DE2504785A1

DE2504785A1 - Schaltungsanordnung zur erdfreien uebertragung von signalen ueber trennstellen in fernmeldeanlagen

Info

Publication number: DE2504785A1
Application number: DE19752504785
Authority: DE
Inventors: Josef Ing Grad Huellwegen
Original assignee: Nixdorf Computer AG
Current assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Priority date: 1975-02-05
Filing date: 1975-02-05
Publication date: 1976-08-19
Also published as: CA1054694A; US4031480A; DE2504785B2; DE2504785C3; GB1516923A

Description

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Nixdorf Computer AG telex 522019 espat

4790 Paderborn _*5. FEB. 1975

Fürstenweg 1N5 1475 D

Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Fernmeldeanlagen'

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Fernmeldeanlagen mit Hilfe auf der einen Seite der Trennstelle signalgesteuerter hochfrequenter Schwingungen, die auf der anderen Seite der Trennstelle durch Gleichrichtung zur WMergabe der Signale ausgewertet werden.

Eine Schaltungsanordnung mit einem im wesentlichen entsprechenden Funktionsprinzip ist beispielsweise durch die DT-AS 2 050 994 bekannt. Sie arbeitet derart, daß an der Trennstelle ein Übertrager mit hochfrequenten Schwingungen gespeist wird, wobei dieser Übertrager durch ein ankommendes Gleichstromsignal über ein Schaltelement auf der einen Seite der Trennstelle an einer ersten Übertragerwicklung in einen Dämpfungszustand versetzt wird, der über eine zweite Übertragerwicklung zur Kennzeichnung des Gleichstroiasignals auf der anderen Seite der Trennstelle ausgewertet wird. Eine dritte Über-

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tragerwicklung dient zur Speisung des Übertragers aus einem Kochfrequenzgenerator. Die Kennzeichnung des Gleichstromsignals erfolgt durch die Ansteuerung eines Transistors mit den an der zweiten Übertragerwicklung erscheinenden Halbwellen der hochfrequenten Schwingungen. Der Transistor wird dadurch während der Signaldauer in einen definierten Schaltzustand gebracht, der als Signalauswertbar ist.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Übertragung von Gleichstromsignalen besteht darin, einen Übertrager zu verwenden, der die Ein- und Ausschaltvorgänge der Gleichstromsignale überträgt und somit impulsartige Signalnachbildungen ermöglicht. Die Beseitigung der dabei auftretenden Signalverzerrungen erfordert jedoch einen hohen schaltungstechnischen Aufwand.

Außerdem ist es möglich, einen Übertrager zur Übertragung von Gleichstromsignalen aus einem besonderen Generator mit hochfrequenten Schwingungen zu speisen, die entsprechend den Gleichstromsignalen auf der Primärseite gewissermaßen geschaltet werden und auf der Sekundärseite nach Gleichrichtung wieder ein Gleichstromsignal liefern, welches dem — zugeführten Gleichstromsignal entspricht. Mit solchen Schaltungen sind jedoch infolge des Anschwingverhaltens des Hochfrequenzgenerators in Verbindung mit dem Übertrager die Übertragungsgeschwindigkeiten auf relativ niedrige Werte begrenzt. Zur Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit können auch Beschleunigungsschaltungen vorgesehen sein, die das Anschwingverhalten eines Generators verbessern, jedoch auch den Aufwand erhöhen.

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Durch die DT-AS 1 244 242 ist eine Anordnung¹ zur Über- · tragung von Gleichstromsignalen bekannt, die mit einem rückgekoppelten Generator arbeitet und Impulskombinationen in Rechteckströme oder Sinusströme umsetzt, wobei gleichfalls eine Wiedergleichrichtung nach Umsetzung angewendet wird. Diese Anordnung arbeitet mit einem Übertrager, in'■■ dem hochfrequente Schwingungen unter Zuhilfenahme eines Verstärkers erzeugt werden und bei dem auf der Primärseite eine Steuerung durch die Gleichstromsignale erfolgt, so daß auf der Sekundärseite nach Gleichrichtung der Schwingungen wieder ein Gleichstromsignal zur Verfügung steht. Dabei bewirkt das Gleichstromsignal auf der Primärseite durch unterschiedliche Dämpfung ein Einsetzen bzw., Aussetzen der Schwingungen.

