DE2946815A1 - Elektronische fernsprechschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Elektronische Fernsprechschaltungsanordnung

Schw/Ba

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein elektronisches Fernsprechgerät mnd insbesondere auf eine vollständig elektronische Fernsprechanordnung, in der elektromechanische und andere nichtelektronische Bauteile, die üblicherweise in einem herkömmlichen Fernsprechgerät verwendet werden, durch elektronische Schaltung sanordnungen ersetzt sind, so daß sich eine vollständig auf einem Halbleiter-Chip integrierte Fernsprechschaltungsanordnung ergibt.

Ein übertragungsweg in einer Fernsprechverbindung enthält typischerweise ein Drahtleitungssystem aus Adernpaaren, die jeweils die auf ihnen vorhandenen Übertragungen in zwei Richtungen bedienen. Jedes in dem Drahtleitungssystem verwendete Fernsprechgerät ist an ein Adernpaar angeschlossen; es muß einen Stromweg für einen Strom von etwa 20 mA

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bilden, Rufsignale erkennen, Sprachsignale aussenden und Sprachsignale empfangen. Beim Aussenden und beim Empfangen von Signalen am gleichen Adernpaar muß eine Ubermä'ssige Rückkopplung, auch Rückführen genannt, vermieden werden.Zur Steuerung des RUckführens wurde bisher eine Anordnung verwendet, die u.a. zwei Übertrager enthält und üblicherweise als Gabelschaltung bezeichnet wird; diese Gabelschaltung konnte nicht in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt werden.

Nach der Erfindung wird eine elektronische Fernsprechschaltungsanordnung geschaffen, die auf einem einzigen Halbleiter-Chip integriert werden kann und eine LeI-tungsnachbildungs-Pufferschaltung zur Herstellung der externen Anschlüsse, eine Ruferkennungs- und Ruferzeugungsschaltung sowie eine digitale Gabelschaltung enthält. Die Externanschlußschaltung bildet die Schnittstelle zum Leitungspaar des Fernsprechverbindungsamts. Die Gabelschaltung wirkt als Schnittstelle zwischen einer Vierdrahtleitung und einer Zweidrahtleitung, und sie verbindet den Sender (Mikrophon) und den Empfänger (Hörkapsel) des Fernsprechapparats mit dem gleichen Adernpaar, in dem sie abwechselnd Datenabtastwerte des gesendeten und des empfangenen Signals an das Adernpaar anlegt, wobei sie mit einer Frequenz arbeitet, die schneller als eine für das menschliche Ohr hörbare Frequenz ist, so daß eine nichterkennbare Signalrekonstruktion erzielt wird, während der Empfänger und der Sender entkoppelt bleiben, damit ein übermössiges Rückführen eliminiert wird. Dl· Externanschlußschaltung erkennt auch die Betätigung dee Gabelumschalters, die anzeigt, daß der Fernsprechapparat gerade benutzt wird, und sie schaltet in Abhängigkeit von einem Aktivierungs-

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signal eine geeignete Impedanz parallel zum externen Adernpaar, damit entsprechend den Anforderungen der Fernsprechvermittlungs-TrägergeSeilschaften eine geeignete Stromschleifenlast erzeugt wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Fernsprechschaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig.2 ein genaueres Blockschaltbild der Schaltungsanordnung von Fig.1,

Fig.3 ein teilweise schematisches Teilblockschaltbild

einer Ausführungsform der Bxternanschlußschaltung von Fig.1,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer digitalen Gabelschaltung gemäß der Erfindung, die einen Schaltungsteil der elektronischen Fernsprechachaltungeanordnung von Fig.1 bildet,

Flg.5 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten AusfUhrungsform der digitalen Gabelschaltung von Fig.4,

Fig.6A eine Ausführungsbeispiel für die Senderdurchschaltvorrichtung und die Empfängerdurchachaltvorrichtung in der Gabelschaltung von Fig.^,

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Fig.6b ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Senderdurchschaltvorrichtung und der Empfängerdurchschaltvorrichtung in der Gabelschaltung von Fig.4,

Fig.6C ein AusfUhrungsbeispiel für den Spannungsteiler in der Gabelschaltung von Fig.4,

Fig.7 ein Blockschaltbild der digitalen Gabelschaltung von Fig.4 mit einem weiteren AusfUhrungsbeispiel des Sendeschalters und des Empfangsschalters und

Fig.8 ein Schaltbild der Impedanzuraschaltschaltung von Fig.2.

In Fig.1 ist ein Blockschaltbild einer elektronischen Fernsprechschaltungsanordnung 10 dargestellt.Fig.1 zeigt dabei die Funktionsbausteine, die für die elektronische Fernsprechanordnung 10 erforderlich sind. Klemmen 11 und 12 sind an eine Externanschlußschaltung 20 angeschlossen, die für die Aufrechterhaltung einer symmetrischen Impedanz, für die Entkopplung und für die Erzeugung einer Stromschleife sorgt. Mit der Externanschlußschaltung 20 ist Über einen Leiter 22 eine Rufschaltung 21 verbunden, die das Rufsignal erkennt und in eine geeignete Form umsetzt, damit als Reaktion auf das Erkennen des Rufsignals ein hörbares Signal erzeugt wird. Die Externanschlußschaltung 20 ist mit einer automatisch schaltenden digitalen Gabelschaltung 23 verbunden, die ein Tiefpaßnetzfilter 24, eine Sendeschaltung 25, eine Empfangsschaltung 26 und eine Umschaltschaltung 36 enthält. Die

