DE2251444C2 - Koppelfeld-Anordnung zur breitbandigen Signalübertragung in Fernmeldeanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppelfeld-Anordnung zur breitbandigen Signalübertragung in Fernmeldeanlagen für Vierdrahtbetrieb, die aus einzelnen durch Zwischenleitungen miteinander verbundenen Stufen besteht, bei der die einzelnen Stufen des Koppelfeldes aut durch Trennverstärker voneinander entkoppelten Teilmatrizen aufgebaut sind und zwischen die aus den Teilmatrizen aufgebauten Stufen des Koppetfeldes Trennverstärker eingeschaltet sind.

Fernmeldeanlagen besitzen Einrichtungen, um Signale zwischen Anlagen oder Teilnehmern zu vermitteln, wobei die Signale möglichst wenig verfälscht werden sollen. Diese Verfälschungen können in einer Abschwä' chung und Veränderung der Zeitfunktion des Signals und in einer Oberlagerung von Störungen zum Nutzsignal bestehen.

Die physikalischen Eigenschaften mechanischer Kon

takte, über die die Signalspannungen bisher geleitet wurden, brachten es mit sich, daß man an eine Abschwächung der Signale durch einen Obergangswiderstand im Kontakt nicht denken mußte; jener war hinreichend gering. Heute erwägt man aber, die mechanischen Schalter in den matrixförmig aufgebauten Koppelvielfachen des im Raumvielfach aufgebauten Sprechwegenetzes einer Vermittlung durch elektronische Bauelemente zu ersetzen.

ίο Die Signalübertragung auf Sprechwegen *n Raumvielfachsystemen ist allgemein in der Bandbreite beschränkt. Das ist in erster Linie durch die kapazitive Belastung der Sprechleitungen bedingt (Tiefpaßverhalten des Übertragungsweges durch Erdkapazitäten). Die ta Grenzfrequenz liegt umso niedriger, je höher der Durchlaßwiderstand der Durchschaltelemente im Sprechweg ist

Elektronische Koppelpunkte haben gegenüber Metallkontakten große Durchlaßwiderstände. In vielen Fällen sind diese Widerstände auch nicht eng toleriert, dies gilt insbesondere bei der Herstellung von IG-Feldeffekt-Transistoren in integrierter Technik (IG = insulated gate).

Die Integrationstechnik mit IG-Feldeffekttransistoren ist aber aus Gründen der Wirtschaftlichkeit in der Technologie anzustreben, wenn an den Aufbau von Vermittlungseinrichtungen in raumsparender Weise gedacht ist Die mfc der genannten Technik erreichbaren Durchlaßwiderstände liegen bei etwa 100 £1 Halbleiterschalter in Form von IG-Feldeffekttransistoren können mit dieser Technik in großer Zahl auf einem Halbleiterchip zusammengefaßt werden. Eine Teilmatrix mit 8 - 4 Koppelpunkten ist beispielsweise auf einer Chipfläche von etwa (3 · 3) mm² realisierbar. J5 Die gedrängte Anordnung der Bauelemente und Verbindungsleitungen macht Schwierigkeiten, das kapazitive und induktive Übersprechen benachbarter Verbindungen zu vermeiden.

Kapazitives Obersprechen läßt sich dann optimal

unterdrücken, wenn man Zeilen oder Spalten getrennt auf einem Chip integriert Hingegen bleibt das induktive

Obersprechen benachbarter Sprechwege noch zu

beseitigen.

