DE2504785C3

DE2504785C3 - Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Fernmeldeanlagen

Info

Publication number: DE2504785C3
Application number: DE2504785A
Authority: DE
Inventors: Josef Ing.(Grad.) 4791 Altenbeken Huellwegen
Original assignee: Nixdorf Computer Corp
Current assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1980-04-24
Also published as: CA1054694A; DE2504785B2; DE2504785A1; US4031480A; GB1516923A

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 DE-AS 20 50 994 bekannt. Sie arbeitet derart, daß an der Tfennstelle 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 ius 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 Gleichstromsignalen auf der Primärseite gewissermaßen geschaltet 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 Hochfrequenzgenerators 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 eingangs genannte DE-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 oder Aussetzen der Schwingungen.

Die bekannten Möglichkeiten zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen haben die gemeinsamen Nachteile der begrenzten Übertragungsgeschwindigkeit und der nur beschränkt möglichen analogen Wiedergabe des Signalverlaufs hinter der Trennstelle. Außerdem erfordern sie eine relativ hohe Eingangsspannung, mit der Schaltvorgänge an Halbleiterschaltelementen oder starke Bedämpfungen erzeugt werden müssen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, durch die die Übertragung analoger oder digitaler Signale über Trennstellen unter geringstmöglichem Aufwand bei hoher Übertragungsgeschwin^

w) digkeit möglich ist und selbst kleinste Eingangssignale, beispielsweise Meßsignale, linear übertragen werden können.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß ein auf die hochfrequenten Schwingungen abgestimmter Resonanzschwingkreis, der mit einem Hochfrequenzgenerator galvanisch getrennt gekoppelt ist, mit einer mit dem Signaleinjjang

der Trennstelle verbundenen Mudulationsschaltung verbunden und induktiv mit einer Demodulationsschaltung gekoppelt ist, die den Signalausgang der Trennstelle bildet.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art arbeitet derart, daß ein Hochfrequenzgenerator seine hochfrequenten Schwingungen in den Resonanzschwingkreis einspeist, an dem sie durch die Modulationsschaltung abhängig von den am Eingang der Trennstelle auftretenden Signalen moduliert werden. Die modulierte Hochfrequenz wird induktiv auf die Demodulationsschaltung gekoppelt, die dann durch Beseitigung des hochfrequenten Anteils die Eingangssignale am Ausgang der Trennstelle genau nachbildet Es ist dadurch möglich, abhängig von der Ausbildung oder Empfindlichkeit der ModulatioEsschaltung Signale variabler Amplitude über die Trennstelle zu übertragen und somit analoge und/oder digitale Signale zu verarbeiten. Durch die anschließende Demodulation ist gewährleistet, daß der Verlauf der Ausgangssignale dem Verlauf der Eingangssignale genau folgt, denn durch den Modulationsvorgang bestimmt die Amplitude der Eingangssignale die Amplitude der aus dem Schwingkreis ausgekoppelten hochfrequenten Schwingungen.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann mit ihren unmittelbar die Trennstelle bildenden Teilen sehr klein aufgebaut werden, da es sich um eine Hochfrequenzschaltung handelt Die Induktivität des Resonanzschwingkreises kann mit den zugehörigen Kopplungswicklungen auf einem gemeinsamen, sehr JO kleinen Hochfrequenzspulenkern angeordnet sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Modulationsschaitung ein dem Resonanzschwingkreis parallelgeschalteter MOS-FeIdeffekttransistor ist Diese Weiterbildung verhindert zuverlässig eine Rückwirkung der in der Trennstelle ablaufenden hochfrequenten Vorgänge auf eine beispielsweise mit dem Eingang verbundene Leitung. Ein MOS-Feldeffekttransistor hat zwischen seinem Arbeitsstromkreis und seinem Steuerstromkreis keinen Gleich- richtereffekt, wodurch auch Rückwirkungsfreiheit in bezug auf einen Gleichspannungsoffset gewährleistet ist. Außerdem kann die Verbindung des Feldeffekttransistors mit dsm Resonanzschwingkreii vorzugsweise über eine Diode erfolgen, die gewährleistet, daß der MOS-Feldeffekttransistor auch mit einer Gleichspannungskomponente betrieben wird, was eine optimale Funktion gewährleistet. Die Verwendung des MOS-Feldeffekttransistors bietet ferner den zusätzlichen Vorteil, daß eine optimale Verstärkung bereits im Zustand fehlender Vorspannung der Steuerelektrode möglich ist Somit können an den Eingang der Trennstelle Signale mit wechselnder Polarität angeschaltet werden, die sich in beiden möglichen Richtungen zu dem Potential der Steuerelektrode ändern und mit diesem Wechsel eine entsprechende Modulation der hochfrequenten Schwingungen am Resonanzschwingkreis bewirken.

