DE4021206C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur doppeltgerichteten Signalübertragung, insbesondere Fernsprechsignalübertragung, über eine Zweidrahtleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-OS 35 19 709).

Zur Trennung der beiden Übertragungsrichtungen über eine Zweidrahtleitung werden insbesondere in Fernsprechanlagen Gabelschaltungen benutzt. Dabei bildet ein Differentialübertrager zusammen mit der Leitung und einem Nachbildungswiderstand der Leitung eine Brückenschaltung. In der einen Brückendiagonale liegt das Mikrophon und in der anderen der Hörer. Auf diese Weise werden die ankommenden Sprechströme im wesentlichen nur dem Hörer und die abgehenden Sprechströme nur der Zweidrahtleitung und damit dem Teilnehmer in der entfernten Endstelle zugeführt. Da die Brückenschaltung wegen der unterschiedlichen elektrischen Werte von Zweidrahtleitungen und ihrer Nachbildung im allgemeinen nicht exakt abgeglichen ist, tritt ein gewisses Rückhören auf, d. h. das vom Mikrophon eines Teilnehmers abgegebene Signal wird in geringem Umfang auch dem eigenen Hörer zugeführt. Bekannt sind auch elektronische Gabelschaltungen, die solche Brückenschaltungen mit Operationsverstärkern nachbilden.

Im allgemeinen ist eine unvollständige Trennung der beiden Übertragungsrichtungen, also ein gewisses Mithören, nicht schädlich oder sogar erwünscht. Wenn aber beispielsweise in einer Freisprechanlage oder einer Türsprechanlage ein gesondertes Mikrophon und ein gesonderter Lautsprecher mit zugehörigen Verstärkern verwendet wird, dann kann bei schlechter Entkopplung zwischen Mikrophon und Lautsprecher eine akustische Rückkopplung auftreten. Zur Vermeidung solcher akustischen Rückkopplungen werden zwar in bekannter Weise sprachgesteuerte Umschalter verwendet, die beim Sprechen des Teilnehmers den Lautsprecher und beim Hören das Mikrophon abschalten oder dämpfen. Der Aufwand hierbei ist aber hoch, und außerdem arbeiten solche Schaltungen insbesondere in lärmerfüllter Umgebung unzuverlässig.

Aus der DE-OS 30 07 632 ist auch bereits eine Schaltungsanordnung zur Rückkopplungsverhinderung bei Telefonapparaten mit Freisprechmöglichkeit bekannt, bei der zusätzlich zu einer Gabelschaltung üblicher Art im Empfangskanal mit dem Lautsprecher und im Sendekanal mit dem Mikrophon jeweils elektronische Schalter angeordnet sind, die die beiden Kanäle abwechselnd mit einer Frequenz durchschalten, die mindestens doppelt so groß wie die höchste zu übertragende Frequenz ist. Der Aufwand für eine solche Schaltungsanordnung ist ebenfalls hoch, und es sind exakte Einstellungen nötig, um akustische Rückkopplungen zu vermeiden.

Es ist auch bereits ein Verfahren zum gleichzeitigen und wechselseitigen, unabhängigen Übertragen zweier unmodulierter Signale auf einem einzigen Leiter bekannt (DE-OS 33 41 365), bei dem ein Stromsignal im ersten Ende des Leiters zugeführt und ein Spannungssignal dem zweiten Ende des Leiters aufgeprägt wird. Zur Wiedergewinnung der Signale werden ein Abfühlwiderstand, an dem das Stromsignal als Spannung abgegriffen wird, und ein rückgekoppelter Operationsverstärker benutzt.

