LU81473A1 - Matrice de commutation pour signaux electriques de transmission a large bande - Google Patents

Description

A ! JB/NV F° 11222 CIT-ALCATEL/T 4 pl.

Revendication de la priorité d*une demande de brevet déposée en FRANCE, ^ le 12 Juillet 1978, sous le N* 78 20 845 jL/ ^

—----- BREVET D'INVENTION

MATRICE DE COMMUTATION POUR SIGNAUX ELECTRIQUES DE TRANSMISSION A LARGE BANDE

Invention de Pierre SEMUR et Marcel BASSET Société Anonyme dite

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS CIT-ALCATEL

La présente invention est relative à la commutation des signaux électriques de transmission à large bande tel que ceux des systèmes de transmission analogique hautes fréquences 12 et 60 MHz, des systèmes de transmission numérique à grand débit, des systèmes de télévision vidéo ou 5 encore tels que les signaux désignés par groupes primaires, secondaires, tertiaires, quaternaires délivrés par des circuits téléphoniques. Elle concerne, d'une manière générale, les dispositifs de commutation organisés en une ou plusieurs matrices et, plus particulièrement, l'architecture d'une matrice de commutation.

i- t 2.

Une matrice de commutation comporte des entrées sorties, deux ensembles de conducteurs aboutissant aux entrées sorties et formant l’un les colonnes, l'autre les lignes de la matrice, et de3 points de commutation commandés disposés aux croisements des conducteurs. Les caractéris-5 tiques électriques (diaphonie, pertes d'insertion...) d'une liaison établie dans une matrice de commutation sont dégradées par la présence des points de commutation à l'état bloqué directement connectés aux conducteurs lignes et colonnes empruntés par la liaison ainsi que par celle des longueurs de ces conducteurs en dérivation sur la liaison. Pour limiter ces 10 dégradations on a déjà songé à partager les dispositifs de commutation de type matriciel en un réseau de matrices élémentaires préadressées par des sélecteurs. Malgré la limitation de leurs dimensions les matrices élémentaires de commutation restent la source principale de dégradation de la qualité des liaisons.

15 La présente invention a pour but la réalisation d'une matrice de commutation aux caractéristiques améliorées.

Elle a pour objet une matrice de commutation ayant pour le câblage de ses éléments, entrées sorties, conducteurs lignes et colonnes, point de commutation, des supports plans qui sont en nombre égal à celui 20 des lignes et colonnes de la matrice, chacun d'eux supportant un seul conducteur ligne ou colonne, et qui sont assemblés en deux empilements l'un formé des supports contenant les conducteurs lignes, l'autre de ceux contenant les conducteurs colonnes. Les deux empilements sont disposés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche de manière 25 qu'un support appartenant à un empilement ait un bord venant au contact des bords de l'ensemble des supports de l'autre empilement, des, raccords électriques étant placés aux intersections pour assurer les liaisons 3.

électriques entre les supports des deux empilements.

Selon un mode préféré de réalisation les points de commutation sont formés de deux demi-points de commutation à diode disposés en série et commandés à l'aide d’une source à courant constant. Les demi-points de 5 commutation sont câblés sur le support contenant le conducteur ligne ou colonne auxquels ils sont directement raccordés. Les raccords électriques placés aux intersections des bords des supports réalisent les liaisons électriques entre les deux demi"points de commutation constituant chaque point de commutation.

10 La structure selon l'invention respecte la symétrie existant du point de vue électrique entre les lignes et les colonnes de la matrice. Elle permet de réduire les longueurs des conducteurs lignes et colonnes et par conséquent les longueurs de câblage en dérivation sur les liaisons, longueurs qui sont à l'origine de la diaphonie et de pertes par réflexion.

15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor tiront des revendications jointes et de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : » - la figure 1 représente le schéma électrique d'une liaison 20 établie dans un dispositif formé d'un réseau de matrices élémentaires de commutation préadressées par des sélecteurs, - la figure 2 est un schéma électrique illustrant la répartition des éléments d'une matrice élémentaire de commutation entre plusieurs plaquettes de câblage, 25 - la figure 3 détaille la constitution d'une boîte individuelle de blindage pour un type de plaquette de câblage, 4.

