DE2721119A1

DE2721119A1 - Frequenzumsetzerschaltung

Info

Publication number: DE2721119A1
Application number: DE19772721119
Authority: DE
Inventors: Michel Knapp-Ziller; Loic Pasquer
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1976-05-11
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2368825B2; FR2351538B1; FR2368825A2; FR2351538A1; US4136288A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 £. / Z. I I I \J

8 München 60

10. Mai 1977

LIGNES TELEGRAPHIQUES

ET TELEPHONIQUES

89, rue de la Faisanderie

75016 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: L 1024

Frequenzumsetzersehaltung

Die Erfindung betrifft eine Frequenzumsetzerschaltung, insbesondere zur Verwendung bei Trägerfrequenz-Fernmeldesystemen.

Eine aus der FR-PS 739 103 bekannte Frequenzumsetzerschaltung, die mit Gegentaktmodulation arbeitet, ist in Fig. 1 dargestellt. Sie enthält zwischen einem ersten Klemmenpaar 1, 2 und einem zweiten Klemmenpaar 5, 6 zwei Transformatoren 9 und 10, die über Dioden 11, 12, 13, H miteinander verbunden sind. Die Transformatoren 9 und 10 haben jeweils eine Wicklung mit einer Mittelanzapfung, und die Mittelanzapfungen sind jeweils mit einer Klemme eines

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dritten Klemmenpaares 3, 4 verbunden. Über zwei Klemmenpaare können an die Schaltung eine Trägerschwingung mit der Frequenz F und ein Signal mit der Frequenz f angelegt werden. Die auf die Frequenz F-f und F+f umgesetzten Schwingungen, die sich aus der Gegentaktmodulation ergeben, werden an den Klemmen des frei gebliebenen Klemmenpaares abgenommen. Die Güte einer solchen Schaltung hängt im wesentlichen von den Kopplungen zwischen den verschiedenen Klemmenpaaren ab, sowie von den nichtlinearen Verzerrungen, die unerwünschte Frequenzen im Übertragungskreis verursachen. Zur Verringerung der Kopplungen ist es notwendig, die Wicklungen der Transformatoren abzugleichen und die Dioden paarweise zu sortieren. Die nichtlinearen Verzerrungen hängen sowohl von den Kennlinien der Dioden als auch von der Form und der Leistung der Trägerschwingung ab. In der Praxis ist bei Trägerfrequenz-Übertragungssystemen, die mit diesem Frequenzumsetzungsverfahren arbeiten, pro Kanal eine Trägerschwingungsleistung in der Größenordnung von 300 Mikrowatt erforderlich, die bis zu 10 Milliwatt gehen kann, wenn die Anzahl der umzusetzenden Kanäle bis auf 900 erhöht wird. Im allgemeinen liefert der Trägerschwingungsoszillator mit der Frequenz F, der mehreren Umsetzzungsschaltungen gemeinsam ist, eine unzureichende Leistung, so daß jeder Frequenzumsetzerschaltung ein Verstärker zugeordnet sein muß, der die Leistung der Trägerachwingung auf den erforderlichen Wert erhöht. Die wachsende Kapazität der Analog-Multiplexverbindungen erfordert eine entsprechende Vergrößerung der Anzahl der Frequenzumsetzerschaltungen und der zugeordneten Verstärker, was wiederum zur Folge hat, daß eine beträchtliche Stromversorgungsleistung aufgebracht v/erden muß. Da der energetische Wirkungsgrad der Schaltungen klein ist, entsteht in den Anlagen eine unzulässige Temperaturerhöhung.

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- 2Γ-

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Frequenzumsetzerschaltung, die nur einen geringen Trägerschwingungspegel erfordert, wodurch die notwendige Gesamtleistung begrenzt ist, und demzufolge auch die durch die Frequenzumsetzerschaltungen einer Verbindung mit großer Kanalzahl in Wärme umgesetzte Verlustleistung.

