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Elektronische Wahlimpulserzeugung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung für Fernmelde-, insbesondere
Fernsprech-Teilnehmerstellen sowie Übertragungen mit impulsgebender Wahlsteuerung.
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Bei Impulswahlsystemen erfolgt die Teilnehmerwahl durch Wahlscheiben,
Tasten mit Tastwahlblock oder automatische Wahlhilfseinrichtungen. Durch diese Einrichtung
wird im allgemeinen mittels mechanischer Kontakte die Leitungsschleife in kurzer
Folge unterbrochen (Impulskontaktsatz nsi) und während der Betätigung der Wahleinrichtung
die Sprechschaltung vor allem zur Vermeidung von Impulsverzerrungen bzw. Unterbrechungsgeräuschen
kurzgeschlossen (Arbeitskontaktsatz nsa). Die Steuerung der Kontakte erfolgt mechanisch
durch die Wahleinrichtungen. Analoge Einrichtungen sind auch bei Übertragungen vorgesehen.
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Die Nachteile mechanischer Kontakte (Größe, Trägheit,
Betätigungszeit
usw.) liegen auf der Hand. Elektronische Schaltmittel als Impulskontaktsatz (nsa)
sind bekannt.
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Sie weisen den großen Nachteil auf, daß für deren Betrieb und deren
Steuerung relativ hohe Leistungen über die Sprechadern zugeführt werden müssen.
Wegen zu großer Stromaufnahme, die Vorschriften nationaler Postverwaltungen nicht
zulassen, sind auch hier große Nachteile gegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanischen bzw. bestehenden
elektronischen Impulskontaktsätze (nsi) und Arbeitskontaktsätze (nsa) durch Halbleiterschaltstrecken
zu ersetzen, wobei Vorschriften von Postverwaltungen hinsichtlich der geringfügigen
Leistungsentnahme aus der Zentralbatterie bzw. den Stromversorgungseinrichtungen
der Post genüge zu tun ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl zur
Unterbrechung der Schleife im Rhythmus der Wahlimpulse als auch zur Überbrückung
von Schaltungsteilen während der Impulsgabe Schaltstrecken von praktisch schwellspannungsfreien
Halbleiterschaltelementen dienen, daß für die Steuerung der Halbleiterschaltelemente
eine leistungsarme Schaltungsanordnung vorgesehen ist, wobei während der Wahlserie
bei geschlossener Schleife keine Spannung in der Wahlschleife abfällt und während
der Wahlserie keine Energie aus den Sprechadern entnommen wird. Vorteilhaft ist
hier das trägheitslose Schaltverhalten der Schaltstrecken und der geringe Betriebs-
und Steuerstrombedarf.
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Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung dienen als Halbleiterschaltelemente
Feldeffekttransistoren entsprechender Spannungsfestigkeit, deren Schaltstrecken
schwellspannungsfrei sind (ohm'sche Eigen-
schaften), wobei die
Eigenschaften von Feldeffekttransistoren vom Anreicherungs- bzw. Verarmungstyp und
deren minimaler Leistungsverbrauch ausgenutzt werden. Ein wesentlicher Vorteil ist
noch, daß die Schaltstrecken ein extrem gutes Sprungverhalten aus einem hochohmigen
in einen niederohmigen Schaltzustand (bzw. umgekehrt) aufweisen. Dadurch sind die
entsprechenden Wahlimpulse als praktisch ideale Rechteckimpulse erzeugbar.
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Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der überbrückte
Schaltungsteil eine Sprechschaltung.
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Als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen
den Sprechadern a, b eine Serienschaltung von zwei Feldeffekttransistoren liegt,
daß der eine mit Drain an die a-Ader angeschlossene Feldeffekttransistor der Unterbrechung
der Schleife im Rhythmus der Wahlimpulse dient und der andere mit Source an die
b-Ader angeschlossene Feldeffekttransistor der Überbrückung von Schaltungsteilen,
insbesondere einer Sprechschaltung dient, wobei Source des einen und Drain des anderen
Feldeffekttransistors zusammengeschaltet sind, daß über eine Steuerung mit zwei-Steuerausgängen
die Gate der Feldeffekttransistoren angesteuert werden, und daß als leistungsarme
Schaltungsanordnung eine Energieversorgung dient, die über die Zusammenschaltung
der Feldeffekttransistoren die Anspeisung hat und die über einen Speiseausgang mit
der Steuerung verbunden ist. In vorteilhafter Weise sind hier Einzelheiten der Schaltung
angegeben.