Eine Koppelfeld-Anordnung zur breitbandigen Signal-Übertragung in Fernmeldeanlagen der eingangs genann ten Art, die auch weitgehend frei von kapazitivem Übersprechen ist, ist aus der DE-OS 21 56 626 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung haben die aus je einem Transistor bestehenden Trennverstärker einen hohen so Ausgangswiderstand und einen niedrigen Eingangswiderstand. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kollektorstrom eines Transistors am Eingang einer Teilmatrix durch einen Koppelpunkt der Teilmatrix fließt und den Emitterstrom eines Transistors am Ausgang der Teilmatrix bildet. Relativ große Signalstromänderungen verursachen dadurch nur sehr kleine Signalspannungen in den Teilmatrizen und auf den Zwischenleitungen. Hierdurch wird zwar das kapazitive Übersprechen unterdrückt und die Übertragungsbandbreite erheblich verbessert. Jedoch läßt sich durch den relativ hohen Signalstromfluß die induktive Verkopplung der Sprechkreise und ihre galvanische Verkopplung über gemeinsame Rückleitungen nicht in gewünschter Weise verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll das induktive Übersprechen benachbarter Sprechwege verhindert werden.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch t genannte Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprfichen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß einerseits durch die Quelle niedrigen Innenwiderstandes am Eingang einer Koppelfeldstufe eine hohe Grenzfrequenz der Signalübertragung und eine hohe kapazitive Obersprechdämpfung erzielt wird Andererseits bewirkt die Senke hohen Eingangswiderstandes, insbesondere wenn sie durch das Gate eines Feldeffekttransistors gebildet wird, neben der niedrigen Signalspannung einen sehr niedrigen Signaistrom, so daß induktive und galvanische Verkopplungen durch Sigrialströme praktisch vernachlässigbar sind

Durch Entzerrerverstärker in den Zwischenleitungen ist darüber hinaus verhältnismäßig leicht eine Korrektur von Dämpüingsverzerrungen möglich.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit den F i g. 1,2,3 und 4 näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 den Leitungsweg einer Verbindung durch das Sprechwegnetz einer in beiden Richtungen getrennt durchschaltenden (vierdrähtig erdunsymmetrisct) Fernsprech- oder Datenvermittlung,

Fig.2 den prinzipiellen Aufbau einer aus Teilmatrizen mit Trennverstärkern aufgebauten Stufe des Koppelfeldes,

F i g. 3 den Aufbau einer einzelnen Teümatrix,

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in MOS-Technik.

Die Anwendung einfacher Trennverstärker bedingt eine vierdrähtige Durchschaltung. Aus Gründen der Kostenersparnis ist dabei einem unsymmetrischen Betrieb der Vorzug zu geben.

Bezogen auf F i g. 1 gelangt die Signalspannung von einer Endstelle 1, bestehend aus einer Spannungsquelle Ei und dem Nachbildungswiderstand Zdes Ortskabels 2 mit dem Wellenwiderstand Z, über einen Trennübertrager 3 in die Gabelschaltung 4.

Von hier erreicht sie die erste Koppelfeldstufe 5, die wie die Koppelfeldstufen 6, 7 in Fig.2 im Detail dargestellt ist und aus Teilmatrizen besteht, die durch Verstärker voneinander entkoppelt sind.

Nach Durchlaufen der Koppelfeldstufen 5, 6, 7 kommt das Signal über die Gabelschaltung 8, über den Trennübertrager 12 und das Ortskabel 13, über den Nachbildungswiderstand Z zur Ends^lle 14 mit der Spannungsquelle E₂- Die Endstelle 14 ist in gleicher Weise über die Koppelfeldstufen 9, 10, 11 mit der Endsteile 1 verbunden.

Am Ausgang in den Späten der Koppelfeldstufen befinden sich die Verstärker 5', 6', T und 9', 10', 11', die evtl. für die Entzerrung des Frequenzganges dienen können.

In F i g. 2 ist der Aufbau einer einzelnen Koppelfeldstufe in einer matrixförmigen, aus beispielsweise η Zeilen und η Spalten bestehenden Anordnung von Teilmatrizen 211,212,... 2nn dargestellt.

Trennverstärker V211, V212,... V2n/iin den Zeilen und Trennverstärker VIl, V2i,... Vnn in den Spalten der matrixförmigen Anordnung entkoppeln die Teilmatrizen 211,212,... 2/v? voneinander.

