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Dokumentenidentifikation DE3621777C2 07.04.1988
Titel Verbindungsschaltung bei einer Telefonanlage
Anmelder Mitel Corp., Kanada, Ontario, CA
Erfinder Styrna, Zbigniew Boleslav, Kanata, Ontario, CA;
Oddy, Douglas C., Ottawa, Ontario, CA
Vertreter Charrier, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8900 Augsburg
DE-Anmeldedatum 28.06.1986
DE-Aktenzeichen 3621777
Offenlegungstag 21.05.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.04.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.04.1988
IPC-Hauptklasse H04Q 3/24
Zusammenfassung Bei einer Verbindungsschaltung bei einer Telefonanlage, die einerseits an die symmetrischen Adern einer Amtsleitung, andererseits an die unsymmetrischen Anschlüsse einer Telefonanlage angeschlossen ist, sind die Adern über einen Kondensator mit der Primärwicklung eines Transformators verbunden. Parallel zu dieser Serienschaltung aus Kondensator und Primärwicklung verläuft eine Gleichstromschleife zwischen den Adern, die gegenüber Wechselstromsignalen einen hohen Widerstand aufweist. Die Impedanzanpassung an die Leitungsimpedanz der Adern erfolgt über eine Impedanzanpassungsschaltung, welche mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen einfachen Transformator mit kleinem Kern zu verwenden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsschaltung bei einer Telefonanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

An eine derartige Verbindungsschaltung sind die symmetrischen a- und b-Adern einer Amtsleitung angeordnet, die eine genormte Leitungsimpedanz aufweisen, welche in Nordamerika etwa 600 Ohm beträgt. Diese Adern der Amtsleitung übertragen Signale in beide Richtungen zwischen einer Amtsvermittlungsstelle und einer privaten Telefonanlage. Infolge des unterschiedlichen Aufbaus der Amtsvermittlungsstelle und der privaten Telefonanlagen ist es meist erforderlich, daß die Verbindungsschaltungen eine Impedanzanpassung vornehmen. Solche Verbindungsschaltungen sollen weiterhin gegenüber Gleichstrom einen geringen Widerstand aufweisen, der auf unter 250 Ohm genormt ist.

Infolge von Umgebungseinflüssen ist es unvermeidbar, daß in die Adern Fremdspannungen eingespeist werden. Diese als Gleichtaktsignale eingespeisten Spannungen können Amplituden von mehr als ±100 Volt Wechselstrom aufweisen. Weiterhin ist zu beachten, daß die Masseverbindungen sich oftmals verändern. Die Verbindungsschaltungen müssen daher die Telefonanlage gegenüber solchen großen Gleichtaktsignalen schützen.

Die symmetrischen a- und b-Adern übertragen die Wechselstromsignale in differentieller Form. Die Verbindungsschaltung muß solche Signale in beide Richtungen koppeln. Hierbei muß eine Isolierung zwischen der Amtsleitung und den zur Telefonanlage führenden Leitungen erfolgen. Weiterhin muß die Verbindungsschaltung die in den a- und b-Adern auftretenden Gleichtaktsignale löschen. Es ist weiterhin erforderlich, daß die Verbindungsschaltung gegenüber den Amtsadern eine Wechselstromimpedanz aufweist, die der nominellen Leitungsimpedanz angepaßt ist. Weiterhin ist es erforderlich, daß die Verbindungsschaltung einen Gleichstromwiderstand aufweist, der dem normierten Gleichstromwiderstand angepaßt ist. Meist ist es auch erforderlich, daß die Verbindungsschaltung gesteuert von einem Mikroprozessor Wählimpulssignale erzeugt und der Amtsleitung zuführt.

Die bekannten Verbindungsschaltungen weisen üblicherweise große Hybridtransformatoren auf, die eine genaue Anzahl von Wicklungen und beträchtliche Abschirmungen besitzen müssen und die die korrekte Impedanzanpassung vornehmen. Zur Isolierung gegenüber Gleichtaktsignalen weisen diese Transformatoren eine hohe Spannungsfestigkeit zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen auf. Solche Hybridtransformatoren stehen jedoch dem Erfordernis nach Miniaturisierung der Bauteile bei Telefonanlagen entgegen. Telefonanlagen sind üblicherweise mit gedruckten Schaltungsplatten aufgebaut, wobei dann derartige Hybridtransformatoren unverhältnismäßig groß und schwer sind. Die Größe dieser Transformatoren ist mit bedingt durch das Erfordernis, daß der durch sie hindurchfließende Strom den Kern nicht sättigen darf. Um eine einwandfreie Impedanzanpassung vornehmen zu können, muß die Anzahl der Wicklungen genau eingehalten werden, was die Kosten eines solchen Transformators zusätzlich erhöht.

Es ist bekannt, bei derartigen Hybridtransformatoren eine Sekundärwicklung mit einem Mittelabgriff vorzusehen, an welchen eine Impedanzanpassungsschaltung, üblicherweise in Form einer Brückenschaltung angeschlossen ist. Obwohl hierbei die Impedanzanpassung leichter vorgenommen werden kann, ist als nachteilig anzusehen, daß derartige Impedanzanpassungsschaltungen vergleichsweise teuer sind. Auch wird hierdurch der Nachteil nicht behoben, daß der Transformator einen großen Kern aufweisen muß.