Aus der DE-OS 35 19 709 ist eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die eine doppeltgerichtete Signalübertragung über eine Zweidrahtleitung ermöglicht. In der einen Übertragungsrichtung werden Stromsignale und in der anderen Richtung Spannungssignale übertragen. Dazu erfolgt in der einen Richtung eine Modulation einer Konstantstromquelle, wobei die Strommodulation empfangsseitig an einem Widerstand als Spannungsänderung abgegriffen und ausgewertet wird. In der umgekehrten Richtung werden Analogspannungen Operationsverstärkern zugeführt und rufen über nachgeschaltete Transistoren Änderungen der Leitungsspannung hervor. Empfangsseitig werden diese mittels eines Operationsverstärkers aufgenommen und dann ausgewertet.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringem Aufwand eine sehr hohe Entkopplung zwischen den beiden Übertragungsrichtungen und damit eine hohe Sicherheit gegen Rückkopplungsschwingungen bei Verwendung von Verstärkern besitzt. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorstehend ist die Problemstellung zwar unter Bezugnahme auf die Übertragung von Fernsprechsignalen über Zweidrahtleitungen erläutert worden, die erfindungsgemäße Lösung eignet sich aber auch bei anderen doppeltgerichteten Übertragungen, beispielsweise in Überwachungs- oder Fernsteueranlagen.

Da die Güte der Entkopplung zwischen den beiden Übertragungseinrichtungen nicht vom genauen Abgleich einer Brückenschaltung abhängt, lassen sich sehr gute Werte auch für unterschiedliche Leitungen ohne zusätzlichen Abgleich erreichen. Der Aufwand bleibt verhältnismäßig niedrig, weil keine Übertrager erforderlich sind.

Für die praktische Verwirklichung bestehen zahlreiche Möglichkeiten. So kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der elektrisch steuerbare Widerstand ein Transistor ist, dessen Hauptstromweg im Leitungsweg liegt und dessen Basis mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers liegt an einer Bezugsspannung und der invertierende Eingang an einer der Spannung über dem steuerbaren Widerstand proportionalen Spannung. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers stellt dann die Regelspannung für den Transistor als steuerbarem Widerstand dar und ist gleichzeitig das wiedergewonnene Signal.

Zur Modulation der Konstantspannung für die Signalübertragung zur ersten Endstelle wird auf einfache Weise die am nichtinvertierenden Eingang des vorgenannten Operationsverstärkers liegende Bezugsspannung moduliert. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird dann einem Eingang eines Differenzverstärkers zugeführt, an dessen anderen Eingang das Modulationssignal liegt. Auf diese Weise wird der unerwünschte Anteil des Modulationssignals vom Ausgangssignal des Operationsverstärkers subtrahiert, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers das wiedergewonnene Signal ohne Anteile des Modulationssignals zur Verfügung steht.

Für einen bevorzugten Anwendungsfall ist vorgesehen, daß die erste Endstelle die Sprechstelle einer Fernsprechanlage mit einem die Konstantstromquelle modulierenden Mikrophon und einem Hörer umfaßt, der die Spannung über der Leitung abfühlt, und daß die zweite Endstelle eine Türsprechstelle ist, in der das wiedergewonnene Signal über einen Verstärker einen Lautsprecher speist und das Modulationssignal für die Konstantspannungsquelle aus dem Signal eines Mikrophons abgeleitet ist. Damit in der Türsprechstelle keine eigene Stromversorgung erforderlich ist, kann der steuerbare Widerstand mit einer Zenerdiode in Reihe geschaltet sein, an der die Betriebsspannung abgreifbar ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, die die Schaltungsanordnung einer über eine Zweidrahtleitung angeschalteten Türsprechstelle zeigt.

In der Zeichnung ist links von der strichpunktierten senkrechten Linie eine Sprechstelle 1 mit einem Mikrophon 10 und einem Hörer 11 gezeigt. Rechts der strichpunktierten Linie befindet sich eine Türsprechstelle 2 mit einem Mikrophon 12 und einem Lautsprecher 13. Die beiden Sprechstellen 1 und 2 sind über eine Zweidrahtleitung mit Adern a und b zwischen Anschlußpunkten 3, 3′ bzw. 4, 4′ verbunden. In der Sprechstelle 1 ist eine Versorgungsspannung +U_B von beispielsweise 24 V gegen einen gemeinsamen Bezugspunkt 5 angelegt, der durch ein Erdzeichen symbolisiert ist. Die Bezugsspannung läßt einen Strom I_c über die Ader a zur Sprechstelle 2 und dann zurück über die Ader b, die Kollektor- Emitter-Strecke eines Transistors 6 und einen Widerstand 7 nach Erde fließen. Der Transistor 6 bildet mit einem weiteren Transistor 8 und dem Widerstand 7 eine Konstantstromquelle, die den Strom I_c dadurch konstant hält, daß der Spannungsabfall über dem Widerstand 7 zuzüglich der Basis- Emitter-Spannung des Transistors 6 auf einem festen Wert gehalten wird, der durch den Emitterwiderstand 9 des Transistors 8 und dessen Basisspannungsteiler 13, 14 bestimmt wird. An der Basis des Transistors 8 liegt außerdem über einen Kondensator 15 und einen Längswiderstand 16 der Ausgang eines Operationsverstärkers 17, der das Signal des Mikrophons verstärkt. Auf diese Weise kann der Konstantstrom I_c durch das Mikrophonsignal in seiner Amplitude moduliert werden.

