DE2448885A1

DE2448885A1 - System zur uebertragung binaerer signale

Info

Publication number: DE2448885A1
Application number: DE19742448885
Authority: DE
Inventors: Claude Athenes; Pierre Charransol; Jacques Edmond Salle
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1974-10-14
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR2249506B3; FR2249506A1

Description

Patentanwalt

Dipl.-Phys.Leo Thul

^Stutt9art 2448885

P.Charransol et al 23-10-3

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

System zur Übertragung binärer Signale

Die Anmeldung betrifft ein System zur Übertragung von Signalen. Sie ist insbesondere anwendbar in einem Übertragungs- und/oder Vermittlungsnetzwerk für codierte Signale, das in Fernsprechvermittlungsanlagen eingesetzt werden kann, die einen Zeitmultiplexbetrieb mit puiscodemodulierten Signalen haben.

In einer Vermittlungsstelle dieser Art geschieht die. Übertragung von numerischen Informationen im allgemeinen in der Form einer ununterbrochenen Übertragung von binären Signalen, die jeweils eine Einheitsdauer haben. Diese Signale werden als Elemente bezeichnet und die Binärwerte, die sie annehmen können, werden mit O und 1 bezeichnet. Einer dieser Werte (im allgemeinen der Wert 1) ist durch ein (positives) Potential gekennzeichnet und veranlaßt, daß ein Strom vom Sender zum Empfänger übertragen wird. Der andere Wert ist durch ein Potential O gekennzeichnet und es fließt kein Strom. Da nach den Gesetzen der Statistik ein Element von zweien ein Element mit dem Wert 1 ist, so wird während der Hälfte der Übertragungszert ein Strom gesendet. Durch diesen Stromverbrauch ergibt sich eine Erwärmung, die verhindert werden soll.

9.10.1974
Ti/Bre

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In einer Zeitmultiplexvermittlungsstelle sucht man nach Möglichkeiten, so schnell wie möglich zu arbeiten. Man benötigt dafür sehr schnelle Schaltkreise und kurze Verbindungen zwischen diesen Kreisen. Um solche kurzen Verbindungen zu erreichen, versucht man, die Dichte der Schaltkreise immer mehr zu vergrößern. Dabei ergibt sich wieder das Problem der Verlustwärme. Dieses Problem wird kritisch, wenn die Einrichtung ohne besondere Kühlung arbeiten muß. Deshalb ist jede Maßnahme, mit der der Stromverbrauch reduziert wenden kann, von großer Wichtigkeit. In der deutschen Patentanmeldung P 23 62 441 ist schon ein System zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, bei dem in der Sendeeinrichtung das zu übertragende Signal einmal direkt und einmal über eine Verzögerungseinrichtung an eine Vergleicherschaltung angelegt wird, und bei dem die Vergleicherschaltung bei jedem Wechsel des Wertes des zu übertragenden Signales ein Signal zur Empfangseinrichtung sendet, in der eine Speichereinrichtung, die zwei Zustände einnehmen kann, durch diese Signale umgesteuert wird.

Mit diesem vorgeschlagenen System können über eine Zweidrahtleitung nur Signale einer Polarität übertragen werden. Um Signale eindeutiger zu übertragen, sind zwei Zweidrahtleitungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein System zur Übertragung binärer Signale zu schaffen, mit dem eine eindeutige energiesparende Übertragung über nur eine Zweidrahtleitung möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Sendestelle ein Differenzierglied enthält, daß in der Sendestelle das zu übertragende Signal an ein Differenzierglied angelegt wird, das bei jedem positiven Signal wechsel die Aussendung eines Impulses einer Polarität und bei jedem negativen Signalwechsel eines Impulses der entgegengesetzten Polarität zur Empfangsstelle steuert und daß in der Empfangsstelle ein bistabiles Schaltmittel vorgesehen ist, das durch übertragenen impulse in die eine oder andere Stellung gesteuert wird.

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Es ergibt sich dadurch der Vorteil, daß auch hier der Stromverbrauch und die Wärmeerzeugung begrenzt werden. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nun anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispteles näher erläutert. Es zeigen Fig.] ein Blockschaltbildeines Signal übertragungssystemes gemäß der

Erfindung und
Fig.2 Impulsdiagramme, die die Signale an verschiedenen Punkten des Systems nach Fig.l darstellen.

Man unterscheidet bei einem Signalübertragungssystem, wie es in Fig.l dargestellt ist, zwischen einer Sendeeinrichtung TR und einer Empfangseinrichtung RC, die über eine Zweidrahtleitung IgI, Ig2 verbunden sind.

