NL8601572A - Telecommunicatiestelsel met een busgeleider en via transformatoren op die busgeleider aangesloten telecommunicatiestations. - Google Patents

Description

> PHN.11.783 1 W Λ N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven "Telecommunicatiestelsel met een busgeleider en via transformatoren op die busgeleider aangesloten telecoamunicatiestations"

De uitvinding heeft betrekking op een telecomaunicatiestelsel, omvattende een busgeleider en een aantal telecommunicatiestations die elk via een transformator op de busgeleider zijn aangesloten, in welk stelsel de communicatie plaats vindt door 5 middel van een via de busgeleider over te dragen pulssignaal dat elkaar opvolgende spanningspulsen van tegengestelde polariteit bevat.

De uitvinding betreft tevens een telecommunicatiestation geschikt voor gebruik in zo'n telecommunicatiestelsel.

Een zodanig telecommunicatiestelsel is bekend uit het 10 tijdschrift "Electronic Design" van 26 juli 1984, blz. 171 - 178, in het bijzonder de figuren 1 en 3.

In zo'n stelsel zijn de telecommunicatiestations voorzien van een informatiezender en een informatie-ontvanger. De zender die een binair signaal zendt doet dat door in een tijdsleuf van een 15 tijdframe een spanningspuls op de busgeleider te zenden, hetgeen een eerste bitsoort representeert, of door géén spanningspuls te zenden, hetgeen een tweede bitsoort representeert. De ontvangers van de telecommunicatiestations nemen in elke tijdsleuf een spanningstoestand van de busgeleider waar. Een ontvanger detecteert een bit van de eerste 20 bitsoort als de absolute waarde van de waargenomen spanning groter is dan een vooraf vastgestelde drempelwaarde; de ontvanger detecteert een bit van de tweede bitsoort als de waargenomen spanningswaarde in absolute waarde kleiner is dan de drempelwaarde.

Bij gebruik van een telecommunicatiestelsel van de 25 bovenbeschreven soort vindt af en toe foutieve detectie plaats. In het bijzonder kunnen spanningspulsen gedetecteerd worden in tijdsleuven waarin geen spanningspulsen werden uitgezonden.

De uitvinding heeft ten doel een telecommunicatiestelsel te verschaffen waarin het aantal foutief gedetecteerde pulsen verlaagd 30 kan worden.

Teneinde de genoemde doelstelling te realiseren is het telecommunicatiestelsel overeenkomstig de uitvinding gekenmerkt doordat 8S01572

»·* V

PHN.11.783 2 het stelsel is voorzien van compensatiemiddelen voor het opwekken van een compensatiestroomverandering in minstens één wikkeling van minstens één op de busgeleider aangesloten transformator, voor het op de tijdstippen van pulsbeéindiging nagenoeg onveranderd houden van 5 de algebraïsche som van de magnetisaties van de transformatorkernen.

Aan de uitvinding ligt het inventieve inzicht ten grondslag dat het foutief detecteren van spanningspulsen in tijdsleuven waarin geen puls is uitgezonden, wordt veroorzaakt door het niet-ideale gedrag van de transformatoren die op de busgeleider zijn aangesloten. In 10 de niet-oneindige zelfinductie, die een niet-ideale transformator vertoont, welke niet-oneindige zelfinductie in het vervolg zal worden aangeduid als parasitaire zelfinductie, wordt tijdens de spanningspuls energie opgeslagen tengevolge van de magnetisatiestroom. Deze magnetisatiestroom veroorzaakt na beëindiging van de spanningspuls 15 over de basisimpedantie een foutspanning waarvan de polariteit tegengesteld is aan die van de daaraan voorafgaande spanningspuls. De op de bus aangesloten ontvangers nemen in de daarop volgende tijdsleuf deze foutspanning waar, die bij voldoende pulshoogte ten onrechte als spanningspuls geïnterpreteerd zal worden.

20 De compensatiestroomverandering kan in één of meer willekeurige wikkelingen van de aangesloten transformatoren worden opgewekt. Het is mogelijk daarvoor een aparte transformator met compensatiemiddelen aan te sluiten, of de compensatiestroomverandering in een wikkeling van de transformator van het zendende station op te 25 wekken.