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Als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen,
daß für Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp zusätzlich zur Steuerung eine
Hilfs-
steuerung vorgesehen ist, bei der der Steuereingang des der
Unterbrechung der Schleife im Rhythmus der Wahlimpulse dienenden Feldeffekttransistors
über einen Widerstand mit der Sprechader a und über einen weiteren Widerstand mit
dem Ausgang eines Gleichrichters und dem einer Spannungsanhebung verbunden ist und
bei der die Spannungs anhebung über je einen Eingang mit dem Eingang der Energieversorgung,
dem Ausgang der Energieversorgung und Bezugspotential verbunden ist und bei der
der Eingang des Gleichrichters mit dem Ausgang der Energieversorgung verbunden ist,
und daß durch die vorgesehene Hilfssteuerung die normalerweise als Arbeitskontakt
dienende Schaltstrecke des Feldeffekttransistors als Ruhekontakt verwendbar ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für die leistungsarme
Steuerung eine Energieversorgung vorgesehen, die bei Schleifenbildung und nach jeder
Wahlserie aus den Sprechadern zur Ergänzung der während der Wahlserie verbrauchten
Energie kurzzeitig nachladbar ist. Der Vorteil besteht hier darin, daß Energie für
die Steuerung der elektronischen Schaltstrecken praktisch nur in der wahlfreien
Zeit über die Sprechadern entnommen wird, wodurch die volle Betriebsspannung als
Impulsspannung ausnützbar ist, d.h., daß praktisch kein Spannungsverlust während
der Wahlserie gegeben ist, wie dies Forderungen von Postverwaltungen entspricht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
als leistungsarme Schaltungsanordnung für die Steuerung eine Energieversorgung vorgesehen,
die gleichstrommäßig einen kleinen und wechselstrommäßig einen großen Eingangswiderstand
hat und die am Energiespeicher die Spannung auf einen zulässigen Wert begrenzt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient
noch als leistungsarme Schaltungsanordnung für die Steuerung ein über die Sprechadern
ladbarer Speicherkondensator samt einer Ladesteuerungseinrichtung.
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Der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient noch, daß als
Schutz gegen Vertauschen der Sprechadern a, b am Schaltungseingang ein Verpolungsschutz
vorgesehen ist und daß als Überspannungsschutz zwischen dem Eingang der Energieversorgung
und Bezugspotential ein Überspannungsschutz geschaltet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Impuls-Spannungsdiagramm
mit einer Wahlserie samt zugeordneter Kontaktzustandstabelle.
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Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung für
eine Teilnehmerschaltung mit Tastenwahl (verwendete Feldeffekttransistoren: N-Kanal,
Anreicherungstyp, nsi/nsa).
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Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung für
eine Teilnehmerschaltung mit Tastenwahl (verwendete Feldeffekttransistoren: N-Kanal-,
Verarmungstyp nsi und N-Kanal-Anreicherungstyp, nsa).
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In Fig. 1 ist beispielsweise ein Zentralbatteriesystem vorausgesetzt.
Nach Betätigen 1 eines Schalters u (Hakenumschalter) steigt die Spannung auf den
Wert der Sprechadernspannung (Uspr) 2. Bei Beginn der Wahlserie 3 erfolgt volle
Schleifenbildung 4-5, Schleifenunterbrechung 6-7, volle Schleifenbildung 8-9, Schleifen-
unterbrechung
10-11 und volle Schleifenbildung 12-13.
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Nach Wahlserienende 13 steigt die Spannung wieder auf den Wert der
Sprechadernspannung (Uspr) 14. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung sind die Wahlimpulse
rechteckig, wobei die Anstiegszeit, die bei Schalten von Feldeffekttransistoren
gegeben ist, total vernachlässigbar ist.
