DE2628852C2

DE2628852C2 - Gabelschaltung zur Zweidraht-Vollduplex-Übertragung von Digitalsignalen

Info

Publication number: DE2628852C2
Application number: DE19762628852
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7015 Korntal Dietze; Joerg 7121 Pleidelsheim Reutter
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1976-06-26
Filing date: 1976-06-26
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2628852B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Zweidrahtleitung mit Endstellen, die Gabelschaltungen 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 Z, 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 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 Vierdrahtleiiung liegt der Sender SB gegen Masse, wogegen die Empfangsspannung Ueb dieser Endstelle de*n anderen Stromkreis am Schaltungspunkr a ebenfalls gegen Masse entnommen wird. Damit behr. 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 Usb- Im folgenden wird auch das Signal selbst mit Usb bezeichnet. Über den Gabelübertrager TB gelangt dieses Signal auf die Zweidrahtseite und hat am Punkt b gegen Masst- eine Amplitude k\ ■ Usb- 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

U_s

(U

= if [U_3A) + It₁ ■ U_SB)

w 3

= g(V_SA)

L'sB >

+ V_x - A₃ · U_SB = O,

= k₃U_SB - g(U_SA) - k₂U_S

(4)

μ·3

Es muß also die Amplitude des \om eigenen Sender stammenden Anteils von U& 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 .st R\ = Rj = R,

N = -^, w\ = w2 = w und w3 = \/2 · w. Für d'e

Widerstandswerte und Windungszahlen werden dabei die gleichen Bezugszeichen, wie für die Widerstände und die Obertragungswicklungen verwendet. Es ist damit

und für den Idealfall, daß der Widerstand Z der Zweidrahtleitung gleich R ist,

also gleich

Auf die andere Seite des Gabelübertragers TB übersetzt ergibt dies über der Teilwicklung w\ eine Spannung von

k₂ wird nun dadurch gleich fa gemacht, daß mittels mi einer Regelschaltung der vom Sender SB auf die Zweidrahtseite des Gabelübertragers TB gelangende Anteil k\Usn der Senderspannung mit der Amplitude ίΛ« auf einen Amplitudenwert von

η-3

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 Αί gleich-^-wird und somit die

Anteile der eigenen Sendespannung Usb in der Empfangsspannung Ueb genügend unterdrückt werden. Die Sollspannung U_rCf, 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 Usb des Senders SB abgeleitet Beim betrachteten Beispiel wird das Widerstandsverhältnis so gewählt, daß

wobei wl und ^3 die Windungszahlen der entsprechenden Wicklungen sind. a;

Die Spannung an der Leitungsnachbildung N hat andererseits eine Amplitude fa ■ Use, die bei einer gleichseitigen Gabrl unabhängig vom jeweils vorhandenen Scheinwiderstand Z der Zweidrahtleitung ist. Wenn nun dafür gesorgt wird, daß k₂ gleich fa ist, dann ist die am Punkt a gegen Masse abgegriffene Empfangsspannung Ueb unbeeinflußt von Anteilen der eigenen Senderspannung Usb- Es ist nämlich

geregelt wird.

ist. Zusammen mit der am Punkt b vorliegenden Spannung L/t, wird die Sollspannung iy_re/den Eingängen eines Differenzverstärkers D zugeführt, dessen Ausgangsspannung einen steuerbaren Widerstand RB derart steuert, daß die Amplitude Αϊ · Usb des von SB stammenden Anteils von Ub gleich der Amplitude der Sollspannung £/_rff wird. Der vom Sender SA stammende Anteil f(U_SA) der Steuerspannung U_b beeinflußt diesen Regelvorgang nicht, da er keine Gleichspannungskomponente enthält und ein anderes Bitmuster als U_rcr 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 ζ)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 eereeelt. der in einem solchen fest

■■BBGWK^

vorgegebenen Verhältnis zum Widerstand der Leitungsnachbildung /V steht, daß die Gabelübergangsdämpfung maximal wird. Im betrachteten Falle der angepaßten, gleichseitigen Gabel beträgt dieser Wert 2 N.