Een voordelige uitvoeringsvorm van het telecommunicatiestelsel volgens de uitvinding waarin het ongewijzigd houden van de totale magnetisatie kan geschieden zonder rekening te houden met de looptijden op de busgeleider, is daardoor gekenmerkt dat 30 elk telecommunicatiestation van het stelsel is voorzien van een individuele compensatiestroombron die een compensatiestroom toevoert aan een wikkeling van de transformator van het betreffende station, welke compensatiestroom op de tijdstippen van pulsbeéindiging een verandering vertoont die de magnetisatie van de bijbehorende 35 transformatorkern op die tijdstippen nagenoeg onveranderd houdt.

In deze uitvoeringsvorm wordt in elk telecommunicatiestation de foutspanning gecompenseerd op het moment dat ·>o 5 7 9 «... v 3 V v «m· PHN.11.783 3 de spanningspuls ter plaatse van het betreffende station beëindigd wordt.

Een verdere uitvoeringsvorm van het telecoaaunicatiestelsel volgens de uitvinding waarin bij het opwekken 5 van de compensatiestroomverandering rekening wordt gehouden met de verandering van de amplitude van de spanningspuls door de lijndemping en andere invloeden, is daardoor gekenmerkt dat de compensatiemiddelen zijn voorzien van een integrerend sample-and-hold circuit voor het vaststellen van de pulsspanning op de busgeleider ter plaatse van het 10' betreffende station, en dat de individuele compensatiestroombron stuurbaar is via een op het integrerende sample-and-hold circuit aangesloten stuuringang voor het voortbrengen van een stroomverandering die recht evenredig is met de pulsspanning.

De waarde van de magnetisatiestroom door de parasitaire 15 zelfinductie is gelijk aan het product van de pulshoogte en de pulsduur gedeeld door de waarde van de parasitaire zelfinductie. Omdat de pulsduur en de parasitaire zelfinductie nauwkeurig bekend en constant zijn, kan via meting van de pulshoogte de waarde van de magnetisatiestroom nauwkeurig bepaald worden. Zo nodig kan deze waarde 20 omgerekend worden naar die transformatorwikkeling waarin de compensatiestroomverandering aangebracht wordt. Deze laatste grootheid moet dan gelijk zijn aan de omgerekende magnetisatiestroom.

De uitvinding en haar voordelen worden beschreven aan de hand van de volgende figuren, waarbij gelijke verwijzingscijfers gelijke 25 elementen aanduiden. Daarbij toont: figuur 1 een bekend telecommunicatietoestel met een bus waarop een aantal stations is aangesloten; figuur 2 een grafische voorstelling van de pulsspanning op de bus, de magnetisatiestroom in een transformator en een 30 compensatiestroom; figuur 3 twee uitvoeringsvoorbeelden van de compensatie-inrichting in een station; figuur 4 een uitvoeringsvoorbeeld van een integrerende sample-and-hold schakeling, te gebruiken als spanningsbron voor 35 compensatiestroom; figuur 5 een grafische voorstelling van het verloop van de pulsspanning op de bus, het daarbij behorende verloop van de ïi } * -4 “ 7 C· C w - - V - ^ PHN.11.783 . 4 ), rf magnetisatiestroom en het verloop van de daarbij horende compensatiestroom zoals opgewekt in één der schakelingen volgens figuur 3.

Figuur 1 toont een op zichzelf bekend 5 telecommunicatiestelsel waarin de uitvinding kan worden toegepast. Dit stelsel bevat een twee-aderige bus 2 die aan zijn beide uiteinden is afgesloten met karakteristieke impedanties 2-1 en 2-2. Op bus 2 is een aantal N telecommunicatiestations (terminals) 4-1 tot en met 4-N aangesloten. Van deze terminals is alleen 4-1 in detail getoond, de 10 overige terminals zijn symbolisch weergegeven door hun parasitaire zelfinducties 6-2 tot en met 6-N. Ook de transformator 8 van terminal 4-1 vertoont een parasitaire zelfinductie 6-1. Terminal 4-1 bevat verder een pulszender voor het zenden van pulsvormige signalen op de bus. Deze zender is schematisch weergegeven als een bron van constante spanning 10 15 met een inwendige weerstand 12 die via een pulsschakelaar 14 op de circuitzijdige wikkeling 16 van transformator 8 is aangesloten. Terminal 4-1 bevat voorts een ontvanger 20 voor het ontvangen van pulssignalen die op de bus worden gezonden. Hoewel in principe alle terminals in staat zijn zowel te zenden als te ontvangen, zal worden aangenomen dat., 20 terminal 4-1 de zendende terminal is en de overige terminals 4-2 tot en met 4-N de ontvangende.