- et la figure 4 montre l'aspect extérieur d'une matrice élémentaire de commutation réalisée par assemblage de plusieurs plaquettes de câblage disposées dans des boîtiers de blindage individuels.

On va décrire ci-après la réalisation d'un dispositif de commu-5 tation pour un signal électrique de transmission à large bande constitué d'un réseau de matrices élémentaires de commutation préadressées par des sélecteurs. Dans un tel dispositif une liaison est établie entre deux entrées sorties par l'intermédiaire d'un point de commutation connectant une ligne à une colonne dans une matrice élémentaire et de deux points de * 10 commutation auxiliaires appartenant à des sélecteurs et reliant l'un la ligne considérée à l'une des entrées sorties, l'autre la colonne considérée à l'autre entrée sortie.

La figure 1 donne un exemple de schéma électrique pour une telle liaison. On distingue sur cette figure des entrées sorties 1 et 2 d'un 15 dispositif de commutation entre lesquelles la liaison est supposée établie, une matrice élémentaire 3 et des sélecteurs 4 et 5 à points de commutation à diodes qui sont traversés par la liaison et des câbles coaxiaux 6 et 7 empruntés par la liaison entre les sélecteurs 4 et 5 et la - matrice élémentaire de commutation 3· 20 Le sélecteur 4 comporte une entrée sortie dite commune qui correspond à l'entrée sortie 1 du dispositif de commutation et plusieurs entrées sorties dites de dérivation connectées chacune par un point de commutation à diode à l'entrée sortie commune 1. Les points de commutation du sélecteur 4 ont des structures identiques. Par soucis de clarté on a 25 représenté sur la figure 1 qu'une entrée sortie de dérivation 8, celle qui est empruntée par la liaison considérée,et le point de commutation qui la relie à l'entrée sortie commune 1. L'existence des autres points de 5.

ί * ( commutation est rappelée par des diodes 40 représentées l’anode non connectée. Le point de commutation reliant l'entrée sortie commune 1 à l'entrée sortie de dérivation 8 comporte essentiellement une diode 41 connectée en série entre ces deux entrées sorties, la cathode tournée vers 5 l'entrée sortie commune 1, et une résistance 42 qu'il partage avec les autres points de commutation du sélecteur 4 et qui est connectée entre la masse et l'entrée sortie commune 1. Il est passant lorsque la diode 41 est traversée par un courant continu de polarisation provenant de l'entrée sortie de dérivation 8 et se refermant à la masse par l'intermédiaire de * 10 la résistance 42, et bloqué en l'absence de ce courant de polarisation.

Le point de commutation reliant l’entrée sortie commune 1 à l'entrée sortie de dérivation 8 comporte en outre une résistance 43 disposée en série avec la diode 41 et un montage série constitué d'une résistance 44 et d'une capacité 45, et disposé entre la masse et l'entrée 15 sortie de dérivation 8. Ces éléments résistifs et capacitifs constituent avec la résistance 42 une ligne d'affaiblissement en permettant d'adapter l'impédance du point de commutation lorsqu'il est à l'état passant, à celle du câble coaxial 6 qui le relie à la matrice élémentaire de commutation 3.

20 Le sélecteur 5 a une structure identique à celle du sélecteur 4.

Son entrée sortie commune se confond avec l'entrée sortie 2 du dispositif de commutation. La liaison aboutit à l'entrée sortie de dérivation 9 qui est reliée à l'entrée sortie commune 2 par l'intermédiaire d'un point de commutation comportant essentiellement une diode 51 connectée en série, 25 la cathode tournée vers l'entrée sortie commune 2, et une résistance 52 connectant l'entrée sortie commune 2 à la masse. Comme pour le sélecteur 4 il y a une résistance 53 intercalée en série avec la diode 51 et un montage série constitué par une résistance 54 et une capacité 55 et disposé entre la masse et l'entrée sortie de dérivation 9.

6.