Fig.3 zeigt den Aufbau einer einzelnen Teilmatrix. Diese besteht beispielsweise aus 8 · 4 in den Kreuzungspunkten von Zeilen und Spalten befindlichen Koppelpunkten 311, 312, ... 384, die insbesondere IG-Feldeffekttransistoren als aktive Bauelemente enthalten. Sowohl am Eingang jeder Zeile als auch am Ausgang

ίο

jeder Spalte liegen Trennverstärker 710, 720 bis 780 bzw, VOl, V02 bis 704,

Eine Teilmatrix mit m Zeilen, η Spalten würde analog λ Zeilenverstärker, η Spaltenverstärker und m · η Koppelpunkte enthalten.

Aufgrund ihrer Vorteile wird eine Steuerung des Koppelfeldes mittels eingeprägter Spannung gewählt Hierzu müssen die Verstärker einen hochohmigen Eingang und einen niederohmigen Ausgang besitzen. Sie werden als Impedanzwandler ausgeführt Beim Einschalten eines Koppelpunktes wird über die innerhalb einer Koppelfeldstufe im Verbindungszug liegenden Zeilentrennverstärker Steuerpotential an die im weiteren Verlauf des Verbindungszuges liegenden _ Spaltentrenn Verstärker gegeben, wodurch diese selbst ' eingeschaltet und als Impedanzwandler wirksam werden. Spaltenverstärker, die nicht im Verbindungszug liegen, bleiben ausgeschaltet und trennen nicht benutzte Teile der Spalten vom Verbindungszug hochohmig ab. Dies bewirkt eine Verminderung der kapazitiven Verkopplung durch nicht benutzte Teile der Spalten.

Die beschriebene Methode der Entkopplung garantiert, daß in jeder Koppelfejdstufe lediglicl. die jeweils benutzte Teilmatrix das Übertragungsverhalten bestimmt Alle anderen Teilmatrizen haben keinen Einfluß darauf.

Benutzt man die Zeilenverstärker derjenigen Teilmatrizen, die sich am Eingang einer Koppelfeldstufe, bzw. die Spaltenverstärker, die sich am Ausgang einer Koppelfeldstufe befinden, als Abschluß der Zwischenleitungen (Anpassung auf den Wellenwiderstand der Zwischenleitung), kann der Einfluß der Verdrahtung eliminiert werden. Finden außerdem Entzerrverstärker in den Zwischenieitungen (siehe F i g. ί: 5', 6', T sowie 9', 10', W) Verwendung, kann der Frequenzgang der Signalübertragung bis zu hohen Frequenzen geglättet und damit die obere Frequenzgrenze, welche durch die zulässigen Dämpfungsverzerrungen bestimmt ist, weiter angehoben werden.

Die Verwendung einer Signalübermittlung mit Hilfe eingeprägter Spannung innerhalb einer Koppelfeldstufe, indem mit niederohmiger Quelle auf hochohmige Senke gearbeitet wird, eliminiert die Dämpfung durch den Koppelpunktwiderstand im Durchlaßbetrieb. Da kein nennenswerter Stromfluß bei der Signalübertragung besteht werden induktive Verkopplungen der Sprechkreise und ebenso deren galvanische Verkopplung (über gemeinsamen Rückfluß) weitgehend vermieden. Die Verknüpfung von niederohmiger Signalquelle mit hochohmiger Senke wird sowohl in den Teilmatrizen mit Durchschaltstelle als auch in solchen, wo über leerlaufende Zeilen bzw. Spalten übertragen wird, angewendet. Hierdurch wird in den Teilmatrizen mit leerlaufenden Zeilen bzw. Spalten deren Leerlaufkapazitä'. (Eidkapazität der gesperrten Koppelpunkten in Zeilen bzw. Spalten) unwirksam gemacht. In den Spalten werden hierzu die Trennverstärker, weluhe zum Verbindungszug gehören, eingeschaltet und besitzen hochohmigen Eingang bei niederohmigem Ausgang. Die Spaltenverstärker in dem Teil der Spalte, welcher leerläuft und nicht zum Sprechweg gehört, sind abgeschaltet und besitzen hochohmigen Eingangs- und hochohmigen Ausgangswiderstand. Dadurch entkoppeln sie den leerlaufenden Spaltenteil vom Sprechweg.

