DE2922271A1 - Elektronische anschlusschaltungsanordnung fuer eine fernsprech-teilnehmerleitung - Google Patents
Elektronische anschlusschaltungsanordnung fuer eine fernsprech-teilnehmerleitungInfo
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Description
Elektronische Anschlußschaltungsanordnung für eine Fernsprech-
TeiInehmerleitung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anschlußschaltungsanordnung
für eine Fernsprech-Teilnehmerleitung und fällt damit allgemein in das Gebiet der Fernsprechübertragungen.
Bekanntlich wird in automatischen Vermittlungsstellen als
Stromquelle für die Teilnehmerapparate (Sprechstellen) eine zentrale Batterie verwendet (ZB-Speisung), so daß also sämtliche
Mikrofone durch diese einzige Gleichstromquelle gespeist sind. Um zu vermeiden, daß die Speisungs-Stromkreise die
gleichzeitig sprechenden Apparate auch wechselstrommäßig bei Sprachfrequenz miteinander verbinden, wodurch sich die ablaufenden
Gespräche gegenseitig stören würden, sind Transformatoren oder Impedanzen mit niedrigem Gleichstromwiderstand
und hohem Wechselstromwiderstand in Serie mit den Anschlüssen an die Stromquelle geschaltet.
Die Impedanzen werden allgemein durch die selben Wicklungen erhalten, die die Belegungsrelais speisen, so daß sie gleichzeitig
sowohl die Aufgabe des Entkoppeins von Wechselströmen als auch des Empfangs von Signalisierungen erfüllen. Die
gleichstrommäßige Entkoppelung in Richtung auf die Schaltausrüstung der Vermittlungsstelle wird entweder mit Hilfe von in
Reihe mit dem Fernsprech-Leiterpaar angeordneten Kondensatoren
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oder mit Hilfe von Transformatoren verwirklicht. Die Verwendung von Impedanzen oder Transformatoren bringt jedoch die folgenden
Probleme mit sich:
- aufgrund der Größe und des Gewichts dieser Komponenten müssen spezielle Voraussetzungen erfüllt sein;
- besondere Sorge ist auf die Vermeidung von Beschädigungen aufgrund von Feuchtigkeit oder Staub aufzuwenden;
- jene Verwendung wird aufgrund der hohen Kupferverluste in den
betreffenden Wicklungen zunehmend wirtschaftlich nachteilig.
In jüngerer Zeit haben die verschiedenen Fernsprech-Betriebsgesellschaften
eine Anzahl von Lösungen dieser Probleme vorgeschlagen, wonach zumeist die üblichen Leitungsanschlußschaltungen
durch vollständig elektronische Leitungsanschlußschaltungen ersetzt sind, die leicht zu integrieren sind und unter Berücksichtigung
des Fortschritts bei Teilnehmerapparaten und Vermittlungsstellenausrüstungen
«leicht an neue Funktionen anpaßbar sind.
Die wichtigeren Arten bekannter elektronischer Schaltungen für die Teilnehmerleitung zum Ersetzen der üblichen Schaltungen
können in drei Hauptklassen eingeteilt werden:
a) Stromgeneratoren (Zürich Seminar '76, Papier C7; Zürich Seminar
'78, Papier C7). Die beiden Impedanzen sind durch Stromgeneratoren
ersetzt, die mit Halbleitern realisiert sind, wodurch in der Teilnehmerleitung eine hohe Wechselstromimpedanz
erzielt wird und ein Gleichstrom resultiert, der nahezu unabhängig von der Leitungslänge ist. Nachteile eines solchen Vorgehens
sind die tatsächliche Schwierigkeit einer genauen Balance der Stromgeneratoren und die Inkompatibilität mit elektronischen
Fernsprechern variablen Verstärkungsgrads. Bei diesen Fernsprechern wird die Wechselstromstärke bei Sprachfrequenz
automatisch auf der Basis der Gleichstromspeisung geregelt, die bei den üblichen Stromlieferungsbrücken von der Leitungslänge
abhängt.
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b) Simulierte Induktoren mit Serienwiderständen (Zürich. Seminar
'76, Papier C8). Die Induktoren werden durch elektronische Schaltungen simuliert, die integrierte Schaltungen verwenden.
