DE2628852B1 - Gabelschaltung zur zweidraht-vollduplex-uebertragung von digitalsignalen - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Zweidrahtleitung mit Endstellen, die Gabeischaltungen mit Übertragern enthalten, F i g. 2 einen Zweidraht-Gabelverstärker, der Schaltungen mit Gabelübertragern enthält, F i g. 3 eine als Widerstandsgabel ausgebildete Gabelschaltung verwendet in einer Endstelle.
• Die Fig. 1 zeigt ein Übertragungssystem mit einer Endstelle A, einer Zweidrahtleitung 5 die über eine oder mehrere Vermittlungen verlaufen kann, und einer Endstelle B. Wie bei der Niederfrequenz-Übertragungstechnik wird an jeder Endstelle und gegebenenfalls Zwischenstelle (F <F i g. 2) zur Trennung der in den beiden Übertragungsrichtungen zu übertragenden Signale eine Gabelschaltung verwendet. Es wird also beispielsweise an der Endstelle B die Zweidrahtleitung Z mit Hilfe eines Gabelübertragers TB in eine Vierdrahtleitung übergeführt. Im einen Stromkreis dieser Vierdrahtleitung liegt der Sender SB gegen Masse, wogegen die Empfangsspannung UEB dieser Endstelle dem anderen Stromkreis am Schaltungspunkr a ebenfalls gegen Masse entnommen wird. Damit beim Betrieb des Senders SB der eigene Empfänger nicht gestört wird, ist für eine möglichst hohe Gabelübergangsdämpfung zu sorgen.
• Bei der Niederfrequenzübertragungstechnik für Analogsignale genügt dazu eine geeignete Bemessung und gegebenenfalls eine einmalige Einstellung der Leitungsnachbildung N.Mit der erfindungsgemäßen Gabelschaltung sollen dagegen Digitalsignale mit höheren Frequenz und größeren Bandbreiten übertragen werden. Die neue Gabelschaltung weicht völlig von den bekannten Gabelschaltungen ab, bei denen immer die Leitungsnachbildung auf den Scheinwiderstand Z der Zweidrahtleitung eingestellt wird. Sie wird anhand der Endstelle B nachstehend erläutert. Die Endstelle A ist gleich der Endstelle B aufgebaut und braucht daher nicht eigens erläutert zu werden.
• Das vom Sender SB erzeugte digitale Signal habe eine konstante Spannungsamplitude Uss Im folgenden wird auch das Signal selbst mit Ussbezeichnet Über den Gabelübertrager TB gelangt dieses Signal auf die Zweidrahtseite und hat am Punkt b gegen Masse eine Amplitude k1 Us Dieser Spannung wird vom Sender SA der anderen Endstelle A eine Spannung überlagert, die eine Funktion der von diesem Sender SA erzeugten Spannung USA ist Es liegt am Punkt b also eine Spannung von Ub = f (USA) + kt USB (1) Auf die andere Seite des Gabelübertragers TB übersetzt ergibt dies über der Teilwicklung wl eine Spannungvon wl Ux = (f(UsA) + kt - USB) w3 (2) = g(Us) + k2 USB, (3) wobei wl und w3 die Windungszahlen der entsprechenden Wicklungen sind.
• Die Spannung an der Leitungsnachbildung N hat andererseits eine Amplitude k3 Usa die bei einer gleichseitigen Gabel unabhängig vom jeweils vorhandenen Scheinwiderstand Zder Zweidrahtleitung ist Wenn nun dafür gesorgt wird, daß k2 gleich k3 ist, dann ist die am Punkt a gegen Masse abgegriffene Empfangsspannung UEB unbeeinflußt von Anteilen der eigenen Senderspannung Uss Es ist nämlich UEB + Ux - k3 USB = 0, d. h.
• UEB = k3 USB -g(Uss) k2 USB (4) k2 wird nun dadurch gleich k3 gemacht, daß mittels einer Regelschaltung der vom Sender SB auf die Zweidrahtseite des Gabelübertragers TB gelangende Anteil k1 UsB der Senderspannung mit der Amplitude USB auf einen Amplitudenwert von w3 k3 wird geregelt wird.
• Es muß also die Amplitude des vom eigenen Sender stammenden Anteils von Ub auf einen Wert geregelt werden, der in einem festen, vorgegebenen Verhältnis zur Senderamplitude USB steht Dazu gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, von denen eine in F i g. 1 gezeigt ist.
• Andere werden anhand der F i g. 2 und 3 später erläutert Es sei im folgenden der Spezialfall der angepaßten, gleichseitigen Gabel betrachtet Dabei ist R1 = R2 = N=R R2, wt = w2 = w und w3 = A w. Für die 2' Widerstandswerte und Windungszahlen werden dabei die gleichen Bezugszeichen, wie für die Widerstände und die Übertragungswicklungen verwendet Es ist damit 1 k3 = 4 und für den Idealfall, daß der Widerstand Z der Zweidrahtleitung gleich R ist, also gleich w3 k3, wl so daß die Regelschaltung nicht aktiv zu werden braucht Im Normalfall weicht jedoch Z aufgrund von Toleranzen der Leitung, Frequenzabhängigkeiten und Temperaturschwankungen von diesem Nennwert R ab.
• Diese Abweichung wird nun mittels der Regelschaltung so weit kompensiert, daß k, gleich$wird und somit die Anteile der eigenen Sendespannung UEB in der Empfangsspannung UEB genügend unterdrückt werden.
• Die Sollspannung Frei; auf die der von SB stammende Anteil von Ub geregelt werden soll, wird mittels einer aus Widerständen R 3 und R 4 bestehenden Spannungsteilerschaltung von der Ausgangsspannung UEB des Senders SB abgeleitet Beim betrachteten Beispiel wird das Widerstandsverhältnis so gewählt, daß ist Zusammen mit der am Punkt b vorliegenden Spannung Ub wird die Sollspannung U,esden Eingängen eines Differenzverstärkers D zugeführt, dessen Ausgangsspannung einen steuerbaren Widerstand RB derart steuert, daß die Amplitude k1 UEB des von SB stammenden Anteils von Ub gleich der Amplitude der Sollspannung U,eswird. Der vom Sender SA stammende Anteil f(UsA) der Steuerspannung Ub beeinflußt diesen Regelvorgang nicht, da er keine Gleichspannungskomponente enthält und ein anderes Bitmuster als Uref hat Der steuerbare Widerstand ist im gezeigten