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 tv 3 entnommen, sondern wie später anhand der F i g. 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. »0« bedeutet.

Die Fig.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 Tt und 7~2 ein kurzer Vierdrahtabschnitt in die Zweidrahtleitung geschaltet, der den Sendeweg vorn Empfangsweg trennt. Damit die Ausgangssignale des Regenerators REGX der von T2 nach Tt weisenden Übertragungsrichtung nicht über den Gabelübertrager Π in die entgegengesetzte Übertragungsrichtung auf den Eingang des Regenerators REG 2 fließen können, ist dafür zu sorgen, daß der Gabelübertrager Tt 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 Tt und T2 identisch, so daß sie im folgenden nur anhand von Tt 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 REG 1, der auf die Teilwicklung w V übertragen wird, durch den an der Nachbildung N' liegenden konstanten Anteil der Ausgangsspannung von REGt kompensiert wird. Somit bleibt die Eingangsspannung des Regenerators REG 2 genügend frei von der Ausgangsspannung von REGt. Als Regelschaltung läßt sich die in Fig. 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, einer Differenzverstärker D, dessen eine Eingangsspannung Ure/ von der Ausgangsspannung U\ des Regenerator· REG\ mittels einer aus Widerständen R 3' und RA bestehenden Spannungsteilerschaltung abgeleitet wird Der steuerbare Widerstand RB wird jedoch nicht an die Zweidrahtleitung angeschaltet, sondern ist einer zusatz liehen Ubertragerwicklung w4 parallel geschaltet. Die am Verbindungspunkt der Wicklung wA und de.' Widerstandes RB, deren andere Anschlüsse an Masse liegen, vorhandene Spannung U_b' ist ein Maß für die ar der Übertragcwicklung w3' liegende Spannung unc wird daher zum Vergleich mit U_rJ dem anderer Eingang des Differenzverstärkers D zugeführt. Da> Ausgangssigna! des Differenzverstärkers bestimm! nur den Wert des Widerstandes RB und damit die an dei Wicklung w4 liegende Spannung und damit auch die ar der Übertragerwicklung w 3' liegende Spannung derart daß die auf die Teilwicklung ηΊ' übersetzte Spannung einen Anteil der Spannung Ut enthält, der vom an dei Leitungsnachbildung N" liegenden Anteil der Spannung Ut kompensiert wird. Diese Regelschaltung regelt alsc den auf die Zweidrahtseite gelangenden Anteil k\ U1 der Ausgangsspannung Ut von REGl nicht direkt sondern mittelbar auf den Wert, der bei ideale: Anpassung des Widerstandes Z der Zweidrahtleitung vorhanden wäre. Bei gleicher Bemessung der Wider stände und Windungszahlen wie bei Fig. 1 betrag

dieser Wert wiederrum-L^L/l.
4

Die Funktion der Regelschaltung mit dem steuerba ren Widerstand und der zusätzlichen Übertragerwick lung läßt sich auch anders als bisher erklären. Die Wicklung w4 und der Widerstand RB bilden ein< steuerbare zusätzliche Bedämpfung des Gabelübertra gers. Dadurch wird auch der an den Zweidrahtanschlüs sen P und Q vorhandene Widerstand der Gabelschal tung steuerbar und läßt sich unabhängig vom jeweil: vorhandenen Widerstand der Zweidrahtleitung Z, di< definitionsgemäß an den Anschlüssen P und Q endet auf einen konstanten Wert einregeln, der in einen festen vorgegebenen Verhältnis zum Widerstand dei Leitungsnachbildung /V steht. Im Falle der erwähnter angepaßten, gleichseitigen Gabel beträgt dieser Wer 2ΛΛ

Ein Zweidraht-Gabelverstärker nach F i g. 2 hat dei Vorteil, daß auf der Zweidrahtseite keine zusätzlicher Schaltungsmaßnahmen erforderlich sind. Selbstver ständlich läßt sich diese Regelschaltung auch für die it F i g. 1 gezeigten Endstellen verwenden. Dieses Über tragungssystem ermöglicht es daher, daß die für di< analoge Übertragung vorhandenen Zweidraht-Leitun gen mit nur geringfügigen Änderungen der End- un< Zwischenstellen zur Übertragung von Digitalsignalei im Vollduplex verwendet werden können. Somit ist eini einfache Digitalisierung bis zum Teilnehmer und dami eine optimale Leitungsentdämpfung möglich.

