DK166896B1 - Fremgangsmaade til forstaerkningsstyring af en mellemforstaerker anvendt i et nummerskivetelefonnetvaerks to-traads forbindelser, og en mellemforstaerker til brug i en saadan forbindelse - Google Patents

Description

DK 166896 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til forstærkningsstyring af en mellemforstærker anvendt i et num-merskivetelefonnetværks to-trådsforbindelse. Opfindelsen angår også en mellemforstærker til anvendelse i 5 sådanne forbindelser, hvor retningen af forstærkerens forstærkning styres på grundlag af signalets styrke.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen omfatter måling af amplituderne af signaler, der kommer fra de forskellige transmissionsretninger, sammenligning af 10 de målte amplituder af signalerne, der kommer fra de forskellige transmissionsretninger, og styring af forstærkningen i styrbare forstærkere, der er tilvejebragt separat for de to transmissionsretninger for mellemforstærkerens indre firtrådsforbindelse, 15 på grundlag af amplitudernes forskelsværdier ved påføring af en styrespænding til de styrbare forstærkere gennem fasevendestyreadaptorer.

Udover de ovennævnte styrbare forstærkere, der er tilvejebragt for begge den indre firtråds-20 forbindelses signaltransmissionsretninger, omfatter mellemforstærkeren ifølge opfindelsen også organer til styring af de styrbare forstærkere på grundlag af niveauforskellen af signaler, der kommer fra forskellige transmissionsretninger, idet styringen 25 udføres gennem styreadaptorer med modsat faser.

Ved hjælp af forstærkeren ifølge opfindelsen er det muligt at seriekoble to telefonforbindelser i et nummerskivetelefonnetværk, f.eks. i en videre-koblingsindretning, således at dæmpningen inden for 30 grænserne af telefonnetværkets strukturelle krav og forståeligheden af talen forbliver god.

Konventionelle to-trådsmellemforstærkere kan ikke anvendes i et nummer skivete le fonnetværks totrådsforbindelser, idet konventionelle forstærkeres 35 funktion er baseret på nøjagtigt kendte linieimpe- DK 166896 Bl 2 danser, faste forbindelser i telefonnetværket og en afstemning udført særskilt i hvert enkelt tilfælde«

Variationer i et nummerskivetelefonnetværks 5 linieimpedans påvirker kvaliteten af mellemforstærkerens indre f irtråds forbinde Ise, .idet f irtrådsforbindelsen er udført ved hjælp af liniehybrider, der er afstemt ved en bestemt impedans, f.eks. 600 Ohm, og følgelig begynder koblingen at svinge, så snart den 10 samlede forstrækning af signalet, der skal leveres, og et signal, der kommer som en tilbagekobling fra en modsat retning, overskrider værdien én.

Til eliminering af selvsvingning må en totrådsmellemforstærker være i stand til at holde sum-15 forstærkningen af signalerne, der vandrer i modsatte retninger, på en værdi under en ved hjælp af en eller anden form for automatisk styrekredsløb.

To-trådsmellemforstærkere beregnet til vari- o able linieimpedanser er typisk halv-duplex, dvs. de 20 sender og forstærker et signal i en retning ad gangen.

Svingninger forårsaget af en mulig mistilpasning af en liniehybrid udelukkes derved, og ingen tilbagekobling bevirkes af svingningen; på samme måde 25 kan dæmpningen, der optræder i en telefonforbindelse, fuldt ud kompenseres skiftevis i begge signalets transmissionsretninger.

I denne slags forstærkere kan bevægelsesretningen for signalet typisk styres ved hjælp af en 30 vendekontakt, der arbejder på grundlag af talefre-kvenssignaler fra forskellige retninger, idet det antages, at information overføres skiftevis fra den ene retning til den anden.

Ved taletransmissioner fungerer en halv-duplex 35 kommunikation kun under yderst fordelagtige forhold, 3 DK 166896 B1 og hvis begge talende er opmærksomme på skiftetale-princippet. Typisk optræder der afbrydelser i informationen, der bevirker forstyrrende ikke ønskelige signaler. Endvidere påvirker ydre støj og forskelli-5 ge dæmpninger i linierne retningsstyringen.