Beispiel parallel zur Zweidrahtleitung Z an die Zweidrahtanschlüsse P und Q der Gabel geschaltet Er kann aber auch in Reihe mit dem Widerstand der Zweidrahtleitung liegen. Es kommt nur darauf an, daß er die Zweidrahtleitung so abschließt, daß unmittelbar am Gabeleingang der vorne erläuterte ideale Widerstand R wirksam ist Mittels der Regelschaltung wird also der an den Zweidrahtanschlüssen Pund Q der Gabel wirksame Widerstand unabhängig vom jeweils vorhandenen Widerstand der Zweidrahtleitung Z, die definitionsgemäß an diesen Anschlüssen P und Q endet, auf einen konstanten Wert geregelt, der in einem solchen fest vorgegebenen Verhältnis zum Widerstand der Leitungsnachbildung N steht, daß die Gabelübergangsdämpfung maximal wird. Im betrachteten Falle der angepaßten, gleichseitigen Gabel beträgt dieser Wert 2N.
• Zur Realisierung des steuerbaren Widerstandes RB können gebräuchliche Diodenschaltungen, Transistoren oder Feldeffekttransistoren verwendet werden.
• Das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt eine einseitig geerdete, d. h. eine unsymmetrische Zweidrahtleitung. Falls die erfindungsgemäße Gabelschaltung zusammen mit einer symmetrischen Leitung verwendet werden soll, so wird die Regelgröße Ub zur Konstanthalbung des an den Zweidrahtanschlüssen der Gabelschaltung vorhandenen Widerstandes nicht einfach der Wicklung w3 entnommen, sondern wie später anhand der Fig.2 gezeigt wird, einer zusätzlichen Übertragungswicklung gegen Masse. Der steuerbare Widerstand RB kann dabei so an die Zweidrahtanschlüsse angeschlossen sein, daß er parallel oder in Reihe mit der Zweidrahtleitung liegt, er kann jedoch auch außerhalb dieses Stromkreises liegen.
• Wie erwähnt, wird die am Punkt b vorhandene Spannung Ub in ihrer Amplitude durch die Regelschaltung beeinflußt. Dies bedeutet, daß sowohl die vom Sender SB zur Endstelle A übertragenen Digitalsignale als auch die vom Sender SA in der Endstelle B empfangenen Digitalsignale in ihrer Amplitude geändert werden. Dies ist jedoch bei Digitalsignalen im Gegensatz zu Analogsignalen für die übertragene Information unerheblich, solange die Amplitude oberhalb bzw. unterhalb der Schwelle bleibt, die »1« bzw. »O« bedeutet.
• Die F i g. 2 zeigt einen Gabelverstärker, der zur Regenerierung der übertragenen Digitalsignale als Zwischenstelle in die zwischen die Endstellen A und B der F i g. 1 geschaltete Zweidrahtleitung Zeingeschaltet werden kann. Wie in der Niederfrequenz-Übertragungstechnik ist mittels Gabelübertragern Tl und T2 ein kurzer Vierdrahtabschnitt in die Zweidrahtleitung geschaltet, der den Sendeweg vom Empfangsweg trennt. Damit die Ausgangssignale des Regenerators REG 1 der von T2 nach T 1 weisenden Übertragungsrichtung nicht über den Gabelübertrager Tl in die entgegengesetzte Übertragungsrichtung auf den Eingang des Regenerators REG 2 fließen können, ist dafür zu sorgen, daß der Gabelübertrager T1 eine genügend hohe Gabelübergangsdämpfung hat. Das gleiche gilt für den Gabelübertrager T2, damit über diesen keine Signale vom Ausgang von REG 2 auf den Eingang von REG 1 gelangen. Die dazu vorgesehenen Maßnahmen sind für beide Gabelübertrager T1 und T2 identisch, so daß sie im folgenden nur anhand von T1 erläutert werden.
• Wie bei F i g. 1 wird wiederum mittels einer Regelschaltung dafür gesorgt, daß die auf der Zweidrahtseite des Gabelübertragers vorhandene Spannung eine derartige Amplitude hat, daß der Anteil der Ausgangsspannung des Regenerators REGT, der auf die Teilwicklung w 1' übertragen wird, durch den an der Nachbildung N' liegenden konstanten Anteil der Ausgangsspannung von REGI kompensiert wird.
• Somit bleibt die Eingangsspannung des Regenerators REG 2 genügend frei von der Ausgangsspannung von REGT. Als Regelschaltung läßt sich die in F i g. 1 gezeigte ebenso verwenden wie die gegenüber dieser leicht abgewandelte Schaltung, die in F i g. 2 gezeigt ist.
• Diese Regelschaltung enthält wie die in F i g. 1 gezeigte einen steuerbaren Widerstand RB, einen Differenzverstärker Dr, dessen eine Eingangsspannung Urel von der Ausgangsspannung U1 des Regenerators REG 1 mittels einer aus Widerständen R3' und R4' bestehenden Spannungsteilerschaltung abgeleitet wird.
• Der steuerbare Widerstand RBr wird jedoch nicht an die Zweidrahtleitung angeschaltet, sondern ist einer zusätzlichen Übertragerwicklung w4 parallel geschaltet. Die am Verbindungspunkt der Wicklung w4 und des Widerstandes RR, deren andere Anschlüsse an Masse liegen, vorhandene Spannung Ub' ist ein Maß für die an der Übertragerwicklung w3' liegende Spannung und wird daher zum Vergleich mit U,eX dem anderen Eingang des Differenzverstärkers Dr zugeführt. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers bestimmt nun den Wert des Widerstandes RBr und damit die an der Wicklung w4 liegende Spannung und damit auch die an der Übertragerwicklung w3' liegende Spannung derart, daß die auf die Teilwicklung w 1' übersetzte Spannung einen Anteil der Spannung U1 enthält, der vom an der Leitungsnachbildung N7 liegenden Anteil der Spannung U 1 kompensiert wird. Diese Regelschaltung regelt also den auf die Zweidrahtseite gelangenden Anteil kl U 1 der Ausgangsspannung U1 von REG 1 nicht direkt, sondern mittelbar auf den Wert, der bei idealer Anpassung des Widerstandes Z der Zweidrahtleitung vorhanden wäre. Bei gleicher Bemessung der Widerstände und Windungszahlen wie bei Fig. 1 beträgt dieser Wert wiederrrnUl.