Es ist weiterhin bekannt, anstelle von großen Hybridtransformatoren Festkörperbauteile vorzusehen. Solche Schaltungen sind beispielsweise in den canadischen Patenten 11 23 131 und 11 42 281 beschrieben. Bei der Verbindungsschaltung nach dem canadischen Patent 11 23 131 ist in Serie mit den a- und b-Adern eine Impedanzanpassungsschaltung geschaltet, wobei parallel zu dieser Schaltung eine Gleichstromschleife vorgesehen ist. Mit den a- und b-Adern verbunden ist ein Differentialverstärker, dem die Wechselstromsignale dieser Adern zugeführt werden. Eine Serienschaltung aus Widerständen und Kondensatoren ist mit den Eingängen dieses Differentialverstärkers verbunden, wodurch Gleichstrom vom Verstärker abgeblockt wird. Vom unsymmetrischen Anschluß der Telefonanlage abgehende Signale werden optisch übertragen auf einen Steuereingang der vorerwähnten Schaltung mit hoher Impedanz. Diese Schaltung arbeitet wie eine Gleichstromsignalquelle zur Modulation des durch sie hindurchgehenden Gleichstroms, der vom am Steuereingang auftretenden abgehenden Signal moduliert wird.

Hierdurch kann ein Hybridtransformator mit großem Kern entfallen. Die in Serie geschalteten Widerstände und Kondensatoren an den Eingängen des Differentialverstärkers müssen jedoch sorgfältig ausgewählt werden. Die Leitungssymmetrie ist ein Maß dafür, wie wenig die Impedanzen zwischen der a-Ader nach Masse und der b-Ader ebenfalls nach Masse voneinander abweichen. Sind diese Eingangswiderstände und diese gleichstromblockierenden Kondensatoren nicht innerhalb eines Bereichs von etwa 1% aufeinander abgeglichen, dann werden die in den a- und b-Adern auftretenden Gleichtaktsignale vom Differentialverstärker mit unterschiedlicher Amplitude empfangen und hierdurch verstärkt der Telefonanlage zugeführt. Diese enge Tolerierung der Widerstände und Kondensatoren ist teuer, wobei es üblicherweise erforderlich ist, die zueinander passenden Widerstände und Kondensatoren von Hand auszusortieren und zu prüfen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine derartige Verbindungsschaltung nicht gegen Spannungsspitzen geschützt ist, die höher als 250 Volt betragen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß unter bestimmten Umständen der Differentialverstärker radiofrequente Signale empfängt, demoduliert und übermittelt, die den Sprachkanälen der Telefonanlage zugeführt werden und somit eine Telefonkonversation überlagern.

Bei der Verbindungsschaltung nach dem canadischen Patent 11 42 281 ist die vorerwähnte optische Kopplung ersetzt durch einen billigen Transformator mit kleinem Kern. Dieser Transformator koppelt abgehende Signale zwischen dem unsymmetrischen Ausgangsanschluß der Telefonanlage und dem Steuereingang der Schaltung hoher Impedanz. In Serie mit der Sekundärwicklung des Transformators ist ein Kondensator geschaltet, der den Gleichstrom abblockt. Diese Verbindungsschaltung weist jedoch im wesentlichen die gleichen Nachteile wie die zuvor beschriebene Schaltung auf, da auch hier ein Differentialverstärker dazu verwendet wird, die in den a- und b-Adern ankommenden Signale zu empfangen. Auch hier ist eine sorgfältige Anpassung der Kondensatoren und Widerstände erforderlich.

Bei beiden Schaltungen ist das Merkmal zu verzeichnen, daß zwei jeweils in eine Richtung betriebene Signalschleifen erforderlich sind, um über die a- und b- Adern ankommende Signale dem Eingangsanschluß der Telefonanlage zuzuführen und um vom Ausgangsanschluß der Telefonanlage abgehende Signale diesen Adern zuzuführen.

Bei der Verbindungsschaltung nach der DE-PS 31 42 201 wird das Eingangssignal gegenpoligen Eingängen zweier Differentialstromverstärker zugeführt, von deren Ausgängen es über je einen Kondensator und einen dazu in Serie geschalteten Widerstand an die a- und b-Adern gelangt. Diese Widerstände müssen zum Schutz der Stromverstärker vor den in den a- und b-Adern auftretenden Hochspannungen hochohmig ausgebildet sein. Außerdem müssen sie wegen der geforderten Leitungssymmetrie in engen Toleranzen gleich groß sein, was auch für die Widerstände gilt, über die die a- und b-Adern an ihre Spannungsquelle angeschlossen sind. Zum Schutz der Stromverstärker sind weiterhin vorgespannte Schutzdioden an deren Ausgängen vorgesehen. Die a- und b-Adern liegen an den Eingängen eines Differentialverstärkers an, dessen Ausgang mit einem Eingang eines weiteren Differentialverstärkers verbunden ist, dessen Ausgang an der unsymmetrischen Ausgangsleitung anliegt. Dem anderen Eingang des weiteren Differentialverstärkers wird über einen Spannungsteiler ein Teil des Eingangssignals zugeführt, um zu erreichen, daß das über den einen Differentialverstärker rückgekoppelte Eingangssignal im weiteren Differentialverstärker gelöscht und nicht der Ausgangsleitung zugeführt wird. Dies erfordert eine sehr genaue Abstimmung des Spannungsteilers. Zur Impedanzanpassung ist es zusätzlich erforderlich, einen Teil des Ausgangssignals von der Ausgangsleitung auf die Eingangsleitung und damit auf die a- und b- Adern zurückzuführen, was ebenfalls einer genauen Abstimmung dieser Rückführschleife bedarf.