In der vorstehend beschriebenen Ausführung kann die Erfindung derart verwirklicht werden, daß die mit dem Eingang der Trennstelle verbundene Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors mit einer Begrenzerschaltung verbunden ist. Die Verwendung einer derartigen Begrenzersi-haltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Treinstelle an Fernmeldeleitungen angeschaltet wird, welche gegebenenfalls statisch aufgeladen sein können. Durch die Begrenzerschaltung wird zuverlässig verhinder daß der MOS-Feldeffekttransisior an seiner Steuerelektrode beschädigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben.

In der Figur ist eine Trennstelle dargestellt, die einen Signaleingang I und einen Signalausgang Il aufweist. Der Signaleingang I ist gegenüber dem Signalausgang 11 galvanisch getrennt, und es ist keine gemeinsame Erdverbindung vorhanden.

Wesentliche Teile der Trennstelle sind ein Hochfrequenzgenerator 10 und eine von diesem gespeiste Klöppelspule 11, die die hochfrequenten Schwingungen des Hochfrequenzgenerators 10 in einen Parallelschwingkreis einspeist, der durch eine zur besseren Kopplung vorzugsweise mit Ferritkern versehene Induktivität 12 und eine Kapazität 13 gebildet ist. Die Kapazität 13 ist veränderbar, so daß mit ihr die Resonanzfrequenz des Schwingkreises ?uf die Frequenz der hochfrequenten Schwingungen des Generators 10 eingestellt werden kann. Die Induktivität linst mit einer Mittelanzapfung versehen, die das Bezugspotential für eine Modulationsschaltung liefert, so daß der Parüüelschwingkreis durch äußere Einflüsse, z. B. durch Anschalten einer Leitung an den Signaleingang I, keine Verstimmung erhält Die Modulationsschaltung ist durch einen MOS-Feldeffekttransistor 15 gebildet. Dieser ist über eine Diode 14 mit einem Wicklungsende der Induktivität 12 verbunden. Die an dem Parallelschwingkreis auftretende hochfrequente Spannung wird an der Diode 14 gleichgerichtet und speist den MOS-Feldeffekttransistor 15 an einem Ladekondensator 16. Im Ruhezustand der Schaltung, in dem keine Signale am Eingang I anstehen, liegt an der Schaltstrekke des MOS-Feldeffekttransistors 15 also bereits eine gewisse Ruhegleichspannung, die dadurch geändert werden kann, daß der MOS-Feldeffekttransistor 15 an seiner Steuerelektrode durch Eingangssignale angesteuert wird und seinen weitgehend ohmschen Widerstand entsprechend dem Verlauf der Eingangssignale ändert Parallel zum Signaleingang I ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen, die aus Zener-Dioden 17 und 18 gebildet ist. Diese bewirken eine Begrenzung der Eingangsspannung, damit eine Beschädigung des MOS-Feldeffektiransistors 15 etwa durch Überspannungen infolge statischer Aufladungen einer an den Signaleingang 1 angeschalteten Leitung verhindert werden.

Das Bezugspotential der Eingangsseite, welches an dem mit der Mittelanzapfung der vorzugsweise bifilar gewickelten Induktivität 12 verbundenen Schaltungspunkt 20 auftritt, wird durch einen Symmetrierungskondensator 19 zuverlässig auf dem Wert 0 Volt gehalten.