• 4 Die Funktion der Regelschaltung mit dem steuerbaren Widerstand und der zusätzlichen Übertragerwicklung läßt sich auch anders als bisher erklären. Die Wicklung w4 und der Widerstand Rff bilden eine steuerbare zusätzliche Bedämpfung des Gabelübertragers. Dadurch wird auch der an den Zweidrahtanschlüssen P und Q' vorhandene Widerstand der Gabelschaltung steuerbar und läßt sich unabhängig vom jeweils vorhandenen Widerstand der Zweidrahtleitung Z, die definitionsgemäß an den Anschlüssen P und Q endet, auf einen konstanten Wert einregeln, der in einem festen vorgegebenen Verhältnis zum Widerstand der Leitungsnachbildung 1SP steht. Im Falle der erwähnten angepaßten, gleichseitigen Gabel beträgt dieser Wert 2N.
• Ein Zweidraht-Gabelverstärker nach F i g. 2 hat den Vorteil, daß auf der Zweidrahtseite keine zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen erforderlich sind. Selbstverständlich läßt sich diese Regelschaltung auch für die in F i g. 1 gezeigten Endstellen verwenden. Dieses Übertragungssystem ermöglicht es daher, daß die für die analoge Übertragung vorhandenen Zweidraht-Leitungen mit nur geringfügigen Änderungen der End- und Zwischenstellen zur ertragung von Digitalsignalen im Vollduplex verwendet werden können. Somit ist eine einfache Digitalisierung bis zum Teilnehmer und damit eine optimale Leitungsentdämpfung möglich.
• Die Fig.3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Zweidraht-Übertragungssysten, das Widerstandsgabeln enthält. Abgesehen von der aus dem steuerbaren Widerstand Rffl', dem Differenzverstärker ' und der Spannungsteilerschaltung R 3", R 4" bestehenden Regelschaltung handelt es sich bei der gezeigten Schaltung um eine Brückenschaltung. Ein Brückenwiderstand wird durch den Eingangswiderstand Z der Zweidrahtleitung Z und ein anderer durch die Leitungsnachbildung N" gebildet Zwischen der Zweidrahtleitung und der Nachbildung liegt die Reihenschaltung der Brückenwiderstände R 5 und R 6. Die Zweidrahtleitung Z liegt zwischen dem Bruckenwiderstand R 5 und Masse, die Leitungsnachbildung M' zwischen dem Brückenwiderstand R 6 und Masse. Im Diagonalzweig der Brücke liegt zwischen dem Verbindungspqunkt der Widerstände R 5 und R 6 und Masse der Sender Smit einem Widerstand R 7.
• Die Empfangsspannung UE wird an einem den Widerständen R 5 und R 6 parallel geschalteten Widerstand R 8 abgenommen. Wenn der Widerstand zur Leitungsnachbildung NT' und der Leitungswiderstand Z gleich sind, und wenn die Brücke symmetrisch ist, wenn also R 5 = R 6 ist, so bleibt die Empfangsspannung UE von den eigenen Sendesignalen des Senders S unbeeinflußt Beim erfindungsgemäßen Übertragungssystem ist nun eine Regelschaltung R 3", R 4", Dr' und Rg' vorgesehen, die dafür sorgt, daß der Anteil der an der Zweidrahtleitung Z am Punkt P' gegen Masse bestehenden Spannung Um der von der Senderspannung Us stammt, auf eine solche Amplitude geregelt wird, die gleich der Aplitude vom Sender Sauf die Leitungsnachbildung N?' gelangenden Spannung ist. In diesem Fall ist die Brücke abgeglichen und die Empfangsspannung UE genügend frei von Anteilen der Senderspannung Us. Die Vergleichsspannung Urel für die zu regelnde Ist-Spannung Ub wird mittels der Spannungsteilerschaltung R 3" - R 4" auf eine Amplitude eingestellt, die gleich der Amplitude der vom Sender Sauf den Widerstand N" gelangenden Spannung ist. Die Regelschaltung hält damit den zwischen dem Schaltungspunkt b<' und Masse wirksamen Widerstand unabhängig vom jeweils vorhandenen Widerstand der an den Zweidrahtanschlüssen P' und 7' endenden Zweidrahtleitung auf einem konstanten Wert, der gleich dem Widerstand der Leitungsnachbildung N" ist, so daß die Brücke abgeglichen ist.
• Der steuerbare Widerstand RE' ist im gezeigten Fall parallel an die Zweidrahtleitung Zangeschaltet. Je nach den gegebenen Widerstandsverhältnissen kann er auch in Reihe mit der Zweidrahtleitung geschaltet werden.
• Falls die Zweidrahtleitung eine symmetrische Leitung ist, sind alle geerdeten Punkte zu einem nicht geerdeten Schaltungspunkt zusammenzufassen.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung für Zweidraht-Vollduplex-Übertragungssysteme für Digitalsignale zum Anschluß eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung, d a d u r c h gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (R3, R4, D, RB; R3', R4', Dr, RB; R3", R4'1, Dr', RB') vorgesehen ist, die den an den Zweidrahtanschlüssen (P, Q;!>, Q; 1>', Q") der Gabelschaltung wirksamen Widerstand unabhängig vom jeweils vorhandenen Widerstand der Zweidrahtleitung (Z) auf einen konstanten Wert einregelt, der in einem festen, vorgegebenen Verhältnis zum Widerstand der unverändert bleibenden Leitungsnachbildung (N) steht 2. Gabelschaltung nach Anspruch 1, die Gabelübertrager enthält oder eine Widerstandsbrückenschaltung ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstanthalten durch Veränderung eines steuerbaren Widerstandes (RB, RB") erfolgt, der an die Zweidrahtseite der Gabelschaltung angeschlossen ist, wobei die Regelschaltung (R 3, R 4, D, RB; R 3", R 4", Dr', RB") die an den Zweidrahtanschlüssen (P, Q; IY', Q") bestehende Spannung (Ub, Ub") mit einer in einem festen Verhältnis zur Ausgangsspannung (ussr; Us) des Senders (SB;S) stehenden Spannung (ufer Urest) vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis den steuerbaren Widerstand (RB; RB") regelt (F i g. 1; F i g. 3).

