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Fernsprech-Koppe lei nrichtung Die Erfindung betrifft eine Koppeleinrichtung
zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Fernsprechteilnehmern, welche für
jede der beiden Gesprächsrichtungen ein Koppelfeld aufweist und worin die Teilnehmerleitungen
an die beiden Koppelfelder über Gabelschaltungen angeschlossen sind Eine derartige
Einrichtung ist aus der deutschen P¾-entschrit 1 487 625 bekannt. Zur Verbindungsherstellung
werden in dieser Einrichtung elektro-optische Strahlenablenker verwendet. Die -Signalübertragung
erfolgt durch Lichtstrahlen mit Hilfe von lichtaussendenden Dioden und lichtempfindlichen
Empfangselementen. Durch die Art der verwendeten Elemente und der Signalübertragung
bedingt, sind die Koppelfelder in der beschriebenen Einrichtung unidirektionell.
Es ist daher für die Signalübertragung von einem rufenden zu einem gerufenen Teilnehmer
ein erstes Koppelfeld und vom gerufenen zum rufenden Teilnehmer ein zweites Koppelfeld
vorgesehen. Zur Entkoppelung der Signalübertragungswege sind am Eingang der Koppelfelder
Gabelschaltungen vorgesehen.
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Bei einer größeren Anzahl von Fernsprechteilnehmern ist die oben beschriebene
elektro-optische Einrichtung schwer realisierbar. Außerdem eignen sich die verwendeten
Lichtablenker nicht gut a
zur Realisierung in Miniaturbauweise.
Um Koppelfelder in ihren Abmessungen zu verkleinern, ist es bekannt, die mechanischen
Koppelkontakte durch elektronische Koppelpunkte zu ersetzen. Außer den kleinen Abmessungen
haben solche elektronische Koppelpunkte auch den Vorteil der höheren Lebensdauer
und der größeren Zuverlässigkeit. Ein Nachteil der Verwendung dieser Koppelpunkte
besteht jedoch darin, daß die elektronischen Schalter im durchgeschalteten Zustand
nicht den Widerstand NULL und im offenen Zustand nicht den Widerstand unendlich
haben. Hierdurch ergibt sich einerseits eine störende Durchgangsdämpfung für das
Sprachsignal und andererseits ein Nebensprechen zwischen den verschiedenen Verbindungsleitungen
des Koppelfeldes.
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Zur Verminderung der Durchgangsdämpfung ist es bekannt, entweder in
den Koppelpunkten negative Widerstände einzuführen (siehe deutsche Offenlegungsschrift
2 112 050) oder die Verbindungssätze zwischen den einzelnen Koppelfeldern als negative
Widerstände auszuführen (siehe IBM TDB März 1967, Seite 1440). Die Kompensation
der Durchgangsverluste in den Verbindungssätzen hat jedoch den Nachteil, daß hierdurch
eine Schwingneigung des Systems hervorgerufen wird. Andererseits führt die Einführung
von negativen Widerständen in die einzelnen Koppelpunkte zu sehr aufwendigen Koppelpunkten.
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Die durch die einzelnen Koppelpunkte hervorgerufene Durchgangsdämpfung
könnte vermieden werden, wenn die Koppelpunkte als Verstärker ausgeführt werden,
wobei die Verstärkung knapp über dem Wert 1 liegen müßte. Solche Koppelpunkte sind
aus der deutschen Patentschrift 1 250 880 bekannt. Jedoch hat der darin beschriebene
Koppelpunkt den Nachteil einer schwierigen Spannungsversorgung und eignet sich nicht
gut zur Ausführung in integrierter Bauweise. Durch die in diesem Koppelpunkt vorhandene
Mitkopplung neigt dieser Koppelpunkt außerdem zum Schwingen. Koppelpunkte dieser
Art sind ferner aus den deutschen Auslegeschriften 1 270 941 und 1 240 559 bekannt.
Diese Koppelpunkte weisen jedoch in noch stärkerem Ausmaße die Nachteile des in
der deutschen
Patentschrift 1 250 880 beschriebenen Koppelpunktes
auf.
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Ferner ist aus der US-Patentschrift 3 596 110 ein elektronischer Koppelpunkt
mit verstärkenden Eigenschaften bekannt. Da hierin jedoch ein Kondensator mit verhältnismäßig
großer Kapazität verwendet wird, eignet sich dieser Koppelpunkt nicht gut zur Ausführung
in integrierter Bauweise. Die Verstärkung dieses Koppelpunktes ist außerdem infolge
der Abwesenheit einer Gegenkopplung nicht konstant.
