DE2411871B1 - Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Femmeldeanlagen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in FemmeldeanlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen
in Fernmeldeanlagen mit Hilfe auf der einen Seite der Trennstelle signalgesteuerter hochfrequenter Schwingungen,
die auf der anderen Seite der Trennstelle durch Gleichrichtung zur Wiedergabe der Signale ausgewertet
werden.
Eine Schaltungsanordnung mit einem im wesentlichen entsprechenden Funktionsprinzip ist beispielsweise
durch die DT-AS 20 50 994 bekannt. Sie arbeitet derart, daß an der Trennstelle ein Übertrager mit
hochfrequenten Schwingungen gespeist wird, wobei dieser Übertrager durch ein ankommendes Gleichstromsignal
über ein Schaltelement auf der einen Seite der Trennstelle an einer ersten Übertragerwicklung in
einen Dämpfungszustand versetzt wird, der über eine zweite Übertragerwicklung zur Kennzeichnung des
Gleichstromsignals auf der anderen Seite der Trennstelle ausgewertet wird. Eine dritte Übertragerwicklung
dient zur Speisung des Übertragers aus einem Hochfrequenzgenerator. Die Kennzeichnung des
Gleichstromsignals erfolgt durch die Ansteuerung eines Transistors mit den an der zweiten Übertragerwicklung
erscheinenden Halbwellen der hochfrequenten Schwingungen. Der Transistor wird dadurch während der
Signaldauer in einen definierten Schaltzustand gebracht, der als Signal auswertbar ist.
Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Übertragung von Gleichstromsignalen besteht darin, einen Übertrager
zu verwenden, der die Ein- und Ausschaltvorgänge der Gleichstromsignale überträgt und somit impulsartige
Signalnachbildungen ermöglicht. Die Beseitigung der dabei auftretenden Signalverzerrungen erfordert jedoch
einen hohen schaltungstechnischen Aufwand.
Außerdem ist es möglich, einen Übertrager zur Übertragung von Gleichstromsignalen aus einem
besonderen Generator mit hochfrequenten Schwingungen zu speisen, die entsprechend den Gleichstromsigna-Ien
auf der Primärseite gesteuert werden und auf der Sekundärseite nach Gleichrichtung wieder ein Gleichstromsignal
liefern, welches dem zugeführten Gleichstromsignal entspricht. Mit solchen Schaltungen sind
jedoch infolge des Anschwingverhaltens des Hochfre-
quenzgenerators in Verbindung mit dem Übertrager die Übertragungsgeschwindigkeiten auf relativ niedrige
Werte begrenzt. Zur Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit können auch Beschleunigungsschaltungen
vorgesehen sein, die das Anschwingverhalten eines Generators verbessern, jedoch auch den Aufwand
erhöhen.
Durch die DT-AS 12 44 242 ist eine Anordnung zur Übertragung von Gleichstromsignalen bekannt, die mit
einem rückgekoppelten Generator arbeitet und Impulskombinationen in Rechteckströme oder Sinusströme
umsetzt, wobei gleichfalls eine Wiedergleichrichtung nach Umsetzung angewendet wird. Diese Anordnung
arbeitet mit einem Übertrager, in dem hochfrequente Schwingungen unter Zuhilfenahme eines Verstärkers
erzeugt werden und bei dem auf der Primärseite eine Steuerung durch die Gleichstromsignale erfolgt, so daß
auf der Sekundärseite nach Gleichrichtung der Schwingungen wieder ein Gleichstromsignal zur Verfügung
steht. Dabei bewirkt das Gleichstromsignal auf der Primärseite durch unterschiedliche Dämpfung ein
Einsetzen bzw. Aussetzen der Schwingungen.
Die bekannten Möglichkeiten zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen haben die
gemeinsamen Nachteile eines erforderlichen zusätzlichen Generators mit zugehöriger Stromversorgung, der
begrenzten Übertragungsgeschwindigkeit und der nur beschränkt möglichen analogen Wiedergabe des Signalverlaufs
hinter der Trennstelle. Außerdem ist immer eine besondere Spannung erforderlich, die durch die
über die Trennstelle übertragenen Kriterien zur Signalnachbildung gewissermaßen gesteuert wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, durch die die Übertragung analoger
oder digitaler Signale über Trennstellen unter geringstmöglichem Aufwand ohne zusätzlichen Generator mit
zugehöriger Stromversorgung bei hoher Übertragungsgeschwindigkeit möglich ist und eine möglichst genaue
Signalnachbildung ohne eine besondere zu schaltende Spannung erfolgt.
Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß
derart ausgebildet, daß ein abhängig von der Signalpolarität durch die Signale betriebener Oszillator für die
hochfrequenten Schwingungen in induktiver Kopplung und in Leistungsanpassung bezüglich eines entsprechend
den wiederzugebenden Signalen abgeglichenen Lastwiderstandes eine Gleichrichterschaltung speist.
Eine Schaltungsanordnung dieser Art arbeitet also derart, daß ein Oszillator mit seinen Induktivitäten
gewissermaßen den Übertrager an der Trennstelle bildet. Dieser Oszillator wird mit der Spannung der über
die Trennstelle zu übertragenden Signale betrieben und nicht etwa nur gesteuert Eine besondere Wicklung des
zum Oszillator gehörenden Übertragers dient zur Abnahme der vom Generator während eines jeden
Signals erzeugten Schwingungen. Wenn diese Schwingungen nun gleichgerichtet werden und der dabei
erhaltene Gleichstrom einem Lastwiderstand mit Ladekondensator zugeführt wird, so fällt an diesem eine
Signalspannung ab, deren Verlauf dem Verlauf der Eingangssignale entspricht, da deren Amplitude die
Amplitude der jeweils erzeugten Schwingungen bestimmt. Es ist somit möglich, analoge und digitale
Spannungssignale über eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung zu übertragen.
Die Leistungsanpassung des Oszillators an den Lastwiderstand ist erforderlich, um im Hinblick auf
niedrige Signalspannungen einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten. Dieser kann Werte
erreichen, die bei etwa 80 % liegen. Außerdem bringt die Anpassung an den Lastwiderstand eine hohe
Dämpfung mit sich, wodurch das An- und Ausschwingverhalten des Oszillators begünstigt wird. Die gesamte
Schaltungsanordnung kann mit einem kleinen Ringkern für den Oszillator innerhalb eines Volumens von etwa
20 χ 10 χ 10 mm untergebracht werden, diese Größe stellt im Vergleich zu anderen Komponenten der
Signalübertragungstechnik ein Optimum dar. Die Schaltung kann z. B. in einen Gerätestecker eingebaut
werden.
Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung ermöglicht je nach Wahl der Hochfrequenz Signalübertragungsgeschwindigkeiten
bis zu 9600 Bd, was einer Schwingfrequenz von etwa 1 MHz entspricht. Dies ergibt sich auch aus der Tatsache, daß die Schaltungsanordnung
durch die Signalspannungen selbst betrieben und nicht etwa gesteuert wird und daß Anschwingschwierigkeiten
der Oszillatorschaltung nicht zu befürchten sind, weil kein besonderer Übertrager mit
hohen Induktivitäten vorhanden ist und alle Komponenten des Oszillators Hochfrequenzbauteile sein können.
Um einen hohen Wirkungsgrad und hohe Schwingungsamplituden zu sichern, ist der Oszillator zweckmäßig
mit einem hohen LC-Verhältnis aufgebaut.
Mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind dadurch, daß die Signalspannung als Betriebsspannung
für den Oszillator verwendet wird, bei nur einem Oszillator naturgemäß nur Signale einer vorgegebenen
Polarität übertragbar. Sollen Doppelstromsignale mit wechselnder Stromrichtung übertragen werden, so sind
in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens zwei Oszillatoren erforderlich, deren erste Induktivitäten
unterschiedlichen Polaritäten der Eingangssignale zugeordnet sind und deren Auskopplungswicklungen über
jeweils einen Gleichrichter mit einem ihnen gemeinsamen Lastwiderstand verbunden sind.
Mit einer derartigen Schaltungsanordnung ist es möglich, die beiden Eingangsstromkreise abwechselnd
mit den Signalen der einen bzw. der anderen Polarität zu betreiben. Der jeweils zugeordnete Oszillator wird dann
wirksam und erzeugt eine hochfrequente Schwingung, die nach Gleichrichtung auf der Sekundärseite eine
Gleichspannung ergibt. Durch geeignete Verkopplung von Lastwiderständen lassen sich somit in einem
Stromkreis die Doppelstromsignale wieder darstellen.