   3. Gabelschaltung nach Ansprich 1, die einen Gabelübertrager enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstanthalten durch Veränderung eines steuerbaren Widerstandes (ru'; Fig.2) erfolgt, der parallel zu einer zusätzlichen Wicklung (w4) des Gabelübertragers liegt, wobei die Regelschaltung (R 3', R 4', Dr, RB', w4) die an der zusätzlichen Wicklung (w4) bestehende Spannung (Ub') mit einer in einem festen Verhältnis zur Ausgangsspannung (Ul) des Senders (REG 1) stehenden Spannung (Urel) vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis den steuerbaren Widerstand steuert (Fig.2).

   4. Gabelschaltung nach Anspruch 1, die einen Gabelübertrager enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstanthalten durch Veränderung eines steuerbaren Widerstandes erfolgt, der an die Zweidrahtseite der Gabelschaltung angeschlossen ist, wobei die Regelschaltung die an einer zusätzlichen Wicklung des Gabelübertragers bestehende Spannung mit einer in einem festen Verhältnis zur Ausgangsspannung des Senders stehenden Spannung vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis den steuerbaren Widerstand steuert (Fig.2).

   5. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (RB; RB") parallel zur Zweidrahtleitung (Z) an die Zweidrahtanschlüsse (P, Q; P', Q") der Gabelschaltung angeschlossen ist (F i g. 1; F i g. 3).

