WO1993018609A1 - Schaltungsanordnung zur überlagerung von kleinen, energiearmen und grossen, wesentlich energiereicheren signalen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur überlagerung von kleinen, energiearmen und grossen, wesentlich energiereicheren signalen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a Heidelbergungsanord ⁇ voltage for superposition of small, low-energy and large, essentially higher energy signals, in particular for Studentstra ⁇ supply of voice signals with 'a DC signal for the Fern ⁇ feeding of a receiver circuit or with a energierei ⁇ chen alternating signal z.
  • B. a call alternating voltage for a signaling, in which an operational amplifier is provided, at one input of which a pole of a source supplying the small signal is applied and whose operating voltage inputs are connected to a supply voltage source.
  • the overlay z. B. of speech signals and supply voltage usually performed with the help of a transformer
  • the z. B. a call alternating voltage in a telephone system is even supplied to the subscriber lines via a relay.
  • the speech signal source is completely disconnected from the subscriber lines. Since both transformers and relays are relatively large and expensive components and, above all, relays as mechanical components are strongly exposed to wear, corresponding disadvantages result from the use of such components.
  • the known SLIC (subs ⁇ riber line interface cir ⁇ uit) attempts to solve this problem in such a way that the subscriber lines are controlled by integrated amplifiers, the output voltage range of these amplifiers covering the entire small input and large signal modulation range of the subscriber line must contain.
  • the circuits must therefore be constructed using a technology whose dielectric strength must correspond to the largest signal that occurs. These are typically 48V to 60V for the remote supply and up to 180V * E « ⁇ » for the ringing alternating voltage, whereas the alternating voltage is in the range of 2 - 3V PP .
  • this implementation however, there is inevitably the disadvantage of a very large power loss at the 180 V operational amplifiers, whereby very large transistors must also be used due to the required dielectric strength. so that only a few functions can be integrated on a chip of reasonable size.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning which makes it possible in a simple manner to use low-energy, weak signals, e.g. B. Spre ⁇ hsignale, and energy-rich signals and DC voltages to be transmitted on a subscriber line without the need for transformers and relays would be necessary and in which particularly voltage-resistant operational amplifiers can be dispensed with.
  • low-energy, weak signals e.g. B. Spre ⁇ hsignale
  • energy-rich signals and DC voltages to be transmitted on a subscriber line without the need for transformers and relays would be necessary and in which particularly voltage-resistant operational amplifiers can be dispensed with.
  • the second pole of the source providing the low-energy signals is connected to the second input of the operational amplifier and a pole of a source providing higher-energy signals is connected to one pole of the supply voltage source.
  • the transmission of the voice signals to the differential voltage inputs of the isolated amplifier (s) can be done in any way, e.g. B. capacitive, galvanic or optical, either analog or digitally modulated or unmodulated.
  • a pole of the source supplying higher-energy signals is connected to an input of the operational amplifier, to which a pole of the supply voltage source is also connected.
  • a pole of the source supplying higher-energy signals is connected to an operating voltage input of the operational amplifier.
  • the source supplying higher-energy signals is formed by a clocked voltage converter, at whose control input a control signal is present.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a posture arrangement according to the invention
  • Fig. 2 shows schematically a further embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • Fig. 3 schematically shows a source for generating an energy-rich signal.
  • a signal source 2 for generating small, low-energy signals is connected to the two signal inputs + and - of an operational amplifier 1 with a predetermined gain, a resistor R1 being interposed. Furthermore, a source 3 for supplying high-energy signals with one of its poles is also connected to the signal input + of the operational amplifier 1.
  • the one poles of two supply voltage sources VI, V2 are also connected to this input + of the operational amplifier 1, as a result of which the supply voltage is related to the input of the operational amplifier 1.
  • the output of the operational amplifier 1 is fed back to the inverting input via a resistor R2.
  • the decrease in the output voltage U a takes place against the reference potential of the source 3 for supplying the high-energy signals.