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Ein Energiespeicher dient für den Betrieb und die Steuerung der Feldeffekttransistoren.
Der Energiespeicher wird nach Betätigen des Schalters u über die Sprechadern geladen
(Linienzug 1-2). Während der Wahlserie 4-13 erfolgt keine Energieentnahme über die
Sprechadern im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltungen mit elektronischen Schaltmitteln,
die zum Betrieb eine Spannung von etwa 2V bis 7,5V benötigen. Am Ende 13 der Wahlserie
bis zum Beginn der nächsten Wahlserie erfolgt kurzzeitig ein Wiederaufladen des
teilentladenen Energiespeichers.
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Der strichlierte Linienzug zwischen 1-2 bzw. 13-14 zeigt den theoretischen
Impulsspannungsverlauf ohne angeschlossenen Energiespeicher. Durch den angeschlossenen
Energiespeicher entsteht durch einen Aufladevorgang eine Verformung, wie sie mit
dem vollen Linienzug 1-2 bzw. 13-14 gezeichnet ist, wobei die Anstiegszeit einige
Millisekunden beträgt, die für den praktischen Betrieb ohne Bedeutung ist Es wird
im Gegenteil sogar ein als zu laut empfindbarer Schaltknack dadurch weitgehend gemildert.
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Zur Erläuterung des Impulsdiagrammes ist für die Kontakte'u, nsi und
nsa (bzw. für die analogen Schaltstrecken von Halbleiterelementen) für die Punkte
1-14 eine zugeordnete Zustandstabelle angefügt.
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In Fig. 2 ist ein Tastwahlblock mit Feldeffekttransistoren vom N-Kanal-Anreicherungstyp
blockschaltbildmäßig dargestellt. Sinngemäß gilt die Schaltung mit umgekehrter Polarität
auch für Feldeffekttransistoren vom P-Kanal-Anreicherungstyp.
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Die Sprechadern a, b sind einerseits über den Schalter u (Hakenumschalter)
anderseits direkt an einen Verpolungsschutz VS angeschlossen dessen Ausgänge (+),
(-) an eine erfindungsgemäße Schaltung angeschlossen sind.
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Der Ausgang (+) ist an einen Widerstand R1 und Drain eines Feldeffekttransistors
T1 angeschlossen. Der andere Anschluß des Widerstandes R1 führt zu einem Widerstand
R2, zu dem Gate des Feldeffekttransistors T1 und zu einer Steuerung ST (Ausgang
A nsi). Source vom Feldeffekttransistor T1 führt an Drain von einem Feldeffekttransistor
T2, an eine Sprechschaltung SP, an eine Spannungs aufstockung SA (Eingang E2) und
an eine Energieversorgung EV (Eingang E7). Das Gate vom Feldeffekttransistor T2
ist an die Steuerung ST (Ausgang A nsa) angeschlossen. Die Energieversorgung EV
(Ausgang A1) ist mit einem Gleichrichter G (-Seite) und mit den Eingängen Eub der
Steuerung ST und der Spannungs aufstockung SA verbunden. Die Spannungsaufstockung
SA (Ausgang A2) ist an den Gleichrichter (+Seite) und an den anderen Anschluß des
Widerstandes R2 angeschlossen.
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Der Ausgang (-) des Verpolungsschutzes VS bildet das Bezugspotential
und ist an die Sprechschaltung SP, an Source des Feldeffekttransistors T2, an die
Steuerung ST, an die Spannungsaufstockung SA und an die Energieversorgung EV angeschlossen.
Ein Tastenfeld TF ist mehradrig mit der Steuerung ST verbunden.
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Im Ruhezustand ist die Energieversorgung EV entladen, die Steuerung
ST bietet im dadurch stromlosen Zustand
am Ausgang A nsa einen
niederohmigen Widerstand und am Ausgang A nsi einen hochohmigen Widerstand gegen
Bezugspotential.
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Nach Schließen des Schalters u wird vom Ausgang (+) des Verpolungsschutzes
VS über den Widerstand R1 eine Steuerspannung an das Gate des Feldeffekttransistors
T1 angelegt und dadurch Schleife (VS (+), T1 Drain, Source, SP, (-) VS) gebildet.