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Verbindung zwischen der Externanschlußschaltung 20 und dem Tiefpaßnetzfilter 24 wird über Leiter 30 und 31 hergestellt. Das Tiefpaßnetzfilter 24 ist mit der Sendeschaltung 25 und der Empfangsschaltung 26 über Leiter 32 und 33 verbunden. Die Sendeschaltung und die Empfangsschaltung 26 sind daher über das Tiefpaßnetzfilter 24, die Externanschlußschaltung wieder mit den Klemmen 11 und 12 verbunden, die der Verbindung mit dem Adernpaar des Zentraleystems dienen. Die Sendeschaltung 25 leitet in auswählbarer Weise Signale von einem Sender 35 über einen Leiter 34 zwischen dem Sender 35 und der Sendeschaltung 25, zum Tiefpaßnetzfilter 24. Diese selektive Durchschaltung des Sendersignals in der Sendeschaltung wird in Abhängigkeit von einem Freigabesignal aus der Umschaltschaltung 36 erzielt, das über den Leiter an die Sendeschaltung 25 angelegt wird. Abwechselnd und einander jeweils ausschließend gibt die Umschaltschaltung 36 die Empfangsschaltung 26 über den Leiter frei, damit ein ankommendes Signal über einen Leiter zu einem Empfänger 41 gelangen kann. Die Freigabesignale aus der Umschaltschaltung 36 haben die Eigenschaft, daß entweder die Sendeschaltung 25 oder die Empfangsschaltung 26, nie jedoch beide Schaltungen gleichzeitig freigegeben sind. In aufeinanderfolgenden Zeitperioden liegen die über die Klemmen 11 und 12 übertragenen Signale in der folgenden Form vor: Gesendetes Signal, empfangenes Signal, gesendetes Signal, empfangenes Signal, usw.

In Fig.2 ist ein genaues Blockschaltbild der elektronischen Fernsprechschaltungsanordnung 10 von Fig.1 dargestellt.

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Die Klemmen 11 und 12 dienen den Anschluß der externen Drahtleitung der Fernsprechvermittlungszentrale. Die Klemmen 11 und 12 sind auch an die Eingänge einer Leitschaltung 43 angeschlossen, die in Form einer Diode ausgebildet sein kann, die über die ankommenden Signale polarisiert und gespeist wird und gesendeten abgehenden Signale ermöglicht, durch sie hindurch zu den Klemmen 11 und 12 zu gelangen. Polarisierte Signale werden an den Leitern 44 und 45, die an eine Impedanzumschalteinheit 50 angeschlossen sind, zu einem Regler 51, einem Eingangsdifferenzverstärker 52 und einem Ausgangsdifferenzverstärker 53 abgegeben. Der Leiter 44 ist auch mit dem Eingang eines Tiefpaßruffilters 54 verbunden. Das Ruffilter 54 ist so selektiv₍ daß es nur das Rufsignal mit seiner niedrigen Frequenz von 20 Hz und der relativ hohen Spannung von 100 V zu einem Rufprozessor 59 über einen Leiter 55 durchläßt. Der Rufprozessor 59 erkennt die Anwesenheit eines Rufsignals, und er gibt nach dem Erkennen ein Signal in geeigneter Form an eine interne Rufausgabeeinheit 56 oder über einen Leiter 58 an einen Rufausgangsanschluß 57 ab. Der Rufausgangsanschluß 57 stellt einen Anschlußpunkt fUr eine extern vorgesehene Rufabgabeeinheit 60, die ein Rufwecker, ein piezoelektrisches Meldeelement oder eine andere elektronisch betätigte Vorrichtung sein kann. Die interne Rufabgabeeinheit 56 kann wahlweise die Ruffunktion als Teil der elektronischen Fernsprechschaltung selbst bilden. Die Leitschaltung 43 kann von einem vorgespannten übergang oder einer vorgespannten Diode gebildet sein, so daß sie als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann. Die Rufschaltung 21 von Fig.1 besteht aus dem Tiefpaß-Ruf-

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filter 5^, dem Rufprozessor 59, der internen Rufabgabeeinheit 56 und dem Rufabgabeanschluß 57.

Polarisierte Signale aus der Leit schaltung 43 gelangen Über Leiter 44 und 45 zum Eingangsdifferenzverstärker 52 und zum Ausgangsdifferenzverstärker 53ο Der Eingangsdifferenzverstärker 52 hält über die Leiter 44 und 45 und damit an den Klemmen 11 und 12 eine symmetrische Last am externen Adernpaar aufrecht, und er ergibt eine elektrische Entkopplung zwischen seinen Eingängen und seinem Ausgang. Das vom Eingansdifferenzverstärker abgegebene Signal, d.h. das ankommende Signal, wird über einen Leiter 66 einem Tiefpaßnetzfilter 70 zugeführt. Das Tiefpaßnetzfliter 70 entspricht dem Tiefpaßnetzfilter 24 von Fig.1. Das Tiefpaßnetzfilter 70 läßt das ankommende Signal zu einer Empfängertorschaltung 76 durch, die in ausgewählter Weise das Signal zu einem Empfänger 84 weltergibt. Der Ausgangsdifferenzverstärker 53 bewirkt die Entkopplung des Signals von einem Sender 85 zu den Leitern 44 und 45, und er hält an diesen Leitern 44 und 45 und somit an den Klemmen 11 und 12 einen symmetrierten Leitungszustand aufrecht, wie es entsprechend den üblichen Normen in der Fernsprechtechnik erforderlich ist. Der Eingang des Ausgangsdifferenzverstärkers 53 ist über einen Leiter mit dem Tiefpaßnetzfilter 70 verbunden.