Følgelig kan retningstyringen af en forstærker, der arbejder efter skifteprincippet, ikke betjenes på en sådan måde, at apparatets taletrans-missionsegenskaber er acceptable.

1 o For at forbedre taletransmissionsegenskaber- ne for to-trådsmellemforstærkere, der arbejder efter halv-duplexprincippet/ har der været foreslået en talestyret retningsstyring med variabel forstærkning til højtalertelefonanveelse, amerikansk patent nr.

15 4 507 524, hvor støj og afbrydelser, der optræder i informationen ved skift af retningen søges fjernet ved hjælp af et "blødt" forstærkningsskift baseret på en tidskonstant. Heri dæmpes forstærkningen af et signal, der vandrer i den foregående retning, og for-20 stærkningen af et efterfølgende signal forøges, idet den samlede forstærkning er under én som funktion af styringen inden for styreområdet.

Efter forløbet af tidskonstanten er forstærkningens retning i den modsatte halv-duplextiIstand, 25 indtil et signal, der kommer fra den modsatte retning, overskrider skifteniveauet for vending af et niveausammenligningskredsløb.

Denne slags højtalertelefonforstærker kan betragtes som betjent efter skifteprincippet på grund 30 af sine retnings tyrekreds løb, også selv om den er forsynet med lineært styrbare forstærkere.

Denne kendte løsnings taletransmissionsegenskaber er kun lidt forbedret, idet de højst er tålelige, fordi forstærkningsretningen er låst.

35 Et telefonnetværks begrænsede frekvensområde, i 300 til 3400 Hz, udelukker løsninger, der er baseret 4 DK 166896 B1 på to bærebølger ved overførslen af taleinformation.

En afgørende forbedring i taletransmissions-egenskaberne i forhold til de ovenfor nævnte ulemper opnås ved hjælp af retningstyringen af en to-tråds-5 mellemforstærkers forstærkning ifølge opfindelsen.

Dette opnås ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved en kontinuerlig trinløs indstilling af forstærkningen inden for dennes lineære område ved hjælp af en kontinuerligt indstillelig 10 styrespænding. Mellemforstærkeren ifølge opfindelsen er for sit vedkommende ejendommelig ved, at de nævnte styreorganer omfatter: - et niveaumålekredsløb tilvejebragt særskilt for begge transmissionsretninger, 15 - en fælles differentialforstærker koblet til niveaumålekredsløbenes udgange, og - en Pi-regulator koblet til differentialforstærkerens udgang, hvor regulatorens udgang er koblet til styreadaptorerne.

20 Opfindelsens grundlæggende idé ligger således i, at mellemforstærkeren er forsynet med sådanne styreorganer, at der ikke skal overskrides nogen forud fastlagte amplitudeværdier for at bevirke vending af forstærkningen, men retningsstyrespændingen ind-25 stilles kontinuerligt inden for sit lineære område på grundlag af forskelsværdien i amplitudesignalerne, der kommer fra de forskellige transmissionsretninger.

Opfindelsen er i hovedsagen fordelagtig ved, at yderligere forbindelser kan tilvejebringes til 30 et nummerskivetelefonnetværks to-trådforbindelser under overførslen af taleinformation uden at forringe hørligheden eller forståeligheden. I praksis bemærker den talende person ikke nødvendigvis noget usædvanligt, ved anvendelse af telefonlinien.

35 Opfindelsen beskrives i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken 5 DK 166896 B1 fig. 1 viser et blokdiagram af en mellemforstærker ifølge opfindelsen, fig. 2 en forstærkningskurve for mellemforstærkeren som funktion af en retningsstyrespæn-5 ding, fig. 3 et blokdiagram af den i et retningsstyrekredsløb anvendte Pi-regulator.

