DE2255972A1 - Schaltungsanordnung fuer den uebergang von zwei- auf vierdrahtbetrieb fuer fernmelde-, insbesondere fernsprechvermittlungsanlagen - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer den uebergang von zwei- auf vierdrahtbetrieb fuer fernmelde-, insbesondere fernsprechvermittlungsanlagenInfo
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Description
Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart
J.S. Colardelle et al 7-19-34
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Schaltungsanordnung für den übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb
für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für den übergang
von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb mit einem an eine symmetrische Teilnehmeranschlußleitung angeschlossenen Zweidraht
anschluß, einem unsymmetrischen abgehenden Vierdrahtanschluß,
einem unsymmetrischen ankommenden Vierdrahtanschluß und mehreren, entweder als Spannungsverstärker oder als Urstromquelle
betriebenen Differenzverstärkern, wobei diese Vierdrahtanschlüsse mit einem Koppelnetz verbunden sind und
über diese Vierdrahtanschlüsse modulierte Ströme sendbar sind, für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits vorgeschlagen
worden (P 22 50 859.4, entspricht der französischen Patentanmeldung P 71 37 599). Diese Schaltungsanordnung ist insbesondere
für die Verwendung in solchen Verraittlungsanlagen angepaßt,
die Koppelfelder mit elektronischen Koppelpunkten verwenden, deren Widerstände im Durchs ehalt zustand riicht ver-
13.11.1972
Krü/Mr
Krü/Mr
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nachlässigbar sind. In solchen Koppelfeldern, beispielsweise gemäß dem französischen Patent 1 555 813 (^ P 18 13 580.3)
und gemäß dem französischen Zusatzpatent 69 44 164 (ftp 20 6l 990.3),
werden ale Koppelpunkte MOS-Transistoren verwendet. Die Anpassung wird durch die Anwendung einer Stromsteuerung erreicht,
bei der der Wert des Stromes unabhängig vom Belastungswiderstand, d.h. von den im Verbindungsweg liegenden Widerständen, ist.
Diese bekannte Schaltungsanordnung arbeitet bereits mit elektronischen Mitteln.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung für den übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb der
eingangs genannten Art zu schaffen, die sich einfacher ausführen läßt. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
a) die Teilnehmeranschlußleitung an ihren Gleichstromeinspeisepunkten
durch Kondensatoren vom Zweidrahtanschluß getrennt ist,
b) im ankommenden Vierdrahtzweig ein erster integrierter
Differenzverstärker, der mittels eines Widerstandes vom Wert R gegengekoppelt ist und den am Vierdrahtanschluß
ankommenden Datenstrom in eine Spannung mit gegenüber dem Datenstrom entgegengesetzter Phase umwandelt, ein nachgeschalteter
zweiter integrierter Differenzverstärker, der an seinen Ausgang eine gegenüber seinem Eingang gleich
große, aber entgegengesetzte Phase aufweisende Spannung abgibt, und zwei gleich große Widerstände angeordnet sind,
von denen der eine zwischen dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers und der einen Ader des Zweidrahtanschlusses und
der andere zwischen dem Ausgang des ersten Differenzver stärkers und der anderen Ader des Zweidrahtanschluaees liegt,
309821/0810 "'"
_ χ ■■»
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c) im abgehenden Vierdrahtzweig ein dritter integrierter Differenzverstärker mit der Verstärkung 1, der mit seinen
Eingängen über hochohmige Widerstände an den Zweidrahtanschluß angeschlossen ist und an seinem Ausgang ein unsymmetrisches
Signal abgibt, und ein nachgeschalteter, vierter integrierter Differenzverstärker angeordnet sind,
der mit seinem invert-ierenden Eingang an den Ausgang des dritten Differenzverstärkers und mit seinem nicht invertierenden
Eingang an eine Ader des abgehenden VierdrahtanschluSes
angeschlossen ist und der als Urstromquelle arbeitet,und j
d) der nicht invertierende Eingang des dritten Differenzverstärkers
über einen weiteren Widerstand mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers verbunden ist und damit
die Spannung am Ausgang des dritten Verstärkers 0 ist, wenn am ankommenden Vierdrahtanschluß ein Signal auftritt·
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für einen Spannungsverstärker mit einem monolithisch integrierten Differenzverstärker-(Operationsverstärker),
Fig. 2 eine ähnliche Schaltungsanordnung mit einem Gegenkopplungskreis
und
Fig· 3 eine Schaltungsanordnung für den übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb gemäß der Erfindung.
