NL7903664A - Lijncircuit. - Google Patents

Description

"

V

- * N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

1-5-1979 1 PHN 9^51

Lijncircuit

De uitvinding heeft betrekking op een lijncircuit bevattende een voedingsbron en een versterker met lage uitgangsimpedantie aangesloten op de voedingsbron en.een aansluitklem voor het door het lijncircuit toevoeren van 5 een van de voedingsbron afkomstige gelijkstroom -met een daarop gesuperponeerde wisselstroom afkomstig van een op de versterker aangesloten signaalbron aan een op de aansluitklem aangesloten ader van een abonneelijn.

Een dergelijk lijncircuit waarbij de gelijkstroom 10 door de versterker wordt geleverd is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.041.252.

Abonneecentrales gebaseerd op tijdverdelings of kleinsignaalruimte-netwerken vereisen een goedkope abonnee-lijncircuit op een "één per lijn" basis. Dit vereist een 15 zo groot mogelijke integratiegraad van het circuit.

Yoor het leveren van de gelijkstroom bevat de voedingsbron een gelijkspanningsbron. De grootte van de gelijkstroom is afhankelijk van de lengte van de abonneelijn. Om bij zeer lange lijnen voldoende lijnstroom te 20 hebben bedraagt de spanning van de spanningsbron normaliter 48 of 6θ Yolt. Dit brengt met zich mede dat de lijnstroom voor zeer korte lijnen of bij een kortsluiting op de abonneelijn zeer groot kan zijn. Daartoe schrijven de administraties een in serie met de voedingsbron opgenomen voe-25 dingsweerstand van 400 è 800 Ohm voor waarmede de maximale 7903864 % ir 1-5-1979 2 PHN 9^51 lijnstroom tot 100 è, 12Ó mA begrensd wordt. Omdat een abonneelijn een tweedraadstransmissielijn is bevat bet lijncircuit een tweede versterker welke zodanig geschakeld is dat het lijncircuit symmetrisch is opgebouwd. De voe-5 dingsweerstand doet daarbij dienst als afsluitimpedantie, opgesplitst in twee impedanties die elk een waarde van ZOO è. 400 Ohm hebben. Om te voorkomen dat door deze •impedanties common mode signalen op de abonneelijn in differentiële mode signalen worden omgezet vereisen de 10 administraties dat deze impedanties ongeveer 0,1$ nauwkeurig zijn. Vanwege de grote waarde van de maximale lijnstroom dissiperen de eindtransistoren van de versterkers een relatief groot vermogen. Deze dissipatie in het te integreren deel is tot nu toe een belemmering om deze 15 circuits toe te passen met de voor telefonie-systemen vereiste levensduur en betrouwbaarheid.

De uitvinding beoogt aan dit bezwaar tegemoet te komen en een lijncircuit te realiseren waarvan de dissipatie in de actieve componenten van het lijncircuit zeer 20 klein is en waardoor deze gemakkelijk in geïntegreerde vorm verwezenlijkt kunnen worden.

Het lijncircuit overeenkomstig de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat deze een stroominjectieinrichting bevat aangesloten op de uitgang van de versterker voor het 25 aan de ader van de abonneelijn toevoeren van een door de impedantie van de stroorainjectieinrichting bepaald gedeelte van de gelijkstroom en waarbij het resterende gedeelte van de gelijkstroom door de versterker wordt geleverd.

Het buiten de eindtransistor om toevoeren van 30 tenminste een deel van de gelijkstroom aan de aansluitklem heeft een verlaging van de dissipatie in de eindtransistor tot gevolg, waardoor deze gemakkelijker in geïntegreerde vorm te realiseren is.

Volgens een verder kenmerk heeft de versterker 35 een gedefineerde versterkingsfactor, is de uitgang van de versterker via een weerstand op de aansluit klemmen aangesloten, is een terugkoppelketen welke een referentiespan-ningsbron' bevat aangebracht tussen de aansluitklem en de 7903664

V

' ¥ 1-5-1979 3 ΡΗΝ 9^51 signaalingang van de versterker voor het terugkoppelen van een gedeelte van het spanningsverschil tussen de spanning van de aansluitklem en de spanning van de referentiespan-ningsbron en bevat de stroominjectieinrichting een gelijk-5 spanningsbron gekoppeld met de impedantie, welke impedantie door het gedeelte van de gelijkstroom geleverd door deze inrichting doorlopen wordt. Dit hééft het voordeel dat de weerstand aangesloten tussen de uitgang van de versterker en de aansluitklem een door de terugkoppelfactor bepaalde kleinere 10 waarde dan de door de administraties vereiste waarde heeft, waarbij de verschilwaarde door de impedantie*in de stroominjectieinrichting gevormd wordt, zodat met een kleine weer- . stand met een nauwkeurigheid van 0,1 $ volstaan kan worden, welke een met de terugkoppelfactor kleiner vermogen dissi-10 peert en derhalve* goedkoop is. De weerstand aangesloten tussen de uitgang van de versterker en de aansluitklem zou dan eveneens mede geïntegreerd kunnen worden.

