DE2928309C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung einer Verbin­ dungsleitung zur Signalübertragung zwischen symme­ trischen a- und b-Klemmen und einem unsymmetrischen Leiterpaar nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verbindungsleitungs-Schaltungen werden im allgemeinen für die Verarbeitung von ein- und ausgehenden Anrufen an eine oder von einer Fernsprechvermittlungsstelle oder Teilnehmerzentrale verwendet. Da es eine Vielzahl verschiedener Arten von Fernsprechvermittlungsstellen und Teilnehmerzentralen gibt, wurden gewisse Betriebs­ merkmale von Verbindungsleitungen genormt. Da jedoch Verbindungsleitungen mit verschiedenen internen Schal­ tungen der Fernsprechvermittlungen oder Teilnehmerzen­ tralen verbunden werden müssen, deren Schaltungen oft nicht an die Eigenschaften der Verbindungsleitung an­ gepaßt sind, sind zusätzlich Schaltungen für Verbin­ dungsleitungen erforderlich, um die verschiedenen An­ passungen zu bewerkstelligen.

Die Impedanzen von Verbindungsleitungen wurden auf einen typischen Wert von entweder 900 oder 600 Ohm ge­ normt und bestehen aus symmetrischen a- und b-Leitern. Die Verbindungsleitungs-Schaltungen übertragen auch Signalinformationen und im typischen Fall Strom beider Polaritäten mit 48 V =. Sie übertragen normalerweise Signale mit einem Pegel von ca. 0 dbm, obgleich die Signalpegel oft in weiten Grenzen schwanken und häufig bis zu +6 dbm betragen, was zwischen 5 und 6 V Spitze zu Spitze bei den genannten Impedanzwerten entspricht.

Da jedoch eine große Zahl von Verbindungsleitungen den Witterungsbedingungen ausgesetzt ist und aufgrund an­ derer Umweltfaktoren wie zum Beispiel Hochspannungs­ leitungen, schlechter oder veränderlicher Erdungswi­ derstände, Temperaturschwankungen, welche die Endan­ schlüsse mechanisch beanspruchen etc., ergeben sich auf den Verbindungsleitungen manchmal hohe Gleichtakt­ spannungen, die häufig bis zu ±200 V ∼ betragen.

Die Schaltungen für Verbindungsleitungen müssen dane­ ben die a- und b-Leiter mit einer Anpaßimpedanz für Wech­ selstromsignale abschließen, müssen jedoch für Gleich­ strom einen inneren Widerstand aufweisen, der auf einen Wert von weniger als 250 Ohm genormt wurde.

Die Verbindungsleitungen müssen auch in der Lage sein, entweder Signale allein zu übertragen (Gegensprechver­ kehr oder Batterie-Umpolung) oder aber Signale ein­ schließlich Rufsignalen. Sie müssen auch eine separa­ te Steuerung des Verstärkungsfaktors sowohl der einge­ henden als der ausgehenden Sprech- oder anderweitigen Signale ermöglichen, damit sie auf die richtigen Ar­ beitspegel für die Fernsprechvermittlung oder die Teil­ nehmerzentrale eingestellt werden können.

Während die Verbindungsleitungen selbst normalerweise elektrisch symmetrisch ausgelegt sind, sind ihre Signa­ le von Natur aus Differenzsignale wegen der vorgenannten Gleichtakt-Spannungsprobleme. So muß eine Teilnehmer­ zentrale oder Fernsprechvermittlung, die mit einfachen Wechselstrom-Sprechsignalen arbeitet, über Einrichtun­ gen verfügen, um ihre Sprechsignale an die Verbindungs­ leitungen isoliert in Differentialkopplung aufzuschal­ ten. Das unsymmetrische Leiterpaar, das eine Verbin­ dungsleitungs-Schaltung speist (d. h. ein Anschluß ge­ erdet) kann jeden beliegbigen Impedanzwert besitzen, der dem Konstrukteur einer Fernsprechvermittlung oder Teilnehmerzentrale geeignet erscheint, beträgt jedoch häufig 600 Ohm.