Durcii den MOS-Feldeffekttransistor 15 wird die an dem Parallelschwingkreis auftretende hocbfrequenie Spannung moduliert. Da der Parallelschwingkreis auf Resonanz abgestimmt ist, hat er praktisch ohmsche Eigenschaften, so daß er gemeinsam mit dem Widerstand de« MOS-Feldeffekttransistors 15 einen veränderbaren oihmschen Widerstand darstellt, wodurch die hochfrequente Spannung am Schwingkreis entsprechend dem Verlauf der am Steuereingang ! erscheinenden Eingangssignale geändert wird. Die so modulierte hochfrequente Spannung wird auf die Auskoppelwicklung 21 gekoppelt, an <J:«; eine Demodulationsschaltung mit eineir Diode 22, einem Ladekondensator 23 und einem Lastwiderstand 24 angeschaltet ist. An dem Widerstand 24 tritt ein demoduliertes Gleichspannungssignal auf, dessen Verlauf demjenigen des Eingangssignals entspricht, dem aber ein Gleichspannungsanteil in

Höhe der Amplilude der hochfrequenten Spannung an der Auskoppelwicklung 21 überlagert ist. Um diesen Gleichspannungsanteil zu beseitigen, ist ein Verstärker 25 an den Widerstand 24 angeschaltet, welcher zweckmäßig mit einer Ansprechschwelle versehen ist, die nur den variablen Gleichspannungsanteil zur Wirkung kommen läßt. Der Ausgang des Verstärkers 25 bildet zusammen mit dem Bezugspunkt der Ausgangsseite der Trennstelle den Signalausgang 11.

Eine mit handelsüblichen Einzelteilen aufgebaute Schaltung der vorstehend beschriebenen Art ermöglicht die einwandfreie Übertragung von Signalen mit einer Amplitude zwischen 20 mV und 2 V. Dies zeigt, daß in weiten Grenzen sich ändernde Signale linear übertra gen werden können. Der Hochfrequenzgenerator 10 schwingt dauernd, sein Betrieb wird also durch die zugeführten Signale nicht gesteuert. Das Ein- und Ausschwingverhalten dieses Generators 10 beeinflußt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung also nicht.

Da keine Bedämpfung der Anordnung bis zum Kurzschluß einer der Wicklungen durchgeführt wird, ist eine im Zusammenhang mit den Induktivitäten und dem Ein- bzw. Ausschwingverhalten des Hochfrequenzgenerators 10 verbundene Begrenzung der Übertragungsgeschwindigkeit nicht zu bcfi rchten. Somit eignet sich eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung für Signaliibertragungen hoher Geschwindigkeit, die beispielsweise bei 9600 Bd liegen kann und je nach Wahl der Schaltungsgrößen und der Schwingfrequenz bis zu

is I MBd betragen kann.

Hierzu i 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 auf die hochfrequenten Schwingungen abgestimmter Resonanzschwingkreis (12, 13), der mit einem Hochfrequenzgenerator (10) galvanisch getrennt gekoppelt ist, mit einer mit dem Signaleingang (I) der Trennstelle verbundenen Modulationsschaltung (MOS-Feldeffekttransistor 15) verbunden und induktiv mit einer Demodulationsschaltung (Diode 22, Ladekondensator 23, Lastwiderstand 24, Verstärker 25} gekoppelt ist, die den Signalausgang (I I) der Trenc^ielle bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung (MOS-Feldeffekttransistor 15) ein dem Resonanzschwingkreis (Induktivität 12, Kapazität 13) vorzugsweise über eine Diode (14) parallelgeschalteter MOS-Feldeffekttransistor (15) is.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Signaleingang (1) der Trennstelle verbundene Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors (15) mit einer Begrenzerschaltung (Zencr-Dioden 17,18) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach /· ",nern der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung (MOS-F Ideffekttransistor 15) mit dem Resonanzschwingkreis (Induktivität 12, Kapazität 13) an einem Symmetriepunkt (Schaltpunkt 20) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulationsschaltung (Diode 22, Ladekondensator 23, Lastwiderstand 24, Verstärker 25) einen Verstärker (25) mit einem dem durch die demodulierten hochfrequenten Schwingungen erzeugten Gleichspannungsanteil entsprechenden Schwellenwert aufweist.