Opis patentowy opublikowano: 15. 01. 1981 108759 Int. Cl.2 H04H 7/00 H03K 17/16 CZYieiNtA] N- «fc Wjiwm I ^^J^^^^^^^^J Twórca wynalazku: Miklós Magyar, József Danilovics, Barnabas Kiss Uprawniony z patentu: Elektroakusztikai Gyar, Budapeszt (Wegry) Elektroniczny uklad laczeniowy sterowany cyfrowo, zwlaszcza do przelaczania torów fonicznych, stosowany w technice studyjnej Przedmiotem wynalazuk jest elektroniczny uklad laczeniowy sterowany cyfrowo, zwlaszcza do prze¬ laczania torów fonicznych, stosowany w technice stydyjnej.W technice studyjnej zwykle zachodzi potrzeba realizacji polaczenia pomiedzy okreslonym zródlem, wybranym z wielkiej liczby zródel sygnalów i okreslonym uzytkownikiem, wybranym z wiel¬ kiej liczby uzytkowników, wykorzystujacym syg¬ naly z tego' zródla — w zaleznosci od potrzeb, wynikajacych z przebiegu audycji danego progra¬ mu radiofonicznego.W stosunku do ukladów laczeniowych, zwanych macierzami fonicznymi lub inaczej krosownicami realizujacych wyzej wspomniane polaczenia, sta¬ wiane sa coraz wyzsze wymagania, poniewaz sy¬ stemy foniczne staja sie coraz bardziej rozbudo¬ wane i zlozone.Dotychczas przelaczen tych dokonywano recznie na pulpitach sterowniczych. Obsluga pulpitów ste¬ rowniczych, przeznaczonych do tego celu, jest jed¬ nakze — równiez i w przypadku, gdy liczba zródel sygnalów i liczba uzytkowników jest niewielka — bardzo uciazliwa ze wzgledu na konstrukcje pul¬ pitu i jego skomplikowane okablowanie. Uzytkow¬ nik mógl wybrac zródlo sygnalu ze swego obszaru manipulacji (rozdzielczej tablicy studyjnej) dopiero po wykonaniu recznej operacji sterowania, lub po wlaczeniu oddzielnego elementu sterujacego. Na skutek tego powstawalo wiele trudnosci, gdy za¬ chodzila koniecznosc zmiany tresci programu w ciagu krótkiego okresu czasu.Zarówno w radiofonii jak i w przypadku emi¬ towania programów telewizyjnych, stawalo sie co- 5 raz bardziej niezbednym zaprojektowanie szybko- dzialajacyeh, charakteryzujacych sie duza nieza¬ wodnoscia, zdalnie sterowanych ukladów macie¬ rzowych. Tak wiec zostaly opracowane róznorodne uklady laczeniowe, zawierajace elementy, urucha- 10 miane magnetycznie (przekazniki elektromagnety¬ czne). Poniewaz te uklady elektryczne moga byc zdalnie sterowanymi, ich obsluga jest na skutek tego latwiejsza. Jednoczesnie jednak wynikly trud¬ nosci eksploatacyjne, bedace rezultatem blednych 15 zadzialan styków przelaczników.W celu podwyzszenia niezawodnosci dzialania tych urzadzen, stosuje sie ostatnio przekazniki o zwiekszonej niezawodnosci pracy. Pomimo tego 20 najnowoczesniejsze macierzowe uklady laczeniowe zawierajace magnetyczne elementy przelaczajace, odznaczaja sie wieloma niedogodnosciami. Ich nie¬ zawodnosc jest ograniczona, z jednej strony, na skutek wystepowania w nich ruchomych mecha- 25 nicznych elementów skladowych, z drugiej zas strony sa one podatne na pola i zaklócenia magne¬ tyczne wywolujace, jezeli nie sa stosowane zabez¬ pieczajace elementy dodatkowe, usterki w pracy ukladów. Przy tym ich pobór nergii elektrycznej 30 jest duzy, a poza tym nie moga one zostac bez- 108 759108 759 3 posrednio zastosowane w ukladach sterowania cyf¬ rowego.Jezeli uwzglednic fakt, ze po to, aby zapewnic mozliwosc sterowania cyfrowego, niezbednym jest wbudowanie dodatkowych elementów przelaczaja¬ cych, wówczas okazuje sie, ze tak zaprojektowane uklady laczeniowe, wzglednie na ich podstawie opracowane macierzowe uklady laczeniowe, sa bardzo drogie.Ostatnio starania ida w kierunku zastosowania macierzowych ukladów laczeniowych, zbudowanych przy wykorzystywaniu jedynie elektronicznych elementów pólprzewodnikowych. W ten sposób opracowane uklady laczeniowe odznaczaja sie jed¬ nak innym^niedogodnosciami. Najistotniejsza z nich polega na ty*n, ze znaczna czesc sygnalu steruja¬ cego elementem pólprzewodnikowym przechodzi na zalaczana linie i rfciesza sie z sygnalem uzytecz- nyni"wgranego zródla sygnalu.Zjawisko to wystepuje po stronie uzytkownika jako pasozytniczy sygnal zaklócajacy, a na odcin¬ kach toru o czestotliwosci akustycznej przejawia sie on jako trzask. Dalsze niedogodnosci znanych konstrukcji polegaja na tym, ze przelaczany po¬ ziom sygnalu — przy znieksztalceniach, bedacych do pominiecia — nie przekracza 10—20 dB, co prowadzi do pogorszenia stosunku sygnalu do szu¬ mu, przy czym tlumiennosc przelaczania tych ukladów (60—70 dB) nie zawsze jest wystarczajaca.Przytoczone wyzej uwagi dotycza równiez zna¬ nych dotychczas ukladów laczeniowych, produko¬ wanych przez firmy Siemens, Telefunken, Rich¬ mond Hill Labor, Elektroakustische Werke itd, Wymagania, stawiane wspólczesnemu ukladowi laczeniowemu, stosowanemu w technice studyjnej, zwiazanej z przelaczeniami (komutacja) sygnalów fonicznych, mozna ujac w sposób nastepujacy: — uklad laczeniowy nie powinien zawierac zad¬ nych ruchomych magnetycznych elementów przelaczajacych, w jego sklad musza wchodzic jedynie elementy elektroniczne; — zalaczaniu i wylaczaniu nie powinno towarzy¬ szyc wytworzenie jakiegokolwiek sygnalu za¬ klócajacego, a w torze fonicznym nie powinien byc slyszalny jakikolwiek trzask; — przelaczany sygnal powinien miec poziom rze¬ du +C, +12 dBm; — uklad nie powinien wywierac na przechodzacy przez niego sygnal zadnych oddzialywan znie¬ ksztalcajacych; — szumy wytwarzane przez uklad przelaczajacy nie powinny pogarszac stosunku sygnal/szum w zalaczanej linii; — elementy przelaczajace powinny byc sterowane bezposrednio za pomoca znormalizowanego syg¬ nalu cyfrowego; — elementy przelaczajace nie powinny pobierac du¬ zej energii elektrycznej; — uklad powinien byc tanszy od ukladu laczenio¬ wego o takim samym przeznaczeniu, lecz zawie¬ rajacego elementy elektromagnetyczne z zesty¬ kami nuchomymi.Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogod¬ nosci wlasciwych znanym rozwiazaniom konstruk¬ cyjnym. Natomiast zadaniem wynalazku jest za¬ projektowanie ukladu laczeniowego, spelniajacego postawione wyzej wymagania, umozliwiajacego wy¬ twarzanie lacznic fonicznych, przewyzszajacych wa¬ lorami uzytkowymi, eksploatacyjnymi i technolo- 5 gicznymi znane dotychczas rozwiazania konstruk¬ cyjne.Zadanie zostalo zrealizowane w wyniku zapro¬ jektowania elektronicznego ukladu laczeniowego sterowanego cyfrowo, zawierajacego aktywne ele- io menty przelaczajace oraz wzmacniacz operacyjny.Wedlug wynalazku uklad zawiera, zalaczona w ga¬ lezi poprzecznej symetrycznego czwórnika bloku przelaczajacego o symetrycznym wejsciu, stanowia¬ cym wejscie ukladu laczeniowego, i symetrycznym 15 wyjsciu, co najmniej jedna pare elementów aktyw¬ nych, korzystnie przelaczajacych elementów pól¬ przewodnikowych, komparator, sterujacy przela¬ czajacymi elementami pólprzewodnikowymi, które¬ go wyjscie jest polaczone z elektrodami steruja- 20 cymi elementów przelaczajacych, oraz wzmacniacz róznicowy o symetrycznym wejsciu, dolaczonym do wyjscia bloku przelaczajacego, i niesymetrycz¬ nym wyjsciu, stanowiacym wyjscie ukladu lacze¬ niowego. Miedzy symetrycznym wyjsciem bloku 25 przelaczajacego a symetrycznym wejsciem wzmac¬ niacza róznicowego zalaczony jest separator o sy¬ metrycznym wejsciu i symetrycznym wyjsciu. Do¬ laczony do bloku przelaczajacego komparator ma dwa wejscia, do których doprowadzane sa sygnaly 30 sterujace, oraz trzecie wejscie, do którego dopro¬ wadzane jest napiecie odniesienia, okreslajace mo¬ ment zadzialania komparatora.Rozwiazanie wedlug wynalazku jest blizej ob¬ jasnione w przykladzie realizacji na rysunku, na 35 którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukla¬ du wedlug wynalazku, a fig. 2 — schemat ideowy jednego z przykladów mozliwej realizacji wyna¬ lazku.Blok I obwodu przelaczajacego o symetrycznym 40 wejsciu A, B i wejsciu sterujacym K zawiera aktywne elementy pólprzewodnikowe 1, realizujace przelaczenie programowego sygnalu wejsciowego, doprowadzanego ze zródla sygnalu programowego o symetrycznym wyjsciu do wejscia A, B ukladu 45 laczeniowego. Obwód przelaczajacy jest zrealizo¬ wany w ukladzie, czwórnika typu podwójnego TV Aktywne pólprzewodnikowe elementy 1 przelacza¬ jace zalaczone w poprzecznej galezi czwórnika za¬ pewniaja przejscie sygnalu programowego na wyj- 50 scie ukladu wówczas, gdy sygnal sterujacy dopro¬ wadzony do wejscia sterujacego K bloku I pod¬ trzymuje te elementy w stanie zatkania. Natomiast sygnal wejsciowy doprowadzany do wejscia A, B jest wytlumiany w bloku I wówczas, gdy sygnal 55 sterujacy doprowadzony do wejscia K utrzymuje przelaczajace elementy pólprzewodnikowe w stanie przewodzenia.Sygnal sterujacy, doprowadzany do wejscia ste¬ rujacego K bloku przelaczajacaego I, podawany jest 60 na elektrody sterujace pólprzewodnikowych ele¬ mentów przelaczajacych w jednakowej fazie. Na skutek tego wytworzony w momencie przelaczenia sygnal zaklócajacy, który w innych znanych do¬ tychczas ukladach przejawial sie po stronie odbior- 65 cy sygnalu w postaci slyszalnego trzasku, pojawia108 759 sie na dwóch koncówkach wyjsciowych bloku I w postaci skladowych jednakowych co do poziomu i fazy.Symetryczne wyjscie bloku przelaczajacego I jest podlaczone do symetrycznego wejscia bloku II se- 5 paratora. Symetryczne wyjscie separatora II jest podlaczone do symetrycznego wejscia bloku III wzmacniacza róznicowego o niesymetrycznym wyj¬ sciu C.Gdy blok I ustawiony jest sygnalem sterujacym 10 w stan zalaczenia, sygnal programowy doprowa¬ dzany do zacisków wejsciowych A, B lacznicy prze¬ chodzi na wejscie bloku III wzmacniacza róznico¬ wego, a nastepnie — do wyjscia C z przeznacze¬ niem dlaodbiorcy. 15 Skladowe zaklócajace, nalozone na sygnal uzy¬ teczny, powstajace w momencie przelaczenia, za pomoca sygnalu sterujacego, obwodu przelaczaja¬ cego bloku I ze stanu przewodzenia elementów przelaczajacych w stan nieprzewodzenia, sa dopro- 20 wadzane do koncówek wejsciowych bloku III wzmacniacza róznicowego w jednakowej fazie. Te skladowe zaklócajace sa wytlumiane przez wzmac¬ niacz róznicowy, przy czym skutecznosc wytlumia¬ nia tych skladowych zalezy od faktycznej róznicy ^ faz dwóch skladowych sygnalu doprowadzanych do dwóch koncówek wejsciowych wzmacniacza rózni¬ cowego, co, z kolei, zalezy od tego, na ile mozli¬ wym jest praktyczne zapewnienie symetrii obwo¬ dów, w których nastepuje przetwarzanie tych skla- 30 dowych.Separator II odgrywa- podwójna role. Z jednej strony zapewnia dopasowanie impedancji dla skla¬ dowych szumowych. Z drugiej zas strony zapew¬ nia on to, ze niezaleznie od stanu zalaczenia lub 35 wylaczenia bloku przelaczajacego I wzmocnienie wzmacniacza róznicowego pozostaje takie same.Separator II zawiera dwa symetrycznie zalaczone identyczne wzmacniacze o duzej impedancji wej¬ sciowej i wzmocnieniu równym jednosci. Nie 40 wprowadzaja one przesuniec fazowych skladowych przesylanego sygnalu. W bloku separatora II mo¬ ga byc wykorzystane dobrze znane wtórniki emi- terowe.Do wejscia K bloku przelaczajacego I dolaczony 45 jest blok IV komparatora. Blok IV komparatora ma dwa wejscia D, E, do których sa doprowadzane sygnaly sterujace. Sygnaly sterujace, doprowadza¬ ne do bloku IV komparatora moga byc sygnalami logicznymi. Do trzeciego wejscia komparatora IV 50 laczem F doprowadzane jest napiecie odniesie¬ nia UR, ustalajace próg zadzialania komparatora.Komparator IV moze byc zrealizowany w dowol¬ nym ukladzie logicznym, na przyklad, z zastoso¬ waniem tranzystorowo-tranzystorowych elementów 55 logicznych lub elementów logicznych o wysokim poziomie sygnalów. Dzieki temu moze byc zapew¬ niona mozliwosc uzyskania, poprzez wybór warto¬ sci napiecia odniesienia UR, odpowiednich sygna¬ lów wysterowujacych obwód przelaczajacy bloku 60 przelaczajacego I, doprowadzanych do wejscia K bloku I, a nastepnie do elektrod sterujacych ele¬ mentów przelaczajacych 1, zapewniajacych usta¬ wienie tych elementów w stan przewodzenia, gdy zachodzi potrzeba odlaczenia okreslonego zródla 65 sygnalu programowego od okreslonego odbiorcy, i w stan zatkania, gdy zachodzi potrzeba przeka¬ zania sygnalu programowego z tego zródla do da¬ nego odbiorcy.Sygnal sterujacy doprowadzany z wejscia K do elektrod sterujacych pólprzewodnikowych elemen¬ tów przelaczajacych 1, powodujacy ustawienie blo¬ ku przelaczajacego I w stan zalaczenia, umozliwia przenoszenie sygnalu programowego o poziomie + o, +12 dB z wejscia A, B do wyjscia C ukladu laczeniowego.Dzieki zastosowaniu ukladu laczeniowego wedlug wynalazku, którego poszczególne bloki maja budo¬ we symetryczna, sa wytlumiane powstajace w ukla¬ dzie skladowe zaklócajace, co polepsza parametry eksploatacyjne urzadzenia, w którego sklad wcho¬ dza takie uklady laczeniowe, a poza tym eliminuje sie mozliwosc powstawania znieksztalcen wtórnych, wlasciwych wiekszosci obwodów przelaczajacych, opartych na zastosowaniu elementów pólprzewod¬ nikowych. Tak wiec dzieki zastosowaniu rozwia¬ zania wedlug wynalazku uzyskuje sie to, ze zmie¬ rzony na wyjsciu poziom skladowej zaklócajacej, wywolanej oddzialywaniem sygnalu sterujacego na obwody przelaczajace, wynosi od — 70 dB do —80 dB, co w przypadku przesylania sygnalu uzytecz¬ nego o poziomie +12 dB nie pogarsza jakosci ze¬ stawionego polaczenia.Korzystnym jest zastosowac w bloku przelacza¬ jacym I druga pare aktywnych przelaczajacych elementów pólprzewodnikowych 1, zalaczonych w galezi bocznikujacej czwórnik, zrealizowany w ukladzie podwójnego T. W przypadku zastoso¬ wania jednej pary aktywnych elementów pólprze¬ wodnikowych, na przyklad tranzystorów krzemo¬ wych, tlumienie skladowych zaklócajacych, wywo¬ lanych oddzialywaniem sygnalów sterujacych, wy¬ nosi od 70 dB do 80 dB.W przypadku zastosowania dwóch par elemen¬ tów przelaczajacych, zalaczonych tak, jak to zostalo pokazane na fig. 2, zapewnia sie znacznie wieksze wytlumienie tych skladowych zaklócajacych, wy¬ starczajace na to, aby takie uklady byly uznane za nadajace sie do zastosowania w przelacznicach torów fonicznych w rozglosniach radiowych i tele¬ wizyjnych. Minimalny poziom skladowych szumo¬ wych, mierzony w wartosciach skutecznych napie¬ cia, na wyjsciu ukladu laczeniowego z dwoma parami elementów przelaczajacych wynosi co naj¬ wyzej — 100 dB w przypadku ustawienia bloku przelaczajacego I w stan wylaczenia, i co najwy¬ zej — 96 dB — przy ustawieniu tego bloku w stan zalaczenia. Tak wiec w odniesieniu do stosowanych w technice studyjnej poziomów sygnalów uzytecz¬ nych, przesylanych torami fonicznymi, równiez w przypadku zastosowania ukladu wedlug wyna¬ lazku w lacznicach wielowyjsciowych i wielowej- sciowych, na przyklad 100X100, mozna zapewnic na odcinku lacza zródlo sygnalu — tlumik korzyst¬ ny stosunek sygnal/szum, wynoszacy co najmniej 90 dB. Przy tym przy konstruowaniu i wytwarza¬ niu lacznic nie ma potrzeby zastosowania specjal¬ nych dobranych przelaczajacych elementów pól¬ przewodnikowych, odznaczajacych sie korzystnymi parametrami szumowymi. Nie jest równiez warun-7 108 759 8 kiem koniecznym zastosowanie ukladów scalonych.Ta wlasciwosc ukladu wedlug wynalazku i pro¬ stota jego budowy czynia to, ze lacznice fonicznych torów, stosowane w technice studyjnej, zbudowane z wykorzystaniem tych ukladów przelaczajacych, odznaczaja sie lepszymi parametrami technicznymi i lepszymi walorami eksploatacyjnymi, niz lacznice zbudowane na elektromagnetycznych elementach przelaczajacych.Uklad wedlug wynalazku, zrealizowany wedlug schematu przedstawionego na fig. 2, wymaga, aby zapewniona byla maksymalna symetria ukladu.Przy konstruowaniu lacznic torów fonicznych, opartych na zastosowaniu ukladów laczeniowych wedlug wynalazku, nalezy przewidziec miedzy po¬ szczególnymi obwodami elektrycznymi ekrany, zmniejszajace pasozytnicze rozproszenie pojemno¬ sciowe, którego istnienie powoduje zmniejszenie praktycznie mozliwego do uzyskania tlumienia skladowych zaklócajacych, w szczególnosci w za¬ kresie wyzszych czestotliwosci przenoszonego pas¬ ma. Czas zadzialania ukladu wedlug wynalazku jest bardzo maly — rzedu kilku mikrosekund, a po¬ bierany przez niego prad jest rzedu kilku mili- amperów.Uklad wedlug wynalazku nadaje sie do zastoso¬ wania w dowolnych systemach zdalnego sterowa¬ nia, w tym równiez w systemach sterowania, opar¬ tych na wykorzystaniu maszyn cyfrowych. PL