In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in MOS-Techiiik dargestellt Hierbei erfolgt die Einschaltung der Spaltenverstärker über ein Steuerpotential U_s, von der Zeile her. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus einer

Koppelfeldstufe, einer Tcilmatrix gemäß F i g. 3 in Verbindung mit Trennverstärkern in den Zeileneingängen und an den Spaltenausgängen, sowie die Verknüpfung dieser Teilmatrix mit zwei weiteren, angedeuteten Teilmatrizen im Verlauf der Spalten. Ein durchgeschalteter Sprechweg 40 ist durch Pfeile markiert. Eine lnpedanzwandlerstufe 4t mit hochohmigem Eingangswiderstand /te 41 und niederohmiger Ausgangsinpedanz speist von der Zeile her über den durchgeschalteten Koppelpunkt 42 den Spaltenverstärker 43 mit hohem Eingangswiderstand Re 43. Die Steuerspannung U₁, der Zeile wird an das Gate des Verstärkers 43 gelegt und dieser somit eingeschaltet. An seinem Ausgang

erscheint wieder die Steuerspannung U₁₁, die weitere Spaltenverstärker aktiviert. Der rückwärtige Spaltenverstärker 44 wird nicht eingeschaltet, da die Steuerspannung Ut, an seinem Ausgang anliegt, nicht aber an seinem Gate. Voraussetzung ist, daB in einer Spalte nur ein Koppelpunkt durchgeschaltet wird. Der nicht aktivierte Verstärker 44 hat einen hochohmigen Ausgangswiderstand, wenn der Widerstand Ra 44 groß gegen die Ausgangsimpedanz des aktivierten Verstärkers 43 gemacht wird. Der abgeschaltete Verstärker 44 trennt den Spaltenteil, der für den Sprechweg nicht benutzt wird, ab.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Kopp„lfeld-Anordnung zur breitbandigen Signalübertragung in Fernmeldeanlagen fürVierdrabtbetrieb, die aus einzelnen durch Zwischenleitungen miteinander verbundenen Stufen besteht, bei der die einzelnen Stufen des Koppelfeldes aus durch Trennverstärker voneinander entkoppelten Teilmatrizen aufgebaut sind und zwischen die aus den Teilmatrizen aufgebauten Stufen des Koppelfeldes Trennverstärker eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragung innerhalb einer Koppelfeldstufe mit eingeprägter Spannung vorgenommen und in dieser Form von einer Quelle niederen Innenwiderstandes über den geschalteten Verbindungsweg zu einer Senke hohen Eingangswiderstandes geleitet wird.

   Z Koppelfeld-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenleitungen, die die einzelnen Koppelfeldstufen miteinander verbinder*. Verstärker enthalten, durch die der Frequenzgang korrigierbar ist.

   3. Koppelfeld-Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Halbleiterschaltern in Feldeffekttransistor-Technologie mit relativ hohen Durchlaßwiderständen (Größenordnung 100 Ohm), die auf Halbleiterchips zu einer Teilmatrix integriert sind.

   4. Koppelfeld-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennverstärker für jede Teilmatrix zusammen mit dem Koppelvielfach auf einem Halbleiterchip, insbesondere in Feldeffekttransistor-Technologie, vereinigt sind.

   5. Koppelfeld-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Teilmatrix zugehörigen Trennverstärker ,n Abhängigkeit von der Koppelfeldsteuerung ein- und ausschaltbar gemacht werden und damit zur Abtrennung nicht benutzter Teilstücke von Zeilen und Spalten verwendet werden.

   6. Koppelfeld-Anordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennverstärker in den Spalten einer Koppelfeldstufe von den im Verbindungszug des Sprechweges liegenden Zeilenverstärkern mit Steuerpotential versorgt werden derart, daß nur die zum Sprechweg benötigten Spaltenverstärker eingeschaltet werden.