Es besteht die Aufgabe, die Verbindungsschaltung so auszubilden, daß ein Transformator mit kleinem Kern verwendet werden kann und die Bauteile, wie Widerstände und Kondensatoren keiner engen Toleranzen bedürfen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Merkmal der Schaltung besteht darin, daß zur Signalübertragung die Primärwicklung des Transformators direkt mit den a- und b-Adern verbunden ist und nicht mit dem Steuereingang einer Gleichstromdurchlaßschaltung hoher Impedanz, wie dies bei dem canadischen Patent 11 42 281 der Fall ist. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Wechselstromimpedanzanpassungsschaltung mit der Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist und diese Impedanzanpassung dann zur Primärwicklung des Transformators transformiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Gleichstromanpassungsschaltung hoher Impedanz an die a- und b-Adern anzuschließen, über welche dann der Gleichstrom fließt. Betrachtet man die bekannten Schaltungen, dann ist es dort nicht möglich, einen Transformator mit kleinem Kern direkt an die a- und b-Adern anzuschließen, wenn eine Gleichstromschleife zwischen diesen Adern verläuft, da sonst die Primärwicklung parallel zur Impedanzanpassungsschaltung geschaltet wäre und somit als dynamische Last wirken würde, die gegenüber der Amtsleitung eine von den Frequenzen abhängige sich verändernde Wechselstromimpedanz aufweist, was zu einer falschen Impedanzanpassung führt.

Beim Stand der Technik war deshalb der Transformator mit der Wechselstromschleife direkt verbunden, wodurch sich die Notwendigkeit eines zusätzlichen, in einer Richtung betriebenen Signalwegs ergibt, der einen Differentialverstärker umfaßt, dem die von den a- und b-Adern ankommenden Signale zugeführt werden.

Bei der Schaltung ist wesentlich, daß die den Gleichstrom durchlassende Schleife aus Festkörperbauteilen besteht.

Der Transformator isoliert in der erforderlichen Weise die Gleichtaktsignale, die in den a- und b- Adern auftreten. Es wird hierbei eine Spannungssicherheit von mehr als 500 Volt erreicht, im Vergleich zu den vorerwähnten 250 Volt, wo gleichstromblockierende Kondensatoren verwendet werden. Da sich zwischen den a- und b-Adern eine Gleichstromschleife niederen Widerstands aufbaut, kann der Transformator mit einem relativ kleinen Kern ausgeführt werden, da über die Primärwicklung dieses Transformators nur ein sehr geringer Gleichstrom fließt.

Mit der Schaltung ist es auch auf einfache Weise möglich, ohne Verwendung elektromechanischer Bauteile Wählimpulse zu erzeugen.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltung mit den wesentlichsten Bauteilen dieser Schaltung und

Fig. 2 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Die Verhältnisse bezüglich der Amtsleitung sind links von der gestrichelten Linie CO-CO dargestellt. An die Verbindungsschaltung rechts von dieser gestrichelten Linie sind angeschlossen die a- und b-Adern T und R der Amtsleitung. Diese liegen über die Leitungsinduktivitäten L1 und L2 an einem Gleichstrompotential von -48 Volt der Amtsvermittlungsstelle. ZT und ZR stellen die Widerstände dar, die in den Adern T und R gegenüber der Verbindungsschaltung auftreten. Diese Widerstände werden gebildet durch den Leitungswiderstand der Adern T und R und von Widerständen innerhalb der Amtsvermittlungsstelle.

Die zuvor beschriebene Schaltung stellt keinen Teil der Erfindung dar. Hierdurch wird lediglich verdeutlicht, in welcher Weise die Verbindungsschaltung an die Amtsleitung angeschlossen ist.

Zwischen den Adern T und R ist eine erste Schaltung geschaltet, an der das Potential dieser Adern anliegt. Die Schaltung 1 bildet einen niederen Widerstand gegenüber Gleichstrom, jedoch einen hohen Widerstand gegenüber Wechselstrom, wodurch der Durchgang von Wechselstromsignalen durch diese Schaltung 1 wirksam vermieden wird.

An die Ein- und Ausgangsanschlüsse Vi und Vo sind die unsymmetrischen, jeweils nur in einer Richtung betriebenen Ein- und Ausgangsleitungen der Telefonanlage angeschlossen.

Ein Transformator 2 dient zur Übertragung von Wechselstromsignalen in beiden Richtungen zwischen den a- und b-Adern T und R und den unsymmetrischen Ein- und Ausgangsleitungen über die Anschlüsse Vi und Vo. Ein von der Amtsleitung über die a- und b- Adern T und R ankommendes Wechselstromsignal liegt an der Reihenschaltung der Primärwicklung 2A des Transformators 2 und eines Kondensators 3 an, wobei diese Reihenschaltung den Durchgang von Gleichstrom blockiert. Der Kondensator 3 weist hierbei eine große Kapazität auf, damit er gegenüber niederfrequenten Signalen keinen großen Wechselstromwiderstand bildet. Ein Anschluß der Sekundärwicklung 2B des Transformators ist an Masse angeschlossen und bildet mit den Ein- und Ausgangsanschlüssen Vi und Vo jeweils einen Schaltkreis.