Zwei Serienwiderstände dienen dem Aufbauen eines Eingangswiderstands von geeignetem Wert. Diese Lösung ergibt ein gewisses
Maß an Schaltungskomplexität und einen erheblichen Leistungsverbrauch in der Größenordnung von 0,6 W und erfordert
außerdem einen kleinen Transformator, der in Reihe mit der Fernsprechschleife angeordnet ist, um die Störungen aufgrund
von auf der Leitung induzierten Stör- und Rauschsignalen zu - vermindern. Diese sogenannten Gleichtaktsignale laufen in der
selben Richtung durch die beiden Leitungsleiter und kommen über die Erdverbindung zurück. Da sie also an den Enden der Primärwicklung
des Transformators in Phase sind, erscheinen sie nicht
an den Klemmen der Sekundärwicklung.
c) Simulierte Relais mit innerem Widerstand (Zürich Seminar '76,
Papier C7). Das Belegungsrelais wird durch elektronische Transistorschaltungen
simuliert, und zwar sowohl hinsichtlich der von der Speisungswicklung ausgeführten Impedanzfunktion als
auch hinsichtlich der Signalisierungserkennung. Diese Schaltung bringt andererseits eine Anzahl von Nachteilen mit sich,
die hauptsächlich die Linearität der Spannung-Strom-Charakteristik für niedrige Spannungswerte betreffen, und es ist kein
ausreichender Schutz gegen Spannungsabfälle und Impulsrauschen gegeben, die als elektrische Schaltkennzeichen angesehen werden
könnten.
Demgegenüber wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung
eine Teilnehmerleitungs-Schaltung mit einfachem Schaltungsaufbau, die leicht integrierbar ist, geschaffen. Sie ergibt
außerdem von sich aus eine Balancierung des Wechselstroms bei Sprächfrequenz, eine niedrige Gleichtaktimpedanz für Störsignale,
die auf der Leitung induziert worden sind, und schließlich eine sehr lineare Impedanzcharakteristik selbst
für niedrige Spannungswerte.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die-Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Blockschaltplan der Erfindung;
Fig. 2 einen ins Einzelne gehenden Schaltplan der Blöcke nach Fig. 1 mit den darin enthaltenen Schaltungsanordnungen.
Zwei Leiter a und b gemäß Fig. 1 bilden eine Teilnehmerleitung, die auch als Fernsprechpaar oder -schleife bezeichnet wird und
über die die Schaltkriterien wie Schleifenschluß, Wählkennzeichen,
Schleifenauftrennung zur Vermittlungsstelle, ferner die
Wechselstromsignale wie Sprechsignale, Töne, Klingelsignale und der Gleichstrom für die Teilnehmerleitungsspeisung übertragen
werden. Zwei übliche elektrische Kondensatoren Ca und Cb dienen
dazu, den Übertritt des S'peisungsgleichstroms zur Vermittlungsstelle
zu verhindern und den Durchtritt der Wechselstromsignale zu ermöglichen. Solche Kondensatoren werden auch bei
den üblichen Leitungsanschlußschaltungsanordnungen verwendet.
Ein weiterer elektrischer Kondensator C1 dient in Verbindung mit den in Blöcken IS und IS' enthaltenen elektronischen Schaltungen
dazu, eine Blockimpedanz für Sprachfrequenzsignale zu simulieren. Mit Ausnahme der üblicherweise in der Anschlußschaltungsanordnung
verwendeten Kondensatoren Ca und Cb ist der Kondensator C1 der einzige bei dieser Ausführungsform verwendete
elektrische Kondensator; da die Kondensatoren mit einer Kapazität über einigen 100 Picofarad die einzigen Komponenten
sind, die nicht integrierbar sind, kann die gesamte Anschlußschaltung als integrierte Schaltung mit ein paar äußeren
Komponenten entworfen werden.
Drei optische Koppler AO, AO' und A01 bewirken die galvanische
Trennung der Schaltung zum Anschluß der Teilnehmerleitung von der Schaltung der Vermittlungsstelle, die über Verbindungen 3
/8 909849 / Ö δ 9 β
und 3' bzw. 2 die Signalisierungen empfängt und entsprechende Befehle abgibt. Im einzelnen wird von der Vermittlungsstelle
auf die Verbindung 2 ein Unterbrechungssignal für den Leitungsstrom jedesmal dann gegeben, wenn der Teilnehmer nach dem
Schleifenschluß (Abheben des Handapparats) nicht innerhalb einer gegebenen Zeit wählt, oder wenn Isolationsverluste auftreten.
Auf den Verbindungen 3 und 3' liegen die vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle gesendeten Wählkennzeichen.
Die Blöcke IS und IS1 simulieren zusammen mit dem Kondensator
C1 die in den üblichen Anschlußschaltungsanordnungen verwendeten Blockimpedanzen.