La matrice élémentaire de commutation 3 comporte deux groupes de conducteurs que l'on appelle pour les distinguer conducteurs lignes et conducteurs colonnes, des entrées sorties lignes raccordées aux conducteurs lignes, des entrées sorties colonnes raccordées aux conducteurs 5 colonnes et des points de commutation commandés, tous identiques, disposés entre les conducteurs lignes et les conducteurs colonnes. L'une quelconque de ses entrées sorties lignes peut être mise en relation avec l'une quelconque de ses entrées sorties colonnes par la mise en conduction du point de commutation placé entre la ligne et la colonne concernées. Sur la 10 figure 1 on n'a représenté que les entrées sorties ligne et colonne 10 et 11 intéressant la liaison considérée, le conducteur ligne 12, le conducteur colonne 13 et le point de commutation commun à ces deux conducteurs, l'existence des autres points de commutation connectés à l'un ou à l'autre de ces deux conducteurs étant rappelée par des diodes 12', 13' représentées 15 l'anode non connectée. Les points de commutation de la matrice élémentaire 3 sont des points de commutation à diodes commandés simultanément avec les points de commutation de sélecteurs auxquels ils sont directement reliés, par la présence ou l'absence d'un courant de polarisation. Ils ont une structure symétrique et sont formés par la mise en série de deux demi-20 points de commutation identiques. Le point de commutation commun aux conducteurs ligne et colonne 12 et 13 comporte essentiellement deux diodes 14 et 15 connectées en série par leurs anodes et leur circuit de commande de polarisation 16. Ce circuit comporte d'une part une source de courant formée par les transistors PNP 18 et 19 montés en Darlington et par 25 la résistance 17, et connectée par sa borne positive au point de jonction des anodes des diodes 14 et 15 et d'autre part un circuit de shunt alter-. natif connecté entre la masse et le point de jonction des anodes des diodes 14 et 15 et constitué par une capacité 20 disposée en série avec un 7.

, « transistor 21 du type NPN fonctionnant en interrupteur. Le point de commutation commun aux conducteurs ligne et colonne 12 et 13 comporte également une résistance 22 respectivement 23 intercalée en série avec chaque diode 14 respectivement 15 et un montage série constitué d'une 5 résistance 24 respectivement 25 et d’une capacité 26 respectivement 27 assurant la mise à la masse de chaque entrée sortie ligne et colonne 10 et 11. Ces éléments résistifs et capacitifs constituent avec la résistance 17 une ligne d’affaiblissement en permettant d’adapter l’impédance du point de commutation, lorsqu'il est passant, à celle des câbles coaxiaux 6 10 et 7.

Le circuit de commande de polarisation 16 peut prendre deux états selon le niveau appliqué sur son entrée de contrôle 28. Dans un premier état correspondant à un niveau haut le transistor 21 est bloqué et les transistors 18 et 19 conducteurs. La capacité 20 n'est pas reliée à la 15 masse et le circuit se comporte comme une source à courant constant dont l’impédance du point de vue alternatif est déterminée par la valeur de la résistance 17· Le courant constant débité par le circuit 16 se partage en deux parties avant d'atteindre la masse, l'une parcourant la résistance 22 et la diode 14 de la matrice élémentaire 3, le câble coaxial 6, la résis-20 tance 43, la diode 41 et la résistance 42 du sélecteur 4, l'autre parcourant la résistance 23 et la diode 15 de la matrice élémentaire 3, le câble coaxial 7, la résistance 53, la diode 51 et la résistance 52 du sélecteur 5. Un signal de transmission parcourt la liaison entre les entrées sorties 1 et 2. Dans un deuxième état du circuit de commande de polari-25 sation 16 correspondant à un niveau bas appliqué sur son entrée de , contrôle, le transistor 21 est saturé et les transistors 18 et 19 bloqués.

Le circuit de commande de polarisation 16 ne fournit plus aucun courant aux diodes 14, 15, 41 et 51 qui de ce fait présentent une grande impédance 8.

et s'opposent au passage d'un signal de transmission. Il a en outre une très faible impédance du point de vue alternatif en raison de la saturation du transistor 21 qui provoque la mise en circuit de la capacité 20. Cette très faible impédance complète la coupure de la liaison et diminue la 5 diaphonie entre les différentes liaisons.