In figuur 2 wordt in de bovenste twee grafieken het verloop van de pulsspanning en de magnetisatiestroom weergegeven, waarbij de gestippelde delen het verloop van deze grootheden weergeven, 25 dat zou optreden bij afwezigheid van een compensatiestroom.

De bovenste grafiek van figuur 2 toont het verloop van de spanning op de bus als schakelaar 14 gedurende de pulsduur T gesloten wordt. Tijdens de puls wordt in alle parasitaire zelfinducties 6-1 tot en met 6-N een magnetisatiestroom opgewekt waarvan de eindwaarde per 30 terminal gelijk is aan het product van de pulsspanning V en de pulsduur T gedeeld door de parasitaire zelfinductie L. De totale magnetisatiestroom in het stelsel is dus N x zo groot.

Op het tijdstip van beëindiging van de puls op de bus zal deze magnetisatiestroom over de basisimpedantie R een foutspanning 35 Vf veroorzaken met de waarde:

« _ NVTR

a i λΊ 9 (1) ^ sj ίί w « ia· PHN.11.783 5

Het min-teken in deze foraule duidt aan dat de polariteit van de foutspanning tegengesteld is aan die van de pulsspanning. De foutspanning verloopt daarna exponentieel tot nul met een tijdconstante R gedeeld door L.

5 De Middelste grafiek van figuur 2 toont het verloop van de aagnetisatiestroom in een parasitaire zelfinductie als gevolg van een spanningspuls op de bus. De magnetisatiestroon neemt lineair toe gedurende de puls tot de reeds genoemde eindwaarde; bij afwezigheid van een veranderende compensatiestroom zou de magnetisatiestroom na de puls 10 exponentieel afnenen tot nul met de genoemde tijdconstante.

De onderste grafiek van figuur 2 toont het verloop van een mogelijke compensatiestroom. Deze stroom heeft de waarde nul tot het einde van de puls, waarna deze stroom toeneemt met een bedrag dat evenredig is met de afname van de magnetisatiestroom. Is de 15 magnetisatiestroom berekend met de waarde van de parasitaire zelfinductie zoals gemeten aan de circuitzijdige wikkeling van de transformator en wordt de compensatiestroom door diezelfde wikkeling gestuurd, dan is de compensatiestroomverandering gelijk aan de eindwaarde van de magnetisatiestroom. Wordt de compensatiestroom door 20 een andere wikkeling gestuurd dan verhouden de stromen zich als de aantallen windingen van die wikkelingen. In geval een compensatiestroomverandering zou zijn opgewekt in de wikkeling waarin de magnetisatiestroom loopt, dan zou de foutspanning in het verloop van de pulsspanning (bovenste grafiek van figuur 2) niet aanwezig zijn 25 geweest.

In figuur 3 wordt een uitvoeringsvorm getoond van een terminal voorzien van een compensatie-inrichting volgens de uitvinding.

De zendende terminal samen met de lijnbelasting 24 is weergegeven met referentienummer 22. De zender is symbolisch weergegeven als de 30 samenstelling van twee gelijkspanningsbronnen 10-1 en 10-2 en een pulsschakelaar 36. Spanningsbronnen 10-1 en 10-2 zijn gelijk en hebben tegengestelde polariteit, zodat deze terminal is ingericht voor het afwisselend zenden van een positieve en een negatieve spanningspuls. Daartoe schakelt schakelaar 36 afwisselend één der spanningsbronnen 35 10-1 en 10-2 werkzaam, afhankelijk van de polariteit van de voorafgaande puls. Indien geen puls hoeft te worden uitgezonden staat schakelaar 36 in de middenstand. Het spanningsverloop van de pulsen die door terminal ·?.SM 5 7 o W Vsji «*' « m m»n* ΐ ΡΗΝ.11.783 6 22 worden voortgebracht heeft bijvoorbeeld een gedaante zoals getoond in de bovenste grafiek van figuur 5.