  • the source 2 for supplying the low-energy signals is also connected to the inverting input - and the non-inverting input of the operational amplifier 1.
  • the source 3 for supplying the energy-rich signals is connected to an operating voltage input of the operational amplifier 1, to which input a pole of a supply voltage source V is also connected, the second pole of which is connected to the second operating voltage input of the operational amplifier 1 is.
  • the output voltage U « is also decreased in this embodiment. against the reference potential of source 3 for supplying the high-energy signals.
  • FIG. 3 An example of a source 3 for supplying high-energy signals is shown in FIG. 3.
  • a signal source 4 which supplies weak signals, controls a pulse width modulator 5, which controls switches 6 and 7, which are usually designed as electronic switches, of a clocked voltage converter 8.
  • This voltage converter can be designed in any way.
  • the voltage converter 8 is formed by a series connection of a choke 9 and a capacitor 10, the decrease in the amplified signal voltage at the point of connection of the choke 9 with the capacitor 10 taking place against a reference potential.

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Abstract

Schaltungsanordnung zur Überlagerung von kleinen, energiearmen (2) und grossen, wesentlich energiereicheren (3) Signalen insbesondere zur Übertragung von Sprachsignalen mit einem Gleichsignal für die Fernspeisung einer Empfängerschaltung oder mit einem energiereichen Wechselsignal, z.B. einer Rufwechselspannung für eine Signalisierung, bei der ein Operationsverstärker (1) vorgesehen ist, an dessen einem Eingang ein Pol einer das kleine Signal liefernde Quelle angelegt ist und dessen Betriebsspannungseingänge mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Um bei einer solchen Schaltungsanordnung energiearme schwache Signale, z.B. Sprechsignale, und energiereiche Signale und Gleichspannungen auf einer Teilnehmerleitung mittels einfacher Bauteile übertragen zu können, ist vorgesehen, dass der zweite Pol der Quelle (2) des kleinen Signales mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist und ein Pol einer Quelle (3) zur Lieferung energiereicher Signale mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle (V) verbunden ist.

Description

Beschreibung:
Schaltungsanordnung zur Überlagerung von kleinen, energiearmen und großen, wesentlich energiereiσheren Signalen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord¬ nung zur Überlagerung von kleinen, energiearmen und großen, wesentlich energiereicheren Signalen insbesondere zur Übertra¬ gung von Sprachsignalen mit ' einem Gleichsignal für die Fern¬ speisung einer Empfängerschaltung oder mit einem energierei¬ chen Wechselsignal, z. B. einer RufwechselSpannung für eine Si¬ gnalisierung, bei der ein Operationsverstärker vorgesehen ist, an dessen einem Eingang ein Pol einer das kleine Signal lie¬ fernde Quelle angelegt ist und dessen Betriebsspannungsein- gänge mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Derzeit wird die Überlagerung z. B. von Sprachsignalen und Speisespannung meist mit Hilfe eines Transformators durch¬ geführt, wobei die z. B. eine RufWechselspannung bei einem Te¬ lefonsystem überhaupt über ein Relais den Teilnehmerleitungen zugeführt wird. Während dieser Zeit ist die Sprachsignalquelle von den Teilnehmerleitungen gänzlich abgetrennt. Da sowohl Transformatoren als auch Relais relativ große und teure Bau¬ teile sind und vor allem Relais als mechanische Bauteile dem Verschleiß stark ausgesetzt sind, ergeben sich durch die Ver¬ wendung solcher Bauteile entsprechende Nachteile.
Mit den bekannten SLIC (subsσriber line interface cirσuit) wird eine Lösung dieses Problems in der Weise ver¬ sucht, daß die Teilnehmerleitungen von integrierten Verstär¬ kern angesteuert werden, wobei der Ausgangsspannungsbereich dieser Verstärker den gesamten Kl.ein- und Großsignalaussteuer¬ bereich der Teilnehmerleitung enthalten muß. Die Schaltkreise müssen daher in einer Technologie aufgebaut werden, deren Spannungsfestigkeit dem größten auftretenden Signal entspre¬ chen muß. Das sind typischerweise 48V bis 60V für die Fern¬ speisung und bis zu 180V*E«Ϊ» für die Rufwechselspannung, wogegen die Spraσhwechselspannung im Bereich von 2 - 3VPP liegt. Bei dieser Realisierung ergibt sich jedoch zwangsläufig der Nach¬ teil einer sehr großen Verlustleistung an den 180V Operations¬ verstärkern, wobei auch aufgrund der erforderlichen Spannungs- festigkeit sehr große Transistoren verwendet werden müssen, sodaß nur wenige Funktionen auf einem Chip vertretbarer Größe integriert werden können.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermei¬ den und eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die es auf einfache Weise ermöglicht energie¬ arme schwache Signale, z. B. Spreσhsignale, und energiereiσhe Signale und Gleichspannungen auf einer Teilnehmerleitung zu übertragen, ohne daß hiezu Transformatoren und Relais erfor¬ derlich wären und bei der auch auf besonders spannungsfeste Operationsverstärker verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der zweite Pol der die energiearmen Signale liefernden Quelle mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist und ein Pol einer energiereichere Signale liefernden Quelle mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle-verbunden ist.
Durch diese Maßnahmen ist es z. B. möglich eine oder beide Adern einer Teilnehmerleitung in einem Telefonsystem von Operationsverstärkern anzusteuern, deren AusSteuerbereich und damit auch deren VersorgungsSpannung, die die auftretende Ver¬ lustleistung wesentlich mitbestimmt, nur auf die auftretenden kleinen Signale, z. B. des Sprachsignales, abgestimmt sind, und die von den übrigen Schaltungsteilen so isoliert sind, daß de¬ ren Versorgungsspannungsbezugspotential mit einer Quelle der energiereichen Signale verbunden werden kann.
Die Übertragung der Sprachsignale auf die Differenz¬ spannungseingänge des bzw. der isolierten Verstärker kann da¬ bei in beliebiger Weise, z. B. kapazitiv, galvansich oder op¬ tisch, entweder analog oder digital moduliert oder unmoduliert erfolgen.
Zur Vergrößerung der Spanungsaussteuerbarkeit eines Operationsverstärkers wurde auch schon vorgeschlagen, die Ver¬ sorgungsspannung auf die AusgangsSpannung zu beziehen, wobei die Versorgungsspannungsquelle mit dem Ausgang des Operations¬ verstärkers verbunden ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß ein Pol der energiereichere Signale liefernden Quelle mit einem Eingang des Operationsvertarkers verbunden ist, mit dem auch ein Pol der Versorgungssipannungsquelle in Verbindung steht. Durch diese Maßnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Weiters kann auch vorgesehen sein, daß ein Pol der energiereichere Signale liefernden Quelle mit einem Betriebs¬ spannungseingang des Operationsverstärkers verbunden ist.
Dadurch kommt es zu einer Überlagerung der Versor¬ gungsspannung mit den energiereicheren Signalen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß die energiereichere Signale liefernde Quelle durch einen getakteten Spannungswandler gebildet ist, an des¬ sen Steuereingang ein Steuersignal anliegt.
Auf diese Weise ergibt sich ein sehr hoher Wirkungs¬ grad der Quelle für die energiereicheren Signale, wodurch keine speziellen Bauformen von Kühlkörpern erfoderlich sind.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher er¬ läutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sσhaltungsanordnung,
Fig. 2 schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
Fig. 3 schematisch eine Quelle zur Erzeugung eines energiereichen Signales.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist an die beiden Signaleingänge + und - eines Operationsverstärkers 1 mit vorgegebener Verstärkung eine Signalquelle 2 zur Erzeugung kleiner, energiearmer Signale angeschlossen, wobei ein Wider¬ stand Rl zwischengeschaltet ist. Weiters ist an den Signalein¬ gang + des Operationsverstärkers 1 auch noch eine Quelle 3 zur Lieferung von energiereichen Signalen mit einem ihrer Pole an¬ geschlossen.
