SE456061B - Mellanfrekvensforsterkare for anvendning i tvatradsforbindelser hos ett automatiskt telefonnet och ett forfarande for forsterkningsreglering av forsterkaren - Google Patents

Description

20 25 30 35 456 061 ningen hålls inom de gränser. som ges av de strukturella kra- ven på telefonnät. och uppfattbarheten hos talet förblir god.

Konventionella mellanfrekvensförstärkare för tvåtrådsöverfö- ring kan icke tillämpas 1 tvåtrådsförbindelser hos ett automa- tiskt telefonnät, ty funktionen hos konventionella förstärkare baseras på exakt kända linjeimpedanser (fasta förbindelser hos telefonnätet) och en avstämning, som åstadkonmes separat i varje enskilt fall.

Variation 1 linjeimpedansen i ett automatiskt telefonnât på- verkar kvaliteten hos den interna fyrtrådsförbindelsen hos mellanfrekvensförstärkaren (fyrträdsförbindelsen åstadkommes medelst linjehybrider avstämda till en bestämd impedans. t.ex. 600 ohm) och följaktligen börjar kopplingen oscillera_sâ snart som den totala förstärkningen av signalen. som skall matas, och en signal. som kommer såsom en återkoppling från en mot- satt riktning. överskrider värdet 1.

För eliminering av självoscillering måste en tvåtrâds mellan- frekvensförstärkare vara istand att upprätthålla summaför- stärkningen hos signaler. som färdas i motsatta riktningar, vid ett värde under 1 med hjälp av någon slags automatisk reg- lerkrets.

Tvatråds mellanfrekvensförstärkare avsedda för variabla linje- impedanser är typiskt halv-duplex. dvs. de överför och för- stärker en signal i en riktning åt gången.

Oscillationen orsakad av en möjlig missanpassning hos en lin- jehybrid är därför eliminerad (ingen återkoppling orsakad av oscillationen); pâ samma sätt kan den dämpning, som uppträder i en telefonförbindelse. vara fullkomligt kompenserad alterna- tivt i signalens båda transmissionsriktningar.

I detta slags förstärkare kan signalens färdriktning typiskt regleras medelst en omvändningsomkopplare. som arbetar på ba- sis av talfrekventa signaler från olika riktningar under anta- 10 15 20 25 30 35 456 061 gande av att informationen överförs alternativt från ena rikt- ningen till den andra.

I talöverföring fungerar en halv-duplex kommunikation enbart under högst gynnsamma förhållanden, och om båda talarna är medvetna om principen för alternerande tal. Uppehåll inträder typiskt i informationen. vilket medför störande. icke önskvär- da signaler. Vidare päverkar externt brus eller olika dämp- ningar hos linjerna riktningsstyrningen.

Följaktligen kan riktningsstyrningen hos en förstärkare. som arbetar med omkopplingsprincipen icke manövreras på sådant sätt, att taltransmissionsegenskaperna hos anordningen skulle kunna bli acceptabla.

För att förbättra taltransmissionsegenskaperna hos tvâtråds mellanfrekvensförstärkarna. som arbetar enligt halv-dup1ex- -principen har en talstyrd riktningsreglering med variabel förstärkning föreslagits i en högtalartelefonapplikation (US patentet 4 507 524). där man försöker eliminera i informatio- nen uppträdande brus och avbrott vid riktningsomkastning med hjälp av en 'mjuk' förstärkningsomvändning baserad på en tids- konstant. I detta fallet dämpas förstärkningen hos en signal. som färdas i den tidigare riktningen, och förstärkningen hos en efterföljande signal ökas (den totala förstärkningen ligger under 1 som funktion av regleringen inom regleromràdet). Efter tidskonstanten befinner sig förstärkningens riktning i det om- vända halv-duplex-tillståndet därav, till dess att en signal. som kommer från motsatta riktningen, överskrider omkopplings- nivån hos omvändningen hos en nivâjämförande krets.

Detta slags högtalartelefonförstärkare kan anses vara manövre- rade på omkopplingsprincipen pa grund av dess riktningsregler- kretsar, Taltransmissionsegenskaperna hos detta slags lösningar är en- bart lätt förbättrade och är på sin höjd skapliga, eftersom riktningen'hos förstärkningen är last, även om den förses med linjärt reglerbara förstärkare. 10 15 20 25 30 35 4ssio61 Det begränsade frekvensområdet hos ett telefonnât (300 - - 3400 Hz) utesluter lösningar baserade på två bärvågsvågor vid överföringen av talinformation.

En avgörande förbättring uppnås med hjälp av riktningsregle- ring hos förstârkningen hos en tvåtråds mellanfrekvensförstär- kare enligt uppfinningen vid taltransmissionsegenskaper med avseende på de ovan angivna nackdelarna.