Der Speisestrom wird einer üblichen Vermittlungsstellen-Batterie B über Leiter 1 und 1' entnommen und kommt über die Blöcke
IS bzw. IS' und die Leiter a bzw. b der Teilnehmerleitung zum Teilnehmerapparat (Sprechstelle).
Zwei Hysterese-Schwellenkomparatoren CS und CS' dienen dem Extrahieren
der Schaltkennzeichen-Signalisierungen. Sie stellen die Leitungsstromänderungen aufgrund der Signalisierungen durch
den Teilnehmer fest. Die Höhe der Hysterese ist so gewählt, daß Unsicherheiten in der Kri-terienerkennung auch beim Auftreten
von Rauschsignalen oder Stromerniedrigungen vermieden werden. Der Block IS' und der Komparator CS' sind dem Block IS
bzw. dem Komparator CS hinsichtlich ihres Schaltungsaufbaus gleich, jedoch sind die einzelnen Halbleiterelemente, also
Transistoren und Dioden, in den erstgenannten Blöcken komplementär zu denen in den letztgenannten Blöcken, beispielsweise
entsprechen pnp-Transistoren einerseits npn-Transistoren andererseits
und np-Dioden einerseits pn-Dioden andererseits, da die relativen Speisespannungen, die aus der selben zentralisierten
'Batterie über die Leitungen kommen, entgegengesetzte Polarität haben.
Die in Fig. 1 blockmäßig dargestellten Schaltungen sind in Fig. 2 ebenfalls als rechteckige Blöcke dargestellt, die gestrichelt
umrahmt sindg Q g g ^ g f Q g g q
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Fig. 2 zeigt ohne weiteres die Gleichheit der Schaltungsanordnung und die komplementäre Anordnung der Halbleiterbauelemente
der einerseits im oberen und andererseits im unteren Teil der Zeichnung dargestellten Blöcke. Im folgenden braucht deshalb
hauptsächlich nur auf den unteren Teil der Zeichnung Bezug genommen zu werden.
Der Block IS enthält zwei Transistoren Ti und T2, -sieben Widerstände
R1 bis R7 und drei Dioden D1, D2 und D3. Die in der Technik an sich bereits bekannte Grundschaltung zum Simulieren
einer Induktanz mit Hilfe eines aktiven Elements und eines Kondensators bringt eine Menge von Schwierigkeiten mit sich, die
durch die beschriebene Schaltungsanordnung in überraschender Weise überwunden werden. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen,
die durch einen normal polarisierten Transistor und einen zwischen die Basis und Masse geschalteten Kondensator
realisiert sind, ist die vom,Kollektor aus gesehene Impedanz auch eine Funktion des Verstärkungsgrads des Transistors und
der Temperatur, außerdem besteht eine Spannungsschwelle, die von der Basis-Emitter-Spannungi des Transistors abhängt. Die
Impedanzstabilität könnte durch einen erhöhten Verstärkungsgrad des aktiven Elements erhöht werden, beispielsweise durch
Verwendung von zwei Transistoren in Darlington-Anordnung, was jedoch eine Erhöhung der Spannungsschwelle wegen der Wirkung
der beiden in Reihe geschalteten Basis-Emitter-Spannungen zur Folge haben kann.
Die dargestellte Schaltung des Blocks IS bewirkt hingegen einen guten Verstärkungsgrad mit Hilfe der beiden Transistoren
T1 und T2, die gemäß einer komplementären Emitterfolger-Anordnung
geschaltet sind, wodurch sich die Basis-Emitter-Spannungen aufheben und somit eine vernachlässigbare Schwelle ergeben.
D'ie Widerstandskomponente der Impedanz des Blocks IS wird durch die statische Strom-Spannungs-Charakteristik des
Transistors T2 bestimmt, deren Steilheit leicht aufgrund der Werte der Vorspannungswiderstände festgelegt werden kann.
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Der Kondensator C1, von dem die simulierte Induktanz entsprechend
einem bekannten Gesetz abhängt, dient den beiden komplementär geschalteten Blöcken IS und IS' gemeinsam. Auf diese
Weise kann eine hohe Impedanz für differenzielle Signale auf
den Leitern a und b und eine niedrige Impedanz für Gleichtaktsignale erhalten werden. Im ersteren Fall liegen nämlich an
den Klemmen des Kondensators CT sprachfrequente Signale an, die
um 180° außer Phase sind. Der Kondensator C1 verzögert die Basisspannungsvariation des Transistors T1 (und des Transistors
T1') und somit den Kollektorstrom des Transistors T2 (und des Transistors T2'). Werden diese Ströme in Bezug zur Spannung
an den Klemmen verzögert, so ergibt dies ein vom elektrischen Standpunkt aus induktives Verhalten der Blöcke IS und IS' und
die dargebotene Impedanz ist hoch. Im letzteren Fall hingegen, bei dem die gleichtaktigen Wechselstromsignale an den Klemmen
von Ci in übereinstimmender Phase auftreten, werden sie vom
Kondensator nicht beeinflußt. Es ergeben sich sodann normale Basisspannungsänderungen von T1 (und von T1') und als Folge
hiervon Kollektorstromänderungen von T2 (und von T2').