Comme on peut le voir sur la figure 1, à la traversée d’une matrice élémentaire de commutation une liaison n'utilise pas nécessairement un conducteur ligne et un conducteur colonne sur toutes leurs longueurs. Les longueurs inutilisées qui aboutissent à des points de 10 commutation bloqués sont le siège de réflexions et provoquent des désadaptations. Il importe de les réduire au maximum et par conséquent de réduire les longueurs de câblage. Pour ce faire on répartit les éléments d'une matrice élémentaires de commutation sur deux empilements de plaquettes disposés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche. Les 15 plaquettes du premier empilement comportent chacune un conducteur ligne ainsi que l'entrée sortie et les demi-points de commutation directement reliés à ce conducteur ligne. Les plaquettes du deuxième empilement comportent chacune un conducteur colonne ainsi que l'entrée sortie et les demi-points de commutation directement reliés à ce conducteur colonne. Des 20 connecteurs électriques, d'un type complémentaire pour chaque empilement, sont disposés sur les bords en regard des plaquettes des deux empilements et assurent le raccordement des demi-points de commutation de chaque plaquette d'un empilement avec un demi-point de commutation de chaque plaquette de l'autre empilement afin de constituer des points de eommu-25 tation complets entre chaque conducteur ligne et colonne de la matrice. Le circuit de commande de polarisation d'un point de commutation est disposé indifféremment sur l'une ou l'autre des plaquettes où sont câblés les deux demi-points de commutation qui le constituent.

9.

* « • · ί

La figure 2 représente deux types de plaquettes qui, réunies en deux empilements de quatre, permettent la constitution d’une matrice élémentaire de commutation à quatre lignes et quatre colonnes avec 16 points de commutations et des liaisons reprenant le schéma électrique de la 5 figure 1. Le premier type de plaquette 60 comporte un conducteur ligne 62, l’entrée sortie ligne correspondante 63 quatre demi-points de commutation constitués essentiellement par les diodes 64, 65, 66 et 67 raccordées par leurs cathodes au conducteur ligne 62, quatre raccords électriques coaxiaux 68, 69, 70 et 71 connectés aux anodes de ces diodes 64, 65, 66 et 10 67, et quatre circuits de commande de polarisation 72, 73, 74et 75 avec leurs entrées de contôle 76, identiques entre eux et correspondant au circuit 16 de la figure 1 complété par la résistance 17. On distingue également dans ce premier type de plaquette 60 les éléments résistifs et capacitifs constituant les lignes d’affaiblissement en Tf qui servent à 15 adapter l’impédance des points de commutation, lorsqu’ils sont à l'état passant, à celle des câbles coaxiaux de liaison. Le deuxième type de plaquette 80 comporte un conducteur colonne 83, l’entrée sortie colonne correspondante 81, quatre demi»points de commutation constitués essentiellement par les diodes 83, 84, 85 et 86 connectées par leurs cathodes au 20 conducteur colonne 83 et quatre raccords électriques coaxiaux 87, 88, 89 et 90 d'un type complémentaire à celui des raccords 68, 69, 70 et 71 de la plaquette 60, connectées aux anodes des diodes 83, 84, 85 et 86. Ce deuxième type de plaquette 80 comporte également des éléments résistifs et capacitifs constituant des lignes d’affaiblissement en T\ adaptant l'impé-25 dance des points de commutation, lorsqu'ils sont à l'état passant, à celles des câbles coaxiaux de liaison. Les deux types de plaquettes 60 et 80 sont destinés à être disposés perpendiculairement l'un à l'autre et à être connectés ensemble par un couple de raccords coaxiaux qui sont représentés . * 4 * 10.

sur la figure 2 comme étant les raccords 70 et 89. Le schéma électrique de la liaison ainsi établie entre l’entrée sortie ligne 63 et l'entrée sortie colonne 81 reproduit celui de la liaison représentée à la figure 1.

Une matrice élémentaire est formée de deux empilements l’un 5 constitué de quatre plaquettes du premier type 60, l’autre par quatre plaquettes du second type 80, disposés perpendiculairement l'un à l'autre et reliés électriquement par les raccords coaxiaux, les quatre raccords coaxiaux d'une plaquette d'un premier type 60 étant connectés à quatre raccords coaxiaux appartenant à quatre plaquettes distinctes du deuxième 10 type 80 de l'autre empilement et inversement.

Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation mécanique d'une telle matrice. Les quatre plaquettes de chaque type 60 et 80 sont disposées dans des boîtes individuelles de blindage qui sont des boîtes métalliques, plates, rectangulaires de mêmes dimensions avec leurs 15 quatre raccords coaxiaux alignés sur l'une des grandes faces latérales des boîtes et espacés entre eux de l'épaisseur d'une boîte.

La figure 3 montre une vue en perspective d'une plaquette du premier type 60 fractionnée en plusieurs parties pour des commodités de montage et de sa boîte individuelle de blindage 100 représentée avec son 20 fond 101 et son couvercle 102 démontés. La boîte de blindage 100 a son fond 101 et son couvercle 102 vissés. Les raccords coaxiaux 68, 69, 70 et 71 aboutissant aux quatre demi-points de commutation câblés sur la plaquette sont fixés sur l'extérieur, le long d'un des grands côtés, 103, de la tranche de la boîte tandis que l'entrée sortie ligne et les entrées 25 de contrôle des circuits de commande de polarisation également câblés sur la plaquette sont accessibles respectivement par un raccord coaxial 104 et une prise à fiches multiples 105 disposés à l'opposé sur l'autre grand 11.

côté 111 de la tranche de la boîte 100. La boîte de blindage 100 est partagée en deux compartiments par une cloison métallique longitudinale 106. Le compartiment 107 dans lequel aboutissent le raccord coaxial 104 et la prise à fiches multiples 105 sert de logement à une 5 partie de la plaquette supportant le câblage du conducteur ligne et des quatre demi-points de commutation. L’autre compartiment est subdivisé par trois cloisons métalliques 108 perpendiculaires à la première 106 en quatre alvéoles rectangulaires identiques dans chacun desquels aboutit l’un des raccords coaxiaux 68, 69» 70 et 71. Ces alvéoles contiennent 10 chacun une partie de la plaquette supportant le câblage d’un circuit de commande de polarisation et d’un conducteur assurant la liaison entre le raccord coaxial, le circuit de commande de polarisation précité et un demi-point de commutation placé dans le compartiment 107. La cloison longitudinale 106 est pourvue de traverses électriques isolantes permettant le 15 passage de ce conducteur ainsi que de ceux assurant l'alimentation et constituant les entrées de contrôle des circuits de commande de polarisation placés dans les alvéoles.

Pour une amélioration de la diaphonie les cloisons s'étendent sur toute l'épaisseur de la boîte de blindage 100 et la plaquette est 20 fractionnée en cinq parties maintenues en place dans leurs logements par des doubles ergots 109, 110 soudés par leur base aux parois et repliés lors du montage de part et d'autre des plaquettes.

La boîte de blindage d'une plaquette du deuxième type 80 dont un exemplaire apparaît en 200 à la figure 4, n'a pas été représentée ouverte 25 car elle ne présente pas de caractéristiques particulières. Elle a les mêmes dimensions que la boîte de blindage 100 d'une plaquette du premier type 60 sans en avoir la prise à fiches multiples en raison de l'absence 12.

« des circuits de commande de polarisation. Les raccords coaxiaux (87, 88, 89 et 90 figure 2) aboutissent aux demi-points de commutation sont alignés sur l’une des grandes faces de la tranche de la boîte avec un espacement correspondant à l’épaisseur de la boîte tandis que la face latérale 5 opposée porte un raccord coaxial 210 donnant accès au conducteur colonne de la plaquette du deuxième type 80.

La figure 4 représente en perspective l'assemblage des boîtes de „ blindage renfermant des plaquettes du premier et second types 60 et 80, pour la constitution de matrices élémentaires de commutation à quatre 10 lignes et quatre colonnes. On distingue sur cette figure un support 201 comportant deux étagères 202 et 203 supportant des matrices élémentaires de commutation à différents stades de leur construction. On dispose tout d’abord, comme représenté sur l’étagère inférieure 202, quatre boîtes de blindage 200 empilées cote à côte, debout sur leur tranche, les raccords 15 coaxiaux 87> 88,89 et 90 tournés vers le devant de l’étagère. On constitue ainsi un empilement visible en 204 sur l'étagère supérieure 203 qui présente une face arrière avec une rangée horizontale de quatre raccords coaxiaux correspondant aux entrées sorties colonnes de la matrice et une face avant avec un réseau de 16 raccords coaxiaux correspondant aux 16 demi-- 20 points de commutation directement raccordés aux quatre conducteurs colonnes de la matrice. On dispose ensuite quatre boîtes de blindage 100, à plat, les unes sur les autres avec leur rangée de quatre raccords coaxiaux engagées dans celles présentées en regard par l’empilement de boîte de blindage 200. Ces quatres boîtes de blindage forme un deuxième empile-25 ment 205 qui présente sur sa face avant une colonne de quatre raccords coaxiaux 104 correspondant aux entrées lignes de la matrice et une colonne de quatre connecteurs à fiches multiples 105 correspondant aux entrées de -, c 13.

contrôle des circuits de commande de polarisation servant à la commande des 16 points de commutation.

Pour la constitution d’un dispositif complet de commutation, chaque matrice élémentaire formée par un assemblage de deux empilements de 5 boîtes de blindage 204 et 205 est raccordée à des présélecteurs non représentés, par la rangée de raccords coaxiaux 210 disposée sur la face arrière de l'assemblage et par la colonne de raccords coaxiaux 104 disposée sur la face avant de l'assemblage.

On remarque que l'adoption pour la structure d'une matrice 10 élémentaire de deux empilements de plaquettes de câblage disposés perpendiculairement l’un à l'autre, l’un réservé aux plaquettes support de câblage des conducteurs lignes et des demi-points de commutation qui leur sont directement reliés et l'autre réservé aux plaquettes supportant les conducteurs colonnes et les demi-points de commutation qui leur sont 15 directement reliés permet de réduire au maximum la longueur du câblage tout en respectant la symétrie électrique existant entre les lignes et les colonnes d’une matrice de commutation.

Avec une telle structure on a obtenu pour un signal de transmission ayant une bande de fréquence de 4 à 60 MHz entre deux chemins 20 séparés passant par la matrice une diaphonie supérieure à 100 db et un coefficient de réflexion inférieur à 5%.

On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment supprimer les boîtes de blindage dans le cas d'un signal de 25 transmission à bande de fréquence restreinte.

Claims (1)

14. 1/ Matrice de commutation pour signaux électriques de transmission à large bande comprenant des entrées sorties, deux ensembles de conducteurs aboutissant aux entrées sorties et formant l’un les colonnes, l’autre les lignes de la matrice, et des points de commutation commandés, disposés aux croisements des conducteurs et contrôlés par des sources à courant constant, ladite matrice étant caractérisée en ce qu'elle a des points de commutation à structure symétrique formés de deux demi-points de commutation disposés en série et qu'elle comporte pour son câblage des supports plans en nombre égal à celui des lignes et des colonnes, chaque conducteur ligne ou colonne étant câblé avec les demi-points de commutation qui lui sont directement reliés sur un support distinct, assemblés en deux empilements constitués l'un des supports contenant les conducteurs lignes l'autre de ceux contenant les conducteurs colonnes, les deux empilements étant disposés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche, les supports des deux empilements comportant à leurs points de contact des raccords assurant des liaisons électriques entre les demi-points de commutation. 2/ Matrice de commutation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les sources à courant constant de tous les points de commutation connectés à un conducteur ligne sont toutes câblées sur le support contenant le conducteur ligne précité. 15. 3/ Matrice de commutation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comporte des boîtes de blindage individuel de forme rectangulaire plate et de mêmes dimensions renfermant chacune un support plan, servant d’éléments aux deux empilements et comportant sur leur tranche qui forme les faces en regard de chaque empilement des connecteurs mâle femelle assurant les raccordements électriques entre les deux empilements et sur leur tranche opposée des connecteurs servant d'entrées sorties à la matrice ainsi que des connecteurs pour la commande des points de commutation. f. A