De door zendende terminal 22 voortgebrachte spanningspulsen worden via de bij de ontvangende terminal 26 behorende 5 transformator 8 naar deze terminal overgedragen. In deze ontvangende terminal 26 wordt een compensatiestroom aan de circuitzijdige wikkeling van transformator 8 toegevoerd. Deze compensatiestroom dient zoveel te veranderen dat de verandering in magnetisatiestroom daardoor gecompenseerd wordt.

10 Hiertoe is terminal 26 voorzien van een stuurbare spanningsbron 34 die een uitgangsspanning voortbrengt waarvan de verandering (op het tijdstip van pulsbeëindiging) recht evenredig is met de pulsspanning. Via een weerstand 30 voert deze spanningsbron stroom toe aan de circuitzijdige wikkeling van transformator 8. Bij een 15 juiste keuze van weerstand 30 is de compensatiestroomverandering.dan gelijk aan de (wegvallende) magnetisatiestroom, waardoor de magnetisatie van de ijzerkern van de transformator ongewijzigd blijft.

De stuurbare spanningsbron 34 is bij voorkeur uitgevoerd als een integrerende sample-and-hold schakeling, waarvan de ingangen 40 20 en 42 zijn aangesloten op de circuitzijdige wikkeling van transformator 8. Met deze integrerende sample-and-hold schakeling 34 wordt de pulshoogte van de pulsen op de bus gemeten. Deze schakeling brengt een uitgangsspanning voort waarvan de verandering evenredig is met de gemeten pulshoogte. Omdat de te compenseren magnetisatiestroom ook 25 evenredig is met de pulshoogte kan nu door keuze van weerstand 30 de compensatiestroomverandering zo gekozen worden dat deze gelijk is aan de verandering in de magnetisatiestroom.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van de integrerende sample-and-hold schakeling 34. Deze schakeling is uitgevoerd met twee 30 synchroon bedreven omschakelaars 44 en 46, waarvan de beweegbare contacten zijn verbonden via een condensator 48. Het beweegbare contact van omschakelaar 44 beweegt zich tussen de beide ingangen 40 en 42, het contact van omschakelaar 46 beweegt zich tussen een contactpunt dat verbonden is met ingang 42 en een tweede contactpunt. Beide 35 laatstgenoemde contactpunten zijn verbonden met de ingangen van een operationele versterker 48 waarvan de uitgang via een condensator 50 is teruggekoppeld naar de niet-inverterende ingang, waarmee ook het tweede ^ n 1 ~ 7 Ό

SiJ KJ J - ** • 5- PHN.11.783 7 contactpunt verbonden is. Condensator 50 heeft dezelfde capaciteitswaarde als condensator 48. Op de uitgang van versterker 48 is ook een inverterende versterker 52 met versterkingsfactor gelijk één aangesloten. De uitgang van versterker 52 vormt de uitgang 38 van de 5 gehele schakeling.

Op het sample-tijdstip worden de contacten van schakelaars 44 en 46 vanuit de getekende stand omgelegd, waardoor de lading van de condensatoren 48 en 50 zich gelijkelijk wijzigt. Omdat een teruggekoppelde operationele versterker zijn beide ingangen naar gelijke 10 potentiaal stuurt, zal de niet-inverterende ingang van versterker 50 nulpotentiaal aannemen, zodat de uitgang van deze versterker op de negatieve samplespanning is gekomen. Via versterker 52 vertoont dus uitgang 38 de gesampelde spanning tot aan het volgende sample-tijdstip. Indien versterker 52 met een lage uitgangsimpedantie is uitgevoerd kan 15 schakeling 34 als spanningsbron dienen voor het leveren van de compensatiestroom.

Figuur 5 toont een grafische voorstelling van de pulsspanning Vb op de bus, de bijbehorende magnetiseringsstroom iffl in de parasitaire zelfinductie, en het daarbij behorende verloop van de 20 compensatiestroom ic. Het verloop van de pulsspanning kan opgewekt zijn door de terminal waarin ook de betreffende magnetiseringsstroom wordt teweeggebracht, of door een andere terminal. Aangenomen wordt dat de pulsspanning is die aanwezig is op de circuitzijdige wikkeling van transformator 8, dat iffl de 25 magnetisatiestroom is in diezelfde wikkeling en dat de compensatiestroom ook door die wikkeling wordt geleid.

