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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Differenzausgangsstufe für eine elektronische
Schaltung, beispielsweise für
eine Fernsprechteilnehmerkarte oder ein Modem, das in einer Vermittlungsstelle
liegt. Herkömmlich
beinhaltet eine Differenzausgangsstufe für eine elektronische Schaltung
einen Transformator mit Abgleichpunkt. Es wird eine Wechselspannung an
die Primärseite
des Transformators angelegt. Es wird eine Versorgungsgleichspannung
an den Abgleichpunkt der Sekundärseite
angelegt. Die beiden äußeren Klemmen
der Sekundärseite
werden durch eine Leitung mit dem Terminal verbunden, das fern gespeist
werden soll. Ein Transformator hat den Nachteil, dass er schwer,
sperrig, teuer ist und eine sehr begrenzte Bandbreite hat. Diese
Nachteile sind für
die Fernspeisung eines HDSL-Modems (High bit rate Digital Subscriber
Line) besonders hinderlich, da ein solches Modem eine Leistung von
6 W benötigt, das
heißt
für eine
Spannung von 100 V einen Speisestrom von 60 mA. Dieses führt dazu,
die Größe des Transformators
zu erhöhen,
um seine Sättigung
zu vermeiden.
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Die
Patentanmeldung
EP 0 449 200 (ALCATEL)
beschreibt eine Differenzausgangsstufe ohne Transformator. Sie schließt zwei
Eingänge,
zwei Ausgänge
und zwei Kanäle
ein, die jeweils einen Eingang mit einem Ausgang verbinden. Jeder
Kanal enthält
einen ersten Differenzialverstärker,
um zur Eingangsspannung des betreffenden Kanals eine Gegenkopplungsspannung
des anderen Kanals auf dem betrachteten Kanal hinzuzufügen, und
einen zweiten Differenzialverstärker,
um die Ausgangsspannung des betrachteten Kanals von der Ausgangsspannung
des ersten Differenzialverstärkers abzuziehen.
Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzialverstärkers bildet
die Gegenkopplungsspannung des betrachteten Kanals auf dem anderen Kanal.
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Diese
Differenzstufe ist einwandfrei geeignet, wenn es nicht erforderlich
ist, ein Terminal durch einen Gleichstrom fern zu speisen, der über dem
variablen Strom liegt, der das zu übertragende Signal bildet.
Jedoch ist sie nicht für
die Fernspeisung eines Terminals, wie beispielsweise eines herkömmlichen Telefons
geeignet.
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Zweck
der Erfindung ist es, eine Differenzstufe ohne Transformator anzubieten,
die in der Lage ist, ein Terminal fern zu speisen.
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Gegenstand
der Erfindung ist eine Differenzausgangsstufe für eine elektronische Schaltung,
wobei diese Stufe zwei Kanäle
einschließt,
die jeweils einen Eingang mit einem Ausgang verbinden; und auf jedem
dieser Kanäle
ein erstes Mittel enthält,
um zur Eingangsspannung des betrachteten Kanals eine Gegenkopplungsspannung
des anderen Kanals auf dem betrachteten Kanal hinzuzufügen, und
ein zweites Mittel, das diese Gegenkopplungsspannung des betrachteten
Kanals auf dem anderen Kanal liefert;
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Mittel zum Liefern der Gegenkopplungsspannung des
anderen Kanals auf dem betrachteten Kanal Mittel enthält, um eine
Gegenkopplungsspannung zu liefern, die lediglich abhängig ist
von der Wechselspannungskomponente der Ausgangsspannung des ersten
Mittels des betrachteten Kanals;
und dadurch gekennzeichnet,
dass sie außerdem
jeweils auf jedem Kanal Mittel einschließt, um eine Gleichspannung
zur Ausgangsspannung dieses Kanals hinzuzufügen.
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Die
so gekennzeichnete Stufe ermöglicht
die Fernspeisung eines Terminals durch eine Gleichspannung, wobei
jedoch gleichzeitig ein Wechselspannungssignal geliefert wird, denn
die Gegenkopplungsspannung wird von der Gleichspannung der Fernspeisung
unabhängig
gemacht, folglich kann die Gegenkopplungsspannung sich der Lieferung dieser
Fernspeisungsspannung nicht entgegenstellen.
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Mit
Hilfe der nachstehenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
lässt sich
die Erfindung besser verstehen und es treten weitere Kennzeichen
zutage:
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1 stellt
das Blockschema eines ersten Ausführungsbeispiels der Differenzstufe
gemäß der Erfindung
dar.
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2 stellt
das Blockschema eines zweiten Ausführungsbeispiels der Differenzstufe
gemäß der Erfindung
dar.
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3 stellt
das Blockschema eines dritten Ausführungsbeispiels der Differenzstufe
gemäß der Erfindung
dar.