Die Fig.3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel de Erfindung für ein Zweidraht-Übertragungssysten, da: Widerstandsgabeln enthält Abgesehen von der aus den steuerbaren Widerstand RB", dem Differenzverstärke D" und der Spannungsteilerschaltung A3", A4' bestehenden Regelschaltung handelt es sich bei de gezeigten Schaltung um eine Brückenschaltung. En Brückenwiderstand wird durch den Eingangswiderstam Z der Zweidrahtleitung Z und ein anderer durch dii Leitungsnachbildung N" gebildet. Zwischen der Zwei drahtleitung und der Nachbildung liegt die Reihenschal

tung der Brückenwiderstände Λ 5 und Rb. Die Zweidrahtleitung Z liegt zwischen dem Brückenwiderstand R 5 und Masse, die Leitungsnachbildung N" zwischen dem Brückenwiderstand /?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 Ui wird an einem den Widerständen Λ 5 und R β parallel geschalteten Widerstand R% abgenommen. Wenn der Widerstand zur Leitungsnachbildung N" 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 eriindungsgemäßer. Übertragungssystem ist nun eine Regelschaltung R 3", /?4", D' und RB' vorgesehen, die dafür sorgt, daß der Anteit der an der Zweidrahtleitung Z am Punkt P' gegen Masse bestehenden Spannung Ub, 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 Ui genügend frei von Anteilen der Senderspannung Us- Die Vergleichsspannung U_rJ' für die zu regelnde Ist-Spannung Ui, wird mittels der Spannungsteilerschaltung Ri"-R 4" auf eine Amplitude eingestellt, die gleich der Amplitude der vom Sender 5 auf 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 Zweidrahtanschlüsseri P' und Q' endenden Zweidrahtleitung auf einem konstanten Wert, der gleich dem Widerstand der Leitungsnachbildung N" ist, so daß die Brücke abgeglichen ist.

Der steuerbare Widerstand RB" 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 geerdeter Schaltungspunkt zusammenzufassen.

Hierzu 2 Blatt Zcichnunucn

Claims

Patentansprüche:

1. Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung für Zweidraht-Vollduplex-Übertragungssysteme für > Digitalsignale zum Anschluß eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (R3, A4, D, RB; A3', RA', D, RB; A3", A4", D", RB') vorgesehen ist, die den an den Zweidrahtan- κι Schlüssen (P, Q-, P, Q; P', 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 /Ansteht

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", D", RB') die an den Zweidrahtanschlüssen (P, Q-, P', Q') bestehende Spannung (Ub, W) mit einer in einem festen Verhältnis zur Ausgangsspannung (Usb\ Us) des Senders (SB; S) stehenden Spannung (Urefi Ure/') 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 (A*'; Fig.2) erfolgt, der y, parallel zu einer zusätzlichen Wicklung (V 4) des Gabelübertragers liegt, wobei die Regelschaltung (R3', A4', D, RB, wA) die an der zusätzlichen Wicklung (wA) bestehende Spannung (Ub') mit einer in einem festen Verhältnis zur Ausgangsspannung (UX) des Senders (REGX) stehenden Spannung (Uni) vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis den steuerbaren Widerstand steuert (F ig. 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 zusätzli- w chen 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 (F ig-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 wi 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 Zweidrahtlei- h> tung 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 24 54 108 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 Empi'angssigna!e 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, d. h. bis zum Teilnehmer voranzutreiben. Bei der neuen Gabelschaltung entfallen alle Einstellarbeiten, da diese sich selbsttätig auf den Widerstand der jeweils angeschlossenen Zweidrahtleitung einstellt.