Der Hörer 11 wird über einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker 18 gespeist, dem über einen Kondensator 19 Wechselspannungsanteile auf der Leitung a, b zugeführt werden. Der Kondensator 19 ist dazu an den Kollektor des Transistors 6 angeschaltet.

In der Türsprechstelle 2 wird die Leitung a, b hinter einer Verpolungsschutzdiode 20 über die Reihenschaltung eines Widerstandes 21 mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors 22 und eine Zenerdiode 50 abgeschlossen. Der Transistor 22 stellt einen steuerbaren Widerstand dar, der über eine von einem Operationsverstärker 23 über einen Widerstand 24 gelieferte Regelspannung eingestellt wird. An der Zenerdiode 50 fällt eine konstante Spannung V_cc ab, die mittels eines Kondensators 25 geglättet wird und die Speisespannung der Türsprechstelle 2 darstellt. Der Operationsverstärker 23 liefert am Ausgang eine Regelspannung, die den Transistor 22 so einstellt, daß die Spannung über der Reihenschaltung aus dem Widerstand 21 und dem Transistor 22 und damit über der Leitung a, b konstant ist. Dazu wird an einem über der Leitung a, b liegenden Spannungsteiler (der Einfluß der Diode 20 ist vernachlässigbar) mit Widerständen 26, 27 eine der Leitungsspannung proportionale Spannung abgegriffen und über einen Widerstand 28 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 23 zugeführt. Am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 23 liegt im Ruhezustand der Schaltung eine konstante Bezugsspannung V_ref, die im Ausführungsbeispiel gleich der halben Speisespannung V_cc ist.

Zur Ableitung der Bezugsspannung V_ref ist ein gesonderter Schaltungsteil vorgesehen, der rechts oben in der Zeichnung dargestellt ist. Dem nichtinvertierenden Eingang eines als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärkers 29 wird mittels eines Spannungsteilers 30, 31 die halbe Speisespannung V_cc zugeführt, wobei die Spannungen in der Türsprechstelle 2 auf einen gemeinsamen Massepunkt 32 bezogen sind, der zur Unterscheidung vom gemeinsamen Massepunkt 5 (Erde) in der Sprechstelle 1 in Form eines kleinen Dreiecks dargestellt ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 29 liegt dann ebenfalls auf der halben Speisespannung als Bezugsspannung V_ref, die durch einen Kondensator 33 geglättet wird und als Massesymbol dargestellt ist.

Wenn das Mikrophon 12 in der Türsprechstelle 2 besprochen wird, schwankt die Ausgangsspannung eines vom Mikrophon 12 gespeisten Operationsverstärkers 34 um die Bezugsspannung V_ref als Ruhespannung. Der Operationsverstärker 34 ist mittels der Widerstände 35 und 36 in seinem Verstärkungswert eingestellt. Die vom Mikrophon 12 gelieferte Sprechwechselspannung ändert dann über einen Längswiderstand 37 die am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 23 liegende Spannung, die dann ebenfalls im Takt der Sprechwechselspannung um die Bezugsspannung V_ref schwankt. Über den auf dem Operationsverstärker 23, dem Transistor 22 und dem Spannungsteiler 26, 27 gebildeten Regelkreis schwankt dann auch die Spannung zwischen den Adern a, b. Auf diese Weise wird die vom Mikrophon 12 gelieferte Sprechspannung zur Sprechstelle 1 als Spannungssignal übertragen und dort dem Hörer 11 zugeführt.