Nach der Erfindung ist eine Frequenzumsetzerschaltung mit einem Trägerklemmenpaar, das an eine TrägerSchwingungsquelle angeschlossen ist, einem Signalklemmenpaar, das an eine Quelle für umzusetzende Signale angeschlossen ist, und mit einem Ausgangsklemmenpaar, von dem die erste Klemme mit Masse und die zweite Klemme mit einem Ausgangsleiter verbunden ist, wobei ferner eine Gleichspannungsversorgungsschaltung vorgesehen ist, deren beide Ausgangsklemmen auf einem oberen Potential V^-p bzw. auf einem unteren Potential Vgg in Bezug auf das als Bezugspotential gewählte Massepotential liegen, gekennzeichnet durch:

- einen Steuerspannungsgenerator, dessen Eingang mit dem Trägerklemmenpaar verbunden ist und der an seinen beiden Ausgangsklemmen zwei um 180° phasenverschobene Rechtecksteuerspannungen gleicher Amplitude abgibt, die sich zwischen dem oberen Potential V_DD und dem unteren Potential Vgg ändern, und

- eine integrierte Schaltung mit zwei richtungsunabhängigen Schaltern, von der eine erste Elektrode mit der auf dem oberen Potential V_DD liegenden Klemme der Gleichspannungsversorgungsschaltung verbunden ist, eine zweite Elektrode mit der auf dem unteren Potential V_sg liegenden Klemme der Gleichspannungsversorgungsschaltung verbunden ist, eine erste Steuerelektrode mit der einen Ausgangsklemme des Steuersignalgenerators verbunden ist und eine zweite

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_ 4- 9

"Steuerelektrode mit der anderen Ausgangsklemme des Steuersignalgenerators verbunden ist, und bei der die beiden Schalter an ihren einen Schaltelektroden voneinander isoliert und an ihren beiden anderen Schaltelektroden miteinander verbunden sind.

Eine erste Ausführungsform der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung besteht darin, daß die eine Signalklemme mit Masse verbunden ist, daß die andere Signalklemme mit den miteinander verbundenen Schaltelektroden verbunden ist, und daß die voneinander isolierten Schaltelektroden mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sind, an dessen Ausgang der Ausgangsleiter angeschlossen ist.

Eine zweite Ausführungsform der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung besteht darin, daß die eine Signalklemme mit Masse und die andere Signalklemme mit dem Eingang eines Verstärkers mit symmetrischen Ausgängen verbunden sind, daß die symmetrischen Ausgänge des Verstärkers mit den beiden voneinander isolierten Schaltelektroden verbunden sind und daß die miteinander verbundenen Schaltelektroden mit dem Ausgangsleiter verbunden sind.

Eine dritte Ausführungsform der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung besteht darin, daß die beiden Signalklemmen mit den Enden der Primärwicklung eines Transformators verbunden sind, dessen Sekundärwicklung eine an Masse liegende Mittelanzapfung aufweist, daß die Enden der Sekundärwicklung mit den beiden voneinander isolierten Schaltelektroden verbunden sind, und daß die beiden miteinander verbundenen Schaltelektroden mit dem Ausgangsleiter verbunden sind.

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- ff 9

Sie Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung ergibt die folgenden Vorteile:

ι- Sie kann für jede Frequenzumsetzung in einem sehr ausgedehnten Frequenzbereich verwendet werden, der von den Niederfrequenzen bis zu Frequenzen in der Größenordnung von einigen Megahertz gehen kann.

- Die erforderliche Trägerschwingungsleistung ist unabhängig von der Leistung der umzusetzenden Schwingung.

- Die für die Steuerung der Schaltvorgänge notwendige Gesamtleistung ist wesentlich geringer als die für den Betrieb der Ringmodulatoren bekannter Art notwendige Leistung.

- Es ist eine Fernspeisung der Frequenzumsetzerschaltungen allein mit der Energie der Trägerschwingung ohne Zuhilfenahme einer örtlichen Energiequelle möglich.

- Wenn die Trägerschwingung in unsymmetrischer Form empfangen wird, ist die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Eingangstransformators für das umzusetzende Signal mit dem Bezugspotential verbunden. Diese Anordnung erübrigt die Verwendung eines Entkopplungskondensators von großem Raumbedarf.

- Die beiden ersten zuvor angegebenen Ausführungsformen, die keinen Transformator enthalten, eignen sich für eine Integration, wodurch der Raumbedarf noch weiter verringert und die Kosten herabgesetzt werden können.

- Die dritte zuvor angegebene Ausführungsform erfordert gegenüber dem Stand der Technik nicht die gleiche Genauigkeit des Abgleichs der Transformatorwicklungen·

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschema einer Frequenzumsetzerschaltung bekannter Art,

Fig. 2 das Blockschaltbild der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung,

Fig. 3 Diagramme des zeitlichen Verlaufs der Steuerspannungen,

Fig. 4 das Schaltbild eines im Steuersignalgenerator verwendbaren Phasenschiebers,

Fig. 5 eine erste Ausführungsform des in der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung enthaltenen Schaltkreises,

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform des in der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung enthaltenen Schaltkreises,

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform des in der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung enthaltenen Schaltkreises,

Fig. 8 das Schaltbild einer für die Frequenzumsetzung

einer Fernsprechkanalgruppe bestimmten Ausführungsform der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung und

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Fig. 9 eine andere Ausführungsform der Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung, die für die Frequenzumsetzung einer Fernsprechkanalgruppe bestimmt ist.