Die Sendeeinrichtung TR enthält zwei bistabile Kippschaltungen BTl und BT2, die als Differenziereinrichtung arbeiten, eine Inverterschaltung NDl, einen Signaleingang IN und einen Takteingang IH.

Die bistabile Kippschaltung BTl ist im Ausfuhrungsbeispiel vom Typ D. Diese bistabile Kippschaltung, die zu Beginn im Zustand 0 ist, kippt mit der Vorderflanke eines Taktimpulses, der an den Takeingang IH angelegt wird, in den Zustand 1, wenn am Signaleingang IN ein zu übertragendes Signal (1) vorliegt. Sie kippt mit der Vorderflanke eines an den Eingang JH angelegten Taktsignales indie Stellung 0 zurück, denn kein zu übertragendes Signal (0) am Eingang IN anliegt.

Der Inverter NDl empfängt die am Eingang IH angelegten Taktimpulse und gibt sie invertiert an den Takteingang der bistabilen Kippschaltung BT2 weiter.

Diese bistabile Kippschaltung BT2 ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls vom

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Typ D. Diese Kippschaltung ist zu Beginn ebenfalls im Zustand 0 und kippt mit der Vorderflanke eines vom inverter abgegebenen invertierten Taktimpulses in die Stellung !,wenn an ihrem Eingang I₇ der mit dem direkten Ausgang der bistabilen Kippschaltung BTI verbunden ist, ein Signal (1) anlegt. Die Kippschaltung kippt mit der Vorderflanke eines invertierten Taktimpulses zurück, wenn lein zu übertragendes Signal (0) an ihrem Eingang 1 anliegt.

Die direkten Ausgänge fotl und bt2 der bistabilen Kippschaltungen BTl und BT2 sind mit den beiden Anschlüssen der Primärwicklung sp eines Transformators Tl verbunden. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung dieses Transformators sind über die Zweidrahtübertragungsleitung Igl-Ig2 mit den Anschlüssen der Primärwicklung eines Transformators T'l in der Empfangsstelle RC verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators T'l hat eine Mittenanzapfung, die mit einem Bezugspotential, z.B. Masse verbunden ist.

Die Empfangseinrichtung RC enthält u.a. eine Speichereinrichtung, die mit den Anschlüssen RA und RB der Sekundärwicklung des Transformators T⁷I verbunden ist. Diese Speichereinrichtung, die symetrisch aufgebaut ist, enthält einen bipolaren Transistor TRl vom Typ npn, dessen Basis über einen Polarisationswiderstand R2 mit dem Anschluß RA und dessen Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist. Der Kollektor dieses Transistors ist einmal mit dem Eingang eines Inverters ND2 und zum anderen über einen Widerstand R5 mit dem Ausgang eines Inverters ND3 verbunden. Der Ausgang dieses Inverters ist mit dem Ausgang ST des Systems verbunden.

In symetrischer Weise enthält die Speicheranordnung einen bipolaren Transistor TR2 vom Typ npn, dessen Basis über einen Polarisationswiderstand R3 mit dem Anschluß RB und dessen Emitter mit dem Bezugspotential verbunden ist. Der Kollektor dieses Transistors isf mit dem Eingang des Inverters ND3 und über einen Widerstand R4 mit dem Ausgang des Inverters ND2 verbunden.

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Weiterhin ist noch ein Ausgleichswiderstand R] zwischen den Anschlüssen RA und RB der Sekundärwicklung des Transformators T⁷I angeschlossen.

Aus einem anderen Gesichtspunkt besteht die Empfangseinrichtung aus einer Entkopplungseinrichtung, die aus dem Transformator ΤΊ und den Transistoren TRl und TR2 zusammengesetzt ist und einer bistabilen Kippschaltung vom Typ RS, die aus den Invertern ND2 und ND3 und den Widerständen R4 und R5 zusammengesetzt ist„ Es wird jetzt angenommen, daß ein Signal ot vom Sogischen Wert 1 an den Eingang des Inverters ND2 angelegt wird. Dieser gibt dann über den Widerstand R4 ein Signal mit dem logischen Pegel 0 an den Eingang des Inverters ND3. Dieser Inverter gibt dann ein Signal mit dem logischen Pegel 1 an den Ausgang ST ab. Das gleiche Signal wird auch über den Widerstand R5 an den Eingang des Inverters ND2 abgegeben, der so auf dem logischen Pegel 1 gehalten wird.