Der Feldeffekttransistor T2 bleibt bis zum Beginn der Wahlserie gesperrt. Die am
Feldeffekttransistor T1 benötigte Steuerspannung (etwa 2V) fällt in diesem Zustand
auch zwischen Drain und Source dieses Transistors.ab. Durch den Spannungsabfall
Uspr an der Sprechschaltung SP wird der Energieversorgung EV eine Ladespannung angeboten,
durch die der Energiespeicher der Energieversorgung EV geladen wird (Fig. 1; 1-2).
Sobald dem Ausgang A1 der Energieversorgung-EV die Betriebsspannung UB (etwa 5V)
für die Steuerung ST und die Spannungsaufstockung SA vorhanden ist, beginnt die
Spannungsaufstockung SA zu wirken und stockt die Betriebsspannung Uns auf die Spannung
Uspr auf; dadurch ist am Ausgang A2 der Spannungsaufstockung SA eine Spannung Uspr
+ UB. vorhanden. Diese Spannung wird über den Widerstand R2 dem Gate des Feldeffekttransistors
T1 zugeführt und schaltet diesen voll durch (Fig. 1; 2).
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Bei Wahlbeginn (Fig. 1; 3, 4) wird über die Steuerung ST (Ausgang
A nsa) der Feldeffekttransistor T2 leitend gemacht, die Sprechschaltung SP kurzgeschlossen,
die Spannungsaufstockung SA stellt ihre Funktionen ein und die Spannungsversorgung
erfolgt aus Leistungsbilanzgründen von der Betriebsspannung UB der Energieversorgung
EV (Ausgang Al) über den Gleichrichter G an den Widerstand Rs. Damit ist die Schleife
über die Feldeffekttransistoren T1, T2 ohne Spannungsabfall durchgeschaltet.
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Bei Beginn des Wahlimpulses (Fig. 1; 5, 6 bzw. 9, 10) wird über die
Steuerung ST (Ausgang A nsi) das Gate des Feldeffekttransistors T1 an Bezugspotential
geschaltet und dieser damit gesperrt. Am Ende des Wahlimpulses (Fig. 1; 7, 8 bzw.
11, 12) wird die Steuerung ST (Ausgang A nsi) hochohmig und damit der Feldeffekttransistor
T1 wieder leitend.
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Am Ende der Wahlimpulsserie (Fig. 1; 13) wird der Feldeffekttransistor
T2 über die Steuerung ST (Ausgang A nsa) an die Bezugsspannung gelegt und damit
gesperrt. Durch den an der Sprechschaltung SP entstehenden Spannungsabfall wird
einerseits der Energiespeicher der Energieversorgung EV kurzzeitig nachgeladen und
andererseits die Spannungsaufstockung SA wieder in Funktion gesetzt.
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Damit wird ein Zustand wie nach Schließen des Schalters u (Fig. 1;
2) erreicht und damit der Gesprächszustand (Fig. 1; 14) eingeleitet.
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Die Widerstände R1, R2, der Gleichrichter G und die Spannungsanhebung
SA sind als Zusatz zur Steuerung ST in einer Hilfssteuerung HST zusammengefaßt.
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Vom Tastenfeld TF werden die Steuerinformationen in die Steuerung
ST eingegeben und dort in die entsprechenden Steuersignale für die Ausgänge A nsa
und A nsi zur Steuerung der Feldeffekttransistoren T1, T2 umgesetzt.
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Durch die erfindungsgemäße Einrichtung werden herkömmliche Nummernschalterfunktionen
vollelektronisch ausgeführt. Die beschriebene Einrichtung ist sinngemäß auch für
Wahlhilfen, Wahlweitergaben, Wahlregenerierungen usw.
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einzusetzen.
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Die Energieversorgung EV besteht im wesentlichen aus einem Kondensator
als Energiespeicher und einer dazu-
gehörigen Ladesteuereinrichtung
mit einem Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp. Für die erfindungsgemäß angewendeten
Feldeffekttransistoren T1, T2 ist für deren Betrieb und Steuerung die Kondensatorladungsmenge
vollkommen ausreichend, da der Stromverbrauch der erfindungsgemäßen Einrichtung
nur einige Mikroampere beträgt.