   6. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand derart an die Zweidrahtseite der Gabelschaltung angeschlossen ist, daß er mit der Zweidrahtleitung in Reihe liegt.

   Die Erfindung betrifft eine Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung zur Zweidraht-Vollduplex-Übertragung von Datensignalen zum Anschluß eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung.

   Stand der Technik Derartige Gabelschaltungen sind bekannt und können Übertrager enthalten oder überwiegend aus Widerständen bestehen. In der DT-AS 2454 108 ist eine Widerstands-Gabelschaltung beschrieben, mit der an den Endstellen der Zweidrahtleitung der Sender und der Empfänger angeschlossen sind und die nach Art einer Brückenschaltung arbeitet. Ein Brückenwiderstand ist der Eingangswiderstand der Zweidrahtleitung, und ein anderer die diesem gegenüberliegende Leitungsnachbildung. Um den Sender und den Empfänger derselben Endstelle möglichst gut voneinander zu entkoppeln, so daß beim Betrieb des Senders der eigene Empfänger nicht gestört wird, müssen die Leitung und ihre Nachbildung möglichst genau aufeinander abgestimmt sein. Dies geschieht bei der bekannten Gabelschaltung durch eine aufwendige veränderliche Nachbildungsschaltung zum Abgleich der Brückenschaltung.

   Aufgabe Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Gabelschaltung zur Zweidraht-Vollduplex-Übertragung von Digitalsignalen anzugeben, die mit einfachen Mitteln die Sende-und Empfangssignale genügend voneinander entkoppelt.

   Lösung Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

   Vorteile Es hat sich gezeigt, daß die für die Übertragung von Digitalsignalen an die Gabelübergangsdämpfung gestellten Forderungen über einen weiten Variationsbereich des Leitungswiderstandes bereits mit einer verhältnismäßig einfachen Regelschaltung einzuhalten sind. Somit ermöglicht es die Erfindung, die Digitalisierung der Nachrichtenübertragung mit geringem Aufwand bis in die unterste Netzebene, dh. bis zum Teilnehmer voranzutreiben. Bei der neuen Gabelschaltung entfallen alle Einstellarbeiten, da diese sich selbsttätig auf den Widerstand der jeweils angeschlossenen Zweidrahtleitung einstellt.