Volgens een geschikte uitvoeringsvorm is het lijncircuit daardoor gekenmerkt dat de versterker een verschilver-2° sterker is met een signaal-niet inverterende ingang en een signaalinverterende ingang, waarbij de uitgang van de versterker op de signaalinverterende ingang is aangesloten en dat de terugkoppelketen een spanningsdeler bevat aangesloten . tussen een pool van de referentiespanningsbron en de aan- sluitklem, waarbij de aftakking van de spanningsdeler op de door de signaal-niet inverterende ingang gevormde signaalin-gang van de versterker is aangesloten.

Volgens een zeer geschikte uitvoeringsvorm is het lijncircuit daardoor gekenmerkt dat de gelijkspanningsbron een 30 puls-generator bevat, de impedantie een zelfinduetie bevat aangesloten op de puls-generator en dat een gelijkrichtschakeling is aangesloten op de zelfinductie en gekoppeld met de uitgang van de versterker.

Hierdoor is verkregen dat de totale dissipatie van het 35 lijncircuit gering is, waardoor dit circuit grotendeels in geïntegreerde vorm uitgevoerd kan worden waarmede tevens is bereikt dat de pakkingsdichtheid van dergelijke lijncircuits op printkaarten in rekken van telefooncentrales groot "is.......

790 3 6 64. ' “ % 1-5-1979 4 PHN 9^51 *

De uitvinding en haar voordelen worden aan de hand van in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader toegelicht waarbij overeenkomstig componenten in de verschillende figuren met dezelfde verwijzingscijfers wor-5 den aangeduid. Daarbij toont

Fig. 1 een gedeelte van een lijncircuit volgens de uitvindingen.

Fig.2 een compleet uitvoeringsvoorbeeld van een lijncircuit overeenkomstig de uitvinding.

^ Het in Figuur 1 weergegeven gedeelte van een lijn circuit bevat een aansluitklem 1 voor het aansluiten van een ader van een niet weergegeven abonneelijn bijvoorbeeld de a-ader. Aan deze ader wordt via een teruggekoppelde versterker 2 en een weerstand 3 een door een als stroombron k 15 uitgevoerde signaalbron afgegeven spraaksignaal toegevoerd. De versterker 2 bevat een eindtrap welke in dit uitvoeringsvoorbeeld twee complementaire eindtransistoren 5 en 6 bevat. Deze transistoren 5 en 6 zijn als emittervolgers geschakeld, waardoor de ui,tgangsimpedantie van de versterker 2, welke 20 tengevolge van de terugkoppeling laagohmig is, extra laag is. Tussen de doorverbonden basissen van de transistoren 5 en 6 en de emitters is een weerstand 8 geschakeld om bij het omkeren van de stroomrichting de niet lineaire vervorming ten gevolge van de dubbele basisemitter spannings-25 ruimte tijdens het overnemen van de geleidingstoestand van een van de transistoren door de andere te verminderen. De Koppeling van de basissen van de transistoren met de ingang van de versterker is niet weergegeven, omdat deze hoewel voor de werking van de versterker vereist voor de 30 uitvinding niet van belang is. Verder is de collector van transistor 5 op de positieve pool 9 en de collector van de transistor 6 op de negatieve pool 10 van een niet weergegeven als voedingsbron fungerende spanningsbron aangesloten.

Aan de abonneelijn, waarvan een ader op klem 1 is 35 aangesloten,moet een door de administraties voorgeschreven gelijkstroom worden troegevoerd respectievelijk afgenomen.-Deze heeft bijvoorbeeld een minimale waarde van 20mA bij zeer lange lijnen en bijvoorbeeld een maximale waarde van 7903664 1-5-1979 '5 PEN 9k5~\ 120mA voor zeer korte lijnen of bij een kortsluiting op de lijn. Deze lijnstroom vloeit normaliter van de positieve pool 9 via de hoofdstroombaan van transistor 5 naar de aansluitklem 1, of bij toepassing van een omgekeerde 5 lijnpolariteit van de aansluitklem 1 en de hoofdstroom baan van transistor 6 naar de negatieve pool 10. Opgemerkt wordt dat indien slechts met één lijnpolariteit wordt gewerkt één van de eindtransis toren 5 en 6 kan vervallen.