Dieser Zustand bleibt, bis ein Signal ot' mit dem Sogischen Pegel 1 am Eingang des Inverters ND3 auftritt» In diesem Fall wechselt das Ausgangssignal st auf den logischen Pegel 0. Dieses Signal wird über den Widerstand R5 an den Eingang des Inverters ND2 angelegt, der dann über den Widerstand R4 ein Signal mit dem logischen Pegel 1 an den Eingang des Inverters ND3 anlegt, der so auf dem logischen Pegel 1 gehalten wird, bis ein Signal ot mit dem logischen Pegel 1 auftritt. Die zwei inverter ND2 und ND3 und die zwei Widerstände R4 und R5 können deshalb als eine bistabile Kippschaltung vom Typ RS betrachtet werden.

Es wird jetzt die Arbeitsweise des Übertragungssystemes nach Fig. 1 in Verbindung mit den Impulsdiagrammen nach Fig„2 erläutert.

In Zeile in der Fig.2 ist ein Beispiel für ein zu übertragendes Signal dargestellt, das am Eingang IN des Systems nach Fig.l anlegt. Dieses Signal

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enthält nacheinander ein Element vom Wert 0, drei Elemente vom Wert 1, zwei Elemente vom Wert 0, drei Elemente vom Wert 1, drei Elemente vom Wert 0 und efn Element vom Wert 1.

In Zeile ih ist ein Beispiel für ein Taktsignal dargestellt, das im den Eingang IH des Systems nach Fig.] angelegt wird. Das Taktsignal besteht aus.einer Folge von kurzen Impulsen, deren Wiederholungsfrequenz gleich der Bitfolgefrequenz des Eingangssignal es ist.

Zu Beginn sind die bistabilen Kippschaltungen BTl und BT2 Im Zustand 0« Das Signal ot am Kolllektor des Transistors TR] hat den logischen Pegel Das in Fig.2 dargestellte Ausgangssignal st hat ebenfalls den Pegel 0.

Wenn ein Taktimpuls ih angelegt wird, bleibt die bistabile Kippschaltung BTl im Zustand 0, da kein Eingangssignal in anliegt. Sie gibt dann auch kein Signal btl über ihren direkten Ausgang ab und die bistabile Kippschaltung BT2 bleibt ebenfalls im Zustand 0. Es fließt dann kein Strom durch die Primärwicklung sp des Transformators Tl. Der Transformator T'] empfängt dann auch kein Signal und der Transistor TRl, dessen Basis auf dem Bezugspotential liegt, ist gesperrt. Das Signal ot am Kollektor des Transistors TRI bleibt auf dem Pegel 0 und das Signa! ot', das über den Inverter ND2 an den Kollektor des Transistors TR2 angelegt wird, bleibt auf dem Pegel 1, wie es weiter unten noch ausführlicher erläutert wird.

Es wird fetzt ein Signal in mit dem Wert 1 an den Eingang IN angelegt. Da der Taktimpuls ih noch nicht anliegt, bleibt die bistabile Kippschaltung BTl im Zustand 0 und das Auftreten des Signales in bleibt für die Arbeitsweise des Systemes ohne Wirkung. Das Signal ot bleibt auf dem Pegel 0.

Mit dem Auftreten eines Taktimpulses ih kippt die bistabile Kippschaltung BTI in den Zustand 1. Das Signal btl wechselt auf den logischen Pegel

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Da der invertierte Taktimpuls ih auf dem Pegel 0 ist, bleibt

die bistabile Kippschaltung BT2 im Zustand 0. Das Signal bt2 bleibt auf dem Pegel 0. Es fließt jetzt ein Strom sp durch die Primärwicklung sp des Transformators Tl in der Richtung BT1-BT2, wie es durch einen Pfeil angedeutet ist. Diese Richtung wird als positiver Strom bezeichnet. Durch magnetische Induktion wird ein Strom in der Sekundärwicklung dieses Transformators erzeugt, der dann über die Leitungen IgI und Ig2 über die Primärwicklung des Transformators T'1 fließt.

Durch magnetische Induktion wird dann ein Strom in der Sekundärwicklung des Transformators T⁷I erzeugt und es entsteht über den Widerstand R3 an -der Basis des Transistors TR2 eine positive Spannung. Der Transistor TR2 wird gesättigt. Gleichzeitig wird eine negative Sperrspannung über den Widerstand R2 an die Basis des Transistors TRl angelegt, der gesperrt bleibt.

Da der Transistor TR2 jetzt leitet, wechselt das Signalot' auf den logischen Pegel 0. Das Ausgangssignai st, das invers zum Signal ot' ist, wechselt auf den logischen Pegel 1. Der gesperrte Transistor TRl beeinflußt die Vorgänge nicht und über den Widerstand R5 wird das Signal ot auf dem logischen Pegel gehalten.