Fig. 1 zeigt das bereits eingangs erläuterte Schaltbild einer Frequenzumsetzerschaltung bekannter Art.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer Frequenzumsetzerschaltung nach der Erfindung. Um die Übereinstimmung zwischen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung und dem Schaltkreis 32 von Fig. 2 sichtbar zu machen, sind diejenigen Klemmen, die in den beiden Schaltungen eine gleichwertige Rolle spielen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Schaltbild von Fig. 2 sind die Klemmen 1 und 2 mit einer Quelle für die umzusetzenden Signale verbunden. Die Klemmen 3 und 4 sind mit einem Steuersignalgenerator 21 über leiter 45 bzw. 46 verbunden. Die Klemmen 5 und 6 geben die auf die Frequenz F-f und F+f umgesetzten Signale ab. Eine Trägerschwingung mit der Frequenz F wird an die Klemmen und 41 angelegt, die parallel mit dem Eingang einer Gleichspannungsversorgungsschaltung 20 und mit dem Eingang des Steuersignalgenerators 21 verbunden sind. Die Ausgangsklemmen der Gleichspannungsversorgungsschaltung^O, die die Potentiale V^ bzw. V₀₀ in Bezug auf das Bezugspoten-

till Q^

tial führen, sind mit den Elektroden 7 und 8 des Schaltkreises 32 über die Leiter 43 bzw. 44 verbunden.

Die vom Steuersignalgenerator 21 zu den Klemmen 3 und 4 des Schaltkreises 32 gelieferten Steuerspannungen sind durch die Kurven von Fig. 3 dargestellt, welche mit den gleichen Bezugsziffern wie die Klemmen bezeichnet sind, an die sie angelegt werden. Diese beiden Spannungen ändern sich genau gegenphasig zwischen zwei Signalwerten, die den

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Potentialen V^ und V₅₃ entsprechen. Ferner muß der Abstand (V-TY₀ - V₃₃) größer als der Betriebsschwellenwert V₀ sein, welcher der verwendeten Schaltung entspricht; dieser Betriebsschwellenwert Vq beträgt beispielsweise 2,9 V, wenn die im Handel unter der Bezeichnung MC 14016 erhältliche Schaltung der Firma MOTOROLA oder auch die im Handel unter der Bezeichnung SFF 24016 erhältliche Schaltung der Firma SESCÖSEM verwendet wird. Die durch die Kurven 3 und dargestellten gegenphasigen Spannungen sind in dem Steuersignalgenerator 21 aus einer sinusförmigen Trägerschwingung der Frequenz F erzeugt worden. Der Steuersignalgenerator 21 enthält einen Begrenzer-Verstärker, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Phasenschiebers verbunden ist, der in Fig. 4 dargestellt ist. Diese als Beispiel angegebene Schaltung ermöglicht die Erfüllung der gestellten Anforderungen:

- Die Anstiegszeit t₁ und die Abfallzeit tp des Signals sind so klein, daß ihre Summe weniger als 5 i° der Periode T = 1/F beträgt;

- wenn die Trägerschwingung mit der Frequenz F verschwindet, werden die Spannungen an den Klemmen 3 und 4 gleichzeitig auf dem Wert V₃₃ gehalten, damit eine Übertragung des umzusetzenden Signals verhindert wird.

Der in Fig. 4 dargestellte Phasenschieber ist mit seinen Eingangsklemmen 22 und 23 an einen Spannungsverstärker angeschlossen, der eine Rechteckschwingung liefert, während seine Ausgangsklemmen mit den Klemmen 3 und 4 des Schaltkreises 32 verbunden sind. Der Phasenschieber enthält vier Antivalenzschaltungen 24, 25, 26, 27. Die beiden Eingänge der Antivalenzschaltung 24 sind mit den Eingangsklemmen 22 und 23 des Phasenschiebers verbunden, wobei die eine Klemme 22 auf eine Gleichspannung + V gelegt ist. Der Ausgang der

