DE2461156C3

DE2461156C3 - Circuit arrangement for switching tone modulation signals and crossbar cards with such circuit arrangements

Info

Publication number: DE2461156C3
Application number: DE19742461156
Authority: DE
Inventors: Adolf 2110 Buchholz Herold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1978-07-27
Also published as: DE2461156A1; DE2461156B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schalten eines zweiadrig geführten Tonmodulationssi- mi gnals, wobei in den beiden Adern je ein durch Steuersignale auf- und zusteuerbarer Schalter angeordnet ist, sowie eine Kreuzschienenkarte mit derartigen Schaltungsanordnungen.The invention relates to a circuit arrangement for switching a two-wire sound modulation system gnals, with a switch that can be opened and closed by control signals in each of the two wires is, as well as a crossbar card with such circuit arrangements.

An Anordnungen zum Schalten und Verteilen von _h-> Tonmodulation, z. B. in Rundfunkstudios u. dgl., werden sehr hohe Anforderungen bezüglich der Übersprechdämpfung, der Fähigkeit, auch bei sehr niedrigem Signalpegel betriebssicher zu schalten, der erzielbaren Schallgeschwindigkeit und anderer Betriebsarten gestellt. Bisher sind für solche Zwecke ausschließlich Relaisschaltungen eingesetzt worden, neuerdings mit Reed-Relais. Damit läßt sich die z. B. in den Pflichtenheften der Rundfunkanstalten geforderte Überprechdämpfung von 90 dB zwar theoretisch für den einzelnen Schaltpunkt erreichen, in der Praxis sehen die Werte aber, insbesondere für Kreuzschienenanordnungen mit zahlreichen Schaltpunkten, schlechter aus, namentlich auch nach längerer Betriebszeit Weiterhin erfordern die bisher verwendeten Schaltungsanordnungen mit Relais Signalpegei von mindestens 5 mV, um betriebssicher schalten zu können. Mikrophonspannungen müssen deshalb vor dem Schaken in der Regel erst verstärkt werden, was bei im Verlauf der Signalverarbeitung sich wiederholenden Umsetzungen auf hohen Signalpegel zum Schalten und auf niedrigen Signalpegel zum Entkoppeln, Mit- oder Abhören einen außerordentlich großen schaltungstechnischen Aufwand zur Folge hauArrangements for switching and distributing _h -> tone modulation, e.g. B. in radio studios and the like. Very high demands are made in terms of crosstalk attenuation, the ability to switch reliably even at very low signal levels, the attainable speed of sound and other modes of operation. So far only relay circuits have been used for such purposes, more recently with reed relays. This allows the z. B. can theoretically achieve the crosstalk attenuation of 90 dB required in the broadcasters' specifications for the individual switching point, but in practice the values look worse, especially for crossbar arrangements with numerous switching points, namely even after a long period of operation Relay signal level of at least 5 mV in order to be able to switch reliably. Microphone voltages therefore usually have to be amplified before cheating, which in the course of signal processing repetitive conversions to high signal level for switching and to low signal level for decoupling, monitoring or eavesdropping result in an extraordinarily high circuit complexity

Versuche, das Schalten von Tonmodulationssignalen mit elektronischen Schaltelementen, d. h. ohne mechanische Kontakte durchzuführen, sind bisher überhaupt nur für einadriges Schalten (bei dem die andere Ader geerdet ist und die Signalsymmetrierung auf beide Adern durch vor- und nachgeschaltete Transformatoren erfolgt) durchgeführt worden, wobei befriedigende, mit den Relaisanordnungcn konkurrenzfähige Betriebseigenschaften nicht erzielt werden konnten. Die Auffassung der Fachwelt geht dahin, daß mit elektronischen Bauelementen Tonroodulations-Schaltpunkte, die mit Relaisschaltpunkten leistungs- und kostenmäßig auch nur vergleichbar sind, zur Zeit nicht realisiert werden können.Attempts to switch tone modulation signals with electronic switching elements, i. H. without mechanical Up to now, contacts have only been made for single-wire switching (in which the other wire is grounded and the signal balancing on both wires by upstream and downstream transformers carried out), with satisfactory operating characteristics that are competitive with the relay arrangements could not be achieved. The opinion of the professional world is that with electronic Components Tonroodulations switching points that with relay switching points in terms of performance and cost are only comparable, cannot be realized at the moment.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Schalten von Tonmodulationssignalen in symmetrischer Zweiadertechnik sowie eine Kreuzschienenkappe mit solchen Anordnungen zu schaffen, die den bisher bekannten Anordnungen insbesondere bezüglich der Übersprechdämpfung, der unteren Grenze des schaltbaren Signalpegels und der Langzeit-Betriebssicherheit überlegen sind.The object of the invention is to provide an arrangement for switching tone modulation signals in symmetrical To create two-wire technology and a crossbar cap with such arrangements that previously known arrangements, in particular with regard to the crosstalk attenuation, the lower limit of the switchable Signal level and long-term operational reliability are superior.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schalter ein in monolithisch integrierter Bauweise mit Feldeffekttransistoren in MOS-Technik ausgebildeter elektronischer Analogschalter ist, dessen Leit- und Sperrzustand durch Anlegen zweier unterschiedlicher Steuerpotentiale an seinen Steuereingang schaltbar sind, und daß die beiden Adern durch gleich große, relativ hochohmige Reaktanzen mit dem gemeinsamen Nullpotentialpunkt der Versorgungsspannungen verbunden sind.The arrangement according to the invention is characterized in that each switch is a monolithic Integrated design with field effect transistors in MOS technology designed electronic analog switch is, its conductive and blocked state by applying two different control potentials its control input are switchable, and that the two wires by equal, relatively high-resistance reactances are connected to the common zero potential point of the supply voltages.