Vor der Beschreibung der Schaltungsanordnung für den übergang
von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb sei zunächst in Verbindung mit den Fig.l und 2 an die Hauptmerkmale eines monolithisch inte-
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grierten Differenzverstärkers mit seiner sehr hohen Leerlaufverstärkung
erinnert.
In Fig.l weist der Spannungsverstärker einen integrierten
Differenzverstärker Q mit einem Eingang 1 (invertierender Eingang), einem Eingang 2 (nicht invertierender Eingang)
und einem Ausgang 3 und ferner ein Gegenkopplungsnetzwerk mit Widerständen Ra, Rb auf. Eine Eingangsspannung Va ist
an den Widerstand Ra gelegt, und die Schaltunsanordnung gibt an ihren Ausgang eine Ausgangsspannung Vs ab. Im folgenden
wird mit Vn das Potential am Eingang 1 des Verstärkers bezeichnet. Da der Eingangsscheinwiderstand des Differenzverstärkers
Q sehr groß ist (im allgemeinen höher als mehrere Kiloohm) fließt praktisch kein Eingangsstrom. Daher ist
etwa ia+ib=O. Man kann dann schreiben:
Va-Vn Vn-Vs
Ra Rb .
Ra Rb .
Da die Leerlaufverstärkung ßo sehr hoch ist, ist VnA0,
d.h., daß der Eingang 1 augenscheinlich auf Erde liegt. Aus der vorhergehenden Gleichung wird dann:
5a "if oder als absoluter Werfc Bc=vf = I
Die Kurzschlußstromverstärkung Bc ist dann gleich dem Verhältnis der Widerstände Rb und Ra.
In Fig.2 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, die mit einem
Gegenkopplungsnetzwerk Ra, Rb und mit einem Mitkopplungsnetzwerk Rc, Rd versehen ist. In diesem Fall befinden sich die
Eingänge 1 und 2 praktisch auf demselben Potential Vn, welches aber nicht 0 ist. Die Ströme sind wie im vorhergehenden Fall
festgelegt, wie es noch im Laufe der Beschreibung zu sehen ist.
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- 5 J.3. Colardelle et al 7-19-34
Die Fig.3 zeigt eine Schaltungsanordnung LC gemäß der Erfindung, über die eine symmetrische Leitung mit der an Anschlüsse
A, B angeschlossenen Impedanz RL mit einer unsymmetrischen ankommenden und abgehenden Leitung oder mit
einem vieradrigen Koppelfeld verbunden werden kann, welches an Anschlüsse CD angeschlossen ist.
Auf der Vierdrahtseite sind Widerstände Rds dargestellt, die
von
den Widerstand MOS-Transistoren symbolisieren, welche als Koppelpunktelemente im Koppelfeld verwendet werden. Die mit "M" und "N" bezeichneten Doppelpfeile geben die Übertragungsrichtung der Signale auf der unsymmetrischen Vierdrahtseite an.
den Widerstand MOS-Transistoren symbolisieren, welche als Koppelpunktelemente im Koppelfeld verwendet werden. Die mit "M" und "N" bezeichneten Doppelpfeile geben die Übertragungsrichtung der Signale auf der unsymmetrischen Vierdrahtseite an.
Die an die Anschlüsse A und B angeschlossene symmetrische
Leibung wird von Spannungsquellen +1UJ-V mit der Spannungsdifferenz
2V über Stromversorgungszweipole 1Pl und P2 gespeist.
Diese Stromversorgungsdipole sind bereits vorgeschlagen worden (P 22 32 986.8, entspricht der französischen
Patentanmeldung 71 25 013); sie entkoppeln die verschiedenen Leitungen hinsichtlich der Kopplung über die Stromversorgungsquellen und schützen die Stromversorgungsquellen gegen Kurzschlüsse
auf der Leitung. Von dieser Gleichstromversorgung sind die anderen Elemente der Schaltungsanordnung LC durch
Kondensatoren Cl und C2 getrennt. Diese anderen Elemente der
Schaltungsanordnung LC sind:
1. integrierte Differenzverstärker Ql, Q2, Q3, Q4, die in bekannter
Weise durch zwei gleiche und entgegengesetzt gerichtete Spannungen gespeist werden; die Stromversorgungsquellen selbst sind in der Fig.3 nicht dargestellt;
2, Widerstände Rl bis R14, deren Werte in Klammern angegeben
sind; man erkennt, daß diese Werte von zwei Grundwerten R und R? abgeleitet sind; es ist gewählt worden: R
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- 6 J.S. Colardelle et al 7-19-34
beispielsweise R'=10kXii und R=OOO^ ; der Nennwert des
Widerstandes RL ist 600 Λ .
