DE2741681A1 - Anschlusschaltung - Google Patents

Description

Anmelderin: lnhu national Itiisincss Machines

M Corporation, Ai monk, N.Y. 10504

Iw-fr

Anschlussschaltung

Die vorliegende Erfindung betrifft Ansclilussschaltungcn zur Verbindung von Ucbcrtragungsleitungen, an wclclic Endstellen angeschlossen sind, mit einer Zentraleinheit, insbesondere Tüilnehmcranschlussschaltungcn für Fcrnsprcchvermittlunßssysli'.iiii!.

Es wurden zahlreiche Üatenvcrarhei I iincsaul agen entwickelt, in denen Endstellen, wie z.B. Bildschi i*ui|;i'i ill π , In ι nschrciht'i , Ti: If fonnpparate usw., an cine Zentraleinheit <iii|,e ι.γΙιΙηιιμίι sind. Wenn (Ui die Verbindung Drähte benutzt werden, mil Hi, en Aiiuchhissschal I nngiMi zwischen den Leitungen und der Zentraleinheit vorgesehen werden, vor allem auch aus Sicherheitsgründen. Diese SchalLungen enthalten Transformatoren (Uebertrager), deren Verwendung in elektronischen Systemen Probleme mit sich bringt, sowohl wegen des I'latzbedarfs als auch wegen der Kosten.

Es wurden schon zahlreiche Lösungen zur Verminderung dieser Probleme vorgeschlagen. Bei den meisten wird der Transformator durch eine entsprechende aktive Schaltung ersetzt, und manche benutzen opto-elektronischc Koppler zur llerbeif ühniiii; einer g;il vntiischeii Trennung, wie sie auch ein Transformator bewirkt. Leider kommt es noch vor, dass sich die charakterischen Eigenschaften dieser Bauelemente im Laufe der Zeit ändern, weswegen man noch nach nmliiien Lösungen sucht.

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COPY

? 7 A I h ö

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlussschaltung zu schaffen, die einen kleinen Platzbedarf hat eine dauerhafte galvanische Trennung bewirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebene l.inrichtung gelöst.

Da zur Signalübertragung ehiti modulierte Hochfrequenz verwendet wird, kann der zur Cleichstromisoliorung notwendige Übertrager klein gehalten werden. Durch die Verwendung von Schalterelementen wird außerdem eine Reihe von zusätzlichen Funktionen ermöglicht, wie z.B. Abschalten der Gleichspannung, Hmpolung der Batterie, niedriger Ruhestromverbrauch, etc.

Die Realisierung der Detektorschaltung kann auf einfache Weise durch einen Brückengleichrichter orfolgon.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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CCiPY

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgende Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemässen Einrichtung;

Fig. 2, 2A, 2B Einzelheiten der Einrichtung geraäss Fig. 1;

Fig. 3A, 3B die scheraatische Darstellung des im Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendeten Transformators;

Fig. 4 als Beispiel die Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung in einem Fernsprechvermittlungssystem;

Fig. 5, 5A, 6, Einzelheiten der als Ausführungsbeispiel gewählten 7, 7A Anwendung der Erfindung in einem Fernsprechvermittlungssystem.

Die Anschlussschaltung muss prinzipiell elektrische Signale übertragen können, die ein Spektrum haben zwischen einer Frequenz nahe Null und einer relativ tiefen Niederfrequenz (NF). Ein NF-Transformator ist für diese Funktion gut geeignet, aber er braucht viel Platz. Durch die Erfindung wird es mittels Modulation möglich, einen Transformator relativ kleiner Grosse zu verwenden (HF-Transformator).

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Fig. 1 zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung. Als T ist eine Teilnehmerendstelle (Teilnehmergerät) bezeichnet, welche NF-Signale abgibt und empfängt. Mit Lg ist die Anschlussleitung bezeichnet, welche die Endstelle T mit der Zentraleinheit verbindet und mit INT ist die erfindungsgemässe Anschlussschaltung bezeichnet.