Die Verbindungsleitungsschaltung muß daher die unsym­ metrische Eingangsschaltung in eine symmetrische Aus­ gangsschaltung übertragen und muß umgekehrt an die entsprechenden Verbindungsleitungs- oder symmetrischen Impedanzen angepaßt sein, muß die Signalpegel auf die erforderlichen Normsignalpegel sowohl an der Verbin­ dungsleitung als an dem unsymmetrischen Leiterpaar anpassen, muß sehr hohe Gleichtaktspannungen ausschal­ ten, die häufig von der Verbindungsleitung übertragen werden, muß für die Verbindungsleitung eine von der Gleichstromimpedanz verschiedene Wechselstromimpedanz aufweisen, etc.

Verbindungsleitungsschaltungen verwendeten nach dem bisherigen Stand der Technik Schaltungen mit Gabelüber­ tragern, um die erforderliche Anpassung und die Redu­ zierung der Gleichtaktspannung zu erreichen. Mit dem Aufkommen von elektronischen Schaltzentralen und Teil­ nehmerzentralen mit wesentlich reduzierten Abmessungen und Gewichten wird jedoch die Verwendung solcher Trans­ formatoren ein Hindernis für die Miniatursierung. Wenn zum Beispiel die Verdrahtung einer Teilnehmerzentrale in eine kleine Konsole, einen Schrank oder ein Pult eingebaut wird, in denen die Verdrahtung auf gedruck­ ten Schaltungen untergebracht ist, sind solche Trans­ formatoren sperrig und erhöhen Gewicht und Abmessungen der Einheit in unzulässiger Weise; darüber hinaus sind sie unvereinbar mit gedruckten Schaltungen, die Minia­ turbauteile enthalten. Die Sperrigkeit der Transforma­ toren geht natürlich auf die Anforderung nach einem reichlich dimensionierten Kern zurück, der bei hohen Wechsel- und Gleichströmen in der Verbindungsleitung nicht gesättigt wird.

In neuerer Zeit wurde in einer Abschlußschaltung häu­ fig den Schwankungen des Leitungswiderstandes durch die Verwendung von elektronischen Zweipolen Rechnung getragen, die den Leitungsstrom konstant hielten. Die­ se Wirkung konnte jedoch nur erzielt werden, wenn an den Anschlüssen eine ausreichende Spannung verfügbar war.

Um eine gewisse Konstanthaltung des Leitungsstroms auch bei niedrigeren Spannungen zu ermöglichen, wurden auch Zweipole verwendet, bei denen eine Ankoppelung durch eine lichtempfindliche Festkörperanordnung er­ folgt. Ein solcher Zweipol ist in der DE-OS 26 28 849 beschrieben. Mit einer Schaltung dieser Art ergibt sich jedoch nur eine für viele Anwendungsfälle unzulängliche Linearität der Gesamtschaltung. Das gleiche gilt im wesentlichen für die aus der DE-AS 25 43 866 bekannte Anordnung.

Wenn dazu in beiden Richtungen Verstärker eingesetzt sind, ergibt sich stets ein Rückkopplungsproblem, d. h. die von den symmetrischen a- und b-Leitungen ankommen­ den und zur Weiterleitung an die unsymmetrischen Lei­ ter verstärkten Signale werden automatisch auch dem Verstärker zugeführt, der die von den unsymmetrischen Leitern ankommenden Signale zur Weiterleitung an die symmetrischen a- und b-Leitungen verstärkt, und umge­ kehrt.

Die DE-OS 24 49 281 beschreibt eine für eine Verbindungs­ leitung verwendbare Schaltung, in welcher die genannte Rückübertragung von Signalen vermieden wird. Hierbei ist jedoch für den Übergang von einem unsymmetrischen auf ein symmetrisches Leiterpaar die Verwendung eines verhältnismäßig sperrigen und kostspieligen Transformators erforderlich, der einen groß bemessenen Kern enthalten muß, um durch den durchfließenden Gleichstrom nicht ge­ sättigt zu werden. Dadurch wird die Unterbringung der gesamten Schaltung auf einer gedruckten Steckkarte un­ möglich.

