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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstellenschaltung für
eine Fernsprechleitung zur Durchschaltung einer Sprechverbindung zwischen
Teilnehmerapparaten über eine Schaltmatrix, welche
Schnittstellenschaltung zwei Klemmen aufweist für den Anschluss eines
Teilnehmerapparates, allenfalls über ein Kabel, und zwei Klemmen für den Anschluss
an eine Seite der Schaltmatrix, wobei eine ein- und ausschaltbare
Verbindung für Sprachsignale erhalten wird. Eine solche
Schnittstellenschaltung für eine Fernsprechleitung ist dem Praktiker wohl bekannt.
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Zum Zwecke der Gleichstrom-Entkopplung zwischen dem
Teilnehmerapparat und der Schaltmatrix werden auf der Leitungsseite solcher
Schaltungen grosse Kapazitäten verwendet, um Potentialdifferenzen
zwischen den Schaltungen auf beiden Seiten zu erlauben. Als Folge davon
kann eine solche Schaltung nicht als integrierte Schaltung realisiert
werden.
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Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu
vermeiden und eine Schnittstellenschaltung vorzusehen, welche integriert
werden kann und eine transparente Verbindung für Sprachsignale vorsieht,
welche auf einfache Art ein- und ausgeschaltet werden kann.
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Bei einer Schnittstellenschaltung des in der Einleitung
beschriebenen Typs wird dies bei einem erfindungsgemässen Ausfuhrungsbeispiel
dadurch erreicht, dass die genannte Schaltung eine zwischen den Klemmen
des Teilnehmerapparates und jenen der Schaltmatrix eingefügte
Kaskadenschaltung eines ersten und eines zweiten Zweirichtungsverstärkers
aufweist, welche über ein gemeinsames Port miteinander verbunden sind,
wobei sich die genannte Kaskadenschaltung genau wie ein 1/N-Transformator
fiir Sprachsignale verhält, und weiter einen dritten
Zweirichtungsverstärker aufweist, dessen eines Port parallel mit dem gemeinsamen Port des
ersten und zweiten Zweirichtungsverstärker verbunden ist und dessen
anderes Port mit einer Impedanz derart abgeschlossen ist, dass eine
Gleichstromentkopplung zwischen den Klemmen des Teilnehmerapparates und
den Klemmen der Schaltmatrix erhalten wird.
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In einem andern Ausführungbeispiel der Erfindung wird dies dadurch
erreicht, dass die genannte Schaltung einen ersten, zwischen die Klemmen
des Teilnehmerapparates und jenen der Schaltmatrix eingefügten
Zweirichtungsverstärker aufweist, wobei der genannte erste
Zweirichtungsverstärker eine Kaskadenschaltung mit einem zweiten Zweirichtungsverstärker
auf der andern Seite der Schaltmatrix bildet, welche Kaskadenschaltung
sich genau wie ein 1/1-Transformator für Sprachsignale verhält, und
weiter einen dritten Zweirichtungsverstärker aufweist, dessen eines Port
parallel mit den schaltmatrixseitigen Klemmen des ersten
Zweirichtungsverstärkers verbunden ist und dessen anderes Port mit einer Impedanz
derart abgeschlossen ist, dass eine Gleichstromentkopplung zwischen den
Klemmen des Teilnehmerapparates und den Klemmen der Schaltmatrix erhalten
wird.
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Vorteilhafterweise kann ein Teil der genannten Schaltung verwendet
werden zum Anlegen der Speisespannung oder zur Detektion von
Schlaufenströmen, wodurch der Ruhe- und der Gesprächsstatus des
Teilnehmerapparates bestimmt werden kann.
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Die Erfindung wird nun anhand von einigen Ausführungsbeispielen
unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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Die Fig. 1 das Schaltbild eines Zweirichtungsverstärkers;
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Die Fig. 2 das Blockschaltbild eines praktischen
Ausführungsbeispiels eines Zweirichtungsverstärkers;
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Die Fig. 3 den Aufbau einer Sprechverbindung zwischen einer Leitung
des Systems und einer Schnittstellenschaltung über eine Schaltmatrix;
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Die Fig. 4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemässen Schnittstellenschaltung;
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Die Fig. 5 eine Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemässen Schnittstellenschaltung;
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Die Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Systems zum Aufbau einer
Verbindung zwischen zwei Teilnehmerapparaten über eine Schaltmatrix und zwei
Schnittstellenschaltungen;
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Die Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Systems nach fig. 6
mit einer Variante der erfindungsgemässen Schnittstellenschaltung.
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Die folgenden Angaben betreffen das in Fig. 1 gezeigte Schaltbild
eines Zweirichtungsverstärkers:
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U1 = R1.I2
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U2 = R2.I1
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Zi = U1/I1 = -(R1.R2)/Z0
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U2/U1 = -Z0/R1
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I2/I1 = R2/Z0
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbild eines praktischen
Ausführungsbeispiels eines Zweirichtungsverstärkers oder Gyrators können die
Blöcke in bekannter Art als symmetrische Verstärker gebaut werden, die
leicht ein- und ausgeschaltet werden können.