Fs wurde überraschenderweise und im Gegensatz zu allen bisherigen Mißerfolgen mit rein elektronischen Lösungsversuchen gefunden, daß in IC-Bauweise aus MOS-Feldeffekttransistoren aufgebauten elektronischen Analogschaltern, wie sie zwar kommerziell erhältlich sind, bisher aber ausschließlich für spezielle Anwendungszwecke im Bereich der Datenverarbeitung in Betracht gezogen wurden, die Aufgabe gelöst werden kann, wenn in der angegebenen Weise eine Symmetrierung der beiden jeweils zu schaltenden Adern in bezug auf den Nullpotentialpunkt der elektronischen Schalter vorgenommen wird. Überraschend ist der Fortschritt der sich insbesondere in einer Übersprechdämpfung von über 12OdB und einem betriebssicheren Schalten bis zu einem unteren Signalpegel von ca. 0,5 mV ausdrückt, sowie ferner in einer SchaltgeschwindigkeitFs was surprisingly and contrary to all previous failures with purely electronic Attempts at a solution found that built up in IC design from MOS field effect transistors electronic Analog switches, as they are commercially available, but so far only for special ones Applications in the field of data processing have been considered, the task can be solved can, if in the specified manner a balancing of the two wires to be switched in relation is made to the zero potential point of the electronic switch. The progress is surprising which is particularly evident in crosstalk attenuation of over 12OdB and reliable switching expresses up to a lower signal level of approx. 0.5 mV, and also in a switching speed

bis zu 2ß kHz.up to 2ß kHz.

Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung eine monolithisch integrierte MOS-Schalteinheit, z. B. vom Typ M551 oder M552D, verwendet, in der insgesamt vier MOS-Transistorschalter mit MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp zusammengefaßt sind. Derartige integrierte MOS-Analogschalter werden insbesondere für Datenverarbeitungszwecke hergestellt.In the context of the invention, preference is given to a monolithically integrated MOS switching unit, e.g. B. from Type M551 or M552D, used in a total of four MOS transistor switches with MOS transistors are grouped together by the enrichment type. Such integrated MOS analog switches are in particular produced for data processing purposes.

Die Erfindung betrifft auch eine Kreuzschienenkarte mit einer Mehrzahl von Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung, wobei diese eine gerade Anzahl 2/j von zu schaltenden Adern mit jeweils in Gruppen zu vier zu einem integrierten Block zusammengefaßten MOS-Analogschaltern trägt, und wobei ferner die Zuleitungen zu den Schaltern auf der einen und die Ableitungen auf der anderen Seite der Karte als gedruckte Leiterbahnen ausgebildet sind und diese mindestens im Bereich ihrer gegenseitigen Überdeckung unter annähernd rechtem Winkel zueinander verlaufen. Hierdurch können die dem einzelnen erfindungsgemäßen Schaltpunkt zukommenden vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Übersprechdämpfung, auch für die gesamte Kreuzschienenanordnung mit einer Vielzahl vc-ί Schaitpunkten beibehalten werden. Zur weiteren Verbesserung können zwischen den Zu- und/oder Ableitungen der Schalter gedruckte Leiterbahnen als Abschirmungen verlaufen, wobei diese mindestens teilweise als Zuleitungen für Steuersignale zum Schalten der Schalter dienen können.The invention also relates to a crossbar card with a plurality of circuit arrangements according to FIG of the invention, these being an even number 2 / j of Wires to be switched with each group of four MOS analog switches combined to form an integrated block carries, and furthermore the leads to the switches on one side and the leads on the other side of the card are designed as printed conductor tracks and this at least in the area of their mutual overlap at approximately right angles to each other. This allows the the advantageous properties associated with the individual switching point according to the invention, in particular with regard to the crosstalk attenuation, also for the entire crossbar arrangement with a large number of vc-ί switching points to be kept. For further improvement, you can switch between the inlets and / or outlets the switch run printed conductor tracks as shields, these at least partially as Supply lines for control signals for switching the switch can be used.