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Antivalenzschaltung 24 ist über eine Diode 28 mit der einen Klemme 29 einer Parallelschaltung eines Kondensators 30 und eines Widerstands 31 verbunden, wobei die andere Klemme dieser Parallelschaltung an die Spannung + V gelegt ist. Der eine Eingang der Antivalenzsehaltung 25 ist an die Spannung + V gelegt, während der andere Eingang mit dßr Klemme 29 des RC-Glieds 30, 31 verbunden ist. Der Ausgang der Antivalenzschaltung 25 ist mit dem einen Eingang der Antivalenzschaltung 26 verbunden, während der zweite Eingang der Antivalenzschaltung 26 mit dem Eingang 23 des Phasenschiebers verbunden ist. Der Ausgang der Antivalenzschaltung 26 ist mit der Klemme 4 verbunden. Ferner ist die Eingangsklemme 23 mit dem einen Eingang der Antivalenzschaltung 27 verbunden, deren zweiter Eingang an eine Gleichspannung - V gelegt ist. Der Ausgang der Antivalenzschaltung 27 ist mit der Klemme 3 verbunden. Wenn eine Rechteckspannung zwischen den Klemmen 22 und 23 angelegt wird, erscheinen zwischen dem Bezugspotential und den Klemmen 3 und 4 zwei Spannungen, die sich gemäß den Kurven 3 und 4 von Fig. 3 ändern. Wenn dagegen keine Spannung zwischen den Klemmen 22 und 23 angelegt wird, werden die beiden Klemmen 3 und 4 auf dem Potential Vg_S gehalten.

Pig. 5 zeigt das Schaltbild einer ersten Ausführungsform des Schaltkreises 32 von Fig. 2.Dieser Schaltkreis enthält eine integrierte Schaltung 19 mit zwei richtungsunabhängigen Schaltern aus komplementären MOS-Transistoren und einen Differenzverstärker 17. Der erste Schalter ist an seiner einen Schaltelektrode mit der Klemme 2 und an seiner anderen Schaltelektrode bei 15 mit dem einen Eingang des Differenzverstärkers 17 verbunden. Der zweite Schalter ist an seiner einen Schaltelektrode mit der Klemme 2 und

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- te -

an* seiner anderen Schaltelektrode bei 16 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 17 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 17 ist mit der Klemme 5 verbunden. Die Klemmen 1 und 6 sind an das Bezugspotential gelegt. Die integrierte Schaltung 19 hat ferner zwei Klemmen 3 und 4» die bereits zuvor erwähnt wurden und die unabhängige Steuerung der beiden Schalter ermöglichen, sowie zwei Klemmen 7 und 8, die mit den die Potentiale V-Jy₀ bzw. Vgg führenden Ausgangsklemmen der Gleichspannungsversorgungssehaltung 20 verbunden sind.

Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Schaltkreises 32 von Fig. 2. Der Schaltkreis enthält wiederum eine integrierte Schaltung 19, die mit der anhand von Fig. 5 beschriebenen Schaltung identisch ist, sowie einen Verstärker 33 mit symmetrischen Ausgängen. Die Eingangsklemme des Verstärkers ist mit der Klemme 2 verbunden, und seine Ausgangsklemmen sind jeweils mit einer Schaltelektrode jedes der beiden Schalter in der integrierten Schaltung 19 verbunden. Die anderen Schaltelektroden der beiden Schalter in der integrierten Schaltung 19 sind mit der Klemme 5 verbunden. Die Klemmen 1 und 6 sind an das Bezugspotential gelegt.

Fig. 7 zeigt das Schaltbild einer dritten Ausführungsform des Schaltkreises 32 von Fig. 2. Diese Schaltung unterscheidet sich von denjenigen von Fig. 5 und 6 durch die Verwendung eines Transformators 18 anstelle eines Verstärkers. Die Primärwicklung, des Transformators 18 ist mit den Klemmen 1 und 2 verbunden. Die Sekundärwicklung des Transformators 18 weist eine Mittelanzapfung auf, die mit dem Bezugspotential verbunden ist. Die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 18 sind bei 15 und 16 jeweils

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mit einer Sctialtelektrods jedes der beiden Schalter in der integrierten Schaltung 19 verbunden. Die zweiten Schaltelektroden jedes der beiden Schalter in der integrierten Schaltung 19 sind mit der Klemme 5 verbunden. Die Klemme 6 ist an das Bezugspotential gelegt. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung ist, ebenso wie die zuvor beschriebene Schaltung bekannter Art, richtungsunabhängig, ohne daß j*edoch ein sorgfältiger Abgleich der beiden Wicklungshälften des Transformators notwendig ist, so daß die Verwendung eines Transformators eine einfache Lösung darstellt, wenn entweder der Eingang oder der Ausgang der Frequenzumsetzerschaltung symmetrisch in bezug auf das Bezugspotential ausgeführt sein muß.