Von der Telefonanlage abgehende Wechselstromsignale, die am Ausgangsanschluß Vo anliegen, werden in einem ersten Verstärker 4 verstärkt und gelangen über eine Impedanzanpassungsschaltung 5 an die Sekundärwicklung 2B. Die symmetrischen a- und b-Adern T und R weisen eine normierte Leitungsimpedanz auf, die in Nordamerika 600 Ohm beträgt. Die Impedanzanpassungsschaltung 5 in Verbindung mit dem Transformator 2 bildet eine angepaßte Leitungsimpedanz von 600 Ohm, wie im einzelnen anhand der Fig. 2 beschrieben wird. Von den a- und b-Adern T und R ankommende Wechselstromsignale werden auf die Sekundärwicklung 2B übertragen und durch einen zweiten Verstärker 6 verstärkt an den unsymmetrischen Eingangsanschluß Vi angelegt.

Von der Telefonanlage abgehende und am Ausgangsanschluß Vo anliegende Wechselstromsignale werden durch eine Löschungsschaltung 7 gesperrt, wodurch vermieden wird, daß diese abgehenden Signale über den zweiten Verstärker 6 verstärkt der Telefonanlage zurückgeführt werden. Diese Löschungsschaltung 7 überträgt jedoch über die Adern T und R ankommende Wechselstromsignale, die verstärkt durch den zweiten Verstärker 6 der Telefonanlage zugeführt werden.

In Serie mit der Primärwicklung 2A und den a- und b-Adern T und R ist eine zweite Schaltung 8 geschaltet. Eine erste Steuerschaltung 9 dient zur Einschaltung der zweiten Schaltung 8 in Abhängigkeit eines Steuersignals, das von einem externen Mikroprozessor erzeugt wird.

Eine zweite Steuerschaltung 10 ist mit dem Einschalteingang E der ersten Schaltung 1 verbunden, die die erste Schaltung 1 einschaltet, wenn die zweite Schaltung 8 eingeschaltet wurde.

Wechselstromsignale von der Amtsvermittlungsstelle werden der Verbindungsschaltung über die a- und b- Adern der Verbindungsschaltung zugeführt. Hierbei handelt es sich um Sprach- oder Datensignale, die der Gleichspannung von -48 Volt der Amtsleitung überlagert sind. Die Überlagerung der Wechselstromsignale auf das Gleichstrompotential führt zu einem modulierten Gleichstromsignal.

In Abhängigkeit eines empfangenen Steuersignals vom externen Mikroprozessor führt die Steuerschaltung 9 ein Einschaltsignal der Schaltung 8 zu. Die Schaltung 8 wird hierdurch betätigt, so daß eine komplette Wechselstromschleife von der Ader T über die Primärwicklung 2A und den Kondensator 3 zur Ader R entsteht. Durch das Einschalten der Schaltung 8 erzeugt die Steuerschaltung 10 ein weiteres Einschaltsignal, wodurch die erste Schaltung 1 eingeschaltet wird, so daß eine Gleichstromschleife von der Ader T über die Schaltung 1 zur Ader R entsteht. Durch den hierbei fließenden Gleichstrom wird der Amtsvermittlungsstelle signalisiert, daß die Verbindungsschaltung belegt wurde.

Da die Schaltung 1 gegenüber Wechselstromsignalen einen hohen Widerstand bildet, gelangen diese Wechselstromsignale zur Primärwicklung 2A und werden auf die Sekundärwicklung 2B übertragen. Sie gelangen sodann über den Verstärker 6 zum Eingangsanschluß Vi und werden somit auf die Eingangsleitung der Telefonanlage übertragen.

Von der Telefonanlage abgehende Signale treten am Ausgangsanschluß Vo auf und werden über den Verstärker 4 der Löschungsschaltung 7 und der Sekundärwicklung 2B zugeführt. Die Löschungsschaltung 7 blockiert diese abgehenden Signale, so daß diese nicht zur Telefonanlage rückgekoppelt werden können, diese Löschungsschaltung 7 läßt jedoch von den Adern T und R ankommende Signale, die in der Sekundärwicklung 2B induziert werden, hindurch. Die abgehenden Signale werden von der Sekundärwicklung 2B auf die Primärwicklung 2A übertragen und dem Gleichstrompotential in den Adern T und R überlagert. Das resultierende in den Adern T und R auftretende Signal ist somit ein moduliertes Gleichstromsignal.

Die vorbeschriebene Verbindungsschaltung verwendet zur Signalübertragung in beiden Richtungen einen billigen Transformator 2 mit einem kleinen Kern, wodurch vermieden wird, daß entweder Transformatoren mit einem großen Kern oder Differentialverstärker erforderlich sind, die sorgfältig angepaßte gleichstromblockierende Kondensatoren und hohe Eingangswiderstände benötigen.

Gemäß Fig. 2 sind die a- und b-Adern T und R über jeweils einen Relaiskontakt K1 und K2 angeschlossen an eine Gleichrichterbrücke, bestehend aus den Dioden 21, 22, 23 und 24. Die Anode der Diode 21 ist verbunden mit der Ader T, mit der die Kathode der Diode 23 verbunden ist, deren Anode wiederum mit der Anode der Diode 24 verbunden ist. Die Kathode der Diode 24 liegt zusammen mit der Anode der Diode 22 an der Ader R an, wobei die Kathode der Diode 22 mit derjenigen der Diode 21 verbunden ist.