Eine Schaltungsanordnung der vorstehend genannten Art ist zweckmäßig derart weiter ausgebildet, daß die ersten Induktivitäten der Oszillatoren in gleichartig aufgebauten Stromkreisen unterschiedlicher Stromrichtungsabhängigkeit angeordnet sind, die einander paral-IeI geschaltet sind. Somit ist es möglich, einen einzigen Signaleingang vorzusehen, wobei abhängig von der Polarität der Signale entweder der eine oder der andere Oszillator wirksam geschaltet wird.
Eine Schaltungsanordnung der vorstehend genannten Art ist zweckmäßig derart weiter ausgebildet, daß die ersten Induktivitäten der Oszillatoren in gleichartig aufgebauten Stromkreisen unterschiedlicher Stromrichtungsabhängigkeit angeordnet sind, die einander paral-IeI geschaltet sind. Somit ist es möglich, einen einzigen Signaleingang vorzusehen, wobei abhängig von der Polarität der Signale entweder der eine oder der andere Oszillator wirksam geschaltet wird.
Die Schaltungsanordnung für Doppelstromsignale kann sehr vorteilhaft derart ausgebildet sein, daß jeder
Gleichrichter einerseits mit einem Wicklungsende der jeweiligen Auskopplungswicklung, andererseits mit der
Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors in Reihe geschaltet ist und daß ein beiden Gleichrichtern
gemeinsamer Lastwiderstand an die Verbindungspunkte jeweils des einen Transistors mit dem anderen
Wicklungsende der anderen Auskopplungswicklung angeschaltet ist
Bei dieser Schaltungsanordnung sind die aus der jeweiligen Gleichrichtung erhaltenen Gleichspannungen an einem gemeinsamen Lastwiderstand zusammengeführt, und zwar derart, daß der dem jeweiligen Gleichrichter nachgeschaltete Transistor und das freie Wicklungsende der jeweiligen Auskopplungswicklung Ausgänge bilden, die den Ausgängen der jeweils anderen, gleichartigen Anordnung parallel geschaltet sind. Diese Art der Zusammenführung der positiven und der negativen Signalanteile bei gleichzeitiger optimaler Leistungsanpassung zwischen den beiden Oszillatoren und dem gemeinsamen Lastwiderstand führt zu einer weiteren Verringerung des Schaltungsaufwandes, der entstehen würde, wenn man die beiden Signalanteile sekundärseitig auf andere Weise zusammenführen würde. Die Transistoren, die den Gleichrichtern nachgeschaltet sind, haben die Funktion von Ventilen und verhindern, daß die jeweilige negative bzw. positive Spannung, die an dem gemeinsamen Lastwiderstand auftritt, über den jeweils anderen Gleichrichter in der beschriebenen Parallelschaltung kurzgeschlossen wird.
Bei dieser Schaltungsanordnung sind die aus der jeweiligen Gleichrichtung erhaltenen Gleichspannungen an einem gemeinsamen Lastwiderstand zusammengeführt, und zwar derart, daß der dem jeweiligen Gleichrichter nachgeschaltete Transistor und das freie Wicklungsende der jeweiligen Auskopplungswicklung Ausgänge bilden, die den Ausgängen der jeweils anderen, gleichartigen Anordnung parallel geschaltet sind. Diese Art der Zusammenführung der positiven und der negativen Signalanteile bei gleichzeitiger optimaler Leistungsanpassung zwischen den beiden Oszillatoren und dem gemeinsamen Lastwiderstand führt zu einer weiteren Verringerung des Schaltungsaufwandes, der entstehen würde, wenn man die beiden Signalanteile sekundärseitig auf andere Weise zusammenführen würde. Die Transistoren, die den Gleichrichtern nachgeschaltet sind, haben die Funktion von Ventilen und verhindern, daß die jeweilige negative bzw. positive Spannung, die an dem gemeinsamen Lastwiderstand auftritt, über den jeweils anderen Gleichrichter in der beschriebenen Parallelschaltung kurzgeschlossen wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung
für Einfachstromsignale und
F i g. 2 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung
für Doppelstromsignale.