Außerdem ist aus der DE-OS 24 53 094 die Möglichkeit einer Potentialtrennung durch Optokoppler anstelle von Transformatoren bekannt. Diese Schaltung, welche einen elektronischen Verbindungssatz beschreibt, würde sich jedoch allenfalls für die Potentialtrennung zwischen einem unsymmetrischen Eingang und einem unsymmetrischen Ausgang, nicht jedoch für die Signalübertragung zwischen einem unsymmetrischen und einem symmetrischen Leiterpaar bei gleichzeitiger Verhinderung der Rückübertragung dieser Signale eignen. Es handelt sich hierbei lediglich um einen optischen Schaltvorgang, und es erfolgt dabei keine Signalübertragung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung einer Verbindungsleitung für Fernsprecheinrich­ tungen zu schaffen, bei der Signale zwischen einem unsym­ metrischen und einem symmetrischen Leiterpaar in beiden Richtungen unter Ausschaltung der genannten Rückkopplungs­ probleme ohne Verwendung eines Gabelübertragers oder eines anderen schweren und kostspieligen Transformators übertra­ gen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Da bei dieser Schaltung der Transformator nicht vom Gleich­ strom durchflossen wird, ist die Verwendung eines sehr kleinen und billigen Transformators möglich, und die gesamte Schaltung kann leicht auf einer gedruckten Steck­ karte untergebracht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schal­ tung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Anhand der Figuren wird eine Ausführungsform der Erfin­ dung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung in der einfachsten Form, und

Fig. 3 ein ausführliches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 werden a- und b-Klemmen T und R gezeigt, an denen ein erstes a- und b-Leiterpaar einer Verbindungs­ leitung angeschlossen wird. Die Verbindungsleitung wird mit einer Impedanz 1 abgeschlossen, welche die Wechsel­ stromimpedanz der Verbindungsleitung anpaßt und gleich­ zeitig den erforderlichen Gleichstromwiderstand ergibt. Während die Wechselstromimpedanz so gewählt wird, daß sie an die Verbindungsleitungs-Impedanz angepaßt ist (d. h. 900 oder 600 Ohm), liegt der Gleichstromwiderstand im typischen Fall unter 250 Ohm. Die Wechselstrom-Impe­ danz kann natürlich durch einen Widerstand gebildet wer­ den, zum Beispiel von 900 oder 600 Ohm, in Reihe mit einem Kondensator mit hoher Kapazität.

Desgleichen ist eine Anschlußmöglichkeit für ein zwei­ tes Leiterpaar an die Klemme U und an Masse vorgesehen.

Eine Schaltung 2 ist von der unsymmetrischen Klemme U über einen Stromweg an die a- und b-Klemmen T und R an­ geschlossen, um ein eingehendes Signal vom zweiten Lei­ terpaar auf das erste Leiterpaar zu übertragen. Eine zweite, transformatorlose Schaltung 3 ist als Stromweg zwischen den a- und b-Klemmen T und R und der Klemme U geschaltet, um ein eingehendes Signal vom ersten Leiter­ paar zum zweiten Leiterpaar zu übertragen.

Eine dritte, transformatorlose Schaltung 4 a ist vorgese­ hen, um ein Signal von der ersten Schaltung 2 zu löschen, das auf das erste Leiterpaar übertragen wird, damit es nicht auf das unsymmetrische Leiterpaar zurückübertragen wird, und eine vierte, tranformatorlose Schaltung 4 b ist vorgesehen, um ein Signal von der zweiten Schaltung 3 zu löschen, das auf das zweite Leiterpaar übertragen wird, damit es nicht auf das erste Leiterpaar zurück­ übertragen wird.