Detta uppnås med metoden enligt uppfinningen genom en kontinu- erlig, steglös justering av förstärkningen inom ett linjärt område av detta med hjälp av en kontinuerligt justerbar spän- ning. Hellanfrekvensförstärkaren enligt uppfinningen känne- tecknas i sin tur av att regleranordningarna innefattar: - en nivåmätkrets anordnad separat för båda transmissionsrikt- ningarna. - en gemensam differensförstärkare kopplad till nivåmätkret- sarnas utgångar. och - en Pl-regulator kopplad till differensförstärkarens utgång. varvid styranordningens utgång är kopplad till regleranpass- ningsanordningarna.

Grundideen för uppfinningen ligger sålunda i att mellanför- stärkaren är försedd med sådana regleranordningar, att inga i förväg bestämda amplitudvärden måste överskridas för åstadkom- mande av omvändningen av förstärkningen. men riktningsregler- spänningen justeras kontinuerligt inom dess linjära område på basis av skillnadsvärdet hos amplituderna hos signaler. som kommer från olika transmissionsriktningar.

Uppfinningen är fördelaktig huvudsakligen genom att ytterliga- re förbindelser kan åstadkommas för tvåtrådsförbindelser 1 ett automatiskt telefonnät under transmission av talinformation utan att inkräkta på hörbarneten eller uppfattbarheten. I praktiken behöver icke de talande personerna uppfatta någon- ting omvanligt. när de använder telefonlinjen. f» 10 15 20 25 30 35 456 061 Uppfinningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till utfö- ringsformerna i de bifogade figurerna. där fig. l är ett blockschema över en mellanfrekvensförstârkare enligt uppfinningen. fig. 2 illustrerar en förstärkningskurva hos mellanfrekvens- förstärkaren som funktion av en riktningsreglerspänning. och fig. 3 är ett blockschema över en PI-regulator använd i en riktningsreglerkrets.

I fig. l är mellanfrekvensförstärkaren kopplad mellan två två- tråds telefonlinjer l och 2. En intern fyrtråds förbindelse hos förstärkaren bildas av linjehybriderna ll och 21 för att signaler, som kommer från olika riktningar. skall kunna sepa- reras från varandra för att förstärkas separat. De två trans- missionsriktningarna hos den interna fyrtråds förbindelsen är försedda med spänningsreglerade förstärkare 12 och 22. Ingång- en på den reglerbara förstärkaren 12 är kopplad till linje- hybriden ll och dess utgång till linjehybriden 21 via en nivå- begränsar- och bredbandsfilterkrets 14. Ingången på den reg- lerbara förstärkaren 22 är i sin tur kopplad till linjehybri- den 21 och dess utgång till linjehybriden ll via en ytterliga- re nivåförstärkar- och bredbandsfilterkrets 24. De reglerbara förstärkarna 12 och 22 är avsedda att kompensera för dämpning, som uppträder i telefonförbindelser. Nivåbegränsar- och bred- bandsfilterkretsarna l4 och 24 begränsar i sin tur nivån och bandbredden hos signaler, som kommer till linjerna 1 och 2 inom gränserna hos de strukturella kraven hos telefonnät (t.ex. Odbm och 300 - 3400 Hz).

Ingången på den reglerbara förstärkaren l2 är kopplad till en nivåmätkrets A. som indikeras med en streckad linje, och in- gången på den reglerbara förstärkaren 22 är kopplad till nivå- mätkretsen B. som på samma sätt indikeras med en streckad lin- je. ingången på nivåmätkretsen A är försedd med en spännings- reglerad mätförstärkare 15, vars utgång är kopplad till en ni- 10 15 20 25 30 35 4562061 våindikerande krets 16, vars utgång i sin tur är kopplad till ingången på en I-regulator 17. I-regulatorns 17 utsignal reg- lerar mätförstärkaren 15. Nivåmätkretsens B kopplingar är lika med dem för nivåmätkretsen A. varvid dess mätförstârkare, ni- våindikerande krets och I-regulator har erhållit referensbe- teckningarna 25, 26 resp. 27.

De nivåindikerande kretsarnas 16 och 26 utgångar verkar såsom utgångar för nivåmätkretsarna. varvid båda dessa utgångar är kopplade till en och samma differensförstärkare 18. Differens- förstärkarens utgång är kopplad till en PI-regulator 19. var- igenom den på PI-regulatorns utgång uppträdande reglerspän- ningen reglerar de reglerbara förstärkarna 12 och 22 via för med fasomvändning arbetande regleranpassningsanordningarna 13 och 23. Regleranpassningsanordningarna är avsedda att åstad- komma den önskade förstârkningskurvan hos de reglerbara för- stärkarna 12 och 22 som funktion av reglerspänningen.