Die Kathoden der Dioden 21 und 22 sind mit den Kollektoren der NPN-Transistoren 25 und 26 verbunden, die eine Darlington-Schaltung bilden, wobei diese Kathoden weiterhin verbunden sind mit dem Emitter eines PNP- Transistors 28 und einem Verbindungswiderstand 27, der von diesem Emitter zum Kollektor dieses Transistors 28 verläuft.

Diese Seite des Widerstandes 27 und der Kollektor des Transistors 28 sind mit einem Anschluß der Primärwicklung 2A des Transformators 2 verbunden. Der Nichtinvertereingang eines Operationsverstärkers 29B ist über einen Widerstand 30 mit diesem Anschluß der Primärwicklung des Transformators verbunden und somit mit dem Kollektor des Transistors 28. Der Nichtinvertereingang des Operationsverstärkers 29B ist über eine Parallelschaltung, bestehend aus dem Widerstand 31 in dem Kondensator 32 mit der gemeinsamen Leitung verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 29B ist verbunden mit der Basis des Transistors 25 und über die Parallelschaltung aus dem Widerstand 33 und dem Kondensator 34 mit der gemeinsamen Leitung.

Der Emitter des Transistors 25 liegt an der Basis des Transistors 26 und beide Transistoren bilden auf diese Weise ein Darlington-Transistorpaar. Der Emitter des Transistors 26 ist verbunden mit dem Invertereingang des Operationsverstärkers 29B und über den Widerstand 35 mit der gemeinsamen Leitung.

Die Basis des Transistors 28 ist verbunden mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 36, dessen Emitter mit dem Invertereingang eines Operationsverstärkers 29A und über einen Widerstand 37 mit der gemeinsamen Leitung verbunden ist.

Die Operationsverstärker 29A und 29B bestehen bevorzugt aus einer gemeinsamen integrierten Schaltung.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 29A ist verbunden mit der Basis des Transistors 36. Der Nichtinvertereingang des Operationsverstärkers 29A ist mit dessen Speisespannungseingang verbunden und weiterhin mit dem Emitter eines Fototransistors 38A, der in Verbindung mit einer lichtemittierenden Diode 38B einen Optokoppler bildet. Der Masseanschluß des Operationsverstärkers 29A liegt an der gemeinsamen Leitung. Der Kollektor des Fototransistors 38A ist verbunden mit dem anderen Anschluß der Primärwicklung 2A des Transformators 2 und einem Anschluß des Kondensators 3, der, wie vorerwähnt, eine große Kapazität aufweist.

Eine Zenerdiode 40 ist zwischen dem Kollektor des Fototransistors 38A und der gemeinsamen Leitung geschaltet, welche dazu dient, die Speisespannungseingänge und die Nichtinvertereingänge der Operationsverstärker 29A und 29B gegen hohe Spannungsspitzen zu schützen, die über dem Kondensator 3 auftreten können.

Die Anode der lichtemittierenden Diode 38B liegt an positiver Spannung +V, während die Kathode über einen Widerstand R1 mit dem Kollektor eines NPN- Transistors Q2 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q2 liegt an Masse, während seine Basis an einen Mikroprozessor angeschlossen ist, der das in bezug auf Fig. 1 erwähnte Steuersignal erzeugt.

Der Transistor Q2 wird leitend, wenn der Mikroprozessor ein erstes Steuersignal an die Basis dieses Transistors anlegt, wodurch ein Strom zwischen dem Anschluß +V, der lichtemittierenden Diode 38B, dem Widerstand R1 und der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Q2 zu Masse fließt. Infolge dieses Stromflusses sendet die Diode 38B Licht aus, die auf den lichtempfindlichen Bereich des Fototransistors 38A trifft, dessen Basis- Emitterstrecke hierdurch vorgespannt wird, so daß der Fototransistor 38A leitend wird.

Die Sekundärwicklung 2B des Transformators 2 ist zwischen Masse und einem Widerstand 50 geschaltet. Der Widerstand 50 liegt in Serie mit einem Kondensator 52, die zusammen die Impedanzanpassungsschaltung 5 nach Fig. 1 bilden. Der Kondensator 52 ist weiterhin verbunden mit dem Ausgang des Pufferverstärkers 4. Der Kondensator 52 stellt sicher, daß kein Gleichstrom vom Verstärker 4 über die Sekundärwicklung 2B des Transformators 2 fließen kann. Der Ausgang des Verstärkers 4 ist weiterhin verbunden mit dem Invertereingang dieses Verstärkers und über einen Widerstand 53 mit dem Invertereingang des Pufferverstärkers 6. Dieser Invertereingang des Pufferverstärkers 6 ist über einen Rückkopplungswiderstand 56 verbunden mit dem Ausgang dieses Verstärkers 6, der den unsymmetrischen Eingangsanschluß Vi für die Telefonanlage bildet. Der unsymmetrische Ausgangsanschluß Vo ist verbunden mit dem Nichtinvertereingang des Verstärkers 4. Der Nichtinvertereingang des Verstärkers 6 liegt an dem Anschluß der Sekundärwicklung 2B an, der mit dem Transistor 50 verbunden ist.