Zoals reeds beschreven veroorzaken de rechthoekige spanningspulsen een lineair toenemende magnetiseringsstroom waarvan de stroomrichting past bij de polariteit van de (stuwende) spanning. Zowel 30 de grootte als de richting van de verandering van de magnetiseringsstroom ten tijde van de pulsbeêindiging zijn nu bekend. Omdat bekend is dat de compensatiestroomverandering tegengesteld moet zijn aan de magnetiseringsstroom op datzelfde tijdstip, is nu de richting van de compensatiestroom bekend. De grootte van deze stroom 35 wordt bij voorkeur gelijk aan de halve magnetiseringsstroom gekozen, zodat bij het pulseinde alleen de richting van de compensatiestroom omdraait. Dit proces herhaalt zich bij elk pulseinde zodat aldus het : " ' 1 λ 7 v ' ~J * ~~ % s PHN.11.783 8 verloop volgens figuur 5 ontstaat.

Er zij op gewezen dat het niet noodzakelijk is voor een goed functioneren van de inrichting volgens de uitvinding dat de compensatiestroom symmetrisch ten opzichte van stroom nul is. De gehele 5 curve die het stroomverloop ic representeert mag over een willekeurige vertikale afstand verschoven worden. Dit heeft slechts tot gevolg dat de maximale magnetische flux door de transformatorkern een hogere waarde aanneemt. Voor de compensatie van de foutspanning echter is alleen de verandering in de compensatiestroom van belang.

. , λ j! y r J-jr J ' y i •hj / dsn

Claims (7)

1. Telecommunicatiestelsel, omvattende een busgeleider en een aantal telecoaaunicatiestations die elk via een transformator op de busgeleider zijn aangesloten, in welk stelsel de communicatie plaats vindt door middel van een via de busgeleider over te dragen pulssignaal 5 dat elkaar opvolgende spanningspulsen van tegengestelde polariteit bevat, met het kenmerk, dat het stelsel is voorzien van compensatiemiddelen voor het opwekken van een compensatiestroomverandering in minstens één wikkeling van minstens één op de busgeleider aangesloten transformator, voor het op de 10 tijdstippen van pulsbeéindiging nagenoeg onveranderd houden van de algebraïsche som van de magnetisaties van de transformatorkernen.

2. Telecommunicatiestelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk telecommunicatiestation van het stelsel is voorzien van een individuele compensatiestroombron die een compensatiestroom toevoert 15 aan een wikkeling van de transformator van het betreffende station, welke compensatiestroom op de tijdstippen van pulsbeéindiging een verandering vertoont die de magnetisatie van de bijbehorende transformatorkern op die tijdstippen nagenoeg onveranderd houdt.

3. Telecommunicatiestelsel volgens conclusie 2, met het 20 kenmerk, dat de compensatiemiddelen zijn voorzien van een integrerend sample-and-hold circuit voor het vaststellen van de pulsspanning op de busgeleider ter plaatse van het betreffende station, en dat de individuele compensatiestroombron stuurbaar is via een op het integrerende sample-and-hold circuit aangesloten stuuringang voor het 25 voortbrengen van een stroomverandering die recht evenredig is met de pulsspanning.

4. Telecommunicatiestelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het pulssignaal op de busgeleider wordt gevormd door elkaar opvolgende pulsen van afwisselende polariteit, en 30 dat de compensatiestroom op de tijdstippen van pulsbeéindiging van richting omkeert doch waarvan de absolute waarde op die tijdstippen onveranderd blijft.

5. Telecommunicatiestelsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de compensatiestroom wordt gevoerd door 35 een niet op de busgeleider aangesloten wikkeling van de transformator.

6. Telecommunicatiestelsel volgens één der conclusies 2 tot en met 5, met het kenmerk, dat de individuele :. .¾ A 1 5 7 V . J J S PHN.11.783 10 compensatiestroombronnen een uitgangsimpedantie hebben die veel groter is dan de impedantie van de busgeleider zoals waargenomen vanuit de op die bron aangesloten transformatorwikkeling.

7. Telecommunicatiestation geschikt voor gebruik in een 5 telecommunicatiestelsel volgens één der conclusies 2 tot en met 6. ** :¾ 1 “I ƒ J •rx: -J 'ÏJ 3 « 6*