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Das
erste auf 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
beinhaltet:
- – zwei Eingangsklemmen Ea und
Eb, die jeweils zwei variable Spannungen Va und Vb empfangen, die
ein Differentialsignal bilden;
- – zwei
Ausgangsklemmen Sa und Sb, die eine Versorgungsgleichspannung liefern,
und ein Wechselspannungssignal, Differentialsignal, an eine Leitung
L, die mit einem Fernterminal T verbunden ist.
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Die
Leitung L schließt
zwei Stromleiter ein, die jeweils einen bestimmten Widerstand haben.
Außerdem
ist ein Anpassungs- und Schutzwiderstand in Reihe zwischen der Ausgangsklemme
Sa beziehungsweise Sb und jedem dieser Stromleiter vorgesehen. Die
Ausgangsklemmen Sa und Sb sehen die Leitung L und diese Anpassungs-
beziehungsweise Schutzwiderstände
als Widerstände
Rsa und Rsb. Der Fernterminal T wird durch seinen Gleichstromwiderstand
Rcc dargestellt und durch seine Kapazität Cal in Reihe mit einem Wirkwiderstand
Ral. Dieses Terminal ist zum Beispiel ein Terminal eines digitalen diensteintegrierenden
Netzes. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann analog mit einem herkömmlichen
analogen Telefonterminal, einem Modem mit Fernspeisung, usw....,
verbunden werden
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Die
Klemmen Ea und Sa werden über
einen ersten Kanal verbunden, der folgendes einschließt:
- – einen
Addierer 1a mit drei Eingängen, die folgendes empfangen:
- – eine
Gleichspannung VCA, die das Fernterminal T speisen soll,
- – die
Wechselspannungskomponente der Eingangsspannung Va via einen Kondensator
C1a;
- – und
eine Gegenkopplungsspannung via einen Kondensator C2a;
- – einen
Widerstand Ra in Reihe zwischen dem Ausgang des Addierers 1a und
der Ausgangsklemme Sa;
- – einen
Subtrahierer 2a mit: einem nicht umkehrenden Eingang, der
mit der Ausgangsklemme SA verbunden ist, einem umkehrenden Eingang,
der mit dem Ausgang des Addierers 1a verbunden ist, und
einem Ausgang, der mit dem Kondensator C2b verbunden ist, um ihm
die Gegenkopplungsspannung zu liefern.
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Die
Klemmen Eb und Sb sind durch einen zweiten Kanal verbunden, der
symmetrisch zum ersten ist, und folgendes einschließt:
- – einen
Addierer 1b mit drei Eingängen, die folgendes empfangen
- – eine
Gleichspannung VCB für
die Fernspeisung des Fernterminals T,
- – die
Wechselspannungskomponente der Eingangsspannung Vb, via einen Kondensator
C1b;
- – und
eine Gegenkopplungsspannung via einen Kondensator C2b;
- – einen
Widerstand Rb in Reihe zwischen dem Ausgang des Addierers 1b und
der Ausgangsklemme Sb;
- – einen
Subtrahierer 2b mit: einem nicht umkehrenden Eingang, der
mit der Ausgangsklemme Sb verbunden ist, einem umkehrenden Eingang,
der mit dem Ausgang des Addierers 1b verbunden ist, und
einem Ausgang der mit dem Kondensator C2a verbunden ist, um ihm
die Gegenkopplungsspannung zu liefern.
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Diese
Differenzstufe liefert eine Differenzgleichspannung, die im Leerlauf
gleich VCA–VCB
ist. Sie liefert eine Differenzwechselspannung, die im Leerlauf
gleich Va–Vb
ist.
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Die
Addierer 1a, 1b und die Subtrahierer 2a, 2b werden
herkömmlich
ausgeführt
mittels einsatzbereiten Verstärkern.
Ihr Ausgangswiderstand ist null. Der Addierer 1a und der
Subtrahierer 2a werden durch ein erstes Versorgungspaar
gespeist, das Spannungen von 100 V und 90 V bezogen auf ein Bezugspotenzial
liefert. Der Addierer 1b und der Subtrahierer 2b werden
durch ein zweites Versorgungspaar gespeist, das Spannungen von 0
V und –10
V bezogen auf ein Bezugspotenzial liefert. Es ist somit möglich, eine
Fernspeisungsspannung von 100 V im Leerlauf zu liefern.
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Wenn
die Leitung und das Terminal T an die Ausgangsklemmen Sa, Sb angeschlossen
sind, ist die Gleichspannung an den Klemmen des Terminals T abhängig von:
seinem Gleichstromwiderstand Rcc, vom Widerstand Rsa + Rsb der Leitung
L und den Anpassungs- und
Schutzwiderständen,
und den Gegenkopplungswiderständen
Ra und Rb. Die Wechselspannung ist abhängig von seinem Wirkwiderstand
Ral, vom Widerstand Rsa + Rsb der Leitung L und den Anpassungs-
und Schutzwiderständen.