Die bekannten Möglichkeiten zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen haben die gemeinsamen Nachteile der begrenzten Übertragungsgeschwindigkeit und der nur beschränkt möglichen analogen Wiedergäbe des Signalverlaufs hinter der Trennstelle. Außerdem erfordern sie eine ,relativ hohe Eingangsspannung, mit der Schaltvorgänge an Halbleiterschaltelementen bzw. starke Bedämpfungen erzeugt werden müssen. -

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, durch die die Übertragung analoger oder digitaler Signale über Trennstellen unter geringstmögliohem Aufwand bei hoher Übertragungsgeschwindigkeit möglich ist und selbst kleinste Eingangssignale, beispielsweise Meßsignale, linear übertragen werden können.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausge-

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bildet, daß ein auf die hochfrequenten Schwingungen abgestimmter Resonanzschwingkreis, der mit einem Hochfrequenzgenerator galvanisch getrennt gekoppelt ist, mit einer mit dem Eingang der Trennstelle verbundenen Modulationsschaltung verbunden und induktiv mit einer Demodulationsschaltung gekoppelt ist, die den Ausgang der Trennstelle bildet.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art arbeitet derart, daß ein Hochfrequenzgenerator seine hochfrequenten Schwingungen in den Resonanzschwingkreis einspeist, an dem sie durch die Modulationsschaltung abhängig von den am Eingang der Trennstelle auftretenden Signalen moduliert werden. Die modulierte Hochfrequenz wird induktiv auf die Demodulationsschaltung gekoppelt, die dann durch Beseitigung des hochfrequenten Anteils die Eingangssignale am Ausgang der Trennstelle genau nachbildet. Es ist dadurch möglich, abhängig von der Ausbildung bzw. Empfindlichkeit der Modulationsschaltung Signale variabler Amplitude über die Trennstelle zu übertragen und somit analoge und/oder digitale Signale zu verarbeiten. Durch die anschließende Demodulation ist gewährleistet, daß der Verlauf der Ausgangssignale dem Verlauf der Eingangssignale genau folgt, denn durch den Modulationsvorgang bestimmt die Amplitude der Eingangssignale die Amplitude der aus dem Schwingkreis ausgekoppelten hochfrequenten Schwingungen.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann mit ihren unmittelbar die Trennstelle bildenden Teilen sehr klein aufgebaut werden, da es sich um eine Hochfrquenzschaltung handelte Die Induktivität des Resonanzschwingkreises kann mit den zugehörigen Kopplungswicklungen auf einem gemeinsamen, sehr kleinen Hochfrequenzspulen-

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kern angeordnet sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Modulatfonsschaltung ein dem Resonanzschwingkreis vorzugsweise über eine Diode parallelgeschalteter MOS-Feldeffekttransistor ist. Diese Weiterbildung verhindert zuverlässig eine Rückwirkung der in der Trennstelle ablaufenden hochfrequenten Vorgänge auf eine beispielsweise mit dem Eingang verbundene Leitung. Ein MOS-Feldeffekttransistor hat zwischen seinem ArbeitsStromkreis und seinem Steuerstromkreis keinen Gleichrichtereffekt, wodurch auch Rückwirkungsfreiheit in Bezug auf einen Gleichspannungsoffset gewährleistet ist. Außerdem kann die Verbindung des Feldeffekttransistors mit dem Resonanzschwingkreis vorzugsweise über eine Diode erfolgen, die gewährleistet, daß der MOS-Feldeffekttransistor auch mit einer GleiGhspannungskomponente betrieben wird, was eine optimale Funktion gewährleistet. Die Verwendung des MOS-FeIdeffekttransistors bietet ferner den zusätzlichen Vorteil, daß eine optimale Verstärkung bereits im Zustand fehlender Vorspannung der Steuerelektrode möglich ist. Somit können an den Eingang der Trennstelle Signale mit wechselnder Polarität angeschaltet werden, die sich in beiden möglichen Richtungen zu dem Potential der Steuerelektrode ändern und mit diesem Wechsel eine entsprechende Modulation der hochfrequenten Schwingungen am Resonanzschwingkreis bewirken.