I fig. 1 er mellemforstærkeren koblet mellem to to-trådstelefonlinier 1 og 2. En indre fir-10 trådsforbindelse for forstærkeren er dannet af liniehybrider 11 og 21, for at signaler, der kommer fra forskellige retninger, kan skilles fra hinanden for at blive forstærket særskilt. Den indre firtråds-forbindelses to transmissionsretninger er forsynet 15 med spændingsstyrede forstærkere 12 og 22. Den styrede forstærker 12's indgang er koblet til liniehybriden 11 og dens udgang til liniehybriden 21 gennem et niveaubegrænser- og bredbåndsfilterkredsløb 14. Indgangen til den styrede forstærker 22 20 er koblet til liniehybriden 21, og dens udgang er koblet til liniehybriden 11 gennem et yderligere niveaubegrænser- og bredbåndsfilterkredsløb 24. De styrbare forstærkere 12 og 22 er beregnet til at kompensere for dæmpning, der optræder i telefonfor-25 bindeiserne. Niveaubegrænser- og bredbåndsfilterkredsløbene 14 og 24 begrænser for deres vedkommende niveauet og båndbredden af signaler, der kommer til linierne 1 og 2, inden for grænserne af telefonnetværks strukturelle krav, f.eks. Odbm 30 og 300 til 3400 Hz.

Indgangen til den styrbare forstærker 12 er koblet til et niveaumålekredsløb A, der er angivet ved en punkteret linie, og indgangen til den styrede forstærker 22 er koblet til niveaumålekredsløbet B, 35 der ligeledes er angivet ved en punkteret linie. Ind- 6 DK 166896 B1 gangen til niveaumålekredsløbet A er forsynet med en spændingsstyret måleforstærker 15, hvis udgang er koblet til et niveauindikerende kredsløb 16, hvis udgang atter er koblet til indgangen til en I-5 regulator 17. Udgangen fra I-regulatoren 17 styrer måleforstærkeren 15. Niveaumålekredsløbet B's forbindelser er de samme som niveaumålekredsløbet A's, idet dettes forstærker, niveauindikeringskreds-løb og I-regulator er angivet ved henvisnings-10 betegnelserne henholdsvis 25, 26 og 27.

De niveauindikerende kredsløb 16 og 26's udgange virker som udgange for niveaumålekredsløbene, idet begge udgange er koblet til én og samme differentialforstærker 18. Differentialforstærkerens 15 udgang er koblet til PI-regulatoren 19, hvorved styrespændingen, der optræder ved Pi-regulatorens udgang,styrer de styrbare forstærkere 12 og 22 gennem fasevendestyreadapatorer 13 og 23. Styre-adaptorerne er beregnet til at bevirke den ønskede 20 forstærkningskurve for de styrbare forstærkere 12 og 22 som funktion af styrespændingen.

Hvis de styrbare forstærkeres forstærkning var fast og > 1, ville forbindelsen klart tjene som en oscillator på grund af liniehybridernes uideelle 25’ kvalitet med varierende linieempedanser, der er karakteristiske for et nummerskivetelefonnetværks to-tråds-forbindelser.

For at forhindre svingning anvendes den i fig.

2 viste forstærkningskurve i kredsløbet. Den lod-30 rette akse, der repræsenterer forstærkningen, er logaritmisk, og den vandrette akse, der repræsenterer styrespændingen v , der optræder ved Pi-regulatoren 19's udgang, er lineær. De ydre grænser for styrespændingen vc er angivet ved -v^ og +V2· Kurven 35 repræsenterer den forstærkning, der bevirkes i en 7 DK 166896 B1 retning, og kurven tilsvarende forstærkningen, der bevirkes i den modsatte retning. Som det er bekendt, muliggør de anvendte forstærkningskurver,at retningstyringen sker på en sådan måde, at sumfor-5 stærkningen for tilbagekoblingen aldrig overskrider én, og koblingen er således ikke selvsvingende. Ved styrespændingens midterstilling er forstærkningen i begge retninger én, og forstærkeren kompenserer derved kun for dæmpninger, der optræder internt i 10 koblingen. Når styrespændingen v skifter i den

C

ene eller anden retning fra midterstillingen, tiltager forstærkningen i en retning og aftager i den anden retning. I kraft af den anvendte forstærks-kurve bliver signaler fra en retning, der er mod-15 sat den retning, der skal forstærkes, ikke helt uhørlige med undtagelse af i yderpunkterne af styringens variationsområde.