Sofern infolge der Änderung der gleichtaktigen Spannung sich eine erhebliche Änderung solcher Ströme ergibt, ist also die
von den Blöcken IS und IS' diesen Signalen entgegengebrachte
Impedanz sehr niedrig. Außerdem werden die Blöcke IS und IS1
automatisch in Bezug zu den Sprechströmen balanciert, da der Kondensator C1 keinen Massebezug hat. Der im Block IS enthaltene
Widerstand R4 verhilft zu einer Begrenzung der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T2, während die anderen Widerstände
der Vorbelastung dienen.
Die Diode D1 verhindert, daß die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T1 inverse Werte annimmt, wenn der Transistor T2
sperrt; und die Diode D2 gleicht den Spannungsabfall an der leitenden Diode DT aus. Der Strom zur Basisvoreinstellung des
Transistors T2 (und T2') fließt normalerweise durch einen Widerstand
RT 4 und einen Phototransistor T5, die im optischen
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Koppler A01 enthalten sind. In den bereits beschriebenen Fällen, in denen eine Schleifenstromunterbrechung gefordert wird,
sendet die Vermittlungsstelle über die Verbindung 2 einen entsprechenden Befehl an den optischen Koppler A01, durch den der
Phototransistor T5, der mit einer lichtemittierenden Diode D7 gekoppelt ist, sperrt, wodurch als Folge die Unterbrechung des
Basisstroms von T2 (und von T2')_bewirkt wird. Hierdurch wird
der Transistor T2 (und T2') sperrend, wodurch die Stromspeisung
unterbrochen wird.
Die vom Teilnehmerapparat kommenden Gleichstrom-Signalisierungen
erscheinen im Block IS als eine Folge von Spannungsänderungen an demjenigen Punkt, an dem die Widerstände R3 und R5
miteinander verbunden sind. Diese Spannungsänderungen werden über die Diode D3 abgenommen und an den Hysterese-Schwellenkomparator
CS weitergegeben, dessen Eingangsimpedanzänderungen andererseits wegen der Diode D3 die Vorspannung des Transistors
T2 nicht beeinflussen können.'
Es wird nun der Betrieb des Komparators CS beschrieben. Er enthält zwei Transistoren T3 und T4, sechs Widerstände R8 bis
R13 und zwei Dioden D4 und D5·
Wenn der Spannungsabfall über den Klemmen des Widerstands R3 im Block IS die obere Schwelle überschreitet, die durch die
Addition der Spannungsabfälle an den Dioden D4 und D5 und am BasIs-Emitter-Übergang des Transistors T3 unter Abzug des
Spannungsabfalls an der Diode D3 bestimmt ist, beginnt der Transistor T3 zu leiten, wodurch die Basisspannung am Transistor
T4 und sodann dessen Kollektorstrom ansteigen. Hierdurch ergibt sich ein weiterer Anstieg des Basisstroms des
Transistors T3, bis der Sättigungsstrom der Transistoren T3 und T4 erreicht wird.
Sinkt der Spannungsabfall über den Klemmen des Widerstands R3
im Block IS unter die untere Schwelle, so wird ein Teil des Basisstroms des Transistors T3 über den Widerstand R9 und die
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Diode D3 abgeleitet, wodurch der Kollektorstrom und der Basisstrom
des Transistors T4 und hierauf wiederum der Basisstrom des Transistors T3 niedriger werden, bis die beiden Transistoren
T3 und T4 sperrend werden. In diesem Zustand verbraucht der Komparator CS nur noch den über den Widerstand R8 fließenden
Strom. Die Werte der Schwellenspannungen können leicht durch geeignete Dimensionierung der Vorbelastungswiderstände
und der Zahl der Dioden oder anderer äquivalenter Schwellenkomponenten, die zwischen die Basis des Transistors T3 und den
Kollektor des Transistors T4 geschaltet sind, vorbestimmt werden. Beispielsweise kann durch geeignetes Teilverhältnis zwisehen
R3 und R5 die obere Schwelle in sehr einfacher Weise beeinflußt werden.