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Bekannt ist außerdem die Verwendung von gesteuerten Halb leiter-Vierschichteinrichtungen,
doch sind auch diese Halbleitereinrichtungen schwer integrierbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Koppelfeld mit
elektronischen Koppelpunkten anzugeben, das eine geringe Dämpfung und ein geringes
Nebensprechen aufweist und zur Ausführung in monolithisch integrierter Bauweise
geeignet ist.
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Für eine Koppeleinrichtung der oben beschriebenen Art wird diese Aufgabedadurch
gelöst, daß die Koppelpunkte in jedem der beiden Koppelfelder als unidirektionelle,
leicht integrierbare Spannungsverstärker ausgeführt sind.
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Durch die Ausführung der Koppelpunkte als Spannungsverstärker wird
eine sehr übersichtliche Entdämpfung des Systems erzielt.
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Hierdurch können Schwingneigungen weitgehend ausgeschaltet werden.
Ferner wird dadurch die Verwendung von verschiedenen Ausführungsformen für Innen-,
Außen- und Service-Verbindungssätzen unnötig. Durch die Ausführung als Spannungsverstärker
kann der Ausgangswiderstand der Koppelpunkte sehr klein gehalten werden, wodurch
das Nebensprechen weitgehend ausgeschaltet wird. Auch brauchen an die Genauigkeit
der Gabelschaltungen und insbesondere der in diesen Gabelschaltungen enthaltenen
Nachbildungen keine hohen Anforderungen gestellt zu werden. Ferner wird durch die
Ausführung der Koppelpunkte als Verstärker ein sehr hohes Widerstandsverhältnis
zwischen
offenem und durchgeschaltetem Zustand erzielt. Dadurch wird die Verwendung von einadrig
durchschaltenden Systemen erleichtert, was eine Halbierung an Koppeleinrichtungen
bedeutet. Die Ausführung in monolithisch integrierter Bauweise ermöglicht eine preisgünstige
Massenfertigung.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der
Spannungsverstärker aus einem Differentialverstärker und einer nachgeschalteten
Emitterfolge-Ausgangsstufe besteht, wobei das Ausgangssignal auf den Differentialverstärker
als Gegenkopplungssignal rückgekoppelt wird.
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Eine besonders konstante Spannungsverstärkung, welche einige Prozent
über 1 liegt, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt, daß der
Emitterwiderstand der Ausgangsstufe als Potentiometer ausgeführt ist, an dessen
Abgriff das Gegenkopplungssignal abgenommen wird.
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Dadurch, daß der Verstärker keine Spulen oder Kondensatoren verwendet,
wird die Ausführung in monolithisch integrierter Bauweise sehr erleichtert und kann
eine hohe Integrationsdichte erzielt werden. Die absoluten Toleranzen des Ausgangswiderstandes
gehen dabei nicht auf die erzielte Verstärkung ein, sondern nur die relativen Abweichungen
der Widerstände des Ausgangspotentiometers.
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Die Auftrennung der Gesprächs richtungen, welche die Verwendung von
je einem Koppelfeld für jede der beiden Gesprächsrichtungen zur Folge hat, bedeutet
für die Zentralsteuerung der Vermittlungsanlage keinen Nachteil, da entsprechende
Koppelpunkte in beiden Ebenen zugleich durchgeschaltet werden können. Diese Durchschaltung
wird hierbei in bekannten Systemen von einem Speicherelement gesteuert (siehe deutsche
Offenlegungsschrift 1 932 069 mit einem elektronischen, in integrierter Schalttechnik
ausgeführten Koppelfeld und deutsche Auslegeschrift 1 284 992).
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Wohl ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 021 025 ein
Spannungsverstärker,
bestehend aus einem Differentialverstärker mit einer nachgeschalteten Emitterfolgestufe
bekannt. Dieser Verstärker wird jedoch als Gleichspannungsverstärker und nicht als
elektronischer Koppelpunkt verwendet. Der Emitterwiderstand der Ausgangsstufe besteht
dabei aus dem Lastwiderstand, so daß eine geeignete Dimensionierung des Gegenkopplungssignales
erschwert wird.