For at give to-trådsmellemforstærkeren gode taletransmissionsegenskaber, hvilket sker ved hjælp af 20 den ovenfor beskrevne forstærkningskurve, er det i-følge opfindelsen nødvendigt at anvende en lineær retningsstyring, der arbejder dynamisk på grundlag af talefrekvenssignaler, og som kan kompensere for forskellene mellem telefonforbindelserne, hvor 25 dæmpningen kan variere i forbindelserne, ligesom for baggrundstøjs indvirkning.

Funktionen af retningstyrekredsløbet, der er dannet af niveaumålekredsløbene A og B, differentialforstærkeren 18 og Pi-regulatoren 19, skal 30 i det følgende beskrives i detaljer. Spændingsniveauerne for signalerne fra forskellige retninger fås fra niveaumålekredsløbene A og B. I kraft af målingens niveaustyring kan der kompenseres for forskellene mellem telefonforbindelserne og virkningerne 35 af baggrundsstøjen på retnings styringen. Fig. 3 vi- 8 DK 166896 B1 ser mere detaljeret differentialforstærkeren 18 og Pi-regulatoren 19 i fig. 1. Som det er almindeligt ved styreteknik viser fig. 3 Laplace transformerede A(s), B(s) og Vc(s) af tidsfunktionerne a(t), b(t) 5 og v (t). Signalniveauerne A(s) og B(s), der fås fra niveaumålekredsløbene A og B, føres til differentialforstærkeren 18, hvis forstærknings-koefficient er angivet ved . Vægtede lineære retningsdata fås fra differentialforstærkeren ved-10 rørende indkommende signaler, dvs. data, der angiver fra hvilken retning, det højeste signalniveau fås.

De vægtede retningsdata fra differentialforstærkeren kobles til Pi-regulatoren 19, der virker som en faktisk retningsstyring for de styrbare forstærkere 15 12 og 22, og hvis udgangsspænding vc(t) svarer til forstærkningskurvens styrespænding. PI-regula-toren 19 er forsynet med et lukket styrekredsløb ved hjælp af tilbagekoblingen, der fås fra dets udgang, idet de vægtede retningsdata fra differen-20 tialforstærkeren er koblet som en indstillingsværdi. Forstærkningskoefficienten for tilbagekoblingen er betegnet med K3, regulatorens P-led med K3, og regulatorens I-led med T^. Dette arrangement fører til, at udgangsspændingen fra regulatoren, dvs. sty-25 respændingen v søger at følge variationer i ret-

C

ningsdataene ifølge en dynamisk overføringsfunktion, der er typisk for Pi-regulatoren. Følgelig indstilles retningsstyrespændingen til den retning, der skal forstærkes, i overensstemmelse med retningsdata-30 ene med en passende hastighed, idet I-ledet dæmper variationer, der optræder ved regulatorens udgang.

Endvidere søger styrekredsløbets udgang at nå retningstyringens midterstilling, når retningsdataene fra differentialforstærkeren får værdien nul.

35 Dette er tilfældet, når der ikke er noget signal på 9 DK 166896 B1 linierne 1 og 2, eller når niveauerne af signalerne fra forskellige retninger er lige store. På lignende måde vil afvigelser i retningsdataene have tendens til at aftage i forbindelse med signaler, 5 der har længere varighed, på grund af niveaumålingens automatiske niveauindstilling. Således kan regulatorens udgangsspænding, styrespændingen v ,

O

ikke blive låst ved sit andet yderpunkt ved signalniveauer, der normalt anvendes i telefonnetværk.