In der folgenden Beschreibung wird zugrunde gelegt, daß der a- und b-Leiter symmetrisch und die U-Klemme gegen Masse unsymmetrisch ist, um ein Beispiel zu fixieren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung be­ schränkt.

Fig. 2 gibt ein Schema der Erfindung in der einfachsten Form. Es sind a- und b-Klemmen T und R vorgesehen, zum Anschluß der symmetrischen a- und b-Leiter, und sie übertragen normalerweise sowohl Anrufsignale als auch Gleichstrom. Die a- und b-Klemmen sind mit einem Anpaß­ widerstand 5 in Reihe mit einem Kondensator 6 mit gro­ ßem Kapazitätswert abgeschlossen, und die Reihenschal­ tung liegt zwischen den a- und b-Klemmen.

Den Abschluß der a- und b-Klemmen für Gleichstrom bil­ det der Kollektor-Emitterkreis des Transistors 7, des­ sen Kollektor mit der a- oder b-Klemme verbunden ist, während der Emitter in Reihe mit einem niederohmigen Widerstand 8 an die andere der beiden Klemmen ange­ schlossen ist.

Es ist klar, daß die gezeigte Schaltung weitere Schalt­ elemente zur Erzeugung der Vorspannungen und der rich­ tigen Belastungen etc. enthält, doch ergeben sich diese für den Fachmann als Selbstverständlichkeit. Zum Bei­ spiel liegt in Reihe mit dem Ausgang des Operations­ verstärkers 10 vorzugswseise ein niederohmiger Wider­ stand; der nicht invertierende Eingang des gleichen Verstärkers erfordert eine Vorspannung etc.

An die Sekundärwicklung 83 eines allgemein mit 80 be­ zeichneten Transformators ist ein Stromkreis mit hohem Gleichstromwiderstand angeschlossen. Dieser Stromkreis ist zwischen den invertierenden Eingang eines Operations­ verstärkers 10 und die Verbindungsstelle des Widerstands 8 mit der b-Leitung geschaltet. Der Ausgang des Opera­ tionsverstärkers 10 ist mit der Basis des Transistors 7 verbunden. Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 10 und der Verbindungsstelle des Widerstands 8 mit dem Emitter des Transistors 7 liegt ein Widerstand 11.

Die mit der Sekundärwicklung 83 des Transformators 80 in Reihe liegenden Schaltung mit hohem Gleichstromwider­ stand besteht aus einem Widerstand 81 in Reihe mit einem Kondensator 82. Der Kondensator 82 ermöglicht eine Beein­ flussung des Frequenzgangs der Schaltung und stellt außerdem für den Gleichstrom einen unendlichen Widerstand dar, doch ist seine Verwendung nicht unerläßlich. Der Widerstand 81 wies bei einer Ausführungsform der Erfindung einen Wert von 10 000 Ohm auf.

Die Primärwicklung 84 des Transformators 80 ist an eine Spannungsquelle 85 mit niedriger Impedanz angeschlossen. Diese Spannungsquelle wird bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung durch den Ausgangskreis eines Operationsverstärkers 35 (siehe Fig. 3) gebildet. Die U-Klemme ist mit dem Eingang des Operationsverstärkers 35 verbunden.

Der Transformator 80 wird durch von der U-Klemme kommende Signale angesteuert, die über den Operationsverstärker 35 geleitet werden. Da durch die Sekundärwicklung des Transformators kein Gleichstrom fließt, weist er eine optimale Frequenz/Amplidudenkennlinie auf. Da außerdem der Transformator praktisch keine Belastung erfährt, kann dieser mit äußerst geringen Abmessungen ausgelegt werden.

Der Signalstrom läßt sich anhand der Werte für die Signal­ spannung der Widerstände 81 und 11 sowie des Kondensators 82 errechnen.

