DE3701688C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Schalten eines von zwei Impedanz- Anpassungsnetzen auf eine Telefonleitung.

Eine derartige Schaltung ist bereits aus JP 60-35 820 A. In:
Patents Abstracts of Japan, Sect. E. Vol. 9 (1985), Nr. 154 (E-325) bekannt.

Ferner sind aus LS/GS trunk card Revision H, Serial No. 103, 323-306, hergestellt von Mitel Corporation, bereits Tele­ fon-Hybridschaltungen zum Koppeln von Tonfrequenzsignalen zwi­ schen symmetrischen doppeltgerichteten Telefonleitungen oder Fernleitungen und unsymmetrischen Empfangs- und Sendeleitungen in modernen Wähl-Nebenstellenanlagen bekannt. In Nordamerika weist die Leitungsimpedanz der symmetrischen Telefonleitungen einen typischen Nennwert von 600 Ohm auf. So wird in nordameri­ kanischen Hybridschaltungen nach dem Stand der Technik im typi­ schen Fall ein empfangenes Eingangssignal an die symmetrische Leitung über einen Empfangsverstärker in Reihe mit einem Widerstand von 600 Ohm angelegt, um sie an den Nennwert der Leitungsimpedanz von 600 Ohm anzupassen.

Die zuständigen Behörden im Vereinigten Königreich haben vor kurzem eine Norm ausgearbeitet, der zufolge die Im­ pedanz von Telefonleitungen einen von zwei komplexen Impe­ danzwerten annehmen kann, je nachdem ob es sich um kurze oder lange Teilnehmerschleifen handelt. Somit müssen die im Vereinigten Königreich verwendeten Hybridschaltungen an den Nennwert der kompexen Impedanz für kurze bzw. lange Schleifen dadurch angepaßt werden, daß wahlweise eines von zwei komplexen Impedanz-Anpassungsnetzen auf die Leitung geschaltet wird.

Die Schaltungen von Anpassungsnetzen nach dem Stand der Technik verwendeten im typischen Fall ein durch einen Mikroprozessor gesteuertes elektromagnetisches Relais, um eines von zwei Impedanznetzen auf die Leitung zu schalten.

Die moderne elektronische Schalttechnik strebt eine wesent­ liche Reduzierung der Notwendigkeit für die Verwendung derartiger mechanischer Teile an, da es sich erwiesen hat, daß elektromagnetische Geräte mit mechanisch bewegli­ chen Teilen eine mechanische Störanfälligkeit und eine naturbedingt geringe Zuverlässigkeit aufweisen. Außerdem benötigen elektromagnetische Geräte wie z. B. Relaiskon­ takte und Spulen normalerweise einen erheblichen Platz auf der Leiterplatte und erhöhen Gewicht und Abmessungen einer Schaltplatine.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben­ genannten Nachteile auszuschalten und eine Schaltung zum Schalten eines von zwei Impedanznetzen auf eine Wechsel­ stromsignale führende Leitung zu schaffen, die bei ein­ facher Herstellung niedriges Gewicht und geringe Abmessungen aufweist und keine mechanisch bewegten Teile enthält.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs ge­ nannten Art duch die kennzeichnenden Merkmale des Aspruchs 1 gelöst.

Diese Schaltung ist klein, preiswert und erheblich zuver­ lässiger als die elektromagnetischen Schaltungen nach dem Stand der Technik.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Schaltung nur einen einzigen Differentialverstärker und einige Widerstände mit äußerst geringem Stromver­ brauch, und sie nimmt folglich wesentlich weniger Leistung auf als elektromagnetische Relais, welche zum Erregen der Relaisspulen usw. eine beachtliche Leistung benötigen.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Hybrid­ schaltung zur Verwendung in Nordamerika nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Hybrid­ schaltung zur Verwendung im Vereinigten Königreich (Großbritannien) nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Hybrid­ schaltung zur Verwendung im Vereinigten Königreich mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Anschlies­ sen eines von zwei Impedanz-Anpassungsnetzen an eine Telefonleistung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein Signal V _x von einer Teilnehmerzentrale oder einer Fernsprechvermittlungsstelle an eine Klemme R _x angelegt und in einem Empfangsverstärker 1 verstärkt. Das verstärkte Signal wird dann differen­ tial über eine Eingangs-Impedanz Z _IN an eine symmetrische Telefonleitung angelegt, die mit einer entfernten Fern­ sprechvermittlungsstelle oder Teilnehmerzentrale verbunden ist. Wie weiter oben besprochen, wurde die Impedanz von Telefonleitungen in Nordamerika auf ca. 600 Ohm genormt. In Fig. 1 ist die Leitungsimpedanz von 600 Ohm durch eine ImpedanzZ _L dargestellt. Die Eingangsimpedanz Z _IN wird im typischen Fall als Widerstand von 600 Ohm gewählt, um die Impedanzanpassung der Telefonleitung zu bwirken.