An diesem Eingang + des Operationsverstärkers 1 sind auch die einen Pole zweier Versorgungsspannungsquellen VI, V2 angeschlossen, wodurch die VersorgungsSpannung auf den Eingang des Operationsverstärkers 1 bezogen ist.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 1 ist über einen Widerstand R2 an den invertierenden Eingang - rückgekop¬ pelt.
Die Abnahme der AusgangsSpannung Ua erfolgt gegen das Bezugspotential der Quelle 3 zur Lieferung der energiereichen Signale. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist die Quelle 2 zur Lieferung der energiearmen Signale ebenfalls mit dem invertierenden Eingang - und dem nicht-invertierenden Ein gang des Operationsverstärkers 1 verbunden. Die Quelle 3 zur Lieferung der energiereiσhen Signale ist bei dieser Ausfüh¬ rungsform jedoch mit einem Betriebsspannungseingang des Opera¬ tionsverstärkers 1 verbunden, an welchem Eingang auch ein Pol einer Versorgungsspannungsquelle V angeschlossen ist, deren zweiter Pol mit dem zweiten Betriebsspannungseingang des Ope¬ rationsverstärkers 1 verbunden ist.
Auch bei dieser Ausführungsform erfolgt die Abnahme der AusgangsSpannung U«. gegen das Bezugspotential der Quelle 3 zur Lieferung der energiereichen Signale.
Ein Beispiel einer Quelle 3 zur Lieferung von ener¬ giereichen Signalen ist in der Fig. 3 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform steuert eine Signalquelle 4, die schwache Signale liefert, einen Puls eitenmodulator 5, der Schalter 6 und 7, die üblicherweise als elektronische Schalter ausgebildet sind, eines getakteten Spannungswand- lers 8 steuert. Dieser Spannungswandler kann in beliebiger Weise ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Spannungswandler 8 durch eine Reihenschaltung einer Drossel 9 und eines Kondensators 10 gebildet, wobei die Ab¬ nahme der verstärkten Signalspannung an dem Verbindungspunkt der Drossel 9 mit dem Kondensator 10 gegen ein Bezugspotenial erfolgt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Schaltungsanordnung zur Überlagerung von kleinen, energie¬ armen und großen, wesentlich energiereicheren Signalen insbe¬ sondere zur Übertragung von Sprachsignalen mit einem Gleichsi¬ gnal für die Fernspeisung einer Empfängerschaltung oder mit einem energiereichen Wechselsignal, z. B. einer Ruf echselspan- nung für eine Signalisierung, bei der ein Operationsverstärker vorgesehen ist, an dessen einem Eingang ein Pol einer das en¬ ergiearme Signal liefernde Quelle angelegt ist und dessen Be¬ triebsspannungseingänge mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Pol der die energiearmen Signale liefernden Quelle (2) mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist und ein Pol einer energiereichere Signale liefernden Quelle (3) mit einem Pol der Versorgungsspannungsquelle (V) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß ein Pol der energiereicherere Signale liefernden Quelle (3) mit einem Eingang des Operationsvertarkers (1) ver¬ bunden ist, mit dem auch ein Pol der Versorgungsspannungs¬ quelle (VI, V2) in Verbindung steht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß ein Pol der energiereiσhere Signale liefernden Quelle (3) mit einem Betriebsspannungseingang des Operations¬ verstärkers (1) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, daß die energiereichere Si¬ gnale liefernde Quelle (3) durch einen getakteten Spannungs- wandler (8) gebildet ist, an dessen Steuereingang ein Steuer¬ signal anliegt.
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