Vorzugsweise sind die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators 80 derart gewickelt, daß die Streukapa­ zitäten gegen Masse vom Operationsverstärker 10 nicht verstärkt werden. Demzufolge sind vorzugsweise die Enden der Primär- und Sekundärwicklung, die nicht mit der b-Lei­ tung verbunden sind oder in der Nähe derselben verlaufen, so weit wie möglich voneinander entfernt zu führen, um eine möglichst niedrige Kapazität zwischen denselben zu erzielen.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 10 wird an die Basis des Transistors 7 gelegt, und der in dessen Kollektor-Emitterkreis fließende Gleichstrom wird somit moduliert und dadurch ein Wechselstromsignal auf die a- und b-Klemmen T und R übertragen.

Fig. 3 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild der erfin­ dungsgemäßen Schaltung. Die Primärwicklung 84 des Trans­ formators 80 ist zwischen den Ausgang des Operationsver­ stärkers 35 und Masse geschaltet. Ein Anschluß der Se­ kundärwicklung 83 ist mit der b-Klemme, der andere An­ schluß über die Reihenschaltung des Widerstands 81 und des Kondensators 82 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 44 verbunden.

Wenn ein Eingangssignal an die U-Klemme angelegt wird, wird es im Operationsverstärker 35 verarbeitet und gelangt über den niederohmigen Eingangskreis an die Primärwicklung 84 und weiter in den mit der Sekundärwicklung 83 des Transformators verbundenen Stromkreis mit hoher Impedanz, und wird zwischen die b-Leitung und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 44 gelegt. Durch den Kondensator 82 wird der Gleichstromdurchgang durch die Sekundärwicklung wirksam unterdrückt. Gleichzeitig kann er in Verbindung mit dem Widerstand 81 zur Beeinflussung des Frequenzgangs dieses Stromkreises verwendet werden. Aber selbst wenn der Kondensator 82 weggelassen wird, begrenzt der hohe Wert des Widerstandes 81 den Gleichstrom­ fluß auf einen äußerst niedrigen Wert.

Die weitere Funktionsweise der Schaltung gemäß der Erfin­ dung, insbesondere auch in bezug auf die Unterdrückung einer Rückübertragung von Signalen auf die jeweiligen Eingangsklemmen, ist die gleiche wie sie in der DE-PS 28 34 673 der Anmelderin beschrieben ist, in welcher anstelle des Transformators 80 eine lichtempfindliche Festkörperanordnung verwendet wird, die dem gleichen Zweck dient, jedoch eine aufwendigere und kostspieligere Lösung darstellt als der erfindungsgemäße Transformator 80.

Es ist zu beachten, daß die Sekundärwicklung 83 des Transformators in einem Stromweg an den Eingang eines Kodier- und Dekodiergeräts oder eine andere 4-Leiter- Anordnung anstelle des Operationsverstärkers 44 ange­ schlossen werden kann. Der Ausgang des Kodier-Dekodier­ geräts kann an die a- und b-Klemmen (Fig. 5) angeschlos­ sen werden, womit die Notwendigkeit der Dioden 76 a, 76 b, 76 c und 76 d wegfällt, und der Eingang des Kodier- Dekodiergeräts kann in einem Stromweg mit der Sekun­ därwicklung 83 verbunden werden. Bei dieser Anordnung kann die Notwendigkeit für eine der Schaltungen weg­ fallen, die verhindern sollen, daß Signale vom un­ symmetrischen Leiterpaar zu diesem zurückgeführt wer­ den. Somit kann der Operationsverstärker 57, die Wi­ derstände 56, 58 und 59 sowie der Kondensator 55 weg­ fallen. Die Impedanz der a- und b-Klemmen und der mit der Sekundärwicklung 83 verbundene Ausgangskreis kann in herkömmlicher Weise so abgestimmt werden, daß sie an die Ausgangs- bzw. Eingangskreise eines Kodier-De­ kodiergerätes oder einer anderen 4-Leiter-Anordnung angepaßt werden.