Ten behoeve van de versterking van de van de stroombron 4 afkomstige spraaksignalen hebben de transistoren een col-lectorruimte van ongeveer zes volt nodig. Bij een lijnstroom van ca 80 mA bedraagt de dissipatie in de stroom-voerende eindtransistor 480m¥. Een compleet lijncircuit bevat evenwel twee van dergelijke versterkers hetgeen een 1® totale dissipatie van 9^0 m¥ geeft, hetgeen de realisatie in geïntegreerde vorm bemoeilijkt.

Om deze dissipatie te reduceren is het lijncircuit van een stroominjectieinrichting voorzien. Deze stroomin-jectieinrichting bevat in dit uitvoeringsvoorbeeld een tot 20 de voedingsbron behorende spanningsbron 11 en een weerstand 12, welke op de laagohmige uitgang 7 van de versterker 2 is aangesloten. Vanwege de lage uitgangsimpedantie van de versterker 7 levert de stroominjectieinrichting bij een geschikte keuze van de spanning van de spanningsbron 11 25 en de grootte van de weerstand 12 een gedeelte of de gehele lijns-troom voor de abonneelijn. De lijnstroom vloeit daardoor niet meer via de transistor 5 of 6, waardoor de versterker 2 gemakkelijk in geïntegreerde vorm verwezenlijkt kan worden. Door de weerstand 12 buiten het chip van het 30 geïntegreerde gedeelte van het lijncircuit aan te brengen vindt de dissipatie buiten het chip plaats.

Te dezer.plaats wordt opgemerkt dat van de eind-transistoren 5 respectievelijk 6 de collector op de uitgang 7 aangesloten mag zijn en de emitter op de positieve 35 pool 9 respectievelijk de negatieve pool 10 van de niet weergeven spanningsbron. De sturing van de basis van elk van deze eindtransistoren moet dan ten opzichte van de spanningen van deze polen 9 en 10 geschieden. Door toepas- 7903864 i.

1-5-1979 6 PHN 9^51 sing van een terugkoppeling kan dan eveneens een lage uitgangsimpedantie worden gerealiseerd.

Zoals eerder beschreven schrijven de administraties bij zeer lange abonneelijnen een minimale stroom 5 van 20 mA voor, welke verkregen wordt door een spanningsbron van 48V of van 60V toe te passen. Om de stroom bij korte abonneelijnen of kortsluiting te begrenzen schrijven de administraties in serie met elk van de aders van een abonneelijn een voedingsweerstand van 200 k kOO Ohm voor.

10 Bij een lijnstroom van 100 mA dissiperen deze weerstanden dan elk 2 h k Watt.

Vanwege het feit dat deze weerstanden tevens voor wisselstroomsignalen de afsluitimpedanties van de abonnee-lijn vormen eisen de administraties dat deze weerstands-1® waarden ongeveer 0,1 fo nauwkeurig moeten zijn. Deze nauwkeurige weerstanden, geschikt voor genoemde dissipatie, zijn tamelijk duur.

Om hieraan tegemoet te komen ‘heeft onder andere * de versterker een gedefineerde versterkingsfactor. Deze is on in dit uitvoeringsvoorbeeld gerealiseerd doordat de versterker 2 als verschilversterker is uitgevoerd waarvan de signaalinverterende ingang 13 met de uitgang 7 is doorverbonden, waarbij de signaalbron k op de signaal nietinverterende ingang 14 is aangesloten.. De versterkingsfactor van 25 , , de aldus uitgevoerde versterker 2 is een. Echter kan iedere willekeurige vaste versterkingsfactor worden toegepast, zoals verkregen kan worden met de in figuur 1 gestippeld aangegeven terugkoppelketen 1-2. Evenzo kan iedere willekeurige versterker met gedefineerde versterkingsfactor ^ worden toegepast.

Verder bevat het lijncircuit behalve de reeds eerder beschreven weerstand 3, welke aangesloten is tussen de uitgang 7 en de aansluitklem 1, een terugkoppelketen welke een referentiespanningsbron bevat. Als referentie-35 spanningsbron wordt in dit uitvoeringsvoorbeeld de spanningsbron 11 van de stroominjectieinrichting toegepast.

Er kunnen evenwel voor beide toepassingen afzonderlijke bronnen worden toegepast met verschillende spanningswaarden.