Die symmetrischen a- und b-Adern T und R sind verbunden jeweils mit einem Gleichstromsensor 54 und einer Massestartschaltung 55. Die Sensoren 54 erfassen die Belegung der Amtsadern und das Auftreten von Rufsignalen und geben Informationen über die Schaltzustände dieser Adern an den Mikroprozessor weiter.

Die Massestartschaltung 55 in Verbindung mit den Gleichstromsensoren 54 und dem Mikroprozessor bewirken, daß eine Gleichspannung von -48 Volt an den Adern T und R liegt, wenn diese Adern freigeschaltet sind und bewirken weiterhin, daß die Ader R an Masse gelegt wird, wenn die Sensoren 54 einen Besetztzustand dieser Adern erfassen. Die Masseverbindung von der Ader R wird aufgetrennt, wenn die Sensoren 54 eine Masseverbindung der Ader T durch die Amtsvermittlungsstelle erfassen.

Die Relaiskontakte K1 und K2 werden durch eine Relaisspule K1R betätigt, die zwischen einem Anschluß +V und dem Kollektor eines Transistors Q1 geschaltet ist. Eine Schutzdiode Dp verläuft parallel zur Spule K1R. Der Emitter des Transistors Q1 liegt an Masse, während seine Basis mit dem Mikroprozessor verbunden ist. Erzeugt der Mikroprozessor das vorerwähnte Steuersignal, dann wird die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors Q1 leitend, so daß Strom durch die Spule K1R fließt.

Erzeugt der Mikroprozessor das Steuersignal, dann werden die Transistoren Q1 und Q2 leitend mit dem Ergebnis, daß die Relaiskontakte K1 und K2 geschlossen werden und die Diode 38B Licht erzeugt. Hierdurch wird der Fototransistor 38A leitend, und es entsteht eine Stromschleife zwischen den Leitungen T und R über die Kontakte K1 und K2, die Diodenbrücke, den Widerstand 27, die Primärwicklung 2A und die Speisespannungseingänge der Operationsverstärker 29A und 29B über den Nichtinvertereingang des Operationsverstärkers 29A.

Über den Widerstand 27 fließt hierbei ausreichend Strom und somit auch durch die Primärwicklung 2A und den Fototransistor 38A, damit der Operationsverstärker 29A eingeschaltet werden kann. Der Ausgang des Verstärkers 29A nimmt das Potential H an, erzeugt somit ein Einschaltsignal, wodurch der Transistor 36 leitend wird, so daß von der Basis des Transistors 28 Strom fließt über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 36 und den Widerstand 37 in Richtung der gemeinsamen Leitung. Die Basis-Emitterstrecke des Transistors 28 wird dadurch vorgespannt und leitend.

Die Speisespannung wird auf diese Weise gleichzeitig an die Verstärker 29A und 29B gelegt. Für den Fall, daß die Verstärker 29A und 29B kein gemeinsames Bauteil bilden, sind ihre Spannungsanschlüsse parallel geschaltet. Wenn der Transistor 28 leitend wird, dann steigt dessen Kollektorspannung auf das Potential in der Ader T an, wodurch das zweite Einschaltsignal erzeugt wird, das über den Widerstand 30 dem Nichtinvertereingang des Verstärkers 29B zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers 29B nimmt deshalb das Potential H an, wodurch die Darlington-Transistoren 25 und 26 eingeschaltet werden.

Das Verhältnis der Widerstände 30 und 31 führt zu einer Vorspannung am Verstärker 29B, der der zu erwartenden Mindestspannung zwischen den Adern T und R entspricht.

Liegt das Steuersignal nicht länger an, dann sperrt der Transistor 28, das Darlington-Transistorpaar 25 und 26 dagegen leitet für eine bestimmte Zeitdauer nach dem Sperren des Transistors 28 Strom infolge der Abfallzeit des zweiten Einschaltsignals, so daß die Gleichstromschleife nicht von dem Transistor 28, sondern von dem Darlington-Transistorpaar unterbrochen wird. Die Anstiegs- und Abfallszeiten hängen ab von der Zeitkonstante, die gegeben ist durch das RC-Produkt des Kondensators 34 und des Eingangswiderstandes infolge der Kombination der Widerstände 35 und 33 in Verbindung mit dem Darlington- Transistorpaar 25 und 26.

Der zwischen den Adern T und R durch das Darlington- Transistorpaar 25 und 26 fließende Gleichstrom wird bestimmt durch den Widerstandswert der Widerstände 30, 31 und 35, wenn das Darlington-Transistorpaar 25 und 26 voll durchgeschaltet ist. Die Größe dieses zwischen diesen Adern fließenden Gleichstroms beträgt beispielsweise 100 mA. Bei einem Prototyp betrug der Gleichstromwiderstand der Gleichstromschleife durch die Darlington-Transistoren 25 und 26 und den Widerstand 35 etwa 210 Ohm, wobei die Widerstandswerte der Widerstände 30 und 35 zwei Megaohm und 10 Ohm betrugen und diejenigen der Widerstände 31 und 33 jeweils 100 Kiloohm. Die Impedanz gegenüber Wechselstromsignalen von 100 kHz betrug bei dieser Gleichstromschleife mit den vorerwähnten Widerstandswerten etwa 38 Kiloohm, wobei die Kapazität des Kondensators 32 etwa 0,3 Mikrofarad und diejenige des Kondensators 34 etwa 3,3 Nanofarad betrug. Die Widerstände 30 und 31 wurden relativ groß gewählt, damit über sie nur wenig Strom floß.