Für das selektive Ansteuern der Schalter konnte eine besonders elegante Lösung dadurch gefunden werden, daß eine monolithisch integrierte Sensorschaltung für Sensorkanalwähler vorgesehen ist, deren Eingänge jedoch niederohmig an Steuersignal-Eingangsleitungen angeschlossen sind und deren das Anzeigelampenpotential führende Ausgänge an die Steuereingänge der Schalter angeschlossen sind.For the selective control of the switches a particularly elegant solution can be found in that a monolithically integrated sensor circuit for Sensor channel selector is provided, but their inputs are low-resistance to control signal input lines are connected and the outputs leading to the indicator lamp potential to the control inputs of the Switches are connected.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.

F i g. 1 zeigt das Schaltungsschema für die einzelne Schaltungsan .rdnung gemäß der Erfindung;F i g. 1 shows the circuit diagram for the individual circuit arrangement according to the invention;

Fig.2 zeigt Vor- und Rückseite der gedruckten Leiteranordnung einer Kreuzschienenkarte mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen. Fig.2 shows the front and back of the printed Conductor arrangement of a crossbar card with a large number of circuit arrangements according to the invention.

In F i g. 1 ist mit 1 der Eingang und mit Γ der Ausgang der einen, das zu schaltende Tomnodulationssignal führenden Ader bezeichnet, ebenso mit 2 der Eingang und mit 2' der Ausgang der anderen Ader. Die Verbindung zwischen Eingang und Ausgang jeder Ader wird geöffnet bzw. geschlossen durch je einen MOS-Feldeffekttransistor-Schalter 4 bzw. 5 in monolithisch integiierter Bauweise. Je vier solcher Schalter sind zu einer integrierten Einheit 6 vom kommerziell erhältlichen Typ MM552D zusammengefaßt, wobei nur zwei davon in der Zeichnung dargestellt sind und die anderen zwei in der integrierten Einheit enthaltenen Schalter zum Schalten von anderen Adern, die ein anderes Tonmodulationssignal, z. B. für Stereoübertragung, führen, verwendet werden können.In Fig. 1 is with 1 the input and with Γ the output of one, the tomodulation signal to be switched leading wire, also with 2 the input and with 2 'the output of the other wire. the Connection between input and output of each wire is opened or closed by one each MOS field effect transistor switches 4 and 5 in monolithic integrated construction. Four such switches are integrated into an integrated unit 6 from the commercial available type MM552D, whereby only two of them are shown in the drawing and the other two switches contained in the integrated unit for switching other wires that are on other tone modulation signal, e.g. B. for stereo transmission, lead, can be used.

Zwei Versorgungsspannungsleitungen 8, 9 liegen gegenüber einer auf Nullpotential liegenden Leitung 10 auf einem um 12 V positiveren bzw. 24 V negativeren Potential. Die beiden Eingänge 1, 2 der beiden zu schaltenden Adern sind über zwei gleich große, relativ hochohmige Widerstände 11, 12 von z.B. je lOkOhm mit der Nullpotentialleitung 10 verbunden und dadurch symmetrisiert. Es ist audi eine Symmetrisierung über nichtohmische Impedanzen möglich.Two supply voltage lines 8, 9 lie opposite a line 10 which is at zero potential to a potential that is 12 V more positive or 24 V more negative. The two inputs 1, 2 of the two too The switching wires are connected via two equally large, relatively high-resistance resistors 11, 12 of e.g. 10kOhm each connected to the zero potential line 10 and thereby balanced. It is also a symmetrization over non-ohmic impedances possible.