In der vorstehend beschriebenen Ausführung kann die Erfindung derart verwirklicht werden, daß die mit dem Eingang der Trennstelle verbundene Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors mit einer Begrenzerschaltung

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verbunden ist. Die Verwendung einer derartigen Begrenzerschaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Trennstelle an Fernmeldeleitungen angeschaltet wird, welche gegebenenfalls statisch aufgeladen sein können. Durch die Begrenzerschaltung wird zuverlässig verhindert, daß der MOS-Feldeffekttransistor an seiner Steuerelektrode beschädigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben.

In der Figur ist eine Trennstelle dargestellt, die einen Signaleingang I und einen Signalausgang II aufweist. Der Signaleingang I ist gegenüber dem Signalausgang II galvanisch getrennt, und es ist keine gemeinsame Erdverbindung vorhanden.

Wesentliche Teile der Trennstelle sind ein Hochfrequenzgenerator 10 und eine von diesem gespeiste Koppelspule 11, die die hochfrequenten Schwingungen des Hochfrequenzgenerators 10 in einen Parallelschwingkreis einspeist, der durch eine zur besseren Kopplung vorzugsweise mit Ferritkern versehene Induktivität 12 und eine Kapazität 13 gebildet ist. Die Kapazität 13 ist veränderbar, so daß mit ihr die Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die Frequenz der hochfrequenten Schwingungen des Generators 10 eingestellt werden kann. Die Induktivität 12 ist mit einer Mittelanzapfung versehen, die das Bezugspotential für eine Modulationsschaltung liefert, so daß der Parallelschwingkreis durch äußere Einflüsse, z.B. durch An-schalten einer Leitung an den Signaleingang I, keine Verstimmung erhält. Die Modulationsschaltung ist durch einen MOS-Feldeffekttransistor 15 gebildet. Dieser ist über eine Diode 14 mit einem Wicklungsende der Induktivität 12 verbunden. Die an dem Parallelschwing-

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kreis auftretende hochfrequente Spannung wird an der Diode 14 g~leichgerichtet und speist den M0S-Fel.de£fekttransistor 15 an einem Ladekondensator 16. Im Ruhezustand der Schaltung, in dem keine Signale am Eingang Γ anstehen, liegt an der Schaltstrecke des MÖS-Feldeffekttransistors 15 also bereits eine gewisse Ruhegleichspannung, die dadurch geändert werden kann, daß der MOS-Feldeffekttransistor 15 an seiner Steuerelektrode durch Eingangssignale angesteuert wird und seinen weitgehend ohmschen Widerstand entsprechend dem Verlauf der Eingangssignale ändert. Parallel zum SignaleingangI ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen, die aus Zener-Dioden 17 und 18 gebildet ist. Diese bewirken eine Begrenzung der Eingangsspannung, damit eine Beschädigung des MÖS-Feldeff ekttransistors 15 etwa durch Überspannungen infolge statischer Aufladungen einer an den Signaleingang I angeschalteten Leitung verhindert werden. ^;

Das Bezugspotential der Eingangs se ite,- welches an dem . mit der Mittelanzapfung der vorzugsweise bifilar gewickelten Induktivität 12 verbundenen Schaltungspunkt 20 auftritt, wird durch einen Symmetrierungskondensator 19 zuverlässig auf dem Wert 0 Volt gehalten.