Wählimpulssignale können von der Verbindungsschaltung erzeugt und an die Adern T und R angelegt werden in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das impulsweise vom Mikroprozessor, beispielsweise bei 10 Hz erzeugt wird. Hierbei fließt ein Gleichstrom zwischen den Adern T und R durch das Darlington-Transistorpaar 25 und 26 und den Widerstand 35 in Abhängigkeit der Signalpegel H des pulsierenden Steuersignals. Der Stromfluß wird unterbrochen, wenn dieses pulsierende Signal den logischen Wert L aufweist. Hierbei wird jeweils das Darlington-Transistorpaar 25 und 26 gesperrt. Die Amtsvermittlungsstelle erfaßt den pulsierenden Widerstandsabfall zwischen den Adern T und R und interpretiert dieses 10-Hz-Signal in bekannter Weise als Wählimpulssignal.

Wie vorbeschrieben werden also mit der Verbindungsschaltung zwei Stromschleifen erzeugt. Die erste Stromschleife weist einen niederen Widerstand gegenüber Gleichstrom und einen hohen Widerstand gegenüber Wechselstromsignalen auf. Die zweite Schleife weist gegenüber Wechselstromsignalen eine Impedanz auf, die der nominellen Leitungsimpedanz angepaßt ist und die gegenüber Gleichstrom einen hohen Widerstand aufweist, jedoch Wechselstromsignale hindurchgehen läßt.

Betrachtet man die zweite Stromschleife durch den Transistor 28, die Primärwicklung 2A und den Kondensator 3, dann ist ersichtlich, daß Gleichstrom blockiert wird durch den Kondensator 3, während Wechselstrom zwischen den Adern T und R zu fließen vermag. Durch die Primärwicklung 2A fließt lediglich ein kleiner Gleichstrom zur Stromversorgung der Verstärker 29A und 29B. Bei dem vorerwähnten Prototyp betrug dieser Gleichstrom etwa 3 mA, der jedoch im Vergleich zu dem Strom, der zum Sättigen des Transformatorkerns führt, relativ klein war.

Infolge des sehr geringen, durch die Primärwicklung 2A des Transformators 2 fließenden Gleichstroms ist es möglich, einen billigen, kleinen Transformator zu verwenden.

Bei dem Prototyp wurde ein Transformator 2 mit einem Übertragungsverhältnis von 1 zu 1 verwendet, bei welchem die äquivalenten Widerstände der Primär- und Sekundärwicklung jeweils etwa 50 Ohm betrugen. Der Wert des Widerstands 50 betrug etwa 500 Ohm. Somit erzeugte der Transformator 2 in Verbindung mit dem Widerstand 50 eine Wechselstromimpedanz von etwa 600 Ohm, welche der nominellen Wechselstromleitungsimpedanz gut angepaßt war.

Ein differentielles Wechselstromsignal, das an den Adern T und R anliegt, wird der Primärwicklung 2A zugeführt und auf die Sekundärwicklung 2B übertragen. Diese Signalspannung, gemessen gegen Masse, wird dem Nichtinvertereingang des Pufferverstärkers 6 zugeführt. Das anliegende Signal wird dort verstärkt und an den unsymmetrischen Eingangsanschluß Vi angelegt und somit der Telefonanlage zugeführt. Der Verstärkungsgrad des Pufferverstärkers 6 wird hierbei so gewählt, daß die Signalamplitude der Eingangsempfindlichkeit der Telefonanlage angepaßt ist.

Ein unsymmetrisches Ausgangssignal von der Telefonanlage wird über den Ausgangsanschluß Vo dem Nichtinvertereingang des Pufferverstärkers 4 zugeführt, dort verstärkt und über den Kondensator 52 und den Widerstand 50 an die Sekundärwicklung 2B des Transformators 2 angelegt. Wie schon zuvor erwähnt, dient der Kondensator 52 dazu, daß kein Gleichstrom vom Ausgang des Verstärkers 4 über die Sekundärwicklung 2B nach Masse fließt.

Wie schon zuvor erwähnt, bilden die Verstärker 4 und 6, die Widerstände 50, 53 und 56 und der Kondensator 52 eine Schaltung, welche verhindert, daß die am Anschluß Vo auftretenden Signale auf den Anschluß Vi zurückgekoppelt werden. Ein Teil des am Ausgang des Verstärkers 4 auftretenden Signals wird zu diesem Zweck dem Invertereingang des Verstärkes 6 über den Widerstand 53 zugeführt. Ein etwa gleicher Amplitudenanteil wird vom Verstärker 4 über den Widerstand 50 und den Kondensator 52 dem Nichtinvertereingang des Verstärkers 6 zugeführt. Da die Größe der Signalanteile an den beiden Eingängen des Verstärkers 6 etwa gleich ist, heben sie sich auf, so daß am Eingangsanschluß Vi kein Signal auftritt.

Das vom unsymmetrischen Ausgangsanschluß Vo kommende und an der Sekundärwicklung 2B anliegende Signal wird auf die Primärwicklung 2A des Transformators 2 übertragen. Das induzierte Ausgangssignal wird dem Gleichstrompotential, das an den Adern T und R anliegt, überlagert.