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In Fig. 3 ist ein Tastwahlblock mit Feldeffekttransistoren vom N-Kanal-Verarmungstyp
in Xombination mit Feldeffekttransistoren vom N-Kanal-Anreicherungstyp dargestellt.
Sinngemäß gilt die Schaltung mit umgekehrter Polarität auch für P-Kanal-Feldeffekttransistoren.
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In Analogie zu Fig. 2 ist ein Verpolungsschutz VS mit Ausgängen (+),
(-) vorgesehen.
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Ausgang (+) ist mit Drain eines Feldeffekttransistors T1 verbunden.
Das Gate des Feldeffekttransistors T1 ist mit einer Steuerung ST (Ausgang A nsi)
verbunden. Source vom Feldeffekttransistor T1 führt zu Drain von einem Feldeffekttransistor
T2 zu einer Sprechschaltung SP und zu einer Energieversorgung EV (Eingang El). Das
Gate des Feldeffekttransistors T2 ist an die Steuerung ST (Ausgang A nsa) angeschlossen.
Die Energieversorgung EV (Ausgang A1) ist an die Steuerung ST (Eingang EUB) geschaltet.
Der Ausgang (-) des Verpolungsschutzes VS bildet das Bezugspotential und ist an
die Sprechschaltung SP, an Source des Feldeffekttransistors T2, an die Steuerung
ST und an die Energieversorgung EV angeschlossen. Ein Tastenfeld TF ist mehradrig
mit der Steuerung ST verbunden.
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Der Ruhezustand ist analog zu Fig. 2.
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Nach Schließen des Schalters u wird vom Ausgang (+) vom Verpolungsschutz
VS über Drain Source vom Feldeffekt-
transistor T1 und die Sprechschaltung
SP zu dem Ausgang (-) vom Verpolungsschutz VS Schleife gebildet. Der Feldeffekttransistor
T2 bleibt bis zum Beginn der Wahlserie gesperrt. Durch den Spannungsabfall Uspr
an der Sprechschaltung SP wird der Energieversorgung EV eine Ladespannung angeboten,
durch die der Energiespeicher der Energieversorgungseinrichtung EV geladen wird
(Fig. 1; 1-2). Am Ausgang Al der Energieversorgung EV wird der Steuerung ST nach
Aufladen des Energiespeichers EV die Betriebsspannung zur Verfügung gestellt.
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Bei Wahlbeginn (Fig. 1; 3, 4) wird über die Steuerung ST (Ausgang
A nsa) der Feldeffekttransistor T2 leitend gemacht und damit die Sprechschaltung
SP kurzgeschlossen.
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Damit ist die Schleife über die Feldeffekttransistoren T1, T2 ohne
Spannungsabfall durchgeschaltet und auch die Energieversorgung EV von der Schleife
bis zum Wahlserienende (Fig. 1; 13) abgetrennt.
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Das Steuern des Feldeffekttransistors T1 erfolgt während der Wahlimpulse
(Fig. 1; 5...12) über den Ausgang A nsi der Steuerung ST sinngemäß wie in Fig. 2,
jedoch mit den Schaltkriterien für einen Feldeffekttransistor nach dem Verarmungstyp.
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Nach Ende der Wahlimpulsserie (Fig. 1; 13) entsprechen die weiteren
Vorgänge der Beschreibung in Fig. 2.
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Hinsichtlich Tastenfeld, Nummernschalterfunktionen und Energieversorgung
gilt Analoges wie unter Fig. 2 beschrieben.
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In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Einrichtung nach Fig.
2 oder Fig. 3 sowohl bei unechten Tastwahlstationen und Obertragungen, als auch
bei Zusatzgeräten aus dem Fernmeldesektor anwendbar. Von Vorteil
ist
auch, daß die Steuerungseinrichtungen zur Ausführung in CMOS-Technologie gut geeignet
sind.
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10 Patentansprüche 3 Figuren
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