Das Nutzsignal, welches von der Endstelle T kommt (oder zu ihr übertragen wird), erscheint am Punkt A. Dieser Punkt muss also mit der Zentraleinheit verbunden werden. Die Anschlussschaltung enthält im wesentlichen einen HF-Transformator (Tr) mit einer primären Wicklung Nl, deren Enden durch Schalter SWl bzw. SW2 mit Masse verbunden sind, und einer Sekundärwicklung N2, die ein Signal an einen Gleichrichter (DET) abgibt, dessen Ausgang mit der Leitung Lg verbunden ist. Ein Mittelabgriff K der Primärwicklung Nl ist mit dem Punkt A und mit einer Klemme einer Gleichstromversorgung V verbunden, deren zweite Anschlussklemme mit Masse verbunden ist. Die Schalter SWl und SW2 werden abwechselnd mit der Frequenz einer HF-Spannung (z.B. 100 kHz) geschlossen, wodurch ein Gleichstrom von der Quelle V abwechselnd in die Wicklungen (Nl/2). und (Nl/2)„ fliesst. Auf diese Weise wird eine HF-Spannung über den Transformator übertragen. Um zu vermeiden, dass das Nutzsignal, welches am Punkt A erscheint und welches entweder zur Zentraleinheit oder zur Endstelle T übertragen werden soll, in die Stromquelle V gelangt, wird ein induktiver Widerstand Z zwischen Punkt K und der Anschlussklemme für V vorgesehen.

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Wie in Fig. 2 gezeigt, können zwei Transistoren T und T als Schalter

nl n2

SWl und SW2 verwendet werden. In diesem Falle kann ein freilaufender Multivibrator F oder eine andere symmetrische Signalquelle, welche mit der gewählten HF-Frequenz schwingt, benutzt werden, um die Basen

der Transistoren T , und T . so anzusteuern, dass die Transistoren nl n2 '

abwechselnd ein- bzw. ausgeschaltet werden.

Der Gleichrichter DET kann eine Brückenschaltung sein, wie sie in Fig. gezeigt ist, oder ein einfacher Zweidioden-Gleichrichter, wie in Fig. 2A gezeigt.

Der induktive Widerstand Z kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden, insbesondere gemäss dem in Fig. 2B gezeigten Schema, bei dem ein Transistor T , mit zwei Widerständen Rl und R2 und einer Kapazität Cl zusammengeschaltet ist.

Der HF-Transformator kann mit einem ferromagneti sehen Kern ausgeführt werden, auf welchen die Primär- und Sekundärwicklungen parallel aufgebracht sind, um die Streuinduktivität zu vermindern. Die durch die Parallelwicklung entstehende kapazitive Kopplung wird vermindert, wenn man eine halbe Primärwicklung (La, Lc) und eine halbe Sekundärwicklung (Lb, Ld) um den halben Kern wickelt und den restlichen Teil um die andere Hälfte, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt.

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Ein NF-Signal, das von der Zentraleinheit zur Endstelle T übertragen werden soll, wird an den Punkt Λ angelegt. Dadurch entsteht eine Amplitudenmodulation des HF-Trägers mit dem NF-Signal. Das modulierte HF-Signal wird nach Uebertragung durch den Transformator Tr durch die Schaltung DET demoduliert. Vom Ausgang des Gleichrichters DET gelangt dann das NF-Nutzsignal über die Leitung Lg zur Endstelle T. Bei Uebertragung in der umgekehrten Richtung, d.h. von der Endstelle T zum Punkt A, bewirken die Aenderungen der NF-Spannung von der Endstelle T eine Modulation des HF-Signals, welches an den Transformator Tr angelegt wird. Das modulierte Signal gelangt fast vollständig zur Zentraleinheit, da das Element Z die Verlustströme begrenzt, welche in die Stromversorgung V fliessen. Selbstverständlich könnte ein zusätzlicher Filter (in der Figur nicht gezeigt) zwischen dem Punkt A und der Zentraleinheit vorgesehen werden, so dass wirklich nur das NF-Signal dorthin übertragen wird.