7903664 t 1-5-1979 7 PHN 9451

De terugkoppelketen bevat een spanningsdeler gevormd door de weerstanden 15 en 16,waarvan de middenaftakklng op de signaal-niet inverterende signaalingang 1 4 van de versch.il- versterker 2 is aangesloten. Op deze wijze wordt een impe- 5 dantievermenigvuldiging van de weerstand 3 verkregen. Er kan gemakkelijk worden aangetoond dat de uitgangsimpedantie

Rq gezien vanaf de aansluitklem 1, bij een zeer hoge ver- .

sterkingsfactor van de versterker 2 zonder terugkoppeling, gelijk is aan 10 + r-,£

R = -& . R

r3 +r15 3

Hierbij komen de verwijzingscijfers van de met R aangeduide weerstanden overeen met de in figuur 1 weergegeven aandui-jg dings cijfers van de weerstanden.

Bij een geschikte keuze van de waarden van deze weerstanden bijvoorbeeld R^ = 1k en R^g = 9k wordt een uitgansimpe-dantie Rq ν^η 200 respectievelijk 400 Ohm verkregen bij een waarden van 20 respectievelijk van 40 Ohm voor-R^. De weer-20 stand R^ dissipeert dan bij 100 mA slechts 0,2 respectievelijk 0,4 Watt, waarvoor goedkope o,1 procent nauwkeurige weerstanden verkrijgbaar zijn. De resterende 180 respectievelijk 3^0 Ohm van de afsluit of voedingsweerstanden worden gevormd door de electronische impedantie van de 25 transistoren 5 en 6. Dit zou, indien de lijnstroom door de eindtransistor zou vloeien het nadeel hebben dan de dissi-patie in de transistoren 5 en 6 aanzienlijk zou zijn. Echter wordt door de stroominjectieinrichting althans een gedeelte van de lijnstroom buiten de transistoren 5 en 6 om 30 aan de aansluitklem 1 toegevoerd.

Bij een juiste keuze van de weerstand 12 kan de lijnstroom volledig buiten de transistoren 5 en 6 om naar de aansluitklem 1 vloeien en wel vanaf bron 11 via de weerstand 12 en de weerstand 3· De transistoren 5 en 6 zijn 35 dan in klasse B ingesteld. De waarde van de weerstand 12 moet dan l80Jtrespectievelijk 36ΟΛ bedragen.

Op deze wijze is verkregen dat slechts weerstanden van 20 respectievelijk 30Λ met een nauwkeurigheid van 0,1 $ 7903664 1-5-1979 . 8 PHN 9451 »* toegepast worden, welke een relatief laag vermogen dissi-peren en vermeden is dat de dissipatie in de transistoren 5 en 6 optreedt. De resterende weerstanden hebben een waarde van 180 respectievelijk 360 Ohm, waardoor deze een 5 relatief hoog vermogen dissiperen. Deze weerstanden behoeven echter niet nauwkeurig te zijn.

Als de gelijkstroom niet geheel wordt gecompenseerd, bijvoorbeeld als de transistor 5 en 6 in klasse A bedreven worden voeren deze transistoren bijvoorbeeld een 10 voor de spraaksignaalversterking noodzakelijke gelijkstroom van ongeveer 10mA. De daardoor veroorzaakte dissipatie in de eindtransistoren is echter te verwaarlozen.

Het in Figuur 1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld toont slechts één struurtrap van een lijncircuit, welke 15 stuurtrap ten opzichte van een virtuele aarde 18, 19 en 20 (gestippeld getekend) is' weergegeven. Deze virtuele aarde representeert een symmetrievlak voor de spraaksignalen in een compleet lijncircuit zoals weergegeven in figuur 2. Opgemerkt wordt dat' dit vlak op halve batterijspanning ge-20 legen kan zijn als de negatieve pool van de gelijkspannings-respectievelijk referentiespanningsbron 11 geaard is.

In figuur 2 zijn beide stuurtrappen van het lijncircuit weergegeven, waarbij de componenten van de tweede stuurtrap welke identiek zijn.aan die van de eerste stuur-25 trap met een van een accent voorzien zelfde verwijzings-cijfer zijn voorzien. De aansluitklemmen 1 en 1 * dienen voor het aansluiten van de a en b aders van een abonneelijn. Dit uitvoeringsvoorbeeld toont verder een gescheiden spanningsbron voor de stroominjectieinrichting en de referentie 30 spanningsbron, De spanningsbron van de stroominjectieinrich-"* ting bevat verder een pulsbron 21, twee op de pulsbron 21 aangesloten spoelen 22 en 23, een op de spoelen aangesloten gelijkrichtschakeling gevormd door de dioden 24 tot en • met 27 en een op de gelijkrichtbrug aangesloten filter be- • 35 vattende een afvlakcondensator 28 en twee spoelen 29 en 30 van bijvoorbeeld 20 mH. De stroomin jectieinrichting is via het filter op de uitgangen 7 en 7’ van de verschilversterkers 2 en 2* aangesloten. De werking van deze stroominjec- 7903664