Zum Schalten der beiden MOS-Feldefl'ekuransistor-Schalter4 und 5 liegen deren Steuereingünge Il und 12 entweder über die Z-Diode 13 und einen Widerstand 14 auf positivem Potential von der Leitung 8 oder über einen Transistorschalter 15, falls dieser leitend geschaltet ist, auf einem negativeren Potential von der Leitung 9. Die beiden um etwa 20 V wechselnden Steuerpotentiale liegen ungefähr symmetrisch zum Potential der Nullcitung 10. Durch die Symmetrisierung mittels der Widerstände 11, 12 ist dafür gesorgt, daß das Tonmodulationssignal auch bei maximaler Amplitude von ±10 V innerhalb der Potentialgrcnzen der beiden Steuerpotentiale liegt und dadurch verzerrungsfrei durchschaltet bzw. mit ausreichender Übersprechdämpfung sperrt.For switching the two MOS field transistor switches4 and 5 are their control inputs II and 12 either via the Zener diode 13 and a resistor 14 to positive potential from the line 8 or via a transistor switch 15, if this is switched on, at a more negative potential from the line 9. The two control potentials, which change by around 20 V, are approximately symmetrical to the potential of the Nullcitung 10. Through the symmetrization by means of the Resistors 11, 12 ensure that the tone modulation signal even at maximum amplitude of ± 10 V lies within the potential limits of the two control potentials and is therefore free of distortion switches through or blocks with sufficient crosstalk attenuation.

Zum Schalten des Schalttransistors 15 dient eine kommerziell erhältliche Sensorschaltung 16, wie sie für die Sensorkanalwahl in Rundfunk- und Fernsehempfängern als monolithisch integrierte Einheit entwickelt wurde. Sie enthält eine Anzahl von durch je einen zugehörigen Berührungsschalter wannveise einschaltbaren und sich im eingeschalteten Zustand elektronisch verriegelnden Transistorschaltstufen. Jede dieser vorhandenen Transistorschaltstufen, von denen in F' g. 1 nur eine angedeutet ist, kann zum Schalten je eines Schalttransistors 15 für je ein Paar von MOS-Analogschaltern 4, 5 dienen. Im Gegensatz zu der üblichen Einbauweise in einen Funkempfänger wird die Sensorschaltung erfindungsgemäß so verwendet, daß ihr Steuereingang 23 nicht hochohmig mit einem Berührungsschalter, sondern niederohmig mit einem Eingang für ein Steuersignal, z. B. von einem Prozeßrechner oder einer Drucktaste, verbunden ist. Ferner wird der normalerweise nur zum Ansteuern einer Anzeige-Lampe verwendete Ausgang der Sensorschaltung gemäß der Erfindung zum Ansteuern des Schalttransistors .15 genutzt. Ferner wird über eine Leuchtdiode 19 und einen Widerstand ein weiterer Schalttransistor 20 zum Schalten einer Rückmelde-Anzeigelampe 21 angesteuert. To switch the switching transistor 15, a commercially available sensor circuit 16 is used, as is used for the sensor channel selection in radio and television receivers developed as a monolithically integrated unit became. It contains a number of switches that can be switched on at any given time by an associated touch switch and transistor switching stages that lock electronically when switched on. Any of these existing Transistor switching stages, of which in FIG. 1 only one is indicated, one can each switch Switching transistor 15 is used for each pair of MOS analog switches 4, 5. In contrast to the usual Installation in a radio receiver, the sensor circuit is used according to the invention so that you Control input 23 is not high-resistance with a touch switch, but low-resistance with an input for a control signal, e.g. B. is connected by a process computer or a push button. Furthermore, the output of the sensor circuit normally only used to control a display lamp in accordance with of the invention for driving the switching transistor .15 used. Furthermore, a light emitting diode 19 and another switching transistor 20 for switching a feedback indicator lamp 21 is controlled by a resistor.