Die Impedanzumschalteinheit 50 stellt den Eingriff eines (externen) Gabelumschalters über die Gabelumschalteranschlüsse 61 und 62 fest, die mit dem externen Fernsprechapparat verbunden sind, damit eine Anzeige dafür erzeugt wird, wann der Telephonapparat benutzt wird. Nach dem Feststellen des Eingriffs des Gabeluaschalters

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legt die Impedanzumschalteinheit 50 an die Leiter 44 und 45 eine Impedanz an, damit ein Stromweg für die ankommenden Signale entsprechend den für das Drahtleitungssystem geltenden Bestimmungen erzeugt wird, damit ein Zentralsystem auf die Anwesenheit einer aktivierten Ferneinheit (Fernsprechapparat) aufmerksam gemacht wird; ferner gibt die Impedanzumschalteinheit den erforderlichen Wählton ab und führt die weiteren notwendigen Funktionen durch. In Fernsprechsystemen ist es derzeit Üblich, durch Parallelschalten einer Impedanz von 600 Ohm zu dem Adernpaar einen Stromweg zu erzeugen, in dem ein Strom von etwa 20 mA fließt_r Die Impedanzkomponente der Impedanzumechalteinheit kann mittels passiver oder aktiver elektronischer Schaltungselemente erzeugt werden, die in Form einer integrierten Schaltung verwirklicht werden können.

Der Regler 51 liefert eine stabile Ausgangsgleichspannung zur Versorgung weiterer Teilbaugruppen innerhalb der Schaltungsanordnung, die eine unabhängige Energieversorgungsquelle fUr ihren Betrieb benötigen. Der Eingangsdifferenzverstärker 52, der Ausgangsdifferenzverstärker 53» die Impedanzumschalteinheit 70, der Regler 51 und die Leitschaltung 43 üben die Funktion der Externanschlußschaltung 21 von Fig.1 aus. Die Rufschaltung 21 von Fig.1 kann mit der Externanschlußschaltung 20 als einzelner Funktionsmodul kombiniert werden.

Das Tiefpaßnetzfilter 70 hat die Aufgabe der Bandbegrenzung der Ausfilterung von Störfrequenzen in Übereinstimmung mit den von der FCC (Federal Communications Commision) angegebenen Drahtleitungsträgernormen.

Das Tiefpaßnetzfilter 70 ist über einen Leiter 75

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an die Empfängertorschaltung 76 und über einen Leiter an die Sendertorschaltung 90 angeschlossen. Die Empfängertorschaltung 76 ist Über einen Leiter 82 an den Empfanger 84 angeschlossen. Die Empfängertorschaltung 76 läßt entsprechend einem Freigabesignal, das von einem Oszillator 81 Über einen Leiter 80 zugeführt wird, das Signal aus dem Tiefpaßnetzfilter 70 zum Empfänger 84 durch. Das ankommende Signal wird in auswählbarer Weise durch die Empfängertorschaltung 76 Über einen Leiter 82 zu einem Empfängeranschluß 83 durchgelassen, mit dem der externe Empfänger 84 im Fernsprechapparat verbunden werden kann. Der Empfänger 84 kann ein Lautsprecher oder ein ähnlicher elektronisch aktivierter Wandler sein. Das Tiefpaßnetzfilter 70 kann ein aktives und ein passives Filter sein, das in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt werden kann.

Ein abgehendes, gesendetes Signal stammt aus einem Schall/Strom-Wandler, nämlich dem Sender 85, der ein Mikrophon, beispielsweise ein Kohlemikrophon sein kann. Der Sender 85 ist extern innerhalb des Telephonhörers oder auf sonstige Weise in der an dem entfernten Ort befindlichen Einheit angebracht. Der Sender 85 ist mit einem Senderanschluß 86 verbunden, der seinerseits Über den Leiter 87 mit der Sendertornchaltung 90 verbunden ist. Die Sendertcrschaltung 90 läßt abhängig von einem Frelgabesignnl aus dem Oszillator 81, das Über einen Leiter zur Sendertorschaltung 90 Übertragen wird, das Signal auo dem Sender 85 Über einen Leiter 79 zum Tiefpaßnetzschalter 70 durch. Der Oszillator 81 gibt abwechselnd und ausschließlich entweder die Empfängertorschaltung 76 oder die Sendertorschaltung 90 frei, so daß an jedem Zeitpunkt nur

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eine dieser beiden Torschaltungen freigegeben sein kann. Das Tiefpaßnetzfilter 70 ist mit dem Ausgangsdifferenzverstärker 53 verbunden, der an die Leiter kk und ^5 angeschlossen ist, die Über die Klemmen 11 und 12 eine Verbindung zurllck zum externen Adernpaar herstellen. Das abgehende Signal durchläuft das Tiefpaßnetzfilter 70, wo hochfrequente Störsignale, die sich aus der schnellen Durchschaltung der Empfängertorschaltung 76 und der Sendertorschaltung 90 in Abhängigkeit von dem Freigabesignal aus dem Oszillator 81 ergeben, auf Grund der Filterwirkung beseitigt werden, ohne daß die ausgesendeten oder empfangenen Signale beeinflußt werden. Das gefilterte Signal wird vom Tiefpaßnetzfilter 70 Uber Leiter 66 und 67 dem Ausgangsdifferenzverstärker 53 zugeführt, der an die Leitschaltung ^3 angeschlossen ist. Die gefilterten abgehenden Signale werden dann von der Leitschaltung kj> an die Klemmen 11 und 12 weitergegeben, die das Anschließen des externen Adernpaars der Vermittlungszentrale ermöglichen, über einen Leiter 91 kann an den Summiereingang des Ausgangsdifferenzverstärkers 53 das Ausgangssignal eines Wählcodierers angelegt werden, so daß die Möglichkeit geschaffen wird, an das externe Adernpaar eine mit Frequenzen arbeitende Wählvorrichtung ohne Störung des abgeglichenen Leitungszustandes anzuschließen, wie es entsprechend den Bestimmungen erforderlich ist. Der Wählcodierer 93 kann ein selbstbetätigtes, in sich abgeschlossenes Wählsystem sein, oder er kann Uber einen Wählanschluß 9^ mit einer externen Aktivierungsvorrichtung 95, beispielsweise einem Drucktastenfeld oder mit dein Ausgang einer, binären Computers verbunden sein.

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In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel zur Erzielung der gewünschten Entkopplung und der Aufrechterhaltung eines abgeglichenen Leitungszustandes mit der digitalen Gabelschaltung gemäß Fig.2 dargestellt. Die Klemmen und 12, die das Anschließen des Adernpaars des externen Zentralsystems ermöglichen, sind an die Primärwicklung 100 eines Übertragers 101 angeschlossen, der die notwendige Entkopplung und die Leitungssymmetrierung zur Erfüllung der Ubertragungsnormen bewirkt. An die Klemme 11 ist auch ein Schalter 109 angeschlossen, was eine On-Line-Verbindung der Fernsprechschaltungsanordnung 10 mit dem Zentralsystem ermöglicht. Die Sekundärwicklung 102 des Übertragers 101 ist an das Tiefpaßnetzfilter 103 angeschlossen. Das Tiefpaßnet zfilter 103, das die im Zusammenhang mit Fig.2 beschriebenen Funktionen ausübt»1st an die Sendeschaltung 104 und an die Empfangsschaltung 105 über Leiter 106 und 107 angeschlossen; von dieser Stelle aus arbeitet die Schaltung so, wie oben im Zusammenhang mit Fig.1 erläutert wurde.

In Fig.4 ist ein Blockschaltbild der digitalen Gabelschaltung dargestellt, die in der elektronischen Fernsprechschaltungsanordnung 10 von Fig.2 enthalten ist. Die Klemmen 11 und 12 sind an die Externanschlußschaltung 110 angeschlossen. Die Externanschlußschaltung 110 ist mit einem Tiefpaßnetzfilter 111 über Leiter und 113 verbunden. Das Tiefpaßnetzfilter 111 ist über einen Leiter 115 an eine Sendertorschaltung 114 und über einen Leiter 117 an eine Empfängertorschaltung 116 angeschlossen. Die Empfängertorschaltung 116 ist in ausgewählter Weise so vorgespannt, daß das ankommende Signal über den Leiter 121 zu einem Empfänger 120 gelangen kann. Die Empfänger-

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torschaltung 116 wird abhängig von einem Freigabevorspannungssignal aus einem über den Leiter 121 angeschlossenen zweiten Spannungsteiler 122 so freigegeben, daß sie das ankommende Signal zum Empfänger 120 durchläßt. Der zweite Spannungsteiler 122 liefert das Freigabevorspannungssignal an die Empfängertorschaltung 116 in Abhängigkeit von einem Schaltsignal aus einem Empfangsschalter 123, der über einen Leiter 124 mit dem zweiten Spannungsteiler 122 verbunden ist. Der Empfangsschalter 123 wird von einem Empfangstaktsignal aus einem Oszillator 125 periodisch aktiviert, der durch einen Leiter 126 angeschlossen ist. Der zweite Spannungsteiler 122 wird Über einen Leiter 128 mit einer Bezugsvorspannung aus einer Gleichspannungsquelle 127 gespeist.

Die Sendertorschaltung 114 läßt abhängig von einem Freigabevorspannungssignal aus einem ersten Spannungsteiler 132, der über einen Leiter 131 mit der Sendertorschaltung 114 verbunden ist, in ausgewählter Weise Signale von einem Sender 130 durch, der mittels des Leiters 131 an die Sendertorschaltung 114 angeschlossen ist. Die Gleichspannungsquelle 127 liefert über einen Leiter 133 eine Bezugsvorspannung an den ersten Spannungsteiler 132. Der erste Spannungsteiler 132 liefert das Freigabevorspannungssignal an die Sendertorschaltung 114 in Abhängigkeit von einem Schaltsignal aus einem Sendeschalter 134, der mittels eines Leiters 135 an den ersten Spannungsteiler 132 angeschlossen ist. Der Sendeschalter 134 liefert das Schaltsignal an den ersten Spannungsteiler 132 in Abhängigkeit von einem Sendetaktsignal aus dem Oszillator 135, der mit Hilfe des Leiters 136 mit dem Sendeschalter 134 verbunden ist. Das Sendetaktsignal aus dem

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Oszillator 125 ist ein periodisches Signal, das den Sendeschalter 134 abwechselnd freigibt und sperrt. Der Oszillator 125 liefert auch das Empfangstaktsignal, das ebenfalls ein periodisches Signal ist und den Empfangsschalter 123 abwechselnd freigibt und sperrt. Das Empfangstaktsignal und das Sendetaktsignal sind einander ausschließende, inverse Signale, so daß Jeweils nur eines dieser beiden Signale zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv sein kann. In anderen Worten heißt dies, daß der Sendeschalter 134 und der Empfangsschalter 123 nie gleichzeitig freigegeben sind, sondern in einer einander ausschließenden Weise freigegeben werden, so daß an einem gegebenen Zeitpunkt Jeweils nur einer dieser Schalter freigegeben ist. Das Ergebnis dieses automatischen Schaltvorgangs ist die Ausnutzung des externen Adernpaars im Zeitteilbetrieb durch abwechselndes Anschließen des Empfängers und des Senders in einer einander ausschließenden periodischen Weise, ohne die nachteiligen Wirkungen des gleichzeitigen Anschließens des Empfängers und des Senders an das externe Adernpaar. Der Oszillator 125 arbeitet mit einer Schaltfrequenz, die höher als eine für das menschliche Ohr hörbare Frequenz ist und er gibt abwechselnd das Anlegen von Signalabtastwerten vom Sender 130 und zum Empfänger 120 über die Externanschlußschalter 110 zu den Klemmen 11 und 12 frei. Eine Oszillatorfrequenz, die 2 bis 2,5 - mal größer als der obere Ubertragungsfrequenzwert ist, reicht zur Erzielung einer nicht feststellbaren Rekonstruktion der ursprünglichen Signale aus. In einer bevorzugten Ausführungsform liefert der Oszillator

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eine Schaltfrequenz im Bereich von 22 bis 25 kHz. Irgendein Frequenzwert zwischen 20 und 200 kHz ist brauchbar. Bei der genauen Entscheidung spielen jedoch Filterüberlegungen eine Rolle.

Der erste Spannungsteiler 132 und der zweite Spannungsteiler 122 können mittels passiver oder aktiver elektronischer Bauelemente ausgeführt werden.

In Fig.5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der digitalen Gabelschaltung von Fig.4 teils schematisch und teils als Blockschaltbild dargestellt. Die Empfängertorschaltung 116 kann als Diode 140 ausgebildet sein. In gleicher Weise kann auch die Sendertorschaltung 114 als Diode 141 ausgebildet sein. Der erste Spannungsteiler 132 kann von einem Widerstandselement mit zwei Teilelementen 143 und 144 gebildet sein, zwischen denen ein Anschlußpunkt 145 vorgesehen ist. Der zweite Spannungsteiler 122 kann ebenfalls ein Widerstandselement mit zwei Teilelement.en I4b und *<m sein, zwischen denen ein Anschlußpunkt 14.8 vorgesehen ist. Der Sendeschalter 134 kann ein Transistor 150 sein, der in Flg.5 als NPN-Transistor ausgeführt ist. Der Kollektor 151 des Transistors 150 ist mit dem Anschlußpunkt 145 des ersten Spannungsteilers 132 verbunden, während die Basis des Transistors 150 über einen Leiter 136 mit dem Oszillator 125 verbunden ist. Der Empfangsschalter kann ebenfalls ein Transistor 160 sein, dessen Kollektor 161 am Anschlußpunkt 148 des zweiten Spannungsteilers 122 angeschlossen ist; die Basis 162 dieses Transistors ist über einen Leiter 126 mit dem Oszillator 125 verbunden. Das Widerstandsteilelement 144 ist an die Gleichspannungsquelle 127 angeschlossen, und das Widerstandsteilelement 143 ist an die

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Katode der Diode 141 und an den Sender 130 angeschlossen. Das Widerstandsteilelement 146 ist mit der Gleichspannungsquelle 127 verbunden, und das Widerstandsteilelement 147 ist an die Katode der Diode 140 und an den Empfänger 120 angeschlossen. Im Betriebszustand liefert der Oszillator 125 an den Leiter 126 ein Empfängertaktsignal und an den Leiter 136 ein Sendertaktsignal; wie oben erwähnt wurde, sind diese Signale invers und in einer einander ausschließenden Weise vorhanden. Diese Signale schalten abwechselnd zwischen einer Bezugsspannung mit dem Massewert und einem zweiten Spannungswert um, wobei der zweite Spannungswert ausreicht, den Transistor 150 des Sendeschalters oder den Transistor 16O des Empfangsschalters in einen gesättigten leitenden Zustand zu schalten. Da der Sendeschalter 134 und der Empfangsschalter 123 in der gleichen Weise arbeiten, gilt die nachfolgende Erläuterung des Sendeschalters 134 auch für den Empfangsschalter 123. Der Sendeschalter 134 wird durchgeschaltet, wenn der Oszillator 125 eine Spannung mit dem zweiten Wert abgibt, so daß der Transistor 150 in den leitenden Zustand versetzt wird, was bewirkt, daß der Anschlußpunkt 145 des ersten Spannungsteilers 132 an Masse gelegt wird; dies hat wiederum die Folge, daß die Katode der Diode 141 an Masse gelegt wird, so daß diese Diode 141 eingeschaltet wird und das vom Sender 130 abgehende ausgesendete Signal durchläßt. Gleichzeitig hat der Oszillator 125 ein Empfängertaktsignal mit dem auf Masse befindlichen Bezugsspannungswert abgegeben, damit der Transistor 160 des Empfangsschalters gehindert wird, in den leitenden Zustand

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zu schalten, wodurch das Potential am Anschlußpunkt 148 des zweiten Spannungsteilers 122 nicht beeinflußt wird, und die von der Gleichspannungsquelle 127 abgegebene Spannung durch dei zweiten Spannungsteiler 122 zurKatode der Diode 14O der Empfängertorschaltung gelangen kann. Diese Spannung reicht aus, die Diode 140 in Sperrichtung so vorzuspannen, daß keine Signale durch sie übertragen werden können, wodurch verhindert wird, daß das durchgeschaltete Sendesignal zum Empfänger zurückgekoppelt wird. Während des nächsten Taktzyklus des Oszillators 125 hat das Empfängertaktsignal den zweiten Vorspannungswert, während das Sendertaktsignal den Massewert hat,wodurch das ankommende Signal zum Empfänger durchgeschaltet wird, während die Abgabe des Sendesignals in der oben erörterten Weise verhindert wird.

In Fig.6a ist eine andereAusführungsform der Empfängertorschaltung 116 und der Sendertorschaltung 114 von Fig.5 in Form bipolarer Transistoren 170 bzw. 171 dargestellt, die als Dioden geschaltet sind, was bedeutet, daß bei jedem Transistor der Kollektor mit der Basis verbunden ist.

In Fig.6b ist eine weitere Ausführungsform der Empfängertorschaltung 116 und der Sendertorschaltung 114 von Fig.5 in Form von Feldeffekttransistoren bzw. 173 dargestellt, die als Dioden geschaltet sind, was bedeutet, daß bei jedem Transistor die Source-Elektrode mit der Gate-Elektrode verbunden ist.

Fig.6c zeigt eine andere Ausführungsform des ersten Spannungsteilers 132 und des zweiten Spannungsteilers 122 von Fig.4 in einer teils schematischen teils als

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Blockschaltbild ausgeführten Darstellung; die Spannungsteiler bestehen aus aktiven Bauelementen. Der erste Spannungsteiler 132 enthält einen ersten Transistor 174, dessen Drain-Elektrode 180 an die Sendertorschaltung 114 und an den Sender 130 angeschlossen ist. Die Source-Elektrode 181 des Transistors 174 ist mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt des ersten Spannungsteilers 132 und mit der Drain-Elektrode 182 eines zweiten Feldeffekttransistor verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors ist mit der Gleichspannungsquelle 127. verbunden. Der zweite Spannungsteiler 122 enthält ebenfalls einen ersten Transistor 177, dessen Drain-Elektrode mit der Empfängertorschaltung 116 und dem Empfänger verbunden ist. Die Source-Elektrode 185 des Transistors 177 ist mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt 179 des zweiten Spannungsteilers 122 und mit der Drain-Elektrode 186 des Transistors 176 verbunden. Die Source-Elektrode 187 des Transistors 176 ist mit der Gleichspannungsquelle 127 verbunden. Die Transistoren 174, 175, 176 und 177 sind so geschaltet, daß ihre Gate-Elektrode Jeweils mit ihrer Source-Elektrode verbunden 1st. Der erste Spannungsteiler 132 und der zweite Spannungsteiler 122 von Fig.6c arbeiten ebenso wie die AusfUhrungsbeispiele des ersten Spannungsteilers 132 und des zweiten Spannungsteilers 122 von Fig.5, so daß Kompatibilität besteht.

In Fig.7 ist eine weitere Ausführungsform der digitalen Gabelschaltung von Fig.4 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Im Gegensatz zu Fig.4 sind in der Ausführungsform von Fig.7

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der Sendeschalter 134 und der Empfangsschalter 123 funktionsmässig durch ein Flipflop 190 mit Komplementärausgang ersetzt. Im Betriebszustand liefert der Oszillator 125 ein Taktsignal an den Eingang des Flipflops 190. Dieses Taktsignal bewirkt das Kippen des Flipflops zwischen seinen zwei stabilen Zuständen. Die Ausgangssignale des Flipflops 190 sind komplementär (d.h. invers),so daß sie die gegenseitige Ausschließlichkeit ergeben, die zur Aufrechterhaltung der Rlickflfirentkopplung zwischen dem Empfänger 120 und dem Sender 130 erforderlich ist. Ein nicht invertierender Ausgang ist mit dem ersten Spannungsteiler 132 über einen Leiter 193 verbunden, Mährend ein invertierender Ausgang des Flipflops 190 über einen Leiter 195 mit dem zweiten Spannungsteiler 122 verbunden ist. Daraus ergibt sich ein Betrieb, wie er oben im Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6 beschrieben wurde.

In Fig.8 ist das Schaltbild einer bevorzugten Ausfiihrungsform der Impedanzumschalteinheit 50 von Fig.2 dargestellt. Im Betriebszustand gelangt ein Aktivierungssignal an die Gabelumschalteranschltlsse 200 und 201, wobei der Anschluß 201 das Aktivierungssignal an die Gate-Elektrode 202 des Gabelumschaltertransistors 203 anlegt, so daß dieser in den leitenden Zustand Übergeht. Die Stromschleifenimpedanz 204 wird auf diese Weise parallel über die Anschlüsse 11 und 12 an das externe Adernpaar angelegt, so daß entsprechend den Anforderungen des Fernsprechsystems eine Stromschleifenimpedanz geschaffen wird. Die Gabelumschalteranschlüsse 200 und 201 können auch als Eingangsanschlüsse fUr eine externe Wählscheibe oder eine andere mit Impulsen arbeitende Vorrichtung

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dienen.

Die elektronische Fernsprechschaltungsanordnung 10 kann eine integrierte Schaltung oder eine aus diskreten Bauelementen aufgebaute Schaltung sein. In der hier beschriebenen digitalen Gabelschaltung werden keine übertrager benötigt, so daß sie unter Anwendung geeigneter Verfahren in Form einer integrierten Schaltung hergestellt werden kann. Da die gesamte elektronische Fernsprechschaltung ohne Übertrager aufgebaut werden kann, lassen sich alle beschriebenen Schaltungsfunktionen entweder einzeln oder in einem vollständigen, aus einem einzigen Halbleiter-Chip bestehenden integrierten Schaltungssystem integrieren. W ie zu erkennen ist, können alle Schaltungsfunktionen, die hier beschrieben wurden, als monolithische integrierte Schaltungsstruktur aufgebaut werden. Herstellungsverfahren zur Verwirklichung dieser Funktionen sind bekannt, so daß sie hier nicht näher erläutert werden. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß im Rahmen der Erfindung weitere Abwandlungen der beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele möglich sind.

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L e e r s e i t e

Claims (20)

1. Patentanwälte

   Dipl.-Ing Di[Il -Cliem Oipl -Inq

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

   F r r ι s b ο r (ι e r s t r η s s f» 19

   8 München 60

   Unser Zeichen: T 3279 20. November 1979

   TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
   13500 North Central Expressway-Dallas, Texas, V.St.Λ.

   Patentansprüche

   Elektronische Fernsprechschaltungsanordnung, gekennzeichnet durch eine externe Anschlußschaltung zur Aufrechterhaltung einer symmetrischen Last zur Erzielung eines entkoppelten Anschlusses an eine von einem Leitungspaar gebildete externe Verbindung, einen Sender, einen Empfänger und eine digitale Gabelschaltung, die an die Externanschlußschaltung, den Sender und den Empfänger angeschlossen ist und abwechselnd Abtastwerte der gesendeten und empfangenen elektrischen Signale mit Zeitteilung mit einer über der Erkennbarkeitsgrenze des menschlichen Ohrs liegenden Frequenz an einem Leiterpaar freigibt, während sie das Rückführen zwischen dem Empfänger und dem Sender begrenzt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Gabelschaltung folgende Baueinheiten enthält: Ein Netzfilter, das mit der Externanschlußschaltung verbunden ist und Hochfrequenz-Signalkomponenten aus dem gesendeten Signal beseitigt, eine an das Netzfilter angeschlossene Sendertorschaltung zum Schw/Ba

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   selektiven Durchlassen von Signalen vom Sender zum Netzfilter, eine an das Netzfilter angeschlossene Sendertorschaltung zum selektiven Durchlassen von Signalen vom Netzfilter zum Empfänger und eine mit einer automatischen Umschaltvorrichtung, die mit einer über der Erkennbarkeitsgrenze des menschlichen Ohrs liegenden Schaltfrequenz schwingt und an die Empfängertorschaltung und die Sendertorschaltung angeschlossen ist, wobei diese Umschaltvorrichtung abwechselnd die Empfängertorschaltung oder die Sendertorschaltung auswählt, damit abwechselnd Signalabtastwerte aus einer der beiden Torschaltungen an das Netzfilter angelegt werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einer integrierten Schaltung gebildet ist.
4. h, Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einer integrierten Schaltung gebildet ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Externanschlußschaltung zum Anschließen des externen Leitungspaars einen Übertrager zur Entkopplung enthält.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Externanschlußschaltung folgende Baueinheiten enthält: eine Leitschaltung zum Anschließen der externen Verbindung, die Wechselsignale von der externen Verbindung in polarisierte Signale umsetzt, ein an die Leitschaltung angeschlossenes Ruffilter, das selektiv Signale innerhalb oder unterhalb eines ersten Frequenzbereichs durchläßt,

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   einen mit dem Ruffilter verbundenen Wecker, eine Impedanzumschalteinheit, die beim Empfang eines Arbeitszustandssignals für die externe Verbindung eine Stromcchleife bildet, einen Empfangsverstärker, der mit einem an die digitale Gabelschaltung angeschlossenen Differenzeingang zur Erzielung einer symmetrischen Last und mit einem Hilfseingang zum Anlegen eines extern gelieferten Eingangssignals versehen ist und einen Sendeverstärker, der einen an die digitale Gabelschaltung angeschlossenen Differenzausgang zur Erzielung einer symmetrischen Last und einen Hilfseingang zum Anlegen eines extern gelieferten Eingangssignals aufweist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hilfseingang des Empfängerverstärkers ein Fernsprechtastenfeld angeschlossen ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das extern gelieferte Eingangssignal ein digital codiertes Signal ist.
9. 9. Anordnimg nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen mit der Externanschlußschaltung verbundenen Regler zum Umsetzen eines ankommenden Wechselstromsignals in eine konstante Gleichspannung.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer von einem Ha]bleiter-Chip gebildeten integrierten Schaltung besteht.
11. 11. Digitale Gabelschaltung, gekennzeichnet durch ein mit einer Externanschlußschaltung verbundenes Netz-