Die von der Telefonleitung empfangenen Signale, die als V _t bezeichnet sind, werden an einen ersten Eingang eines Übertragungsverstärkers 2 geführt und von dort aus an eine Übertragungsklemme T _x der örtlichen Teilnehmerzen­ trale oder Fernsprechvermittlungsstelle übertragen. Ein von der Telefonleitung empfangenes übertragenes Signal ist mit V _t bezeichnet.

Da die Leitungsimpedanz Z _L der Impedanz Z _IN entspricht, erscheint auf der Telefonleitung ein Signal in der Form (V _x + V _t )/2.

Das im Verstärker 1 verstärkte Signal V _x wird an einen zweiten Eingang des Verstärkers 2 angelegt, um den Teil des Signals V _x , der auf der Telefonleitung erscheint und an den ersten Eingang des Verstärkers 2 angelegt ist, darin zu annullieren. Die Verstärkung des Verstärkers 2 wird derart gewählt, daß die an den ersten Eingang angelegten Signale um einen Faktor 2, die an den zweiten Eingang angelgeten Signale dagegen um einen Faktor -1 verstärkt werden. Somit wird der Signalausgang des Verstär­ kers 2 zu V _x + V _t - V _x = V _t .

Wie jedoch schon weiter oben erwähnt, haben die zustän­ digen Behörden des Vereinigten Königreichs eine Norm erstellt, der zufolge die Impedanz Z _L der Telefonleitung eine von zwei komplexen Impedanzen annehmen kann, die als kurze bzw. lange Impedanz bezeichnet werden. Während also in Nordamerika die Anpassung und Annullierung durch geeignete Wahl einer Leitungs-Anpassungsimpedanz Z _IN und geeignete Einstellung der Verstärkung erzielt wird, muß im Vereinigten Königreich eines von zwei komplexen Impedanz-Anpassungsnetzen auf die Leitung geschaltet werden, um die Anpassung an die kurze bzw. lange Leitungs­ impedanz zu bewerkstelligen.

In Fig. 2 ist eine Hybridschaltung nach dem Stand der Technik dargestellt, in welcher eine weitere Eingangs- Anpassungsimpedanz Z′ _IN (mit der gleichen Impedanz wie Z _IN ) zwischen den Ausgang des Empfangsverstärkers 1 und den zweiten Eingang des Übertragungsverstärkers 2 geschaltet und ein Relaiskontakt mit dem zweiten Eingang des Verstär­ kers 2 sowie mit einem von zwei Eingangsimpedanz-Anpassungs­ netzen verbunden ist, die mit Z 1 und Z 2 bezeichnet sind.

Eine Abfühl/Steuer-Klemme S/D einer externen Steuerung, z. B. eines Mikroprozessors, ist über einen Widerstand 3 mit der Basis eines Transistors 4 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor mit einer Relaisspule 5 verbunden ist. Die Relaisspule 5 ist an eine Spannungsquelle +V angeschlossen, und eine Schutzdiode 6 ist in bekannter Weise parallel zur Spule geschaltet.

Beim Betrieb ist der Relaiskontakt 7 normalerweise mit dem Anpassungsnetz Z 1 für kurze Leitungsschleifen ver­ bunden, um die Anpassung an die kurze Impedanz Z _L der Leitung zu bewirken, falls es sich um eine Leitung mit kurzer Schleifenlänge handelt. Bei einer Leitung mit langer Schleifenlänge (d. h. Z _L weist eine hohe komplexe Impedanz auf), erzeugt die externe Steuerung ein logisches Hochpegelsignal zum Anlegen an die S/D-Klemme, welche den Basis/Emitter-Übergang des Transistors 4 auf Durchlaß­ vorspannung bringt, so daß Strom von der Spannungsquelle +V durch die Spule 5 und den Kollektor/Emitter-Übergang des Transistors 4 nach Masse fließt, wodurch die Spule 5 erregt wird und der Relaiskontakt 7 auf das Anpassungs­ netz Z 2 für lange Leitungsschleife schaltet.