D^s in F i g. 2 dargestellte Leitungsbahnmuster für die Vorder- und Rückseite einer Kreuzschienen-Steckkarte zeigt vier Gruppen 30, 31, 32, 33 mit je 14 Anschlußpunkten für vier monolithisch integrierte MOS-FET-Schalter vom Typ MM552D, von dene,i jede vier MOS-Analogschalter mit Feldeffekttransistoren enthält. Insgesamt stehen somit je Karte 16 Schalter zur Verfügung, mit denen insgesamt acht symmetrisierte Adernpaare geschaltet werden können, so daß insgesamt acht tonmodulierte Signale für Mono- oder vier tonmodulierte Signale für Stereoübertragung geschaltet werden können. Entsprechend führen zu den MOS-FET-Analogschaltern insgesamt 16 Eingangs-Leiterbannen (z. B. 1 und 2) auf der Vorderseite und insgesami vier mit diesen wahlweise verbindbare Ausgangs-Leiterbahnen (z. B. Γ, 2') auf der Rückseite. Man erkennt, daß Eingangs- und Ausgangs-Leiterbahnen im Bereich ihrer Überdeckung im wesentlichen rechtwinklig zueinander ve laufen, wodurch die Übersprechdämpfung verbessert wird. Außerdem verlaufen zwischen den einzelnen Leiterbahnen oder Gruppen davon Abschirm-Leiterbahnen (z. B. 34,35 auf der Vorderseite und 36, 37, 38 auf der Rückseite). Dabei übernehmen diese Abschirm-Leiterbahnen zum Teil weitere Aufgaben, wie insbesondere die Zuführung der Steuereingänge bzw. Rückmeldeausgänge zu den Schalttransistoren (entsprechend 23 und 20 von Fig. 1), die als integrierteD ^ s in F i g. 2 line pattern shown for the The front and back of a crossbar plug-in card shows four groups 30, 31, 32, 33 with 14 each Connection points for four monolithically integrated MOS-FET switches of the type MM552D, of which i each contains four MOS analog switches with field effect transistors. A total of 16 switches are therefore available per card Available with which a total of eight balanced wire pairs can be switched, so that a total of eight tone-modulated signals switched for mono or four tone-modulated signals for stereo transmission can be. Correspondingly lead to the MOS-FET analog switches a total of 16 entrance ladder banners (e.g. 1 and 2) on the front and a total of four output conductor tracks (e.g. Γ, 2 ') on the back that can be optionally connected to these. Man recognizes that input and output conductor tracks are essentially rectangular in the area of their overlap each other ve run, whereby the crosstalk attenuation is improved. Also run between the individual conductor tracks or groups thereof shielding conductor tracks (e.g. 34,35 on the front and 36, 37, 38 on the back). Some of these shielding conductors take on additional tasks, like in particular the feed of the control inputs or feedback outputs to the switching transistors (corresponding to 23 and 20 of Fig. 1), which as an integrated

Scnsorsclialliing (16 in I" ig. I) bei 41 angeordnet sind, und /u den integrierten Baueinheiten, die an den Anschlußpunktgruppcn 39 und 40 angeordnet sind oder zu der integrierten Kanalwählerschaltung (16 in Fig. 1), die bei 41 angeordnet ist.Scnsorsclialliing (16 in I "ig. I) are arranged at 41 and / u the integrated units attached to the Connection point groups 39 and 40 are arranged or to the integrated channel selector circuit (16 in Fig. 1), which is located at 41.

Die besonderen Vorteile der Erfindung lassen sieh aus den folgenden technischen Betriebsdaten ersehen:The particular advantages of the invention leave out see the following technical operating data:

Modulationseingang -bOilBbis +15 dB Firigangswiderstand- 10'" Ohm l.ängswidcrshind ca. 80 Ohm Frequenzbereich 0 bis 25 kl Iz mit Frequenzgang = 0,5 dBModulation input -bOilB to +15 dB Initial resistance - 10 '"ohms l. longitudinal resistance approx. 80 ohms Frequency range 0 to 25 kl Iz with frequency response = 0.5 dB

Übersprechdämpfungea. IJO dB bei I kHz Gren/.schaltgesehwindigkcit 2.5 kHzCrosstalk attenuation a. IJO dB at I kHz Size / switching speed 2.5 kHz

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claims;

1. Circuit arrangement for switching a two-wire sound modulation signal, wherein > A switch that can be opened and closed by control signals is arranged in each of the two wires, thereby characterized in that each switch has a monolithically integrated design Field-effect transistors in MOS technology is an electronic analog switch, whose control and blocking state by applying two different control potentials to its control input are switchable, and that the two wires through equally large, relatively high-resistance reactances with are connected to the common zero potential point of the supply voltages.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switch becomes a monolithic integrated MOS switch with MOS transistors jii of the enrichment type are summarized.

3. Kxeuzschienenkarte with one, · plurality of circuit arrangements according to claim 1 or 2, characterized in that it carries an even number In of wires with each in groups of four combined to form a monolithically integrated block MOS analog switches that the leads to the switches on the one hand and the derivatives on the other side of the card are designed as printed conductor tracks, and these jo run at approximately right angles to one another at least in the area of their mutual overlap.

4. crossbar card according to claim 3, characterized in that between dsn supply and / or η Derived from the switches, printed conductors run as shields.

5. crossbar card according to claim 4, characterized in that the shielding conductor tracks at least partially serve as supply lines for control signals for switching the switches.

6. Crossbar card according to one of claims 3 to 5, characterized in that for the selective Controlling the switch with the control potentials a monolithically integrated sensor circuit for 4-; Sensor channel selector is provided by radio receivers, but their inputs are low-resistance Control signal input lines are connected and the indicator lamp potential leading Outputs via a switch to the control inputs -, o the switches are closed.