Om de reglerbara förstârkarnas förstärkning vore fasta och > l skulle förbindelsen uppenbarligen tjäna såsom en oscillator på grund av den icke ideala kvaliteten hos linjehybriderna med varierande linjeimpedanser. vilket är karakteristiskt för två- tråds förbindelser hos ett automatiskt telefonnât.

Förstärkningskurvan i fig. 2 används i kretsen för att för- hindra oscillering. Den vertikala axeln. son representerar förstärkningen, är logaritmisk, och den horisontella axeln. som representerar reglerspânningen vc. son uppträder på PI- -regulatorns 19 utgång, är linjär. De yttersta gränserna för reglerspänningen vc är angivna med -vl och +vl. Kurvan Cl representerar förstärkning i ena riktningen, och kurvan C2 representerar på motsvarande sätt förstärkning i den mot- satta riktningen. Som bekant möjliggör den använda förstärk- ningskurvan att riktningsreglering åstadkommas på sådant sätt, att summaförstärkningen av återkopplingen aldrig överskrider l (kopplingen är sålunda icke självoscillerande). I mittposi- tionen hos reglerspänningen är förstärkningen i båda riktning- arna l (förstärkaren kompenserar därigenom enbart dämpningar. 10 15 20 25 30 35 456 061 som uppträder internt i kopplingen). När reglerspänningen vc förskjuts i någondera riktning från nittpositionen ökar för- stärkningen i ena riktningen och minskar i den andra. På grund av den använda förstärkningskurvan blir signaler från en rikt- ning. som är omvänd mot den riktning, son skall förstärkas, icke totalt ohörbar förutom vid de yttre gränserna hos varia- tionsområdet för regleringen.

För att förse tvåtråds mellanfrekvensförstärkaren utrustad med den ovan beskrivna förstärkningskurvan med goda talöverfö- ringsegenskaper är det i enlighet ned uppfinningen nödvändigt att använda en linjär riktningsstyrning, son arbetar dynamiskt på basis av talfrekvenssignalerna och istånd att kompensera skillnaderna mellan telefonförbindelserna (dänpningen kan variera i förbindelserna) samt inflytandet av bakgrundsbrus.

Funktionen hos riktningsreglerkretsen, son är bildad av nivå- mätkretsarna A och B, differensförstärkaren 18 och PI-regula- torn 19 kommer att beskrivas detaljerat i det följande. Spän- ningsnivâerna hos signaler från olika riktningar erhålles från nivàmätkretsarna A och B. Pâ grund av nivåregleringen hos mät- ningen kan skillnaderna mellan telefonförbindelserna och effekterna av bakgrundsbrus på riktningsregleringen kompense- Fig. 3 illustrerar mera detaljerat differensförstärkaren 18 och Pl-regulatorn 19 i fig. l. (Såsom sedvanligt inom reg- IÉGS. lertekniken visar fig. 3 Laplace-transforner A(s), B(s) och VC(s) av tidsfunktionerna a(t), b(t) och vc(t).) från ni- våmätkretsarna A och B erhållna signalnivåer A(s) och B(s) ma- tas till differensförstärkaren 18. vars förstärkningskoeffici- ent indikeras med Kl. Viktade linjära riktningsdata erhalles från differensförstärkaren avseende inkonnande signaler, dvs. data, som visar från vilken riktning en högre signalnivå er- hålles. Det viktade riktningsdatat från differensförstärkaren kopplas till PI-regulatorn 19. som verkar såsom en riktig riktningsreglering för de reglerbara förstärkarna 12 och 22. och dess utspänning vc(t) svarar mot förstärkningskurvans reglerspänning. PI-regulatorn 19 är försedd med en sluten reg- lerkrets medelst återkoppling erhållen från dess utgång, var- 10 15 20 25 30 35 456 061' vid det viktade riktningsdatat från differensförstärkaren kopplas såsom ett ställvârde. Aterkopplingens förstärknings- koefficient indikeras med K3. regulatorns P-term av K2 och regulatorns I-term av Ti. Detta arrangemang leder till att regulatorns utspänning. dvs. reglerspänningen vc, tenderar att följa variationer i riktningsdatat i enlighet med en för PI-regulatorn typisk överföringsfunktion, som uppför sig dyna- miskt. Följaktligen justeras riktningsreglerspänningen till den riktning, som skall förstärkas. 1 enlighet med riktnings- datat i lämplig utsträckning (I-termen lugnar variationer. som uppträder vid regulatorns utgång).