Auf diese Weise führt die Schaltung nach dem Stand der Technik den Schaltvorgang zwischen den Eingangsimpedanz- Anpassungsnetzen Z 1 und Z 2 unter Steuerung durch einen Mikroprozessor durch, um die Leitungsimpedanz Z _L anzupassen und eine korrekte Signalannullierung des empfangenen Signals V _x im Verstärker 2 sicherzustellen.

Wie weiter oben erwähnt, weisen elektromechanische Relais, welche bewegliche Teile enthalten, die bekannten Nachteile geringer Zuverlässigkeit, hohen Stromverbrauchs und großer Abmessungen und Sperrigkeit auf.

Daher wird gemäß der Erfindung zum Umschalten zwischen den Leitungs-Anpassungsnetzen Z 1 und Z 2 eine Festkörper­ schaltung verwendet, wie in Fig. 3 dargestellt.

Die Anpassungsnetze Z 1 und Z 2 sind miteinander und mit dem zweiten Eingang des Verstärkers 2 verbunden. Ein Widerstand 8 ist mit dem zweiten Eingang des Verstärkers 2 und einem nicht-invertierenden Eingang eines Spannungs­ folgers (unity gain amplifier) 9 verbunden. Ein zweiter Widerstand 10 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 9 und einer Vorspannungsquelle V _b verbunden.

Ein weiterer Widerstand 11 ist mit einem Knotenpunkt, der das Anpassungsnetz Z 1 mit der S/D-Klemme verbindet, sowie mit einem invertierenden Eingang des Verstärkers 9 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 12 liegt zwischen dem invertierenden Eingang des Verstärkers 9 und dessen Ausgang in bekannter Weise, und der Ausgang des Verstärkers 9 ist mit dem Anpassungsnetz Z 2 für lange Leitungsschleifen verbunden.

Jeder der Widerstände 8, 10, 11, 12 weist vorzugsweise den gleichen Widerstand auf, der mindestens wesentlich höher ist als die Impedanz des Netzes Z 1.

Beim Betrieb erzeugt die externe Steuerung ein logisches Tiefpegelsignal bzw. ein Wechselstrom-Massesignal zum Anlegen an die S/D-Klemme, um das Netz Z 1 auf die Leitung zu schalten. Die Signale V _x , die am zweiten Eingang des Verstärkers 2 erscheinen, werden differential an den nicht-invertierenden und den invertierenden Eingang des Spannungsfolgers 9 angelegt, so daß sie mit einem Faktor 1 verstärkt und vom Ausgang des Spannungsfolgers 9 auf das Impedanznetz Z 2 übertragen werden. Somit erscheint das Signal V _x mit gleicher Amplidutde und Phase auf beiden Seiten des Netzes Z 2. Die Impedanz Z 2 erscheint folglich als unendliche Impedanz oder als offener Stromkreis für das empfangene Signal V _x , und das Signal wird daher nur an das Netz Z 1 angelegt. Demzufolge wird dadurch praktisch das Impedanz-Anpassungsnetz Z 1 auf die Leitung geschaltet.

Auf diese Weise werden die am Ausgang des Verstärkers 1 erscheinenden Empfangssignale V _x gleichwertig an die beiden Eingänge des Verstärkers 2 gelegt und in diesem annulliert, da Z 1 mit der gleichen Impedanz wie die kurze Schleifenimpedanz der Leitung Z _L gewählt wird, und die Eingangsimpedanzen Z _IN und Z′ _IN werden untereinander mit dem gleichen Wert gewählt.

Um das Anpassungsnetz Z 2 für den langen Schleifenwert auf die Leitung zu schalten, legt die externe Steuerung einen offenen Stromkreis bzw. eine hohe Impedanz an die S/D-Klemme. Das am zweiten Eingang des Verstärkers 2 erscheinende Empfangssignal V _x wird im wesentlichen gleich­ wertig an den invertierenden und den nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 9 gelegt, da der Widerstandswert der gleichwertigen Widerstände 8 und 11 viel höher ist als die Impedanz des Netzes Z 1. Somit wird das V _x -Signal im Verstärker 9 annulliert, so daß der Ausgang desselben auf Wechselstrom-Massepegel fällt. Folglich bildet der Stromkreis, welcher Z 1, die Widerstände 8 und 11 sowie die Eingänge des Verstärkers 9 enthält, eine hohe Impedanz bzw. einen offenen Stromkreis für das am zweiten Eingang des Verstärkers 2 erscheinende V _x -Signal, und das V _x -Signal wird somit an das Netz Z 2 gelegt, das dann praktisch auf die Leitung geschaltet ist.