Das vom Operationsverstärker 23 am Ausgang gelieferte Regelsignal gleicht dann, wenn vom Mikrophon 12 kein Signal geliefert wird und demgemäß der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 23 auf der konstanten Bezugsspannung V_ref liegt, Spannungsänderungen über der Leitung a, b durch Nachregeln des einstellbaren Widerstandes in Form des Transistors 22 aus. Solche Spannungsänderungen ergeben sich dann, wenn der von der Sprechstelle 1 gelieferte Konstantstrom I_c durch die Signale des Mikrophons 10 moduliert wird. Die Regelspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 23 gibt also unmittelbar das Sprechsignal des Mikrophons 10 wieder. Das gilt jedoch nur, wenn das Mikrophon 12 kein Signal an den Operationsverstärker 23 liefert. Im anderen Fall muß der Anteil des Signals vom Mikrophon 12 vom Ausgangssignal des Operationsverstärkers 23 subtrahiert werden. Das geschieht mittels eines Differenzverstärkers 37, dem am nichtinvertierenden Eingang das Wechselstrom-Ausgangssignal des Operationsverstärkers 23 über einen Kondensator 38 zugeführt wird. Am invertierenden Eingang liegt das Mikrophon- Sprechsignal über einen Kondensator 39 an. Mittels der Widerstände 40 bis 43 werden die richtigen Amplitudenverhältnisse eingestellt, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers 37 das von der Sprechstelle 1 gelieferte Signal des Mikrophons ansteht. Es wird dann über einen Verstärker 34 mit zugehörigen Widerständen 45, 46 zur Einstellung des Verstärkungswertes dem Lautsprecher 13 zugeführt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur doppeltgerichteten Signalübertragung, insbesondere Fernsprechsignalübertragung, über eine Zweidrahtleitung, bei der für die eine Übertragungsrichtung das Signal eine an einer Endstelle in die Leitung eingeschaltete Konstantstromquelle moduliert, für die andere Übertragungsrichtung das Signal eine an einer zweiten Endstelle an die Leitung angeschaltete Konstantspannungsquelle moduliert, an der ersten Endstelle das von der zweiten Endstelle übertragene Signal als Spannungsschwankung über der Leitung wiedergewonnen wird und an der zweiten Endstelle das von der ersten Endstelle übertragene Signal als Stromschwankung wiedergewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedergewinnung des Signals an der zweiten Endstelle (2) ein elektrisch steuerbarer Widerstand (22) in die Leitung (a, b) geschaltet ist und so nachgeregelt wird, daß die an ihm anstehende Spannung konstant bleibt und daß das Regelsignal das wiedergewonnene Signal darstellt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch steuerbare Widerstand ein Transistor (22) ist, dessen Basis mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (23) verbunden ist, dessen nichtinvertierender Eingang an einer Bezugsspannung (V_ref) und dessen invertierender Eingang an einer der Spannung über dem steuerbaren Widerstand proportionalen Spannung liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modulation der Konstantspannung die am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers (23) liegende Bezugsspannung (V_ref) moduliert wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (23) an einem Eingang (+) eines Differenzverstärkers (37) liegt, dessen anderem Eingang (-) das Modulationssignal zugeführt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Endstelle (1) die Sprechstelle einer Fernsprechanlage mit einem die Konstantstromquelle (6, 7, 8) modulierenden Mikrophon (10) und einem Hörer (11) umfaßt, der die Spannung über der Leitung (a, b) abfühlt und daß die zweite Endstelle (2) eine Türsprechstelle ist, in der das wiedergewonnene Signal über einen Verstärker (44) einen Lautsprecher (13) speist und das Modulationssignal für die Konstantspannungsquelle (23) aus dem Signal eines Mikrophons (12) abgeleitet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Türsprechstelle (2) der steuerbare Widerstand (22) mit einer Zenerdiode (50) in Reihe geschaltet ist, an der die Betriebsspannung (V_cc) für die Türsprechstelle abgegriffen wird.