In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur Übertragung
von Einfachstromsignalen über eine Trennstelle dargestellt, diese Schaltungsanordnung hat Eingangsklemmen 1, 1' und Ausgangsklemmen 2, 2'. Die
Eingangsklemmen 1, Γ bilden praktisch die Betriebsspannungsklemmen
eines Oszillators für hochfrequente Schwingungen, der als aktives Element einen Transistor
9 enthält. Ferner sind zwei Induktivitäten 5 und 6 dargestellt, die zusammen mit einem Kopplungskondensator
8 einen Rückkopplungsgenerator vervollständigen. Über einen Widerstand 4 wird das Basispotential
für den Arbeitspunkt des Transistors 9 aus der Signalspannung abgeleitet. Parallel zu den Eingangsklemmen 1,Γ ist ferner eine Kapazität 3 vorgesehen, die
die Induktivität 6 einseitig bezüglich der Hochfrequenzschwingung auf Nullpotential legt und verhindert, daß
die durch den Oszillator erzeugten hochfrequenten Schwingungen rückwärts auf die angeschlossene Lei-
tung übertragen werden.
Der Oszillator hat eine Auskopplungswicklung 7, die mit einem Gleichrichter 10 verbunden ist. Hinter dem
Gleichrichter 10 ergibt sich ein Gleichstrom, der am Lastwiderstand 12 bzw. am Ladekondensator 11 einen
Spannungsabfall erzeugt. An den Ausgangsklemmen 2, 2' wird der Eingangssignalverlauf analog wiederhergestellt.
Der Oszillator ist mit möglichst hohem LC-Verhältnis
aufgebaut und in Leistungsanpassung an den Lastwiderstand 12 dimensioniert. Dadurch entsteht eine Hochfrequenzschwingung
optimal hoher Amplitude. Entsprechend sind die Kapazitäten in der Oszillatorschaltung
minimal gehalten, sie bestehen im dargestellten Fall lediglich aus Wicklungs- und Kopplungskapazitäten.
Mit der Auskopplungswicklung 7 erfolgt die galvanische Trennung zwischen den Eingangsklemmen 1, Γ
und den Ausgangsklemmen 2,2'. Der Ladekondensator 11 erzeugt mit dem Lastwiderstand 12 eine Zeitkonstante,
die so bemessen ist, daß das am Lastwiderstand 12 erscheinende Signal möglichst genau dem Eingangssignalverlauf
nachgebildet ist
In Fig.2 ist unter Verwendung gleichartiger
Bezugszeichen wie in Fig.l eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung dargestellt, die eine Trennstel-Ie
für Doppelstromsignale bildet Diese besteht im wesentlichen aus zwei Einzelschaltungen der in Fig.l
gezeigten Art. Das besondere daran ist jedoch, daß diese Einzelschaltungen eingangsseitig und ausgangsseitig
gewissermaßen einander parallel geschaltet sind. Die Schaltungen auf der Primärseite sind gleichartig
aufgebaut und enthalten jeweils eine Diode 13 bzw. 13', durch die der Betriebsstromkreis für den jeweiligen
Oszillator eine Stromrichtungsabhängigkeit erhält. Die beiden Eingangsschaltungen sind an die Eingangsklemmen
1, Γ gegensinnig einander parallel geschaltet angeschlossen. Somit wird gewährleistet, daß die
Signale der einen Polarität beispielsweise auf den oberen Oszillator, die Signale der anderen Polarität
dann auf den unteren Oszillator gelangen. Die Elemente 3 bis 9 entsprechen den in Fig.l dargestellten und
gleichartig bezeichneten. Sie sind für die im unteren Teil der F i g. 2 gezeigte zweite Oszillatorschaltung mit 3'
bis 9' bezeichnet.