Hingegen zeigt man, dass die Gegenkopplung bewirkt, dass die Wechselspannung
vorn Wert der Gegenkopplungswiderstände Ra und Rb unabhängig wird.
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Bei
diesem ersten Ausführungsbeispiel
wird der Speisestrom vollständig
durch die Addierer 1a und 1b geliefert. Sie müssen also
so konstruiert werden, dass sie der Verlustleistung standhalten,
die dieser Fernspeisungsfunktion entspricht.
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2 stellt
ein zweites Ausführungsbeispiel dar,
welches zusätzliche
Mittel einschließt,
um die von diesen Addierern 1a, 1b ertragene Verlustleistung
zu verringern. Bei diesen zusätzlichen
Mitteln handelt es sich:
- – um einen Transistor Ta, dessen
Kollektor mit der Ausgangsklemme Sa verbunden ist, dessen Sender
direkt mit der Versorgungsgleichspannung VCA verbunden ist und dessen
Basis mit einer Versorgungsgleichspannung VBA kleiner VCA durch
einen Widerstand Rpa verbunden ist;
- – und
um einen Transistor Tb, dessen Kollektor mit der Ausgangsklemme
Sb verbunden ist, dessen Sender unmittelbar mit der Versorgungsgleichspannung
VCB verbunden ist und dessen Basis mit der Versorgungsgleichspannung
VBB größer VCB
durch einen Widerstand Rpb verbunden ist.
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Die
Transistoren Ta und Tb verhalten sich wie Gleichstromgeneratoren,
die einen zusätzlichen Gleichstrom
an die Ausgangsklemme Sa beziehungsweise einen zusätzlichen
Gleichstrom an die Ausgangsklemme Sb liefern. Somit werden die von den
Addierern 1a und 1b zu liefernden Gleichströme verringert
und folglich wird die Verlustleistung in diesen Addierern verringert.
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3 stellt
ein drittes Ausführungsbeispiel dar,
das verglichen mit dem zweiten Beispiel zusätzliche Mittel einschließt, um die
von diesen Addierern 1a und 1b ertragene Verlustleistung
für die
Fernspeisung zu annullieren. Bei diesen zusätzlichen Mitteln handelt es
sich:
- – um
ein Tiefpassfilter 3a in Reihe mit einer Verstärkerstufe 4a,
die die Basis des Transistors Ta mit dem Ausgang des Subtrahierers 2a verbinden,
wobei der Widerstand Rpa unterdrückt
wird; dieses Tiefpassfilter 3a und diese Verstärkerstufe 4a werden
durch die gleichen Mittel gespeist wie der Addierer 1a und
der Subtrahierer 2a;
- – um
ein Tiefpassfilter 3b in Reihe mit einer Verstärkerstufe 4b,
die die Basis des Transistors Tb mit dem Ausgang des Subtrahierers 2b verbinden,
wobei der Widerstand Rpb unterdrückt
wird; dieses Tiefpassfilter 3b und diese Verstärkerstufe 4b werden
durch die gleichen Mittel versorgt wie der Addierer 1b und
der Subtrahierer 2b.
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Das
Tiefpassfilter 3a beziehungsweise 3b filtert die
Gegenkopplungsspannung, die vom Subtrahierer 2a beziehungsweise 2b geliefert
wird, um lediglich die Gleichstromkomponente zu behalten. Diese
Gleichstromkomponente steuert den Kollektorstrom des Transistors
Ta beziehungsweise Tb, so dass der Spannungsabfall an den Klemmen
des Widerstandes Ra beziehungsweise Rb praktisch null wird. Mit
anderen Worten: der Versorgungsgleichstrom des Terminals T wird
ausschließlich
von den Transistoren Ta und Tb geliefert. Die Verlustleistung in
den Addierern 1a und 1b wird somit auf ein Minimum
reduziert. Außerdem
zeigt man, dass die Versorgungsspannung des Terminals zwischen den Ausgangsklemmen
Sa und Sb konstant ist, und zwar unabhängig vom Wert Rsa + Rsb des
Widerstandes der Leitung L und der Anpassungs- und Schutzwiderstände.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann man die Verluste auf der Gleichstromseite dadurch minimieren,
dass man den Widerstand Rsa, den Anpassungs- und den Schutzwiderstand
in Form von zwei Widerstanden in Reihe aufteilt, die zu beiden Seiten
der Anschlussstelle des Kollektors des Transistors Ta angeordnet
sind. Beim Widerstand Rsb auf dem anderen Kanal würde man
ebenso verfahren.