Während das Signal in auf dem Pegel 1 bleibt, endet der Taktimpuls ih. Die bistabile Kippschaltung BTl bleibt im Zustand 1 und das Signal btl bleibt auf dem Pegel 1.

Wenn der Taktimpuls ih nicht mehr anliegt, liegt der invertierte Impuls ih

an. Er veranlaßt das Kippen der bistabilen Kippschaltung in den Zustand 1. Damit wechselt das Signal bt2 auf den logischen Pegel 1.

Die Leitungen btl und bt2 mit dem gleichen logischen Pegel haben das gleiche Potential: der Strom sp fließt nicht mehr. Dann fließt auch kein Strom mehr über die Leitungen IgI und Ig2. An den Basen der Transistoren TRl und TR2

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liegt jetzt eine Spannung 0 an. Der Transistor TRI bleibt gesperrt und der Transistor TR2 wird gesperrt. Der gesperrte Transistor TR2 beeinflußt die Signale nicht und das Signal ot⁷ wird durch das Signal ot über den Inverter ND2 und den Widerstand R4 auf dem logischen Pegel 0 gehalten. Das Ausgangssignal st wird durch das Signal ot über den Widerstand R5 im Zustand 1 gehalten.

Solange das Eingangssignal in den Wert ] weiter hält, sind die Taktimpulse ih ohne Wirkung auf die bistabile Kippschaltung BT, die im Zustand 1 bleibt. Das Signal bti bleibt auf dem logischen Pegel 1.

) Solange das Signal btl auf dem logischen Pegel 1 bleibt, sind die

invertierten Taktimpulse IK ohne Wirkung auf die bistabile

Kippschaltung BT2 , die im Zustand 1 bleibt. Das Signal bt2 bleibt auf dem Pegel 1. Es wird kein Signal zur Empfangseinrichtung RC übertragen und das Signal ot sowie das Signal st bleiben auf dem logischen Pegel

Dieser Zustand dauert solange an, wie das Signal in auf dem Wert 1 bleibt. Beim Fehlen eines Taktimpulses ih ist ein Wechsel des Wertes des Signales in ohne Wirkung. Wenn das Signal in auf den Wert 0 wechselt, steuert der unmittelbar auf diesen Zustandswechsel folgende Taktimpuls ih die Umschaltung der bistabilen Kippschaltung in den Zustand 0. Das Signal btl wechselt dann auf den Pegel 0.

Wenn der Taktimpuls ih auf dem logischen Pegel 1 ist, ist der invertierte Taktimpuls ih auf dem logischen Pegel 0 und die bistabile

Kippschaltung BT2 bleibt im Zustand 1. Das Signal bt2 bleibt auf dem logischen Pegel 1.

Es fließt jetzt ein Strom sp durch die Primärwicklung sp des Transformators Tl in der Richtung BT2-BT1, die entgegengesetzt zu der \6rherbeschriebenen ist und der Strom wird deshalb als negativer Strom bezeichnet. Durch

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magnetische Induktion wird ein Strom in der Sekundärwicklung dieses Transformators erzeugt, der über die Leitungen IgI und Ig2 und die Primärwicklung des Transformators T⁷I fließt.

Durch magnetische Induktion wird ein Strom in der Sekundärwicklung des Transformators T' 1 erzeugt und es entsteht über den Widerstand R3 eine negative Spannung an der Basis des Transistors TR2 und eine positive Spannung über den Widerstand R2 an der Basis des Transistors TRl. .

Der gesperrte Transistor TR2 bleibt gesperrt und der bis dahin gesperrte Transistor TRl wird leitend.

Wenn der Transistor TRl leitend ist, wechselt das Signal ot an seinem Kollektor auf den logischen Pegel 0.

Der gesperrte Transistor TR2 beeinflußt die Vorgänge nicht und das Signal ot wird nach Invertierung im Inverter ND2 über den Widerstand R4 an den Kollektor des Transistors TR2 angelegt. Das Signal ot' wechselt auf den logischen Pegel Das Ausgangssignal st₇ das gleich dem über den Widerstand R5 geleiteten Signal ot oder dem invertierten Signa! of⁷ ist, wechselt auf den logischen Pegel 0.

Das Signal in bleibt auf dem logischen Pegel 0 und der Taktimpuls ih endet. Die bistabile Kippschaltung BTl bleibt im Zustand 0 und das Signal btl bleibt auf dem Pegel 0.

Mit dem Ende des Taktimpuises ih wird der invertierte Taktimpuls ih angelegt. Er veranlaßt das Kippen der bistabilen Kippschaltung BT2 in den Zustand 0. Das Signal bt2 wechselt auf den logischen Pegel 0.