Die Wirkungsweise der Frequenzumsetzerschaltung soll anhand der in Fig. 5 dargestellten Kurvenformen erläutert werden. Bei A ist ein Sinussignal mit der Frequenz f zwischen den Klemmen 1 und 2 dargestellt, und bei B und C sind zwei gegenphasige Rechtecksignale mit der Periode 1/F gezeigt. Wenn die an die Klemme 3 angelegte Spannung den Wert Vp_D der Speisespannung hat, weist der Schalter zwischen den Klemmen 2 und 15 einen sehr kleinen Widerstand auf, dessen Wert beispielsweise etwa 300 Ohm beträgt. Wenn dagegen die Klemme 3 auf die Spannung Vog gebracht wird, nimmt der Schalter zwischen den Klemmen 2 und 15 einen sehr großen Widerstand an, der beispielsweise 10 Ohm erreichen kann. In ähnlicher Weise ändert sich der Widerstand des Schalters zwischen den Klemmen 2 und 16 zwischen dem sehr großen Wert und dem sehr kleinen Wert mit einer zeitlichen Versetzung, die gleich einer halben Periode der Trägerfrequenz F ist.

Die Verwendung einer integrierten Schaltung mit zwei richtungsunabhängigen Schaltern aus komplementären MOS-Transistoren ist besonders vorteilhaft, weil der für die Steuerung

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der Schalter verbrauchte Strom sehr gering ist und nicht von dem Pegel des Trägers abhängt. Der Verstärker 17 empfängt an seinen beiden Eingängen zwei gegenphasige Spannungen, die in Fig. 5 über der Klemme 15 bzw. unter der Klemme 16 dargestellt sind. Während einer Halbperiode des Trägers hat die eine dieser Spannungen den Wert Null, während sich die andere Spannung in gleicher Weise wie das umzusetzenöe Signal ändert; umgekehrt ändert sich während der nächsten Halbperiode die erste Spannung wie das umzusetzende Signal, während die zweite Spannung den V/ert Null hat. Zwischen den Klemmen 5 und 6 erscheint eine zu beiden Seiten des Mittelwerts modulierte Schv/ingung, welche die Frequenzen F - f und F + f enthält.

Die Wirkungsweise der in Fig. 6 gezeigten Schaltung ist derjenigen von Fig. 5 ähnlich. Der Verstärker 33 liefert getrennt zwei gleiche Spannungen, die in bezug auf das Bezugspotential entgegengesetzt sind. Die Schaltung 19 tastet diese beiden Spannungen mit der Frequenz F ab und überträgt abwechselnd die Abtastwerte zur Klemme 5. Somit erscheint zwischen den Klemmen 5 und 6 eine modulierte Schwingung, die identisch mit der Schwingung ist, welche von der in Fig. 5 dargestellten Frequenzumsetzerschaltung geliefert wird.

Die Wirkungsweise der in Fig. 7 dargestellten Schaltung ist mit derjenigen von Fig. 6 identisch.

Die in Fig. 5 dargestellte Frequenzumsetzerschaltung kann beispielsweise aus einer integrierten Schaltung des Typs MC 14016, die zwei richtungsunabhängige Schalter enthält, und aus einem Differenzverstärker des Typs HA 2525 gebildet werden. Die Frequenz F der Trägerschwingung beträgt 500 kHz, und das umzusetzende Signal hat eine Frequenz von 100 kHz.

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Der in Pig. 4 dargestellte Phasenschieber kann aus einer integrierten Schaltung des Typs 4030, die vier Antivalenzschaltungen enthält, aus einer Diode des Typs 1 N 4H8, einem Widerstand 31 von 10 Ohm und einem Kondensator 30 mit einer Kapazität von 0,1 Mikrofarad gebildet werden. Bei einer Versorgungsspannung V von 5 Volt ändern sich die an den Klemmen 3 und 4 abgegebenen Spannungen zwischen Vgg = O und V-ryrv = 5 Volt mit einer Frequenz, die gleich der Trägerfrequenz ist, wobei der Stromverbrauch sehr gering ist. Wenn beispielsweise dem Phasenschieber eine integrierte Schaltung des Typs 4007 vorgeschaltet wird, die drei Verstärker enthält, die in Kaskade geschaltet werden, beträgt der gesamte Stromverbrauch des Verstärkers, des Phasenschiebers und der Frequenzumsetzerschaltung weniger als 2 Milliampere. Die auf diese Weise gebildete Anordnung setzt ein Signal mit einer Leistung von 10~ Watt um,