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Ferner ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 562 007 eine Schalteinrichtung
mit mehreren Koppelelementen bekannt. Jedes Koppelelement besteht dabei aus einem
Transistor, wobei alle Emitter dieser Transistoren über einen gemeinsamen Widerstand
mit der Speisespannung verbunden sind. Alle diese Transistoren arbeiten daher als
Differentialverstärker. Das an den Kollektoren abgenommene Ausgangssignal wird verstärkt
und über einen weiteren Widerstand dem gemeinsamen Emitterwiderstand als Gegenkopplungssignal
zugeführt. Obwohl also hierin ein von einem Ausgangspotentiometer abgegriffenes
Gegenkopplungssignal dem Differentialverstärker zugeführt wird, bestehen in dieser
Auslegeschrift insofern andere Verhältnisse, als der Differentialverstärker aus
Koppeltransistoren verschiedener Koppelelemente aufgebaut ist-.
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Schließlich ist auch aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 948 178
ein Differentialverstärker mit nachgeschalteter Emitterstufe bekannt, doch wird
auch hierin das Gegenkopplungssignal nicht von einem als Potentiometer ausgeführten
Emitterwiderstand der Ausgangsstufe abgenommen. Der in dieser Offenlegungsschrift
beschriebene Verstärker hat außerdem die Erzeugung einer Referenzspannungsquelle
zum Zweck und nicht die Durchschaltung eines Sprechweges in einem elektronischen
Koppelfeld.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun anhand von
Figuren
näher beschrieben werden. Es zeigen: Fig. 1 eine bekannte Koppeleinrichtung, welche
für je eine der beiden Gesprächsrichtungen je ein Koppelfeld aufweist, in dem der
erfindungsgemäße Koppelpunkt verwendet werden kann, Fig. 1A ein Gabelschaltung und
Fig. 2 einen zur Verwendung als Koppelpunkt geeigneten Spannungsverstärker.
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In Fig. 1 sind die Fernsprech-Teilnehmerleitunaen mit L1, L2 Ln bezeichnet.
Die Teilnehmerleitungen sind mit dem Eingang je einer zugehörigen Gabelschaltung
G1, G2 ... Gn verbunden. Solche Gabelschaltungen sind bekannt. Eine mögliche Ausführungsform
einer solchen Gabelschaltung ist in Fig. 1A gezeigt. Die Ausgänge der Gabelschaltungen
sind mit je einem zugehörigen Trennverstärker V verbunden, dessen Ausgangssignal
einerseits mit dem Eingang des ersten Koppelfeldes KF1 und andererseits mit dem
Eingang des zweiten Koppelfeldes KF2 verbunden ist. Das erste Koppelfeld stellt
hierbei z.B. die Verbindung vom rufenden zum gerufenen Teilnehmer und das zweite
Koppelfeld die Verbindung vom gerufenen zum rufenden Teilnehmer her. Die übertragenen
Sprachsignale werden also je Übertragungsrichtung aufgetrennt und in den Koppelpunkten
des betreffenden Koppelfeldes verstärkt. In Fig. 1 ist auch gezeigt, wie die Vermittlungseinrichtung
über eine Gabelschaltung GL mit einer Amtsleitung AL verbunden werden kann, wobei
die Gabelschaltung an das zweite Koppelfeld über einen Trennverstärker angeschlossen
werden kann.
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Die Auftrennung der Gesprächsrichtungen, welche die Verwendung von
je einem Koppelfeld für je eine Gesprächsrichtung zur Folge hat, bringt in den logischen
Steuereinrichtungen keinen Mehraufwand mit sich, da nur einander entsprechende Koppelpunkt
in beiden Koppelfeldern durchgeschaltet werden müssen, so daß lese Durchschaltung
gleichzeitig über eine gemeinsame Steuerleitung erfolgen
kann. Wie
aus Fig. IA hervorgeht, wurde in der Koppeleinrichtung nach Fig. 1 eine einadrige
Durchschaltung angenommen. Prinzipiell ist natürlich auch eine zweiadrige Durchschaltung
möglich, welche etwaige Erdungsschwierigkeiten vermindert, jedoch einen erhöhten
Aufwand zur Folge hat Fig. 2 zeigt einen Spannungsverstärker, welcher zur Durchschaltung
der Verbindungswege in den beiden Koppelfeldern verwendet werden kann. Der Verstärker
besteht aus einer Differentialverstärkerstufe und einer nachgeschalteten Emitterfolger-Ausgangsstufe.
Die beiden Transistoren T1 und T2 des Differentialverstärkers sind über den gemeinsamen
Emitterwiderstand R1 mit einem Pol der Speisespannungsquelle verbunden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel werden NPN-Transistoren verwendet, so daß der Widerstand R1
mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist. Die Eingangsklemme
A des Verstärkers ist mit der Basis des ersten Transistors T1 verbunden, dessen
Kollektor direkt mit dem positiven Pol einer Speisespannungsquelle verbunden ist.