Die Schaltungsanordnung LC ist für folgende Punktionen vorgesehen:
1. die Übertragung der an den Anschlüssen A, B der Leitung auftretenden
Informationen in Richtung des Ausgangs C (übertragungsrichtung M), wobei ein Nebensprechen auf der mit dem
Anschluß D verbundenen Ader η zu vermeiden ist;
2, die übertragung von Informationen von der Ader η auf die
Anschlüsse A, B, wobei ein übersprechen auf die mit dem Anschluß
C verbundene Ader m zu vermeiden ist.
Es ist zu erkennen, daß diese Informationen durch eine Spannungsmodulation auf der Seite der TeiLnehmeranschlußleitung und durch
eine Strommodulation auf den Adern m und η dargestellt sind.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung LC für jede übertragungsrichtung beschrieben, ohne daß jeweils
auf die Einflüsse in der anderen übertragungsrichtung eingegangen wird.
1. übertragungsrichtung N
Für die Übertragung in Richtung N werden die Differenzverstärker Ql, Q2 benötigt. Wie vorher erwähnt,ist die zur Schaltungsanordnung
LC gelangende Information ein Strom i, der dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Ql zugeführt wird.
Da dieser Differenzverstärker keinen Strom verbraucht, fließt durch den Widerstand RIO der Strom i, und die Ausgangsspannung
am Punkt E beträgt V3=-Ri.
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J.S. Colardelle et al 7-19-31»
Diese Spannung wird teilweise über einen Widerstand RlM an
einen Anschluß A1 angelegt, während ein anderer Tei]|der
Spannung zum Differenzverstärker Q2 gelangt, der als Spannungsverstärker
arbeitet. Die Verstärkung dieses Differenzverstärkers Q2 ist durch das Verhältnis von Widerständen RIl
und R12 gegeben; die Verstärkung ist 1, so daß die Ausgangsspannung am Punkt F beträgt: V3=Rd.
Es ist zu erkennen, daß die an den Eingang D angelegte Information
(der Strom i) an den Anschlüssen E und F mit gleicher Spannung und entgegengesetzer Phase und mit dem Absolutwert R«i
auftritt. Da zwei Widerstände R139 RlM einen gleichen Wert
von R/2 haben, und da der Widerstand RL einen Nennwert R-hat, ist zu erkennen, daß die Anschlüsse A, B symmetrisch
R·i R·τ
durch zwei Spannungen Vl=—^=- (Anschluß A) und V2-+
(Anschluß B) beaufschlagt sind. Die auf die Teilnehmeranschlußleitung übertragene Information hat dann einen Spannungswert VLl=R*i ...(D
2. Übertragungsrichtung M
Für die übertragung in der Richtung M werden die Differenzverstärker
Q3 und Q1I benötigt. Die der Schaltungsanordnung LC zugeführte
Information ist eine Spannung VL2, die symmetrisch über die Leitung mit der Impedanz RL eingespeist wird. Diese
Spannung wird teilweise den Eingängen A1 und B1 auf der Zweidrahtseite
zugeführt, die in Verbindung mit Widerständen Rl, R2, R3, R5 und mit dem Differenzverstärker Q3 stehen, während
ein anderer Teil den Widerständen Rl1I und R13 zugeführt wird,
deren andere Enden auf Massepotential liegen, wenn kein Signal in der Richtung M empfangen wird. Die durch die Schaltungsanordnung
LC gebildete Impedanz an den Punkten A, B hat dann einen Wert R, dessen Mittelabgriff an Masse liegt.
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- 8 J.S.Colardelle et al 7-19-31I
Daraus ergibt sich, daß der Zweidrahtanschluß A·, B1 gleiche
Spannungen mit entgegengesetzer Phase und mit einem Absolutwert VL2/2 erhält, die mit -Vl und +V2 bezeichnet sind.