wobei ein Intermodulationsrauschen von weniger als 5 ^# 10 Watt eingeführt wird. Die für die Frequenzumsetzung erforderliche Leistung der Trägerschwingung liegt in der Größenordnung von einem Mikrowatt, wobei die Umsetzung einer großen Anzahl von Kanälen möglich ist. Das umzusetzende Signal kann nämlich ein komplexes Signal sein, das eine große Anzahl von Kanälen enthält, ohne daß die Funktion der Schaltung verändert wird. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung ist unter Verwendung eines Verstärkers mit symmetrischen Ausgängen realisiert worden, der im Handel unter der Bezeichnung CA 3001 von der RADIO CORPORATION OF AMERICA vertrieben wird, sowie unter Verwendung der bereits erwähnten integrierten Schaltung MC 14016, die zwei Schalter enthält. Eine aus der Schaltung von Fig. 6, dem Phasenschieber von Fig. 4 und der integrierten Schaltung 4007 gebildete Anordnung erfordert für den Betrieb eine Trägerschwingung der gleichen Leistung wie die anhand von Fig. 5 beschriebene Anordnung, und eine Gleichspannungsversorgung, die ebenfalls im wesentlichen die gleiche Leistung hat.

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At

Die Figuren 8 und 9 beziehen sich auf die Anwendung der beschriebenen Frequenzumsetzerschaltung für die Frequenzumsetzung einer Gruppe G von Fernsprechkanälen. Die Kanalgruppe wird zwischen den Klemmen 1 und 2 zugeführt, während die Trägerschwingung mit der Frequenz F und der Amplitude U₀ an die Klemmen 40 und 41 angelegt wird. Es wird angenommen, daß die Trägerschwingung die Form eines Rechtecksignals mit der Periode T = 1/F hat, bei dem die Summe der Anstiegszeit t.. und der Abfallzeit tp der Rechteckhalbwellen kleiner als 0,1 T ist, wie dies bereits zuvor im Zusammenhang mit den Steuerspannungen erwähnt wurde. In den beiden Darstellungen von Fig. S und 9 sind die Gleichspannungsversorgungsschaltung 20 und der Steuersignalgenerator 21 im Innern des Rechtecks 42 zusammengefaßt.

Die Gleichspannungsversorgungsschaltung von Fig. 8 enthält einen Eingangstransformator 47, bei dem das Verhältnis der Windungszahl 2n₂ der Sekundärwicklung zu der Windungszahl n der Primärwicklung in Abhängigkeit von dem Ausgangspegel des Trägerschwingungsgenerators und von dessen Impedanz gewählt ist. Die Enden der Sekundärwicklung des Transformators 47 sind über Kondensatoren 48 bzw. 49 mit, den Zwischenpunkten A bzw. B von zwei Diodenzweigen 50, 51 einerseits bzw. 52, 53 andrerseits verbunden. Die Anoden der Dioden 51 und 53 sind miteinander verbunden und bilden die eine Klemme der Gleichspannungsversorgungsschaltung. Die Katoden der Dioden 50 und 52 sind miteinander sowie mit der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 47 verbunden und bilden die andere Klemme der Gleicbspannungsversorgungsschaltung. Ein Filterkondensator 54 ist zwischen den beiden Klemmen der Gleichspannungsversorgungssehaltung angeschlossen. Die Punkte A und B sind mit den Klemmen 3 bzw. 4 des Schaltkreises 19 über die Leiter 45 bzw. 46 verbunden. Ein aus Widerständen 55» 56 bestehender Spannungsteiler ist zwischen den Ausgangsklemmen der

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Gleichspannung Versorgungsschaltung angeschlossen, die über die Leiter 43, 44 mit den Klemmen 7, 8 des Schaltkreises 19 verbunden sind. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 55 und 56, die gleiche Werte haben, ist über einen Leiter 20 mit der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 18 verbunden, denn die Amplitude der verzerrungsfrei umgesetzten Signale ist am größten, wenn die Eingänge 15 und 16 auf Spannungen gebracht werden, die in bezug auf die Spannung V/2 symmetrisch sind. Parallel zu dem Widerstand 56 ist ein Entkopplungskondensator 57 geschaltet.