10 Et styrekredsløb udført som ovenfor beskrevet realiserer forstærkningsstyringen af mellemforstærkeren på en sådan måde, at forstærkeren arbejder dynamisk mellem sin fuld-duplex- og halv-duplex-tilstand. Styrekredsløbet gør det muligt at styre ret-15 ningen af forstærkningen blødt men tilstrækkeligt hurtigt i overensstemmelse med de indkommende talesignaler. Det menneskelige øre er i stand til at •kompensere for mindre niveauændringer, der optræder ved begyndelsen af ord i vendestadiet, idet den mind-20 ste niveauændring, der kan opfattes med øret er 3 dB.

Som helhed arbejder koblingen ifølge det ovenfor beskrevne blokdiagram i en taletransmission på samme måde som to-trådsmellemforstærkere, der er 25 beregnet for faste tråde; i et nummerskivetelefonnet-værk imidlertid inden for et bredt impedansområde u-den nogen afstemninger, dvs. koblingen er ikke kritisk overfor en mistilpasning af liniehybriderne.

Selv om opfindelsen ovenfor er beskrevet med 30 henvisning til eksemplet ifølge tegningen, er det klart, at opfindelsen ikke er begrænset hertil. Således kan forstærkningstyreprincipperne ifølge opfindelsen anvendes også i højtalertelefoner. En af liniehybriderne erstattes dertil af en kombination 35 af en højtaler og en mikrofon.

Claims (4)

10 DK 166896 B1

1. Fremgangsmåde til forstærkningsstyring af en mellemforstærker anvendt i et nummerskivetele-fonnetværks to-tråds forbindelser, hvor mellemfor-5 stærkeren omfatter styrbare forstærkere (12, 22) tilvejebragt for begge retninger af en indre firtråds-forbindelses signaltransmission.· hvilken fremgangsmåde omfatter: - måling af amplituden af signaler fra beg-10 ge transmissionsretninger, sammenligning (18) af de målte amplituder af signaler, der kommer fra begge transmissionsretninger, med hinanden, og - styring af de styrbare forstærkeres (12, 22) 15 forstærkning på grundlag af forskelsværdien for amplituderne ved påføring af en styrespænding (v ) til de styrbare forstærkere (12, 22) gennem styreadap-torer (13, 23) med modsat fase, kendetegnet ved, at forstærkningen styres kontinuerligt og trinløst 20 ved hjælp af styrespændingen (v ), der kontinuerligt indstilles indenfor sit lineære område (-v^.... +V1) .

2. En mellemforstærker anvendt i nummerski-vetelefonnetværks to-trådsforbindelser og hvis for- 25 stærkningsretning styres på grundlag af signalstyrkerne i de to transnåssicnsretair^r, hvilten mellemforstærker omfatter: - styrbare forstærkere (12, 22) for begge en indre firtrådsforbindelses signaltransmissionsretninger , og 30. organer til styring af de styrbare for stærkeres (12, 22) forstærkning på grundlag af niveauforskellen mellem signaler, der kommer fra begge transmissionsretninger, hvor styringen udøves gennem styreadaptorer (13, 23) med modsat fase, k e n-35 detegnet ved, at styreorganerne omfatter: 11 DK 166896 B1 - et niveaumålekredsløb (A, B) tilvejebragt særskilt for begge transmissionsretninger, en fælles differentialforstærker (18) koblet til niveaumålekredsløbenes (A, B) udgange, og 5 - en PI-regulator (19) koblet til udgangen fra differentialforstærkeren (18), idet udgangen fra regulatoren er koblet til styreadaptorerne (13, 23).

3. Mellemforstærker ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hvert niveaumålekredsløb 10 indeholder en styrbar måleforstærker (15, 25), et niveauindikeringskredsløb (16, 26) koblet til udgangen fra måleforstærkeren, og en I-regulator (17, 27. koblet til niveauindikeringskredsløbets udgang til styring af måleforstærkerens (15, 25) forstærk-15 ning.

4. Mellemforstærker ifølge krav 2 eller 3, kendetegnet ved, at Pi-regulatoren (19) har en tilbagekoblingssløjfe.