DE2411871B1

DE2411871B1 - Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Femmeldeanlagen

Info

Publication number: DE2411871B1
Application number: DE2411871A
Authority: DE
Inventors: Josef 4791 Altenbeken Huellwegen
Original assignee: Nixdorf Computer Corp
Current assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1975-07-03
Also published as: NL7500961A; US4019114A; FR2264443B1; NL176421C; NL176421B; DE2411871C2; FR2264443A1; GB1503694A

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.

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.

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

Patentansprüche:

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.