Vidare försöker reglerkretsens utsignal att nå riktningsregle- ringens mittläge. när riktningsdatat från differensförstärka- ren får värdet noll. Detta är fallet, när det icke finns någon signal på linjerna l och 2, eller när nivåerna hos signaler från olika riktningar är lika stora. På samma sätt tenderar avvikelse i riktningsdatat att minska i förening med signaler. som har en längre varaktighet på grund av den automatiska ni- våjusteringen hos nivåmätningen. Sålunda kan regulatorns ut- spänning (reglerspänningen vc) icke bli låst vid det andra extremvärdet av detta på signalnivåer. son normalt används inom telefonnät.

En på det ovan beskrivna sättet åstadkommen reglerkrets reali- serar mellanfrekvensförstärkarens förstärkningsreglering på sådant sätt. att förstärkaren arbetar dynamiskt mellan full- -duplex och halv-duplex-tillstånd därav. Reglerkretsen möjlig- gör att förstärkningens riktning regleras mjukt men tillräck- ligt snabbt i enlighet med de inkommande talsignalerna. Det mänskliga örat är istånd att kompensera små nivåändringar, som uppträder vid början av ord vid det omvända tillståndet (den minsta märkbara nivåändringen för örat är 3 dB).

I sin helhet arbetar kopplingen enligt det ovan beskrivna blockschemat vid taltransmission på samma sätt som tvåtråds mellanfrekvensförstärkare avsedda för fasta trådar: i ett au- tomatiskt telefonnät emellertid inom ett brett impedansområde vä, 456 061 utan några avstämningar. dvs. kopplingen är icke kritisk för en missanpassning hos linjehybriderna.

Aven om uppfinningen har beskrivits ovan ned hänvisning till exemplet 1 de bifogade ritningarna är det uppenbart att upp- finningen icke är begränsad till detta. Sålunda kan förstärk- ningsreglerprincipen enligt uppfinningen också användas vid högtalartelefoner. En av linjehybriderna år därvid ersatt av en kombination av en högtalare och en mikrofon.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 456 061 10 Patentkrav

1. Förfarande för förstârkningsreglering hos en mellan- frekvensförstärkare används i tvätråds förbindelser hos ett automatiskt telefonnät, varvid mellanfrekvensförstärkaren in- nefattar reglerbara förstärkare (12, 22) anordnade för båda riktningar för signaltransmission hos en intern fyrtrâds för- bindelse, där förfarandet innefattar: - mätning av amplituderna hos signaler från olika transmis- sionsriktningar. - jämförelse (18) mellan de uppmätta amplituderna hos signa- ler, som kommer från olika transmissionsriktningar. med var- andra. och - reglering av förstärkningen hos de reglerbara förstärkarna (12, 22) på basis av skillnadsvärdet mellan amplituderna genom att tillföra en reglerspänning (vc) till de reglerbara för- stärkarna (12. 22) via med fasomvändning arbetande regleran- passningsanordningar (13, 23). k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningen regleras kon- tinuerligt och icke stegvis medelst reglerspänningen (vc), som är kontinuerligt justerbar inom dess linjära omrâde (-Vl...+vl).

2. Hellanfrekvensförstärkare använd vid tvâtrâdsförbindelser hos ett automatiskt telefonnät och vars förstärkningsriktning är reglerad på basis av signalstyrkan, varvid mellanfrekvens- förstärkaren innefattar: - reglerbara förstärkare (12, 22) för båda signaltransmis- sionsriktningarna hos en intern fyrtråds förbindelse. och - anordningar för att reglera förstärkningen hos de reglerbara förstärkarna (12, 22) på basis av nivåskillnaden hos signaler. som kommer från olika transmissionsriktningar, varvid regle- ringen âstadkommes genom med fasomvändning arbetande regleran- passningsanordningar (13. 23). 0» 10 15 20 ' 456 061 11 -* k ä n n e t e c k n a d - en nivâmätkrets (A. B) anordnad separat för båda transmis- sionsriktningarna, - en gemensam differensförstärkaren (18) kopplad till nivâmät- kretsarnas (A. B) utgångar. och - en PI-regulator (19) kopplad till differensförstärkarens (18) utgång. varvid regulatorns utgång är kopplad till regler- anpassningsanordningarna (13. 23).

3. Hellanfrekvensförstärkare enligt krav 2, k ä n n e ~ t e c k n a d av att varje nivåmätkrets innefattar en regler- bar mätförstårkare (15. 25). en nivâindikerande krets (16, 26) kopplad till mätförstärkarens utgång, och en I-regulator (17. 27) kopplad till den nivâindikerande kretsens utgång för att reglera mättörstärkarens (15, 25) förstärkning. k ä n - av att PI-regulatorn (19) har en återkopp-

4. Hellanfrekvensförstärkare enligt krav 2 eller 3. n e t e c k n a d lingsslinga. av att regleranordningarna innefattar: