DE3429139A1 - Linearer komparator - Google Patents

Description

.Linearer Komparator

Die Erfindung betrifft lineare Komparatoren und insbesondere einen linearen Komparator für eine Lautsprechertelefonschaltung.

Vierdraht-Lautsprechertelefonschaltungen (Freisprechschaltungen) mit einer Sprachschaltersteuerung sind so ausgelegt, daß sie automatisch in Abhängigkeit von der Höhe der Sprachenergie auf den jeweiligen Übertragungswegen in entweder eine Sendebetriebsart oder eine Empfangsbetriebsart umschalten. Bei bekannten Schaltungen erfolgt die Umschaltentscheidung durch Vergleich eines Sende-Einbrechsignals (TTD von ^Transmit l|alk I3own) mit einem Empfangseinbrechsignal (RTD von Receive T_alk Down). Verbesserungen von Lautsprecher-Telefonschaltungen haben zur Einführung eines Empfangssignal-Schutzsignals (RSG von Receive Signal ^iuard) und eines Sende-Störschutzsignals (TNG von Tjransmit ^Joise _Guard) bei dem Vergleich geführt. Diese Signale tragen elektroakustischen Störungen Rechnung, die vom Lautsprecher in das Mikrophon eingekoppelt werden, sowie Hintergrundstörungen, die das Mikrophon aufnimmt, und werden zur Verhinderung einer Selbstumschaltung durch das Lautsprechertelefon benutzt. Die Einführung dieser beiden zusätzlichen Signale in den Vergleich verschlechtert jedoch die Empfindlichkeit einer Sprachumschalteinrichtung.

Ein ungünstiges Merkmal einer verschlechterten Sprachumschaltempfindlichkeit besteht darin, daß ein lauter Sprecher die Steuerung des Sprachschalters und damit des Gesprächs behalten kann. Es muß dann die Sprachenergie des anderen Teilnehmers die des Sprechers wesentlich übersteigen, um eine Antwort einschieben zu können. Dieses Problem ist weiter durch die Einführung eines Sende-Umschaltschutzsignals (TSG von Transmit Switch Guard) im Sprachumschaltkomparator erschwert worden, um die über die Vierdraht-Zweidraht-Gabelschaltung des Lautsprecher-

telefons vom Sendeweg auf den Empfangsweg eingekoppelten Signale zu berücksichtigen.

Um demgemäß den Schutzsignalen und den Sprachsignalen Rechnung zu tragen, haben bekannte Komparatoren alle diese Signale summiert. Dann sind bekannte lineare Komparatoren nicht in der Lage, kleine Unterschiede der Sende-

und Empfangssprachenergie oder das Vorhandensein großer Störschutzsignale zu erkennen. Demgemäß hat die Einführung aller dieser Signale bei einem einstufigen Vergleichsverfahren die Möglichkeit gegeben, daß Störschutzsignale den Summierprozeß beherrschen, wodurch verhindert werden kann, daß ein Lautsprechertelefon auf ein legitimes Sprachsignal umschaltet. Beispielsweise kann ein kräftiges RSG-Sig-nal verhindern, daß ein Lautsprechertelefon auf ein gültiges Empfangsweg-Sprachsignal (RTD) umschaltet.

Die US-PS 3 751 602 (R. L. Breeden, 7.8.73) gibt ein Beispiel für eine Lautsprecher-Telefonschaltung, bei der die Umschaltentscheidung auf dem Ausgangssignal eines üblichen Komparators beruht. Der Komparator nach der vorgenannten US-PS zeigt Störungen zwischen entgegengesetzt gerichteten Einbrech- und Umschaltschutzsignalen, wodurch ein unerwünschtes Signal die Komparator-Ausgangsanschlüsse erreichen kann.

Die US-PS 4 317 959 (S. Kuriki, 2.3.82) gibt ebenfalls ein Beispiel für eine Sprachsteuerschaltung, die einen üblichen Komparator benutzt. Weiterhin stellt die US-PS 3 963 868 (U. Randmere et al., 15.6.76) ein Beispiel für ein Lautsprecher-Telefonsystem mit einem unterteilten Komparator dar. Die Empfindlichkeit des Komparators nach der letztgenannten US-PS wird jedoch durch die zusätzliche Einschaltung von Sperrdioden verschlechtert, die an den Ausgang des Komparators angeschaltet sind, so daß gültige Signale die Dioden-anlaufspannung (etwa 0,6 V) übersteigen müssen, bevor ein Umschalten erfolgt. Darüberhinaus ist der unterteilte Komparator nach der genannten US-PS 3 963 868 üblichen Komparatoren dadurch ähnlich, daß er Operationsverstärker enthält. Es ist bekannt, daß zur Verwirklichung eines Operationsverstärkers 15 bis 30 Transi-

stören erforderlich sind. Demgemäß«;dst eine Lautsprechertelefonschaltung unter Verwendung von Operationsverstärkern verhältnismäßig teuer und schwieriger zu verwirklichen als eine analoge integrierte Schaltung.

Es besteht demgemäß ein Bedarf nach einem hochempfindlichen linearen Komparator, der das Vorhandensein gültiger Sprachsignale auf dem Sende- und Empfangskanal eines Lautsprechertelefons feststellt, eine lineare Kennlinie besitzt und sich ohne Verwendung von Operationsverstärkern leicht integrieren läßt.

Die Lösung der sich daraus ergebenden Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angegeben.

Nach der Erfindung wird demgemäß der Vergleichsvorgang bei einer Lautsprechertelefonschaltung mit Hilfe eines wenig aufwendigen, aber genauen linearen Komparators durchgeführt. Der lineare Komparator benutzt zwei Konstantspannungs-Knotenpunkte zur Ableitung von zwei getrennten Signalen , die gültige Sprachsignale auf dem Sende- bzw. Empfangsweg einer Lautsprechertelefonschaltung darstellen.

Die gültigen Signale werden - falls vorhanden - an einem Ausgangsknotenpunkt bewertet, und die Differenz zwischen den Signalen wird zur Umschaltung einer Lautsprechertelefonschaltung in entweder eine Sende- oder eine Empfangsbetriebsweise benutzt. Wenn ein Signalvergleich das Vorhan- densein eines nicht gültigen Sprachsignals anzeigt, so wird dieses Signal am Eingang des Komparators gesperrt, wodurch der Einfluß, den dieses Signal auf den Vergleichsvorgang haben könnte, beseitigt wird.

Die Betriebsweise und Verwirklichung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der Fig. 1 das Schaltbild eines linearen Komparators nach der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Ein linearer Komparator 100 stellt eine genaue Gleichrichter- und Summierschaltung dar, bei der eine erste Gruppe von Eingangssignalen (TTD, TNG, RSG) unabhängig bewertet und summiert wird, das Ergebnis gleichgerichtet und dann mit einem gleichgerichteten

Signal verglichen wird, das sich aus einer unabhängigen Bewertung und Summierung einer zweiten Gruppe von Signalen (TSG und RTD) ergibt. Da ein größerer Teil der unteren Hälfte der Schaltung 100 im wesentlichen ein Spiegelbild der oberen Hälfte darstellt, läßt sich die Beschreibung der oberen Hälfte in gleicher Weise auf den entsprechenden Teil der unteren Hälfte anwenden.

Der lineare Komparator 100 läßt sich zweckmäßig in den meisten Lautsprechortelefonschaltungen anwenden, bei denen eine genaue Sprnchumschaltung erforderlich ist.

Die Widerstände R105, RI06 und R107 dienen zur Umwandlung einer Gruppe von Spannungen auf den Leitungen TTD, TNG und RSG, die von einer Gruppe von Spitzenwertdetektoren stammen und die angegebene Polarität haben, in Ströme zur Summierung am Knotenpunkt XMT. Die Polarität der der Schaltung 100 zugeführten Spannungen wird bestimmt durch die Polarität der gleichrichtenden Spitzenwertdetektoren. Eine Summierung der Ströme ist dadurch möglich, daß der Knotenpunkt XMT durch den Transistor Q109 auf virtuellem Erdpotential gehalten wird. Die am Knotenpunkt XMT summierten Ströme fließen dann in den Emitter des Transistors Q109.

Der als Diode geschaltete Transistor Q110 ist eine Einrichtung zur Linearitätskompensation , die die Basisspannung des Transistors Q109 so ändert, daß der Emitter des Transistors Q109 auf virtuellem Erdpotential bleibt. Dieses virtuelle Erdpotential ergibt sich, weil die Basis-Elektroden der Transistoren Q109, Q110 miteinander verbunden sind, der Emitter des Transistors Q110 an Erde liegt und die Transistoren Q109 und Q110 zwangsweise mit identischen Strömen arbeiten, wodurch die Basis-Emitterspannungen der Transistoren Q109 und Q110 gleich sind. Demgemäß liegt der Emitter des Transistors Q109 unabhängig von dem über ihn fließenden Strom immer oder nahe bei dem virtuellen Erdpotential.

Der Transistor Q109 führt immer dann einen Strom , wenn die Summierung der Ströme am Knotenpunkt XMT zu einem positiven Strom führt, der das Vorhandensein eines gültigen

gültigen Einbrechsignals (TTD) ausreichender Größe angibt, um das Sende-Störschutzsignal (TNG) und das Empfangs-Umschaltschutzsignal (RSG) zu kompensieren. Umgekehrt führt ein TTD-Signal, das nicht ausreicht, um die Stör- und Umschaltschutzsignale zu kompensieren, zu einem negativen Strom am Knotenpunkt XMT, wodurch der Transistor Q109 sperrt. Der als Diode geschaltete und mit dem Knotenpunkt XMT verbundene Transistor Q108 klemmt diesen Knotenpunkt auf etwa -0,7 V , wenn der Transistor Q109 ausgeschaltet ist. Auf diese Weise wird ein Spitzenwertdetektor oder eine andere, über den Eingangsanschluß TTD , TNG oder RSG an den Komparator 100 angelegte Schaltung nicht durch eine negative, am Knotenpunkt XMT erscheinende Spannung beeinträchtigt. Auf ähnliche Weise kann eine Transistorklemmschaltung an den Knotenpunkt RCV angeschlossen werden, um Schaltungen zu schützen, die Spannungen über die Anschlüsse TSG und RTD liefern.

Ein über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors Q109 fließender Strom wird über einen Transistor Q115 weitergeleitet , der ein Zweig einer bekannten Stromspiegelschaltung mit Transistoren Q115, QI16, Q117 und zugeordneten Widerständen R113, R114 und R115 ist. Der hier offenbarte Stromspiegel , auch Stromquelle genannt, ist vom gleichen Typ, wie er in dem bekannten Buch "Analysis and Design of Annlog Integrated Circuits" von

P. R. Gray und R. G. Meyer, veröffentlicht von John Wiley & Sons (1977) beschreiben wird. Der Transistor Q117 spiegelt den über den Transistor Q109 fließenden Strom zwecks Ausgabe über eine Leitung TS an einen (nicht gezeigten) Sprachschalter. Dor über den Transistor Q109 fließende Strom wird außerdem durch den Transistor Q116 gespiegelt und dann einem als Diode geschalteten Transistor QI10 zugeführt.

Immer dann, wenn der Strom am Knotenpunkt QMT negativ wird oder aus der Kmitter-Elektrode des Transistors QI09 fließen will, sperrt der Transistor Q109 plötzlich, und es fließt nur ein vernnchlässigbarer Vorstrom in der aus den Transistoren QI09, QI 1 0, Q112, Q115, Q116 und Q1 1

gebildeten Schaltung.

Widerstände R108 und R109 wandeln eine Gruppe von Spannungen auf den Leitungen TSG und RTD, die von einer zweiten Gruppe von Spitzendetektoren stammen und die angegebene Polarität haben, in Ströme zur Summierung an einem Knotenpunkt RCV konstanter Spannung (virtuell Erde) um. Auf die gleiche Weise wie der Transistor Q110 erzeugt der Transistor Q107 virtuelles Erdpotential am Knotenpunkt RCV unabhängig von dem über den Transistor Q106 fließenden Strom.

Ein Strom fließt immer dann über den Transistor Q106, wenn die Polarität des am Knotenpunkt RCV summierten Stroms negativ ist. Wenn andererseits der Strom am Knotenpunkt RCV positiv ist, sperrt der Transistor Q106, und es fließt kein Strom über diesen Transistor und die zugeordnete Schaltung.

Ein über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors Q106 fließender Strom verläuft über einen Transistor Q101, der einen Zweig einer aus den Transistoren Q101-Q105 und zugeordneten Widerständen R101-R103 bestehenden Stromspiegelschaltung darstellt. Der Transistor Q103 spiegelt den über die aus den Transistoren Q101-Q105 gebildete Spiegelschaltung fließenden Strom und ändert die Polarität des gespiegelten Stroms. Wenn der Transistor Q106 aufgrund eines positiven Stroms am Knotenpunkt RCV ausschaltet, ist der Kollektorstrom des Transistors Q1 03 vernachlässigbar .

Der vom Transistor Q103 geführte Strom, der im wesentlichen das negative Element des vom Transistor Q106 geführten Stromes ist und der das Vorhandensein einer Empfangskanal-Sprachenergie darstellt, hat die entgegengesetzte Polarität wie der über den Transistor Q11 7 fließende Strom. Da diese beiden Ströme entgegengesetzte Polarität haben, wird die Differenz zwischen den beiden Strömen über die Leitung TS an einen (nicht gezeigten) Sprachschalter ausgegeben. Demgemäß bewirkt bei Verwendung des Komparators 100 in einer Lautsprechertelefonschaltung eine auf dem Empfangskannl erscheinende Sprachenergie,

daß der Transistor Q103 für einen Empfangsstrom (Senkenstrom) vom Sprachschalter über die Leitung TS leitet. Andererseits bewirkt eine auf dem Sendekanal erscheinende Sprachenergie, daß der Transistor Q106 für einen über die Leitung TS zum Sprachschalter ankommenden Strom (Quellenstrom) leitet. Demgemäß bewirkt der Lautsprechertelefon-Sprachschalter, daß die Schaltung entweder in eine Sendeoder in eine Empfangsbetriebsweise umschaltet, und zwar abhängig davon, ob der Komparator 100 einen Strom an die Leitung TS liefert oder über sie empfängt.

Wenn die Transistoren Q109 und Q106 nicht leiten, fließen kleine Vorströme über die Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren Q103 und Q117. Da diese Vorströme bei entgegengesetzter Polarität praktisch gleich sind und sich auslöschen, wird am Ausgang über die Leitung TS ein Null-Signal geliefert.

Die Transistoren Q104 und Q111 sind Betriebsein-

leitungsbauteile zur Einführung von Strömen in die jeweiligen Stromspiegelschaltungen, um sicherzustellen, daß die Schaltung beim Einschalten auf einen von Null verschiedenen Betriebspunkt konvergiert.

Die Transistoren Q113 und Q114 ergeben zusammen mit Widerständen R110-R112 die bekannte Ruhefunktion, die unter Steuerung des Benutzers steht. Die Betätigung des Schalters QUIET führt einen negativen Strom über den Transistor Q114 in den Knotenpunkt XMT, wodurch der Transistor Q109 ausschaltet. Das Fehlen eines über den Transistor Q109 fließenden Stroms wird als Fehlen eines Stromflusses über den Transistor Q115 wiedergegeben, was sich wiederum als Fehlen eines Stroms über den Transistor Q117 äußert. Die Betätigung des Schalters QUIET führt außerdem einen negativen Strom über den Transistor Q113 in den Knotenpunkt RCV, der über den Transistor Q106 in den aus den Transistoren Q101-QI03 und den Widerständen R101-103 gebildeten Stromspiegel geführt wird. Der über die Transistoren Q103 und Q107 zum Knotenpunkt TS geführte Nettostrom wird über die Leitung TS an einen (nicht gezeigten) Schwellenwertschalter ausgegeben. Auf diese Weise wird

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ein an die Leitung TS angeschlossener Lautsprechertelefon-Schalter während der Betätigung des Schalters QUIET zwangsweise in die Empfangsbetriebsweise gebracht.

Der an den Knotenpunkt RCV angeschlossene Widerstand R104 symmetriert die Gruppe von zwei Eingangssignalen mit den Widerständen R108, R109 mit Bezug auf die Gruppe von drei Eingangssignalen mit den Widerständen R105-R107.

Der beschriebene Komparator nach der Erfindung kann in jeder Schaltung eingesetzt werden, in der zwei Gruppen von Signalen verglichen werden müssen. Außerdem kann die Polarität der dargestellten Bauteile ohne Schwierigkeiten verändert werden, beispielsweise durch Ersatz von pnp-Transistoren durch npn-Transistoren.

Claims (3)

1. American Telephone and Telegraph Company

   550 Madison Avenue

   New York N.Y. 10022, USA

   Bell. S.W. 2-26

   Patentansprüche

   [1 .\ Linearer Komparator mit einer ersten Gruppe (TTD, TNG, RSG) und einer zweiten Gruppe (TSG, RTD) von Eingangsanschlüssen,
   gekennzeichnet durch einen ersten Summierknoten (XMT) zur Summierung von Signalen, die der ersten Gruppe von Eingangsanschlüssen zugeführt werden,

   eine an den ersten Summierknoten angeschaltete Einrichtung (Q109, Q110, Q111), die den ersten Summierknoten auf einem konstanten Potential hält, ein erstes summiertes Signal eine ersten Polarität aufnimmt und ein erstes summiertes Signal einer zweiten Polarität sperrt,

   einen zweiten Summierknoten (RCV) zur Summierung von Signalen, die der zweiten Gruppe von Eingangsanschlüssen zuge-

   15 führt werden,

   eine an den zweiten Summierknoten -angeschaltete Einrichtung (Q104, Q106, Q107), die den zweiten Summierknoten auf einem konstanten Potential hält, ein zweites Summiertes Signal der zweiten Polarität aufnimmt und ein zweites summiertes Signal der ersten Polarität sperrt,
   einen Ausgangsanschluß (TS) und

   eine an den Ausgangsanschluß angeschaltete Einrichtung (Q103, Q117), die die nicht gesperrten Signale summiert und dem Ausgangsanschluß ein Signal zuführt, das die

   Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex-(186237 Telegramme Patenlconsull

   Telefax (CCITT 7) Wiesbaden und München (089) 8344618 Attention Patenlconsult

   Differenz zwischen den nicht gesperrten Signalen einschließlich eines Null-Signals in Abwesenheit der nicht gesperrten Signale darstellt.
2. 2. Linearer Komparator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (QUIET), die in den ersten und den zweiten Summierknoten ein Signal der zweiten Polarität einführt, um dem Ausgangsanschluß ein Signal zuzuführen, das ein Signal der zweiten Polarität darstellt.
3. 3. Linearer Komparator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einschaltung einer ersten Stromspiegelschaltung (Q115, Q116) am ersten Summierknoten zur Erzeugung eines Abbildes des Signals einer ersten Polarität am Ausgangsanschluß, und durch Einschaltung einer zweiten Stromspiegelschaltung (Q101, Q102) am zweiten Summierknoten zur Erzeugung eines Abbildes des Signals einer zweiten Polarität am Ausgang des Anschlusses.