Die in Fig. 8 dargestellte Schaltung arbeitet in folgender Weise: Die beiden Diodenzweige und die Kondensatoren 48, 49, 54 bilden einen Spannungsverdoppler-Zweiweggleichrichter, der den Kondensator 54 auf die folgende Spannung V auflädt:

2n,

¹ '" - V

wenn mit V·, der Spannungsabfall an jeder Diode bezeichnet wird, wenn durch diese der von der integrierten Schaltung gelieferte Strom fließt. Ferner übertragen die Kondensatoren 48 und 49 zu den Punkten A und B zwei gegenseitig um 180° phasenverschobene Rechteckspannungen, deren Amplitude (n_o/nj U als Ursprung den Mittelpunkt der an den Klemmen

c. I C

des Kondensators 54 erscheinenden gleichgerichteten Spannung hat. Da der Verbrauch der Elektroden 3 und 4 der integrierten Schaltung 19 nicht meßbar ist, kann die Steuerung der integrierten Schaltung 19 ohne Beeinträchtigung des Betriebs des Gleichrichters dadurch erfolgen, daß der Punkt A mit dem Eingang 3 und der Punkt B mit den Eingang 4 verbunden wird, wodurch die Eingänge 3 und 4 abwechselnd und gegenphasig auf die Spannung am Eingang 7 und dann auf die Spannung am Eingang 8 gebracht werden.

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Als Beispiel sei erwähnt, daß eine Schaltung mit zwei richtungsunabhängigen Schaltern des Typs MC HOIS aus einer Trägerschwingung mit der Frequenz 120 kHz von Rechtecksignalform gespeist worden ist, die dem Eingang des Transformators 47 mit einer Amplitude ü^von 1,4 Volt zugeführt worden ist, wobei die Summe der Anstiegszeit t^ und der Abfallzeit t₂ der Rechteckhalbwellen in der Nähe von 0,1 Mikrosekunden lag.

Der Transformator 47 hat das Windungszahlverhältnis n₂/n.| = 3 (wobei n₂ die Windungszahl einer Hälfte der Sekundärwicklung ist).

Der Transformator 18 hat das Windungszahlverhältnis η'p/n'.j =4,1 (wobei η ^% ₀ die Windungszahl einer Hälfte der Sekundärwicklung ist).

Bei der Schaltung von Fig. 9 ist die eine Eingangsklemme der Schaltung 42 an das Bezugspotential gelegt. Die bereits bei der Schaltung von Fig. 8 vorhandenen Bestandteile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet. Die Dioden 50 und 51 sind aber entgegengesetzt wie bei der Schaltung von Fig. 8 angeschlossen, so daß der zwischen der Anode der Diode 53 und dem Bezugspotential angeschlossene Kondensator 60 auf die Spannung -2 U_ aufgeladen wird, während der zwischen dem Bezugspotential und der Katode der Diode 51 angeschlossene Kondensator 61 auf die Spannung +2 U aufgeladen wird.. Durch diese Ausbildung ist es möglich, die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 18 an das Bezugspotential zu legen und dennoch die Möglichkeit aufrecht zu erhalten, Signale zu übertragen, deren Spitzen-Spitzen-Amplitude gleich der Spannung V ist. Außerdem wird die Trägerschwingung in eine C-MOS-Schaltung

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- yt -

eingegeben, die als Verstärker wirkt, und sie wird dann in einer zweiten Schaltung 63 invertiert, die der Schaltung 62 gleich ist, so daß die vor und hinter der Schaltung 63 verfügbaren Spannungen für die Steuerung der integrierten Schaltung 19 geeignet sind; sie werden an die Elektroden 3 und 4 dieser Schaltung über die Leiter 45 bzw. 46 angelegt.

Als Beispiel sei angegeben, daß die Schaltung von Fig. 9 dadurch realisiert worden ist, daß ein Drittel der im Handel erhältlichen Schaltung MC 14007 der Firma MOTOROLA für den Verstärker 62 und ein Drittel einer Schaltung MC 14007 zur Bildung des Invertierers 63 verwendet worden sind.

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Claims

Patentanwälte D(pl.-Ing. Oipl.-Chem. Oipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 27 71 1 8 München 60 10. Mai 1977 LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES 89, rue de la Faisanderie 75016 PARIS / Frankreich Unser Zeichen: L 1024 Patentansprüche

1. Frequenzumsetzerschaltung mit einem Trägerklemmenpaar, das an eine Träger Schwingungsquelle angeschlossen ist, einem Signalklemmenpaar, das an die Quelle für umzusetzende Signale angeschlossen ist, und mit einem Ausgangsklemmenpaar, von dem die erste Klemme mit Masse und die zweite Klemme mit einem Ausgangsleiter verbunden ist, wobei ferner eine Gleichspannungsversorgungsschaltung vorgesehen ist, deren beide Ausgangsklemmen auf einem oberen Potential (V-η-ρ) bzw. auf einem unteren Potential (V_ss) in bezug auf das als Bezugspotential gewählte Massepotential liegen, gekennzeichnet durch:

- einen Steuerspannungsgenerator, dessen Eingang mit dem Trägerklemmenpaar verbunden ist und der an seinen beiden Ausgangsklemmen zwei um 180° phasenverschobene Rechtecksteuerspannungen gleicher Amplitude abgibt, die sich zwischen dem oberen Potential (V™) und dem unteren Potential (V_ss) ändern, und

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Lei/Gl

ORIGINAL INSPECTED

- eine integrierte Schaltung mit zwei richtungsunabhängigen Schaltern, von der eine erste Elektrode mit der auf dem oberen Potential (V-^) liegenden Klemme der Gleichspannungsversorgungsschaltung verbunden ist, eine zweite Elektrode mit der auf dem unteren Potential (Vg₃) liegenden Klemme der Gleichspannungsversorgungsschaltung verbunden ist, eine erste Steuerelektrode mit der einen Ausgangsklemme des Steuersignalgenerators verbunden ist und eine zweite Steuerelektrode mit der anderen Ausgangs- - klemme des Steuersignalgenerators verbunden ist und bei der die beiden Schalter an ihren einen Schaltelektroden voneinander isoliert und an ihren beiden anderen Schaltelektroden miteinander verbunden sind.

2. Frequenzumsetzerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Signalklemme mit Masse verbunden ist, daß die andere Signalklemme mit den miteinander verbundenen Schaltelektroden verbunden ist, und daß die voneinander isolierten Schaltelektroden mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sind, an dessen Ausgang der Ausgangsleiter angeschlossen ist.

3. Frequenzumsetzerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Signalklemme mit Masse und die andere Signalklemme mit dem Eingang eines Verstärkers mit symmetrischen Ausgängen verbunden sind, daß die symmetrischen Ausgänge des Verstärkers mit den beiden voneinander isolierten Schaltelektroden verbunden sind und daß die miteinander verbundenen Schaltelektroden mit dem Ausgangsleiter verbunden sind.

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4. Frequenzutasetzer schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Signalklemmen mit den Enden der Primärwicklung eines Transformators verbunden sind, dessen Sekundärwicklung eine an Masse liegende Mittelanzapfung aufweist, daß die Enden der Sekundärwicklung mit den beiden voneinander isolierten Schaltelektroden verbunden sind, und daß die beiden miteinander verbundenen Schaltelektroden mit dem Aasgangsleiter verbunden sind.

5. Frequenzumsetzerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemmen der Gleichspannungsversorgungsschaltung mit den beiden Trägerklemmen verbunden sind.

6. Frequenzumsetzerschaltung nach Anspruch 5 für die Frequenzumsetzung einer Gruppe von Fernsprechkanälen mittels einer Rechteck-Trägerschwingung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsversorgungsschaltung durch einen Spannungsverdopplungs-Zweiweggleichrichter mit Diodenzweigen gebildet ist, daß der Steuerspannungsgenerator durch den Teil der Gleichspannungsversorgungsschaltung gebildet ist, der zwischen ihren Eingangsklemmen und zwei Zwischenpunkten der Diodenzweige liegt, daß die beiden Signalklemmen mit den Enden der Primärwicklung eines Transformators verbunden sind, dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist, die mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist, der durch zwei gleiche Widerstände gebildet ist, die an die Ausgangsklemmen der Gleichspannungsversorgungsschaltung angeschlossen sind, daß die Enden der Sekundärwicklung mit den beiden voneinander isolierten Schaltelektroden verbunden sind, und daß die beiden miteinander verbundenen Schaltelelctroden mit dem Ausgangsleiter verbunden sind.

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Frequenzumsetzerschaltung nach Anspruch 5 zur Frequenzumsetzung einer Gruppe von Fernsprechkanälen mit Hilfe einer Rechteck-Trägerschwingung, wobei die eine Signalklemrae an Masse liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsversorgungsschaltung durch zwei in Serie geschaltete Spannungsverdoppler-Gleichrichter gebildet ist, deren gemeinsamer Schaltungspunkt mit Masse verbunden ist, daß der Steuerspannungsgenerator durch zwei in Serie geschaltete komplementäre.MOS-Inverter gebildet ist, daß die beiden Signalklemmen mit den Enden der Primärwicklung eines Transformators verbunden sind, dessen Sekundärwicklung eine an Masse liegende Mittelanzapfung aufweist, daß die Enden der Sekundärwicklung mit den beiden voneinander isolierten Schaltelektroden verbunden sind, und daß die beiden miteinander verbundenen Schaltelektroden an den Ausgangsleiter angeschlossen sind.

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