Jede Auskopplungswicklung 7 bzw. 7' der beiden Oszillatoren speist einen Stromkreis, der aus einem
Gleichrichter 10 bzw. 10', der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors 14 bzw. 14' und dem gemeinsamen
Lastwiderstand 12 zugeordnetem Ladekondensator 11 besteht. Dabei sind die beiden Transistoren 14 und 14'
an ihrem Kollektor jeweils mit dem anderen Pol des anderen Sekundärstromkreises verbunden, wodurch
eine Parallelschaltung entsteht. An diese ist der gemeinsame Lastwiderstand 12 angeschlossen. Um zu
verhindern, daß die jeweilige positive bzw. negative Signalspannung am Lastwiderstand 12 über einen der
Gleichrichter 10 und 10' kurzgeschlossen wird, dienen die beiden Transistoren 14 und 14' als Ventile. Sie
ermöglichen die Verkopplung von Spannungen am gemeinsamen Lastwiderstand 12, die größer als die
Schwellenspannungen der Dioden 10 und 10' sind. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Übertragung von
Analogsignalen über die Trennstelle. Die Basissteuerspannungen für diese beiden Transistoren werden
gleichfalls aus der durch Gleichrichtung gewonnenen Gleichspannung über Basiswiderstände 15 und 15'
erzeugt.
Die in F i g. 2 gezeigte Schaltungsanordnung könnte auch in anderer Weise getroffen sein, beispielsweise
wäre es möglich, zwei getrennte Lastwiderstände für die beiden Sekundärschaltungen vorzusehen und die an den
beiden Lastwiderständen auftretenden Spannungsteile durch Widerstandsnetzwerke miteinander zu vereinigen.
Dasselbe trifft auch für die Primärstromkreise zu. Auf diese Weise würde eine Gegentaktschaltung
verwirklicht. Allerdings ist die beschriebene Schaltung am besten dazu geeignet, zwei Spannungen unterschiedlicher
Polarität und Größe auf einen gemeinsamen Lastwiderstand zu führen, ohne zusätzliche Verluste zu
verursachen.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, arbeitet eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung
ohne jegliche Fremdspeisung. Die Signale selbst liefern die Betriebsspannung für einen Hochfrequenzoszillator,
der im Hinblick auf geringstmögliche Kapazitäten und im Hochfrequenzbereich praktisch verzögerungsfreie
Arbeitsweise eine hohe Signalübertragungsgeschwindigkeit ermöglicht und eine optimale Leistungsausbeute
erlaubt. Die Schaltungsanordnung führt also zum Aufbau leistungsmäßig kontinuierlicher Trennstellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Fernmeldeanlagen
mit Hilfe auf der einen Seite der Trennstelle signalgesteuerter hochfrequenter Schwingungen, die
auf der anderen Seite der Trennstelle durch Gleichrichtung zur Wiedergabe der Signale ausgewertet
werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein abhängig von der Signalpolarität durch die
Signale betriebener Oszillator (5, 6, 7, 9) für die hochfrequenten Schwingungen in induktiver Kopplung
und in Leistungsanpassung bezüglich eines entsprechend den wiederzugebenden Signalen abgeglichenen
Lastwiderstandes (12) eine Gleichrichterschaltung (10) speist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (5, 6, 7, 9) ein
hohes LC-Verhältnis aufweist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von
Signalen wechselnder Stromrichtung zwei Oszillatoren (5,6,7,9; 5', 6', 7', 9') vorgesehen sind, deren erste
Induktivitäten (6, 6') unterschiedlichen Polaritäten der Eingangssignale zugeordnet sind und deren
Auskopplungswicklungen (7, T) über jeweils einen Gleichrichter (10, 10') mit einem Lastwiderstand
verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Induktivitäten (6,6')
der Oszillatoren (5,6, 7, 9; 5', 6', 7', 9') in gleichartig aufgebauten Stromkreisen unterschiedlicher Stromrichtungsabhängigkeit
angeordnet sind, die einander parallel geschaltet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gleichrichter
(10, 10') einerseits mit einem Wicklungsende der jeweiligen Auskopplungswicklung (7, 7'), andererseits
mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors (14, 14') in Reihe geschaltet ist und daß ein
beiden Gleichrichtern (10, 10') gemeinsamer Lastwiderstand (12) an die Verbindungspunkte jeweils
des einen Transistors (14, 14') mit dem anderen Wicklungsende der anderen Auskopplungswicklung
(7, T) angeschaltet ist.
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