Die obenbeschriebene Anschlussschaltung kann auf vielen Gebieten verwendet werden. Sie ist auch brauchbar, wenn eine Zentraleinheit Aussenstellen mit einer Gleichspannung speisen muss. In diesem Fall genügt es, wenn die Zentraleinheit die Einschaltung des freilaufenden Multivibrators F steuert. Das HF-Signal wird dann nicht moduliert, weil keine NF-Spannung am Punkt A angelegt wird, und nachdem es durch den Transformator Tr übertragen wurde, wird es im Gleichrichter DET gleichgerichtet, welcher dann eine Gleichspannung abgibt, die der Hüllkurve des HF-Signals entspricht. Die Brummspannung, welche noch am Ausgang des Gleichrichters vorhanden ist, kann durch ein Tiefpass-Analogfilter ausgefiltert werden.
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Weiterhin könnte eine Mehrzahl von Spannungsquellen V. mit verschiedenen Spannungswerten vorgesehen werden, wodurch HF-Signale mit verschiedenen Amplituden entstehen, welche nach Gleichrichtung verschiedene diskrete Signalpegel ergeben. Wenn jedem dieser Pegel ein Digitalwert zugeordnet wird, kann auf diese Weise codierte Information übertragen werden.

Die erfindungsgemässe Anschlussschaltung kann auch als Teilnehmeranschlussschaltung (Teilnehmerschaltung) ausgeführt werden, wie sie in Fernsprechanlagen verwendet wird. Diese Teilnemeranschlussschaltungen werden bei der Zentrale eingebaut, die z.B. eine Nebenstellenvermittlungsanlage sein kann, und ein NF-Eingang A für das Sprachsignal wird mit der Koppeleinrichtung (COM) verbunden, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Wenn eine Verbindung zwischen zwei Telefonapparaten Tl und T2 hergestellt werden soll, dann werden die Punkte Al und A2, welche die Sprachsignaleingänge der zugehörigen Teilnehmerschaltungen INTl und INT2 sind, durch die Koppeleinrichtung COM miteinander verbunden. Die Gesamtheit der Anschlussschaltungen gehört zur Fernsprechvermittlungseinrichtung CT. Damit die oben beschriebene Schaltung zu einer vollständigen Fernsprechteilnehmeranschlussschaltung wird, müssen einige weitere Elemente hinzugefügt werden, damit diese Schaltung die anderen notwendigen Funktionen erfüllen kann, z.B. Rufsignalabgabe und Anpassung des Leitungsstroms.

Es ist allgemein bekannt, dass eine Fernsprechvermittlungseinrichtung, wenn sie zum gerufenen Teilnehmer durchgeschaltet hat, zunächst ein Wechselstromsignal als Rufsignal an den betreffenden Teilnehmerapparat

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absenden muss. Wenn dann der Hörer abgenommen wird, muss die Vermittlungseinrichtung dafür sorgen, dass die Aussendung des Rufstroms beendet wird. Diese Funktion kann hier erfüllt werden durch Verbindung des Ausgangs
der Schaltung DET mit der Rufsignalleitung (R-LElTUNG, Fig. 5) über zwei 500 Ohm-Widerstände R und R und einen Schalter SW3 mit zwei Kontakten. Die Rufsignalleitung wird gespeist mit zwei Wechselspannungen ν entgegengesetzter Phase, die einen Gleichspannungsanteil von +48 V bzw. -48 V
haben. Wenn der Teilnehmerapparat T gerufen wird, wird der Schalter SW3, der ein Reed-Relais mit Arbeitskontakten sein kann, geschlossen. Dadurch wird die Ruf spannung an die Leitung angelegt und gelangt an die Klingel, deren Impedanz der Serienschaltung der Kapazität C (0,5 - 2 yF) mit
einem Widerstand R (z.B. 3 kOhm) entspricht. Fig. 5A zeigt ein ensprechendes Schaltungsdiagramm, worin ν die Wechselspannung bezeichnet, welche aus
der Kombination von +v und -v entsteht, V' bezeichnet die Gleichspannung von 48 V und R^ den Leitungswiderstand. Die Kapazität C verhindert, dass ein Gleichstromanteil durch die Schaltung fliesst; es entsteht kein
Gleichspannungsabfall über den Widerständen R und R und die Spannung 2V' erscheint zwischen den Anschlüssen B und Bl der Gleichrichterbrücke. Der Leitungsstrom hat dann einen Gleichstromanteil, der einen Spannungsabfall bewirkt. Die Gleichspannung zwischen den Anschlüssen B und Bl

wird damit _{R + R}

L ρ

V = 2V¹

BBl ^l 0

\ ^{+ R}p ^{+ R}ll ^{+ R}21

Dieser Spannungsabfall bewirkt, dass die Diodenbrücke leitend wird, so
dass das HF-Signal den Transformator durchlaufen kann. Infolgedessen
fliesst ein Strom durch die Mittelanzapfung K. Das Auftreten dieses