Auf diese Art werden die Netze Z 1 und Z 2 abwechselungsweise unter Einwirkung der externen Steuerung auf die Telefon­ leitung geschaltet, je nachdem ob die Leitungsimpedanz Z _L einer langen oder einer kurzen Schleife entspricht. Es werden keine mechanischen oder elektromechanischen Teile benötigt, so daß die Nachteile der Anlagen nach dem Stand der Technik ausgeschaltet sind. Außerdem nimmt die Schaltung gemäß der Erfindung sehr wenig Platz auf der Schaltplatine ein, ist zuverlässig und hat eine sehr geringe Leistungsaufnahme.

Für den Fachmann sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung oder Abänderungen derselben denkbar, so kann z. B. die beschriebene Schaltung, die hier in Verbindung mit Telefonleitungen und Anpassungsnetzen beschrieben wird, zum Schalten komplexer Impedanzen oder nicht-komple­ xer Widerstände auf irgendeine Leitung verwendet werden, die ein Wechselstromsignal führt. So kann z. B. die Schal­ tung gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise in Ton­ frequenzschaltungen etc. verwendet werden.

Außerdem kann die Schaltung anstatt zum Schalten der hier beschriebenen Impedanznetze Z 1 und Z 2 zum Schal­ ten einfacher Widerstände, Kondensatoren usw. verwendet werden.

Claims (6)

1. Schaltung zum Schalten eines von zwei Impedanznetzen (Z 1, Z 2) auf eine Wechselstromsignale führende Leitung, gekenn­ zeichnet durch:

• (a) einen Spannungsfolger (unity gain amplifier) (9) mit einem ersten (+) und einem zweiten (-) Eingang, wobei der erste Eingang mit der Leitung verbunden ist, der erste und zweite Eingang parallel zu einem ersten (Z 1) der Impe­ danznetze liegen und der erste Eingang sowie ein Ausgang des Spannungsfolgers parallel zum zweiten (Z 2) der beiden Impedanznetze geschaltet ist, und
• (b) durch eine Einrichtung (S/D) zum Verbinden bzw. Trennen des zweiten Eingangs mit bzw. von einer Wechselstrom-Er­ dungsquelle, wobei für den Fall, daß der zweite Eingang mit der Wechselstrom-Erdungsquelle verbunden ist, die von der Leitung geführten Wechselstromsignale an den ersten Eingang angelegt sind und nach Verstärkung im Spannungsfol­ ger mit gleicher Amplitude auf beide Seiten des zweiten Im­ pedanznetzes gegeben werden, so daß das erste Impedanznetz auf die Leitung geschaltet ist, und wobei für den Fall, daß der zweite Eingang von der Wechselstrom-Erdungsquelle ge­ trennt ist, die von der Leitung geführten Wechselstromsi­ gnale mit im wesentlichen gleicher Amplitude auf den ersten und zweiten Eingang gegeben werden und im Spannungsfolger aufgehoben werden, so daß die Spannung am Ausgang des Span­ nungsfolgers auf Wechselstrom-Massepegel fällt und das zweite Impedanznetz auf die Leitung geschaltet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsfolger (9) ein Differentialverstärker ist, wobei der erste Eingang (+) ein nicht-invertierender Eingang und der zweite Eingang (-) ein invertierender Eingang ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie vier gleichwertige Widertsände (8, 10, 11, 12) ent­ hält, deren Widerstandswert wenigstens wesentlich höher ist als die Impedanz des ersten Impedanznetzes (Z 1), wo­ bei ein erster (8) dieser Widerstände zwischen die Lei­ tung und den nicht-invertierenden Eingang (+), ein zwei­ ter (10) dieser Widerstände zwischen den nicht-invertie­ renden Eingang (+) und eine Vorspannungsquelle (V _b ), ein dritter (11) dieser Widerstände zwischen den invertieren­ den Eingang (-) und die Einrichtung (S/D) zum Verbinden bzw. Trennen, und ein vierter (12) dieser Widerstände zwischen den invertierenden Eingang (-) und den Ausgang geschaltet ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten Widerstände (8, 10, 11, 12) einen Widerstandswert von 800 kOhm aufweist.

5. Schaltung nach Aspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Netze (Z 1, Z 2) Impedanzanpassungsnetze zur Verwendung in einer Telefon-Hybridschaltung sind.

6. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung (S/D) zum Verbinden bzw. Tren­ nen aus einer Schaltung zum Anlegen entweder einer hohen Impedanz oder einer Wechselstromerdung an den zweiten Eingang (-) unter Steuerung durch einen Mikroprozessor besteht.