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Fig. 3 zeigt schematisch das Blockschaltbild einer kleinen
Nebenstellenanlage 11. Die Systemleitung 12 ist links zu sehen und rechts ist
eine Anzahl, im vorliegenden Falle vier, von Teilnehmerapparaten 13 zu
sehen, die je über eine getrennte
Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltung 14 angeschlossen sind. In der Nebenstellenanlage ist ferner
eine durch einen Mikroprozesssor 15 gesteuerte Schaltmatrix 16 zu sehen.
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Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemässen Schnittstellenschaltung. Die Kaskadenschaltung eines
Zweirichtungsverstärkers 1 und eines Zweirichtungsverstärkers 2 garantiert
eine vollständig transparente Verbindung für Sprachsignale im Band von
300 Hz bis 3400 Hz. Die Impedanz Z2, welche auf der linken Seite des
Verstärkers 2 gesehen werden kann, ist tatsächlich gleich 30 kX.150 X/Zsm
(sm = Schaltmatrix). Die Impedanz Z1, welche auf der linken Seite des
Verstärkers 1 gesehen werden kann, ist daher gleich 30 kX.150 X/Z2 = Zsm.
In gleicher Weise ist die Impedanz Z0, welche auf der rechten Seite des
Verstärkers 2 gesehen werden kann, gleich der Impedanz Zsub (subscriber =
Teilnehmerapparat).
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Es ist klar, dass sich die Kaskadenschaltung der
Zweirichtungsverstärker 1 und 2 wie ein 1/N-Transformator für Sprachsignale verhält,
wobei N grösser oder kleiner oder gleich Eins sein kann. Zwei solcher
Kaskadenschaltungen in Serie (gegebenfalls getrennt durch eine
Verbindungsleitung in der Schaltmatrix) verhalten sich wie ein
1/1-Transformator für Sprachsignale.
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Der Zweirichtungsverstärker 3 ist hinzugefügt, um unter diesen
Umständen die galvanische Trennung von der Schaltmatrix zu erreichen,
welche bei den bekannten Schaltungen mit Hilfe von grossen Kapazitäten
erhalten wird. Eine Parallelschaltung eines Kondensators von 33 uF und
eines Widerstandes von 600 kX ist im Ausgangsport eingebaut. Für tiefe
Frequenzen ist die genannte Impedanz an den Ausgangsklemmen des
Verstärkers 3 ist gleich 600 kX. Die Impedanz Z3, welche auf der andern
Seite des Verstärkers 3 gesehen werden kann, ist dann gleich
15 kX.600 X/600 kX = 15 X. Zwischen den Klemmen a und b ist daher ein
Kurzschluss für Gleichstrom vorhanden und dies bedingt, dass die
Gleichstromimpedanz Zi und die Gleichstromimpedanz Z0 am Eingang bzw. am
Ausgang sehr hoch (300 kX) sind. Ueblicherweise wird die
Parallelschaltung von 33 uF und 600 kX am Ausgang des Verstärkers 3 in eine
Serieschaltung von 15 X und 297 H gewandelt. Es ist naheliegend, dass die
Widerstands- und Kapazitätswerte nur Beispiele sind und andere Werte
möglich sind.
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Mit Hilfe des Zweirichtungsverstärkers 4 wird der Impedanz Zi,
welche zwischen der Teilnehmerleitung gesehen werden kann, eine induktive
Komponente zugefügt. An dessen Ausgangsklemmen ist eine Parallelschaltung
eines Kondensators von 3,3 uF und eines Widerstandes von 15 kX enthalten.
Diese Parallelschaltung wird in der andern Richtung in eine
Serieschaltung eines Widerstandes von 300 X und einer Selbstinduktivität von
14,85 H gewandelt. In diesem Falle ist die NF-Impedanz Z4 am Ausgang von
Verstärker 4 gleich 30 kX.150 -/15 kX = 300 X. Der Ausgang des
Verstärkers 4 ist daher für hohe frequenzen kurzgeschlossen und die Impedanz
Z4 ist hoch.
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Mit dieser Schnittstellenschaltung sind zahlreiche Betriebsmodi
möglich.
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Im Sprachmodus wird eine transparente Sprechverbindung für
Wechselstromsignale über die Verstärker 1 und 2 erreicht. Hier wird der
Verstärker 3 für die erforderliche Gleichstromentkopplung verwendet und
die Verstärker 1, 4 oder ein weiterer Verstärker 5 (siehe Fig. 5) können
verwendet werden, um über einen geeigneten Summierpunkt die Speise- oder
Aktivierungs(Ruf)spannung aufzudrücken.