Die Leitungen btl und bt2 sind auf dem gleichen logischen Pegel und. haben damit auch das gleiche Potential und es kann kein Strom sp mehr fließen.

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Es fließt dann auch kein Strom mehr über die Leitungen IgI und Ig2. An den Basen der Transistoren TRl und TR2 liegt dann eine Spannung 0 an und die Transistoren sperren. Der schon vorher gesperrte Transistor TR2 hat keinen Einfluß auf das Signal ot, das auf dem logischen Pegel 0 bleibt. Das Signal at' wird durch das Signal ot, das über den Inverter ND2 und den Widerstand R4 angelegt wird, auf dem logischen Pegel 1 gehalten. Das Signal st wird durch das Signal of' nach Invertierung im Inverter ND3 und das über den Widerstand R5 übertragene Signal ot auf dem logischen Pegel 0 gehalten.

Solange das Signal in auf dem logischen Pegel 0 bleibt, sind die Taktimpulse th ohne Wirkung auf die bistabile Kippschaltung BTl, die im Zustand 0 bleibt. Das Signal btl bleibt auf dem logischen Pegel 0.

Solange das Signal btl auf dem logischen Pegel 0 bleibt, sind die invertierten Takfimpulse ih für die bistabile Kippschaltung

BT2 wirkungslos, die damit im Zustand 0 bleibt. Das Signal bf2 bleibt auf dem logischen Pegel 0. Es wird kein Signal zur Empfangseinrichtung RC übertragen und das Signal of bleibt auf dem logischen Pegel 0. Alle Einrichtungen des Systems sind wieder im Anfangszustand und die weitere Arbeit dieses Systems geschieht in der schon oben beschriebenen Weise.

Mit dem erfindungsgemäßen Übertragungssystem nach Fig.l wird nur im Augenblick des Wechsels des zu übertragenen Signales ein Signal übertragen. Wenn das Signal in vom Wert 1 auf den Wert 0 wechselt, wird ein negativer impuls überfragen. Bei einem Wechsel im umgekehrten Sinn wird ein positiver Impuls überfragen. Es ist so möglich, nur eine einzige Übertragungsleitung vorzu sehen und auch eine Verringerung des Stromverbrauchs und damit der Wärmeabstrahlung zu erreichen.

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Claims

Ansprüche

System zur Übertragung binärer Signale, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Sendeste!Ie ein Differenzierglied enthält, daß in der Sendesteile (TR) das zu übertragende. Signal (in) an ein Differenzierglied angelegt wird, das bei jedem positiven Signalwechsel die Aussendung eines Impulses einer Polarität und bei jedem negativen Signalwechsel eines Impuls der entgegengesetzten Polarität zur Empfangsstelle (RC) steuert und daß in der Empfangsstelle ein bistabiles Schaltmittel vorgesehen ist, das durch übertragenen Impulse in die eine oder andere Stellung gesteuert wird.
2. - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzier-

glied aus einer bistabilen Kippschaltung, die das zu sendende Signal und Taktimpulse empfangt und ein verzögertes Signal abgibt^und einem Transformator besteht, dessen Primärwicklung zwischen die Signalquelle und den Ausgang der bistabilen Kippschaltung geschaltet ist.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied aus einer ersten bistabilen Kippschaltung (BTl), die das zu sendende Signal

• (in) und erste Taktimpulse (ih) empfängt, einer zweiten bistabilen Kippschaltung (BT2), die das Ausgqngssignal (btl) der ersten Kippschaltung und einen zweiten Takt (ih) empfängt, und einem Transformator besteht, dessen Primärwicklung (sp) zwischen die Ausgänge der beiden bistabilen Kippschaltungen (bfl, bt2) geschaltet ist.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Taktimpulse (ih) durch einen inverter (NDl) aus den ersten Taktimpulsen abgeleitet werden.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Empfangsstelle dem bistabilen Schaltmittel ein Entkopplungskreis vorgeschaltet ist, daß der Entkopplungskreis einen Transformator (TM) enthält, dessen Primärwicklung mit der Übertra-

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gungsleitung verbunden ist und dessen Sekundärwicklung mit einer Mittenanzapfung versehen ist, die mit einem Bezugspotential derart verbunden ist, daß beim Empfang eines Impulses in Abhängigkeit von dessen Polarität ein Impuls vorgebener Polarität an dem einen oder anderen Ende (RA, RB) der Sekundärwicklung auftritt und damit die bistabile Kippschaltung in die eine oder andere Stellung schaltet.

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