Auf diese Weise liegt an den Adern T und R ein abgehendes moduliertes Gleichstromsignal an, das zur Amtsvermittlungsstelle übertragen wird.

Die vorbeschriebene Schaltung überträgt also Signale von den symmetrischen Adern T und R auf den unsymmetrischen Eingangsanschluß Vi. Weiterhin werden vom unsymmetrischen Ausgangsanschluß Vo Signale auf die symmetrischen Adern T und R übertragen. Die Schaltung bewirkt weiterhin, daß die am Ausgangsanschluß Vo auftretenden Signale auf den Eingangsanschluß Vi nicht rückgekoppelt werden.

Die eine geringe Gleichstromimpedanz aufweisende Schleife zwischen den Adern T und R infolge des Abblockens des Gleichstroms durch den Kondensator 3 ermöglicht die Verwendung eines Transformators, der relativ klein ist im Vergleich zu den bekannten Hybridtransformatoren. Die zuvor beschriebene Verbindungsschaltung ist unempfindlich gegenüber in den Adern T und R auftretenden Gleichtakt-Wechselstromsignalen und weist eine gute Längsstabilität auf. Der Transformator 2 ist spannungsfest gegenüber mindestens 500 Volt. Es wird auf diese Weise ein in beide Richtungen betriebener Verstärker erhalten, der eine Signalübermittlung von zwei symmetrischen Adern auf vier Adern bewirkt.

Die Schaltung weist weiterhin eine Wechselstromimpedanz auf, die der nominellen symmetrischen Leitungsimpedanz angepaßt ist. Gleichzeitig weist diese Verbindungsschaltung einen geringen Gleichstromwiderstand auf, der dem nominellen Gleichstromleitungswiderstand angepaßt ist.

Es sind verschiedene Modifikationen dieser Schaltung möglich. Beispielsweise können die Transistoren eine zum angegebenen Beispiel unterschiedliche Polarität aufweisen. Der Transistor 28 kann beispielsweise zwischen dem Kondensator 3 und der Ader R angeordnet sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Verbindungsschaltung bei einer Telefonanlage zwischen den symmetrischen Adern einer Amtsleitung und den unsymmetrischen Anschlüssen einer Telefonanlage mit einem Transformator zur Übertragung von Wechselstromsignalen in beiden Richtungen, mit einer Gleichstromschleife zwischen den Adern und mit einer Impedanzanpassungsschaltung, dadurchgekennzeichnet, daß die Primärwicklung (2A) des Transformators (2) unter Zwischenschaltung eines Kondensators (3) direkt mit den Adern (T, R) verbunden ist, die Gleichstromschleife (1) ebenfalls direkt an diese Adern (T, R) angeschlossen ist und einen hohen Wechselstromwiderstand aufweist und die Impedanzanpassungsschaltung (5) an die Sekundärwicklung (2B) dieses Transformators (2) angeschlossen ist.
  2. 2. Verbindungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung (2B) eine Löschungsschaltung (7) verbunden ist, welche die am unsymmetrischen Ausgangsanschluß (Vo) auftretenden Wechselstromsignale löscht und deren Ausgang mit dem unsymmetrischen Eingangsanschluß (Vi) verbunden ist.
  3. 3. Verbindungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschungsschaltung (7) einen Differentialverstärker (6) umfaßt, dessen einer Eingang mit der Sekundärwicklung (2B) und dessen beide Eingänge über Widerstände (50, 53) mit dem unsymmetrischen Ausgangsanschluß (Vo) verbunden sind.
  4. 4. Verbindungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromschleife (1) durch einen ersten elektronischen Schalter (10) geschlossen wird.
  5. 5. Verbindungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit der Primärwicklung (2A) und dem Kondensator (3) ein zweiter elektronischer Schalter (8) geschaltet ist, der im geschlossenen Zustand den ersten Schalter (10) schließt.
  6. 6. Verbindungsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromschleife (1) einen in Serie mit einem Widerstand (35) zwischen den Adern (T, R) geschalteten Transistor (26) aufweist, der von einem Verstärker (29B) angesteuert wird, dessen einer Eingang an einem zwischen den Adern (T, R) geschalteten Spannungsteiler (30, 31) liegt, wobei zu einem der den Spannungsteiler bildenden Widerstände (30, 31) ein Kondensator (32) parallel geschaltet ist.
  7. 7. Verbindungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Verstärkers (29B) und einer der Adern (T, R) ein RC-Glied (33, 34) geschaltet ist.
  8. 8. Verbindungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (26) Teil einer Darlington-Schaltung (25, 26) ist.
  9. 9. Verbindungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzanpassungsschaltung (5) aus einem mit der Sekundärwicklung (2B) in Serie geschalteten Widerstand (50) besteht.
  10. 10. Verbindungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der den Spannungsteiler bildenden Widerstände (30, 31) an der Verbindungsstelle zwischen der Primärwicklung (2A) und dem zweiten elektronischen Schalter (8) anliegt.
  11. 11. Verbindungsschaltung nach Anspruch 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektronische Schalter (8) aus einem Transistor (28) besteht, der von einem Optokoppler (38) angesteuert wird.
  12. 12. Verbindungsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (28) durch einen Widerstand (27) überbrückt ist und die Versorgungsspannung für den Verstärker (29B) an der Verbindungsstelle zwischen der Primärwicklung (2A) und dem Kondensator (3) abgegriffen wird.






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