Claims (7)

1-5-1979 9 PHN 9^51 % tieinrichting is als volgt. De door de pulsbron 21 geleverde stroom doorloopt de door de spoelen 22 en 23 gevormde impedantie alvorens te worden gelijkgericht in de gelijkrichtschakeling 24 tot en met 27 en wordt na afvlak-5 king door het filter als gelijkstroom bijvoorbeeld aan de uitgang 7 van de versterker 2 geinjecteerd respectievelijk aan de uitgang 7' van de versterker 2? onttrokken. De door de zelfinducties van de spoelen 22 en 23 gevormde impedan-ties moeten een zodanige waarde hebben dat deze de stroom-10 begrenzing door de weerstanden van bijvoorbeeld 200Ares-X pectievelijk 400Λ vervangen. Bij een pulsherhalingsfrequen-tie van 100 kHz zijn daartoe spoelen nodig met een zelfin-ductie van 0,32- respectievelijk 0,64 mH. Deze schakeling heeft het voordeel dat de dissipatie van het lijncircuit 15 minimaal is. De enige componenten'Velke nog lijnstroom dissiperen zijn de weerstanden 3 en 3'· CONCLUSIES;

1. Lijncircuit bevattende een voedingsbron en een versterker met lage uitgangsimpedantie aangesloten op de 20 voedingsbron en een aansluitklem voor het door het lijncircuit toevoeren van een van de voedingsbron afkomstige bepaalde gelijkstroom met een daarop gesuperponeerde wisselstroom afkomstig van een op de versterker aangesloten signaalbron aan een op de aansluitklem aangesloten ader van 25 een abonneelijn, daardoor gekenmerkt, dat het lijncircuit een stroominjectieinrichting bevat aangesloten op de uitgang van de versterker voor het aan de ader van de abonneelijn toevoeren van een door de impedantie van de stroominjectieinrichting bepaald gedeelte van de gelijkstroom en waarbij 30 het resterende gedeelte van de bepaalde gelijkstroom door de versterker wordt geleverd.

2. Lijncircuit volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de versterker een gedefinieerde versterkingsfactor heeft, dat de uitgang van de versterker via een weerstand op de 35 aansluitklemmen aangesloten is, dat een terugkoppelketen welke een referentiespanningsbron bevat is aangebracht tussen de aansluitklem en de signaalingang van de versterker voor het terugkoppelen van een gedeelte van het spanninga- 790 3 6 6 4 '.............. 1-5-1979 10 PHN 9451 / verschil tussen de spanning van de aansluitklem en de spanning van de referentiespanningsbron en dat de stroom-injectieinrichting een gelijkspanningsbron gekoppeld met de impedantie bevat welke impedantie door het door deze in-5 richting geleverde gedeelte van de lijnstroom wordt doorlopen.

3. Lijncircuit volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de versterker een verschilversterker is met een sig-naal-niet inverterende en een signaal-inverterende ingang, 10 waarbij de uitgang van de versterker met de signaal inverterende ingang is gekoppeld en dat de terugkoppelketen een spanningsdeler bevat aangesloten tussen een pool van de referentiespanningsbron en de aansluitklem, waarbij de aftakking van de spanningsdeler op de door de signaal-niet 15 inverterende ingang gevormde signaalingang van de versterker is aangesloten.

4, Lijncircuit volgens conclusie 3> daardoor gekenmerkt, dat de uitgang van de versterker via een van een verdere referentiespanningsbron voorzien tefugkoppelcircuit op de 20 signaal-inverterende ingang is aangesloten. 5» Lijncircuit volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de impedantie een waarde heeft welke nagenoeg gelijk is aan de uitgangsimpedantie van de versterkerschakeling verminder met de waarde van de weerstend.

6. Lijncircuit volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de gelijkspanningsbron een pulsgenerator bevat, de impedantie een zelfinductie bevat aangesloten op de pulsgenerator en dat een gelijkrichtschakeling is aangebracht aangesloten op de zelfinductie en gekoppeld met de uitgang 30 van de versterker.

7· Lijncircuit volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de impedantie een weerstand is welke tussen de gelijk-spanningsbron en uitgang van de versterker is aangesloten. 35 7903664