Obgleich die Erfindung im Hinblick auf ihre Verwendung als Schaltung für Verbindungsleitungen beschrieben wird, ist sie nicht auf diese beschränkt und kann auch für an­ dere Anwendungen von Zweirichtungsverstärkern mit 1/2/4 Anschlüssen eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Schaltung einer Verbindungsleitung zur Übertragung von ankommenden und abgehenden modulierten Gleich­ stromsignalen, die an a- und b- Klemmen (T und R) eines symmetrischen ersten Leiterpaars gelangen und einen Tonfrequenz-Signalanteil des modulierten Sig­ nals sowie einen Gleichstrom-Signalanteil aus einer Zentralbatterie enthalten, mit

• a) einer Signalquelle (1) mit hoher Impedanz, die zwischen der a- und b- Klemme angeschlossen ist und über einen Stromweg zur Leitung des Gleich­ stroms verfügt,
• b) einer Einrichtung zur Steuerung und Modulation des Stromflusses in der Signalquelle (1) und da­ mit des über die a- und b- Leitungen zu sendenden Signals,
• c) einer Wechselstrom-Abschlußimpedanz, die zwischen der a- und b- Klemme angeschlossen ist,
• d) einer Einrichtung zur Übertragung ankommender Signale von den symmetrischen a- und b- Klemmen auf ein unsymmetrisches zweites Leiterpaar mit einer dritten Klemme (U),
• e) einer Einrichtung zur Übertragung abgehender Sig­ nale von der unsymmetrischen dritten Klemme (U) auf die symmetrischen a- und b- Klemmen und
• f) einer Einrichtung zur Potentialtrennung für an­ kommende Signale (23, 24) sowie für abgehende Signale,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Potentialtrennung für abgehende Signale und zur Steuerung und Modulation der Signal­ quelle (1) aus einem Transformator (80) besteht, an dessen Primärwicklung (84) ein Eingangskreis mit niedriger Impedanz angeschlossen ist, und an dessen Sekundärwicklung (83) ein Ausgangskreis mit hohem Gleichstromwiderstand angeschlossen ist, der mit der Signalquelle (1) verbunden ist, um den Strom­ durchgang durch diesen Stromweg in Abhängigkeit von einer an die Primärwicklung (84) des Transforma­ tors (80) angelegten Spannung zu modulieren, so daß ein gewünschtes Signal an die a- und b- Leitungen angelegt wird, und daß ein erster Operationsverstär­ ker (35) vorgesehen ist, dessen Ausgang an den die Primärwicklung (84) des Transformators (80) enthal­ tenden Kreis mit niedriger Impedanz angeschlossen ist, und dessen Eingang in einem Signalstromweg an die dritte Klemme (U) für die Übertragung von abge­ henden Signalen angeschlossen ist, so daß die a- und b- Leitungen modulierte Signalströme führen, die einem an dieser Klemme (U) auftretenden Signal­ strom entsprechen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle mit hoher Impedanz aus dem Kollek­ tor-Emitterkreis eines Transistors (49) besteht, der mit einem niederohmigen Widerstand (50) in Reihe geschaltet ist, wobei die Basis des Transistors (49) an den Ausgang eines zweiten Operationsverstärkers (44) angeschlossen ist, daß der Eingangskreis des Transformators (80) mit hoher Impedanz zwischen einem der Eingänge des zweiten Operationsverstärkers (44) und der a- oder b-Leitung liegt und ein weiterer Widerstand zwischen diesem einen Eingang des zweiten Operationsverstärkers und dem Verbindungspunkt zwi­ schen dem niederohmigen Reihenwiderstand (50) und dem Transistor (49) angeschlossen ist, und daß eine weitere Schaltung (46, 47) einen Stromweg mit niedriger Wechsel­ stromimpedanz vom anderen Eingang des zweiten Operations­ verstärkers zur a- oder b-Leitung bildet.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des Transformators (80) mit hoher Impedanz zwischen dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers (44) und der b-Lei­ tung liegt und daß der niederohmige Widerstand (50) zwischen dem Emitter des Transistors (49) und der b-Leitung liegt.

4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis mit hoher Impedanz einen in Reihe geschalteten Kondensator (82) enthält.