Der Kollektor des zweiten Transistors T2 des Differentialverstärkers ist über einen
Lastwiderstand R2 mit dem positiven Pol einer Speisespannungsquelle verbunden. Das
vom Kollektor des Transistors T2 abgenommene und verstärkte Signal wird der Basis
eines dritten Transistors T3 zugeführt, dessen Kollektor direkt mit dem positiven
Pol einer Speisespannungsquelle verbunden ist und der als Emitterfolger arbeitet.
Der mit einer Referenzspannungsquelle VR verbundene Emitterwiderstand ist dabei
als Spannungsteiler ausgeführt und besteht aus den Widerständen R3 und R4. Die Ausgangsklemme
D des Verstärkers ist mit dem Emitter des Transistors T3 verbunden. Vom Verbindungspunkt
B der beiden Widerstände R3 und R4 wird ein Gegenkopplungssignal abgenommen und
der Basis des zweiten Transistors T2 des Differentialverstärkers zugeführt. Für
den vorliegenden Zweck als Koppelpunktverstärker wird der Widerstand R3 klein gegenüber
dem Widerstand R4 gewählt. Die Gegenkopplung beträgt also beinahe 100 % und daher
liegt die Verstärkung des gesamten Verstärkers nur einige wenige Prozent über 1.
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Bei der Wahl des Widerstandes R3 und damit des Verstärkungsfaktors
kann davon ausgegangen werden, daß zwischen Teilnehmer und
Amts
leitung einer Vermittlungseinrichtung eine Einfügungsdämpfung von 2db zulässig ist.
Die tatsächliche Einfügungsdämpfung, welche hauptsächlich durch die Nachbildung
und die ohmschen Widerstände der verwendeten übertrager entsteht, beträgt z,B. 3db.
Die von allen Koppelpunkten erzielte Entdämpfung soll also nur 1db betragen. Da
es nur auf das Verhältnis der Widerstandswerte und der Toleranzen der beiden Widerstände
R3 und R4 zueinander ankommt, ist die Streuung des erzielten Verstärkungsgrades
in der Praxis nicht groß. Da die insgesamt nötige Verstärkung durch viele Koppelpunkt-Verstärker
erzielt wird, ist die Entdämpfung übersichtlich und nicht mit Schwingneigungen verbunden.
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Der in Fig. 2 gezeigte Verstärker weist einen sehr hohen Eingangswiderstand
und einen sehr kleinen Ausgangswiderstand auf.
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Infolge dieses kleinen Ausgangswiderstandes des Verstärkers sind die
Verbindungsleitungen innerhalb des Koppelfeldes weitgehend unempfindlich gegen Einstreuung
von Störsignalen. Bei einadriger Durchschaltung ist jedoch für eine geeignete Erdung
der erdseitigen Enden der Sprechleitungen am Eingang der Koppelfelder zu sorqen.
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Außerdem müssen die Zuleitungen zu den Koppelpunkten, welche direkt
am Eingang der Koppelfelder liegen, besonders sorgfältig verdrahtet werden, da der
Eingang des Koppelfeldes hochohmig und daher besonders empfindlich gegen das Einstreuen
von Störsignalen ist. Da die Durchschaltwiderstände der Koppelpunktverstärker in
der Größenordnung weniger Milliohms liegen und andererseits die Sperrwiderstände
sehr hochohmig sind, ist die Nebensprechdämpfung des Koppelfeldes außerordentlich
groß. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die als Sperrwiderstände wirkenden
gesperrten Basis-Emitterdioden der Transistoren T3 der gesperrten Koppelpunkte nicht
an einer Signalspannung, sondern z.B. am Punkt C über T4 an einer festen Betriebsgleichspannung
liegen.
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Die Steuerung der Durchschaltung der Koppelpunkte kann z.B. an der
Basis der Emitterfolgerstufe T3 erfolgen. Der betreffende Punkt C ist dabei z.B.
mit dem Kollektor eines weiteren Transistors T4 verbunden, an dessen Basis das Steuersignal
X angelegt
wird. Dieses Steuersignal kann z.B. als Ausgangssignal
einer bistabilen Kippschaltung erhalten werden, wobei alle zur Durchschaltung der
Koppelpunkte verwendeten Kippschaltungen in Form einer Matrix durch Zeilen- und
Spaltensignale eingestellt werden können.
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Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß der Verstärker ohne diskrete
Elemente auskommt, insbesondere keine Spulen oder Kapazitäten verwendet, und sich
daher gut zur Ausführung in monolithisch integrierter Bauweise und zur Massenfertigung
eignet.