Alle an den Differenzverstärker Q3 angeschlossenen Widerstände
haben den gleichen Wert R1, so daß die Summe der Ströme am
nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Q3 folgender Summe von Spannungen entspricht:
VG=V2+V3-V1 · . ...(2)
Vl, V2, V3 sind die Spannungen an den Anschlüssen A1, B·, E.
Für die Arbeitsweise in der übertragungsrichtung M sei angenommen,
daß die Spannung am Punkt ΕΛ ist, d.h.: V3=0.
Es ist bereits erwähnt worden, daft die Spannungen Vl und V2 den gleichen Wert und entgegengesetzte Phase haben, so daß
die Spannung im Punkt G ist:
VG=VL2 ,..(3)
Diese Spannung VG wird einer Urstromquelle zugeftihrt, die aus
den Gliedern Qi, R6, R7, R8, R9 besteht, wobei alle Widerstände
den gleichen Wert R haben. Die Gleichung für den Gegenkopplungsstrom
ist dann folgendermaßen:
VC-VH VH-VT
β ^- .
β ^- .
Wenn mit i der in der Ader m fließende Strom bezeichnet wird,
dann ist die Gleichung für den Mitkopplungsstrom folgendermaßen :
VC-VT. . VC
l
l
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J.S. Colardelle et al 7-19-32J
Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich: i=-|p ,* weil ......
VH=VC ist. Der durch die Urstromquelle in der Ader M erzeugte Strom ist dann unabhängig vom Widerstand dieser
Leitung und ist direkt proportional der durch den Differenzverstärker Q3 eingespeisten Spannung. Weil VG=VLS (Gleichung 3)
ist, ergibt sich:
VL2=Rd " ... (1O
Diese Gleichung ist identisch mit der Gleichung (l), die
sieh auf die übertragungsrichtung N bezieht. Es ist daher
zu erkennen, daß bei der Verbindung der Ader m der Schaltungsanordnung LC mit einer Ader ri einer anderen Schaltungsanordnung
(LC) und bei der entsprechenden Verbindung der Ader η
einer Ader m ;
der Schaltungsanordnung LC mit deiner anderen Schaltungsanordnung (LC1) die Information in beiden Richtungen zwischen
den zwei Teilnehmeranschlußleiturigen übertragen werden/ohne
daß eine Einfügungsdämpfung entsteht.
Außerdem ist zu erkennen, daß auf den Adern m und η kein Pölarisätionsgleichstrom erforderlich ist. Es sind nämlich:
1. die Verstärker ^l und Q2J in Bezug auf Masse durch die
gleichen und entgegengesetzt gerichteten Spähnuhgen veraorgt, so daß beim nicht Vorhandensein von iriformatiorissignalen
die Adern m, η auf Mässepötential liegen*
2. die die MOS-Transistoren symbolisierenden Widerstände Rds nicht völlig symmetrisch, sondern diese Transistoren siiid
dann dauernd leitend, wenn beispielsweise die Steuerelektrode eines η-leitenden Transistors eine positivere Vorspannung
atls die poitivste Spannung an der Drain-Elektrode oder dar
Source-Elektrode vorgespannt ist.
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- 10 J.S. Colardelle et al 7-19-31I
Im folgenden werden die Einwirkungen der einen übertragungsrichtung
auf die andere übertragungseinrichtung angegeben.
3. Reflexionen der in Richtung N übertragenen Signale auf die Richtung M
Bei der Prüfung der Anordnung ist zu erkennen, daß die in Richtung N übertragenen und an den Punkten A1 und B1 auftretenden
Signale nicht nur der Leitungsimpedanz RL1 sondern ebenfalls
dem Differenzverstärker Q3 zugeführt werden, über den
die Signale in Richtung M laufen. Die Signale Vl=-R*i/2 und
V2=+R»i/2 (angelegt an A' und B1) scheinen dann der Richtung
M zuzugehören. Trotzdem wird eine Spannung V3s-R«i über
den Widerstand R3 an den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers Q3 angelegt, so daß gemäß der Gleichung
(2) VG=O ist, d.h., daß der die Ader m durchfließende Strom 0 ist.
Es ist dann zu erkennen, daß ein Strom Über die Ader η fließt
und la© Potentialänderung am Punkt E keinen Strom Über die
Ader ra erzeugen kann. Es ist auch erkennbar, daß der abgeleitete
Strom in den Widerständen Rl, R2 und R3 vom Wert R1
gegenüber dem zum Lastwiderstand RL übertragenen Strom vernachlässigbar
ist.
