in einem Netzwerk gemäß Erfindung eine Funktion der Ersatz-Serienweg-Impedanz und der Ersatzkapazität zwischen Netzwerk-

209830/0526

wegen. Ed ist schwierig, die Vergrößerung der kapazitiven Kopplung zu verhindern, wenn die Verlange zunimmt; in-den jedoch Impedanzwandler oder Inpedanzisolatoren verwendet werden, ist es möglich, den 3rsatzserienwiderstand in längeren '..egsegmenten zu reduzieren.

Dies wird in Fig. 5 durch eine Wechselstromersatzschaltung einer solchen Netzwerkschaltung demonstriert. Ein Paar unsymmetrischer Netzwerke 50. und 50p , welche jeweils Halbleiterkreuzpunktelemente einschließen, sind an Eingangsund Ausgangsschaltungen 51 und 52 mittels Impedanzwandlertransistoren 53 bzw. 54 angekoppelt, und zwar in einer Weise, die ähnlich der in Verbindung mit der Ersatzschaltung nach •Flg. 2 beschriebenen Art ist. Transistoren 58 und 59 zur InpedanzwandlungtEW. -isolationpufforn den verbindenden Ubertragungskabelweg von den Netzwerken 5CL und 5Oo. w^Tie zuvor erläutert, ist der Ersatzserienwiderstand innerhalb eines Netzwerkkoppelfeldabschnittes eine Funktion sowohl der Impedanz der Halbleiterkreuzpunkte in dem Abschnitt als auch der Emitterimpedanz des Irapedanzwandlertransistors. Da jedoch die Ersatzserienimpedanz des Kabelweges in erster Linie eine Funktion der Isolatoremitterimpedanz ist, ist es möglich, Signale mit verbesserter Übersprechdämpfung auf den Abschnitten zu übertragen, welche keine Kreuzpunkte als Ergebnis der niedrigeren Ersatzimpedanz des lieges enthalten.

Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Impedanzwandler bzw. Impedanzisolationsschaltungen wird in Breitfrand-

209 830/0526 BAD ORIGINAL

Vermittlungsnetzwerken erhalten. In unsymmetrischen Netzwerken, \irelche Signale in der Größenordnung von 3 Ι·ΊΗζ vermitteln können, werden beispielsweise Weglängen innerhalb des Netzwerkes im allgemeinen unterhalb von 10 Fuß gehalten,, um die mit Signalreflexion in Zusammenhang stehenden Schwierigkelten zu vermeiden. Ua diese unerwünschte Beschränkung der Netzwerkweglänge zu vermeiden, können Impedanzwandler bzw. Isolatoren verwendet werden, welche diesen Bereich ausdehnen. In Breitbandnetzwerken können lange Abschnitte des Netzwerkpfades von den Vermittlungsstufen getrennt werden, wie in Fig. 5 dargestellt. Reflexionen der Übertragungs-Teilnehiierleitungen in den langen Abschnitten kann dadurch vermieden werden, daß dor Yfeg am Empfangsende durch einen dem Fjnitter der Abtrennschaltung zugefügten Serienwiderstand abgeschlossen wird, d. h. einem Widerstand R. der an den Emitter des Transistors 59 in Serie zu dem Kabel geschaltet ist.

BAD ORIGINAL 2 09830/0626

Claims

1. Nachrichtenvermittlungsanlage zur selektiven Verbindung einer Mehrzahl von ISingangsübertragungsleitungen mit einer Mehrzahl von Ausgangsübertragungsleitungen, ra.it folgenden Merkmalen:

Ein Veraittlungsnetzwerk schließt eine Anordnung von Ilalbleiterkreuzpunkten ein, die eine Iiehrzalil von Übertragungswegen durch das Netzwerk zwischen Uingangsübertragungsleitungen und Ausgangsübertragungsleitungen schaffen; gekennzeichnet durch folgende v/eiteren Merkmale der Anlage: eine Eingangsschaltung (Fig. 2: 23» 25; Fig. 5: 33, 36, 37, 30) dient zur Kopplung einer der Eingangsübertragungsleitungen an die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten und stellt eine spezieile Ausgangsirapedanz für die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten dar;

eine Ausgangsschaltung (Fig. 2: 24, 26; Fig. 3: 34, 35) dient zur Kopplung einer der Ausgangsübertragunz-sleitungen an die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten und stellt eine Eingangsimpedanz für die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten dar, die vielfach kleiner ist als die spezielle Ausgangsimpedanz der Eingangsschaltung, so daß das Übersprechen zwischen der Mehrzahl der übertragungswege stark herabgesetzt ist.

2. Nachrichtenverciittlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung (z. B. Fig. 2: 23, 25) eine Trancistorstufo (z. D. 23) in Basisschaltung ent-

2 0 9 8 3 07 0 5 2 6 BAD ORIGINAL

hält, die ihre Kollektorimpedanz für die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten v/irksam werden läßt,

3. Nachrichtenveraittlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung (z. B. Fig. 3i 33, 36, 37» 38) eine Trancistorstufe (z. 3. 33) in Emitterschaltung enthält, die ihre Kollektorimpedanz für die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten wirksam v/erden läßt.

4. Nachrichtcnvcrnittlun^sanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung (z. 3. Fig. 2: 24, 26; Fig. 3: 34, 35) eine Transistorstufο in Basisschaltung enthält, die ihre Effiitterinpedanz für die Anordnung von Iialbleitorkrouzpunkten wirksam v/erden läßt...

5. Nachrichtenverinittlungsanla^e nach einen der Ansprüche 1, 2,' 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ilraitterstrom

P der Ausgangsschaltung (z. B. Fig. 2: 24, Fig. 3: 34) durch die Anordnung von Halbleiterkreuzpunkten fließt und den Kollektorstrom der Eingangsschaltung (z. 3. Fig.· 2: 23; : Fig. 3: 33) bildet, welche einen elektrischen leitenden V/eg darstellt.

6. Nachrichtenvermittlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs schaltung eine Darlington-Transistorschaltung (Fig. 4) enthält, welche die Kollektorimpedanz der Eingangsschaltung für die Anordnung von

209830/0526 _BAD original

~ 23 -

Kreuzpunkten wirksam werden läßt, und daß die Ausgangsschaltung eine Darlingtoh-Transistorschaltung (Fig. 4) aufweist, welche die Emitterimpedanz der Ausgangsschaltung für die Anordnung von Kreuzpunkten wirksam werden läßt.

7. Nachrichtenvermittlungsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage ferner ein zweites Verraittlungsnetzwerk (Fig. 51 50_?) umfaßt, Vielehe eine zweite Anordnung Ealbleiterkreuzpunkte aufweist und mit dem ersten Vormittlungsnetzwerk (Fig. 5: 5Q₁) durch K&bolschaltungen verbindbar ist, um eine Ilehrzalil von übertragungs-"wegen durch das llotzwek zu schaffen, daß die Kabelschaltungen (Fig. 5: 58, 59, H_n,) eine erste Transistor stufe (50) an einem Jinde und eine zweite Transistorstufe (59) am anderen Ende aufweisen, wobei die erste Transistorstufe eine iümitterimpedanz für die Anordnung von Krouzpunlcten des ersten Vermittlunrsnotzwcrkes (50^) und die zweite Transistorstufe (59) eine Kollektorimpedanz für die Anordnung von Kreuzpunkten des zweiten Vermittlungsnetzworkes (5O₂) wirksam werden läßt.

209830/0 526 BAD ORIGWAU

2Ibob26

8. NachrichtenvermittlungEanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkreuzpunkte Thyristoren (10¹) enthalten und daß die Übertragungswege durch das Netzwerk unsymmetrisch sind.

209830/0526

Leerseite