Der Transistor T3 speist den optischen Koppler AO, der eine lichtemittierende Diode D6 und einen Phototransistor Τβ enthält,
welche die Signalübertragung zur Vermittlungsstelle unter galvanischer Trennung der beiderseitigen Schaltungen ermöglichen.
Hinsichtlich der Schaltungsanordnung im einzelnen wird zur Entlastung der Beschreibung auf die Zeichnung verwiesen, in
der ein funktionierendes bevorzugtes Ausführungsbeispiel vollständig offenbart ist.
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Leerseite
Claims (5)
- Patentansprüchef\J Elektronisch*^ Anschluß:;chaltungsanordnung für eine Fernsprech-Teilnehmerleitung, mit zwei elektronischen Schaltungen, über die eine zentrale gemeinsame Stromquelle den Teilnehmerapparat über eine Fernsprechschleife bildende Leiter mit Strom speist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Schaltungen (IS,IS1) die Impedanz (Widerstand und induktive Reaktanz) simulieren, die zur Vermeidung des Übertritts sprachfrequenter Signale zur gemeinsamen Stromquelle (B) notwendig ist, und außerdem Strcmänderungen auf der Leitung aufgrund elektrischer Signalisierungskriterien, die vom Teilnehmerapparat kommen, feststellen; und daß die Anschlußschaltungsanordnung weiterhin zwei Hysterese-Schwellenkomparatoren (CS,CS') enthält, die aufgrund von Signalisierungsvorgängen in den elektronischen Schaltungen (IS1IS') auftretende Spannungsänderungen erkennen und entsprechende Steuerströme abgeben, wenn die Spannungsänderungen einem gegebenen Wertebereich angehören.
- 2. Anschlußschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungen (IS,IS') galvanisch909849/089von den Schaltungen der Vermittlungsstelle-durch einen ersten optischen Koppler (A01) getrennt sind, der entsprechende Befehle von der Vermittlungsstelle empfängt.
- 3. Anschlußschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenkomparatoren (CS5CS') von den Schaltungen der Vermittlungsstelle galvanisch durch einen zweiten und einen dritten optischen Koppler (AO,AO1) getrennt sind, die von den Schwellenkomparatoren erkannte elektrische Kriterien zur Vermittlungsstelle übertragen.
- 4. Anschlußschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der elektronischen Schaltungen (IS5IS') einen ersten Transistor (ΊΊ,ΊΊ1) enthält, der in Kollektorschaltung geschaltet ist und dessen Basis mit einem Kondensator (C1) verbunden ist und der einen zum ersten Transistor komplementären zweiten Transistor (T2,T2') ansteuert, dessen Kollektorstrom mit dem Leitungsspeisestrom übereinstimmt, wobei die Transistoren und Dioden einer der beiden elektronischen Schaltungen (IS5IS') den Transistoren und den Dioden der anderen dieser elektronischen Schaltungen (IS',IS) komplementär sind; daß der den Wert der simulierten induktiven Reaktanz bestimmende Kondensator (C1) einerseits mit der Basis eines der ersten Transistoren (T1,T1·) und andererseits mit der Basis des anderen der ersten Transistoren (TV5Ti) verbunden ist; und daß der zweite Transistor auf einen Spannungsteiler (R3,R5; R3',R5')5 der mit dem Emitter verbunden ist, Spannungssignale speist, die den durch die Signalisierungsvorgänge verursachten Stromsignalen auf der Teilnehmerleitung entsprechen.
- 5. Anschlußschaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch^gekennzeichnet, daß jeder der Hysterese-Schwellenkomparatoren (CS,CS') einen dritten Transistor (T3,T3?), der in Emitterschaltung geschaltet ist, umfaßt, der an seiner Basis die von den elektronischen Schaltungen (IS,IS') eintreffenden Spannungssignale empfängt und entsprechende Spannungsänderun-909849/089 8 /3gen an die Basis eines vierten Transistors (T4,T4') abgibt, welcher .als Stromgenerator hinzugefügt ist und dessen Kollektorstrom zu einem geeigneten Bruchteil zum Basisstrom des dritten Transistors (T3,T3') beiträgt, der seinerseits den optischen Koppler (AO5AO1) so ansteuert, daß an dessen Ausgang (3,3') Stromänderungen auftreten, die den Kollektorstromänderungen dieses dritten Transistors entsprechen; und daß die Transistoren und Dioden eines dieser Schwellenkomparatoren (CS5CS') zu den Transistoren und Dioden des anderen der Schwellenkomparatoren (CS',CS) komplementär sind.909849/0098
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