4. Reflexionen der in Richtung M übertragenen Signale auf die
Richtung N
Die von der Teilnehmeranschlußleitung (Punkte A1, B1) kommende
Spannung VL2 wird einem den Differenzverstärker Q3 enthaltenden Schaltungsteil zugeführt, während ein anderer Teil dieser
Spannung zum Punkt E gelangt. Wie erwähnt worden ist, liegen die Punkte E und F auf Massepotential, wenn kein Signal in
der Richtung N vorliegt. Ein über die Ader m fließender Strom kann dann keinen Üb er ^ieAdejrir fließenden Stüom erzeugen.
0RK31NAL INSPECTED
Claims (2)
- J.S.Colardelle et al 7-19-34
PatentansprücheSchaltungsanordnung für den übergang von Zwei- auf Vierdrahtbetrieb mit einem an öine symmetrische Teilnehmeranschlußleitung angeschlossenen Zweidrahtanschluß, und einem unsymmetrischen abgehenden Vierdrahtanschluß, einem unsymmetrischen ankommenden Vierdrahtanschluß und mehreren entweder als Spannungsverstärker oder als ürstromquelle betriebenen Differenzverstärkern, wobei diese Vierdrahtanschlüsse mit einem Koppelnetz verbunden sind und über diese Vierdrahtanschlüsse modulierte Ströme sendbar sind iür Fernmelde-, insbesondere Pernsprechvermittlungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daßa) die Teilnehmeranschlußleitung (A, B) an ihren Gleiehstromeinspeisepunkten durch Kondensatoren (Cl, C2) vom Zweidrahtanschluß (A1, B1) getrennt ist,b) im ankommenden Vierdrahtzweig ein erster integrierter Differenzverstärker (Ql), der mittels eines Widerstandes (RIO) vom Wert R gegengekoppelt ist und den am Vierdrahtanschluß (n) ankommenden Datens.trom (i) in eine Spannung (V3) mit gegenüber dem Datenstrom entgegengesetier Phase umwandelt, ein nachgeschalteter zweiter integrierter Differenzverstärker (Q2), der an seinen Ausgang (P) eine gegenüber seinem Eingang (E) gleich große, aber entgegengesetzte Phase aufweisende Spannung (V13) abgibt, und zwei gleich große Widerstände (R13, Rl *0 angeordnet sind, von denen der eine (R13) zwischen dem Ausgang (P) des zweiten Differenzverstärkers und der einen Ader (B') des Zweidrahtanschlusses und der andere (R14) zwischen dem Ausgang (E) des ersten Differenzverstärkers und der anderen Ader (A1) des Zweidrahtans'chlusses liegt,30 982 1/08 10 ■ =_ 12 _ 7255972J.S. Colardelle et al 7-19-34c) im abgehenden Vierdrahtzweig ein dritter integrierter Differenzverstärker (Q3) mit der Verstärkung Eins, der mit seinen Eingängen über hochohmige Widerstände (Rl, R2) an den Zweidrahtanschluß (A', B1) angeschlossen ist und an seinen Ausgang (G) ein unsymmetrisches Signal abgibt, und ein nachgeschalteter,vierter integrierter Differenzverstärker (Q1O angeordnet sind, der mit seinem invertierenden Eingang (H) an den Ausgang (Q) des dritten Differenzverstärkers und mit seinem nicht invertierenden Eingang (C) an eine Ader (m) des abgehenden Vierdrahtanschlusses angeschlossen ist und der als Urstromquelle arbeitet, undd) der nicht invertierende Eingang des dritten Differenzverstärkers (Q3) über einen weiteren Widerstand (R3) mit dem Ausgang (E) des ersten Differenzverstärker (Ql) verbunden ist und damit die Spannung am Ausgang (Q) des dritten Verstärkers (Q3) Null ist, wenn am ankommenden Vierdrahtanschluß (D) ein Signal auftritt. - 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Differenzverstärker (Q1O mit einem Gegenkopplungsnetzwerk (R7, R9) versehen ist,und daß der auf der Vierdrahtseite abgehende Strom dem Verhältnis der am invertierenden Eingang dieses Differenzverstärkers angelegten Spannung zu dem zwischen diesem Eingang und dem Ausgang (G) des dritten Differenzverstärkers liegenden Widerstand (R6) entspricht.309821/0810L e e r -s e j t e
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