Durch den MOS-Feldeffekttransistor 15 wird die an dem Parallelschwingkreis auftretende hochfrequente Spannung moduliert. Da der Parallelschwingkreis auf Resonanz abgestimmt ist, hat er praktisch cä±B±e Ei genschaft en,ν Λ so daß er gemeinsam mit dem Widerstand des MOS-FeIdeffekttransistors 15 einen veränderbaren ohmschen Widerstand darstellt, wodurch die hochfrequente Spannung am Schwingkreis entsprechend dem Verlauf der am Steuereingang I erscheinenden Eingangssignale geändert wird._;-Die so modulierte hochfrequente Spannung wird auf ;die-Auskoppelwicklung 21 gekoppelt, an die eine Demodulationsschaltung mit einer Diode 22, einem Ladekondensator 23

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und einem Lastwiderstand 24 angeschaltet ist. An dem Widerstand 24 tritt ein demoduliertes Gleichspannungssignal auf, dessen Verlauf demjenigen des Eingangssignals entspricht, dem aber ein Gleichspannungsanteil in Höhe der Amplitude der hochfrequenten Spannung an der Aus^ koppelwicklung 21 überlagert ist. Um diesen Gleichspannungsanteil zu beseitigen, ist ein Verstärker 25 an den Widerstand 24 angeschaltet, welcher zweckmäßig mit einer Ansprechschwelle versehen ist, die nur den variablen GIeichspannungsanteil zur Wirkung kommen läßt. Der Ausgang des Verstärkers 25 bildet zusammen mit dem Bezugspunkt der Ausgangsseite der Trennstelle den Signalausgang II. .

Eine mit handelsüblichen Einzelteilen aufgebaute Schaltung der vorstehend beschriebenen Art ermöglicht die einwandfreie Übertagung von Signalen mit einer Amplitude zwischen 20 mV und 2V. Dies zeigt, daß in weiten Grenzen sich ändernde Signale linear übertragen werden können. Der Hochfrequenzgenerator 10 schwingt dauernd, sein Betrieb wird also durch die zugeführten-Signal nicht gesteuert. Das Ein- und Ausschwingverhalten dieses Generators 10 beeinflußt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung also nicht. Da keine Bedämpf ung der Anordnung bis zum Kurzschluß einer der Wicklungen durchgeführt wird, ist eine im Zusammenhang mit den Induktivitäten und dem Ein- bzw. Ausschwingverhalten des Hochfrequenzgenerators 10 verbundene Begrenzung der Übertragungsgeschwindigkeit nicht zu befürchten. Somit eignet sich eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung für Signalübertragungen hoher Geschwindigkeit, die beispielsweise bei 96OO Bd liegen kann und je nach Wahl der Schaltungsgrößen und der Schwingfrequenz bis zu 1 MBd betragen kann.

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Claims

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Patentansprüche

ίΐJ Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Fernmeldeanlagen mit ν Hilfe auf der einen Seite der Trennstelle signalgesteuerter hochfrequenter Schwingungen, die auf der anderen Seite der Trennstelle durch Gleichrichtung zur Wiedergabe der Signale ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die hochfrequenten Schwingungen abgestimmter Resonanzschwingkreis (12, 13)* der mit einem Hochfrequenzgenerator (10) galvanisch getrennt gekoppelt ist, mit einer mit dem Eingang (I) der Trennstelle verbundenen Modulationsschaltung (15) verbunden und induktiv mit einer Demodulationsschaltung (22, 23, 24, 25) gekoppelt ist, die den Ausgang (II) der Trennstelle bildet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung (15) ein dem Resonanzschwingkreis (12, 13) vorzugsweise über eine Diode (14) parallelgeschalteter MOS-Feldeffekttransistor (15) ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Eingang (I) der Trennstelle ; verbundene Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors (15) mit einer Begrenzerschaltung (17, 18) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulations- ; schaltung (15) mit dem Resonanzschwingkreis (12, 13) an einem Symmetriepunkt (20) verbunden ist.

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5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulationsschaltung (22, 23, 24, 25) einen Verstärker (25) mit einem dem durch die demodulierten hochfrequenten Schwingungen erzeugten Gleichspannungsanteil entsprechenden Schwellenwert aufweist.

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