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Stromes zeigt an, dass der Hörer des gerufenen Telefonapparat.es abgenommen wurde und ermöglicht es, den Schalter SW3 zu öffnen. Das ist ein sehr einfaches Verfahren, um den Zustand "abgehoben" in Gegenwart eines Rufsignals zu erkennen.

Wie bereits erwähnt, muss es mit der Teilnehmeranschlussschaltung möglich sein, den Leitungsgleichstrora auf einen Standardwert zu bringen. Die meisten bekannten Anschlussschaltungen haben für diesen Zweck sogenannte Speiseschaltungen, die aus Widerständen bestehen. Im vorliegenden Fall kann man es genauso machen, durch Anbringen eines Widerstandes R zwischen der Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators Tr und einem Anschluss der Stromversorgung V . Dieser Widerstand wäre also mit dem induktiven Widerstand Z in Reihe geschaltet. Es sind jedoch auch andere Anordnungen möglich. Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung ist der Speisewiderstand in zwei Hälften R /2 unterteilt. Die mit dem Punkt K verbundene Hälfte bildet den Eingang zu einer Schaltung, die aus einen Operationsverstärker A_ einer Kapazität C¹ und zwei Widerständen Rj und R' besteht. Diese Anordnung ist eine Bootstrap-Schaltung, die es ermöglicht, das NF-Signal, welches man am Punkt K erhält, zum Mittelpunkt der Speiseschaltung zurückzuführen, so dass der NF-Strom, welcher in die Speiseschaltung fliesst, gegen Null geht. Diese Schaltung erfüllt also sowohl die Funktion einer Speiseschaltung als auch die Funktion des induktiven Widerstands Z.

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Alle bisher beschriebenen Speiseschaltungen haben den Nachteil einer relativ grossen Verlustleistung (im Durchschnitt ungefähr 1,3 Watt). Dies verhindert insbesondere eine Erhöhung der Packungsdichte. Es besteht daher besonderes Interesse an einer Speiseschaltung ohne Verlustleistung, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Diese Anordnung besteht im wesentlichen aus einer Π-Schaltung mit einer Induktivität L, einer Kapazität C und der Serienschaltung einer Diode Dl mit einem Widerstand R . Der Punkt A zwischen L und Dl ist mit einem Schalttransistor T vom PNP-Typ verbunden, dessen Emitter direkt und dessen Basis über einen Widerstand R mit dem Anschluss P der Spannungsquelle verbunden sind. Die Basis von T, ist ausserdem über einen Widerstand R, und einen

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HPN-Transistor T. mit Masse verbunden. Die Basis von T_ wird von einem Operationsverstärker CP (Vergleichcr) angesteuert, dessen nicht-invertierender Eingang mit Masse verbunden ist, und dessen invertiertender Eingang über einen Widerstand R, mit einem Eingang Q verbunden ist. Der

invertierende Eingang ist ausserdem über eine Reihenschaltung eines Widerstandes R₁. und eines Widerstandes R mit Masse verbunden. Wenn eine Sägezahnspannung V , wie sie in Fig. 7A gezeigt ist, an den Eingang Q angelegt wird, dann steuert der Vergleicher CP, an dem die Kombination

der Spannungen V und V , welch letztere über dem Widerstand R liegt, ο i. j

anliegt, das Abschalten von T und damit auch von T . Dies ermöglicht es, die Spannung V an den Punkt A anzulegen. Für die Spannung V und den Strom I dieser Speiseschaltung gilt folgende Beziehung:

V = ν - (— · — -R)I

X 0 \ V 3^{; 1}X 5 S max

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Dies zeigt, dass sich die Schaltung wie ein reiner ohmscher Widerstand verhält,

R, V_n

eq R V₀ ^R3 ' ^Ί 5 S max

welcher mit der Spannungsquelle V in Serie geschaltet ist. Um diese Speiseschaltung in einer erfindungsgemässen Anschlussschaltung innerhalb eines Fernsprechvermittlungssystems zu verwenden, genügt es, den Ausgangspunkt A mit einer Impedanz Z zu verbinden; mit anderen Worten, es genügt, die Speiseschaltung zwischen V und Z anzuordnen (siehe Fig. 2).

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Leerseite

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   (jy Anschlussschaltung zur Verbindung einer Übertragungsleitung für eine Endstelle mit einer Zentraleinheit, gekennzeichnet durch

   - einen Hochfrequenz (HF)-Übertrager (Tr) mit einer Primärwicklung (NI) mit Mittelanzapfung (K), sowie mit einer Sekundärwicklung (N2);

   - eine Verbindung zwischen der Mittelanzapfung der Primärwicklung und einer Gleichstromquelle (V ), deren anderer Pol mit Masse verbunden ist;

   - zwei Schalterelemente (SW1, SW2) zur Verbindung der beiden Enden der Primärwicklung mit Masse, sowie eine Steuereinrichtung (F, HF) zum abwechselnden Leitendmachen der Schalterelemente gemäss einem HF-Takt;

   - eine Verbindung zwischen der Mittelanzapfung der Primärwicklung und einem Eingang (A) zur Zentraleinheit; sowie

   - eine Detektorschaltung (DET), deren eine Seite mit der Sekundärwicklung und deren andere Seite mit der Übertragungsleitung (Lg) verbunden ist,

   derart, dass bei Betätigen der Schalterelemente (SWI, SW2) durch deren Steuereinrichtung (HF) niederfrequente Signale sowohl von der Zentraleinheit zur Übertragungsleitung als auch umgekehrt übertragen werden.

   2. Anschlussschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstelle ein Fernsprechapparat und die Zentraleinheit eine Fernsprechvermittlungseinrichtung ist.

   3. Anschlussschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorschaltung eine Zweiweggleichrichterschaltung ist.

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   Anschlussschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung (L ) über mindestens einen Widerstand (R₁₁- R₂J ^un<* einen Schalter (SW3) mit einer Rufsignalleitung verbunden ist.

   Anschlussschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohmscher Speisewiderstand (RF) vorgesehen ist, zwischen der Mittelanzapfung (K) der Primärwicklung und der Gleichstromquelle (V ), sowie eine damit verbundene aktive Schaltungsanordnung (C, R' Ao), welche verhindert, dass ein übertragenes Wechselstromsignal in die Gleichstromquelle fliessen kann (Fig. 6).

   Anschlussschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mittelanzapfung (K) der Primärwicklung und der Gleichstromquelle (V ) eine Speiseschaltung vorgesehen ist mit folgenden Elementen:

   - ein If-Glied mit einer Induktivität (L) im Horizontalzweig, sowie einer Kapazität (C') bzw. einer Reihenschaltung aus Diode (Dl) und Widerstand (R₃) in den Vertikal zweigen;

   - eine Schalterverbindung (TJ zwischen dem I^-Glied und der Gleichstromquelle;

   - eine Vergleicherschaltung (CP), um aus dem Verhältnis des am Widerstand (R-) anliegenden Spannungsabfalls (V. ) und einer zugeführten Sägezahnspannung (V₅) ein Steuersignal abzuleiten; sowie

   - Steuerelemente (T_, RJ, um die Schalterverbindung (TJ gemäss dem von der Vergleicherschaltung abgegebenen Steuersignal zu öffnen bzw. zu sch lies sen (Fig. 7).

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   7. Anschlussschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle (V ) mit der Mittelanzapfung (K)
   durch einen über eine Kapazität (C1) gegengekoppelten Transistor (Tn3, Fig. 2b) verbunden ist.

   8. Anschlussschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisestrom durch den Transistor (Tn3) geregelt wird,

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