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    filter zum Beseitigen hochfrequenter Signalkomponenten, einer mit dem Netzfilter verbundenen Sendertorschaltung zum selektiven Durchlassen von Signalen von einem Sender zum Netzfilter, einer mit dem Netzfilter verbundenen Empfängertorschaltung zum selektiven Durchlassen von Signalen vom Netzfilter zum Empfänger und einer an die Empfängertorschaltung und die Sendertorschaltung angeschlossenen , mit einer über der Erkennbarkeitsgrenze des menschlichen Ohrs liegenden Schaltfrequenz schwingenden automatischen Umschalteinheit, die abwechselnd die EmpfHngertorschaltung oder die Sendertorschaltung auswählt, damit abwechselnd Signalabtastwerte von jeder Torschaltung an das Netzfilter angelegt werden, wodurch eine nichterkennbare Rekonstruktion der Signale aus Jeder Torschaltung erzielt wird.
12. 12. Gabelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einer integrierten Schaltung gebildet ist.
13. 13. Gabelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendertorschaltung folgende Baueinheiten enthält: Ein mit dem Netzfilter und dem Sender verbundenes Sendertorglied zum selektiven Durchlassen eines Signals vom Sender zum Netzfilter, einen mit dem Sendertorglied und einer Bezugsquelle verbundenen Senderspannungsteiler, der in selektiver Weise ein Bezugssignal an das Sendertorglied anlegt, und einen mit dem Senderspannungsteiler und der automatischen Umschalteinheit verbundenen Sendeschalter, der in Abhängigkeit von einem Schaltsignal aus der automatischen Umschalteinheit den Senderspannungsteiler für das Durchlassen des Bezugssignals zum Sendertorglied sperrt, so daß das Sendertorglied das Signal aus dem Sender nicht zum Netzfilter übertragen kann.

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14. 14. Gabelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängertorschaltung folgende Baueinheiten enthält: Ein mit dem Netzfilter und dem Empfänger verbundenes Empfängertorglied, das in selektiver Weise Signale aus dem Empfänger zum Netzfilter durchläßt, einen mit dem Empfängertorglied und der Bezugsquelle verbundenen Empfängerspannungsteiler, der in selektiver Weise ein Bezugssignal zum Empfängertorglied durchläßt, damit dieses das Signal aus dem Empfänger zum Netzfilter durchläßt, und einen mit dem Empfängerspannungsteiler und der automatischen Umschalteinheit verbundenen Empfangsschalter, der in Abhängigkeit von einem Schaltsignal aus der automatischen Umschalteinheit das Durchlassen des Bezugssignals zum Empfängertorglied durch den Empfängerspannungsteiler sperrt, so daß der Durchgang des Signals vom Empfänger zum Netzfilter verhindert wird.
15. 15. Gabelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Umschalteinheit ein Oszillator ist.
16. 16. Gabelschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendertorglied ein bipolarer PN-Übergang ist.
17. 17. Gabelschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeschalter ein Tranä stör ist.
18. 18. Gabelschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängertorglied ein bipolarer PN-Übergang ist.

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19. 19. Gabelschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsschalter ein Transistor ist.
20. 20. Gabelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängertorschaltung und die Sendertorschaltung folgende Baueinheiten enthalten: Ein mit der automatischen Umschalteinheit verbundenes Flipflop mit Komplementärausgang,dessen Ausgangssignale in Abhängigkeit von einem Schaltertaktsignal zwischen zwei Bezugsspannungswerten umschalten, die Binärzustände repräsentieren, wobei ein Spannungswert ein Freigabewert und ein Spannungswert ein Sperrwert ist, einen mit einem der komplementären Ausgänge des Flipflops verbundenen Empfängerspannungsteiler, der auch an eine Bezugssignalquelle angeschlossen ist, ein mit dem Empfangerspannungsteiler und dem Empfänger verbundenes Empfängertorglied, das in Abhängigkeit von der Durchgabe des Bezugssignals durch den Empfängerspannungsteiler entsprechend dem Freigabebezugsspannungswert an einem Ausgang des Flipflops ein Signal aus dem Empfänger zum Netzfilter durchläßt, einen mit dem anderen Ausgang des Flipflops verbundenen Senderspannungsteiler, der außerdem an eine Bezugsapannungsquelle angeschlossen ist, und ein mit dem Senderspannungsteiler, dem Netzfilter und dem Sender verbundenes Sendertorglied, das in Abhängigkeit vom Durchgang des Bezugsspannungssignals durch den Senderspannungsteiler ein Signal aua dem Sender zum Netzfilter durchläßt, wobei der Senderspannungsteiler das Bezugssignal in Abhängigkeit von dem vom anderen Ausgang des Flipflops gelieferten Bezugsspannungswert durchläßt

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    und wobei die Ausgangssignale des Flipflops inverse Signale sind, was bedeutet, daß dann, wenn das eine Ausgangssignal den Freigabespannungswert hat, das andere Ausgangssignal den Sperrspannungswert hat und umgekehrt.

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