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Im Aktivierungs(Ruf)modus ist der Verstärker 1 abgeschaltet und der
Verstärker 4 erzeugt die induktive Komponente, wobei der Status der
Verstärker 2 und 3 neutral ist.
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Im Wartemodus ist der Verstärker 2 abgeschaltet und die Verstärker
1, 3 und 4 sind eingeschaltet. In diesem Falle kann dem Teilnehmerapparat
in einfacher Weise eine korrekte Impedanz angeboten werden, z. B. mit
Hilfe eines weiteren Zweirichtungsverstärkers 5, wie in Fig. 5 gezeigt.
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Bei dieser erfindungsgemässen Schnittstellenschaltung kann die
Amplitude der Spannung über und/oder des Stromes durch den
Teilnehmerapparat zu Detektionszwecken in einfacher Weise gemessen werden, indem
der Strom und/oder die Spannung am Port des nicht mit dem
Teilnehmerapparat verbundenen Verstärkers 1, 4 oder 5 gemessen wird.
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Der Status "Hörer aufgelegt/Hörer abgehoben" kann also detektiert
werden durch Bestimmung des Schlaufenstromes im Teilnehmerapparat durch
Messen einer niederen Spannung an der andern Seite des Verstärkers 3. Ein
separater Messwiderstand wie bei den üblichen und bekannten Schaltungen
ist also nicht mehr notwendig.
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Jede Spannung auf der Leitung kann auch detektiert werden durch
Messen des Stromes an einem Port eines Zweirichtungsverstärkers, dessen
eines Port mit der Teilnehmerleitung verbunden ist, wie z.B. Verstärker 5
in Fig. 5. Dies ergibt eine Angabe für die Spannung auf der Leitung.
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Die maximalen Leitungsspannungen und die maximalen Leitungsströme
können ebenfalls mit Hilfe des genannten Zweirichtungsverstärkers 5
überwacht werden, da diese nun an einem besser messbaren Punkt gemessen
werden können.
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In Fig. 6 wird ein Blockschaltbild als Beispiel des Aufbaus einer
Verbindung zwischen zwei Teilnehmern über die erfindungsgemässen
Schnittstellenschaltungen und eine Schaltmatrix gezeigt. Die beiden
Schnittstellenschaltungen 21, 22 sind mit einem Teilnehmerapparat 1 bzw. einem
Teilnehmerapparat 2 verbunden. Wie bereits früher erwähnt, bilden diese
zwei Schnittstellenschaltungen 21 und 22 einen 1/1-Transformator für
Sprachsignale.
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Weiter kann jede Schnittstellenschaltung über eine der vier
Schaltmatrixleitungen mit einer von vier (frei gewählte Anzahl)
Verbindungsleitungen c1 bis c4 verbunden werden. Die andern Leitungen können daher
immer noch verwendet werden, um andere Schnittstellenschaltungen
miteinander zu verbinden.
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In dem in fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel des Systems nach Fig.
6 wird für die Schnittstellenschaltung eine Variante verwendet. In den
beiden gezeigten Schnittstellenschaltungen 23, 24 sind die
Zweirichtungsverstärker 2 weggelassen und die Verstärker 1a, 1b und 3a, 3b wurden
schaltbar gemacht, nachdem sie mit einer bestimmten Verbindungsleitung
verbunden wurden. Auch hier bilden die beiden Schnittstellenschaltungen
23, 24 einen 1/1-Transformator für Sprachsignale.
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Fig. 7 zeigt auch einen weiteren Zweirichtungsverstärker 4a, 4b,
dessen eines Port wie in den Fig. 4 und 5 parallel mit den Klemmen des
Teilnehmerapparates verbunden ist. In Fig. 7 kann ein Port eines weiteren
(nicht gezeigten) Zweirichtungsverstärkers 5a, 5b wie in Fig. 5 parallel
mit den Klemmen des Teilnehmerapparates verbunden sein. Die verschiedenen
Betriebsmodi, wie sie in Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 beschrieben
wurden, sind auch mit der Schaltung nach Fig. 7 möglich.
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Wenn die Verbindung in diesem letzten "einfachen"
Ausführungsbeispiel über eine der vier Verbindungsleitungen c1 bis c4 erhalten wird,
sind in der Sprechverbindung zwei Zweirichtungsverstärker enthalten,
welche wiederum eine transparente Verbindung bilden. Bei diesem einfachen
Ausführungsbeispiel besteht jedoch die Vorbedingung, dass die
entsprechenden Widerstände der verschiedenen auf einem Chip ausgebildeten
Schnittstellenschaltungen einander so gut wie möglich angeglichen sind.
Dies ist einfacher beim "komplizierteren" Ausführungsbeispiel nach Fig 6,
da der Transfer bestimmt wird durch die Widerstandsverhältnisse der
Widerstände auf demselben Chip.