DE1762895A1 - Schaltungsanordnung zum UEbertragen von Steuerimpulsen - Google Patents

Description

5887-68/Dr.ν.Β/Ε

DB147/BREV/ARE/Mom

Italienische Patentanmeldung 20935-A/67

vom 27. September 1967

Societa Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a. Mailand (Italien)₃ Piazzala Zavattari 12

Schaltungsanordnung zum übertragen von Steuerimpulsen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine

Schaltungsanordnung zum übertragen von Steuerimpulsen durch Umpolung einer an einen Leitungsdraht einer übertragungsleitung gelegten Gleichspannung, mit einem Sendeteil und einem Empfangsteil. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Übertragung von Gebührenzählungsimpulsen in der Fernsprechtechnik.

In der Fernsprechtechnik ist es bekannt,

Gebührenzählungsimpulse über Zweidraht-.Leitungen mit Hilfe von Gleichstromimpulsen oder Wechselstromimpulsen, deren Frequenz außerhalb des Sprachfrequenzbandes liegt, oder

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durch Impulse, die durch Unterbrechung der Leitungsschleife erzeugt werden, zu übertragen.

Die übertragung von Zählimpulsen durch Unterbrechung der Leitungsschleife ist nur nach Gesprächsschluß zulässig, da die Unterbrechung der Schleife während des Gespräches zu merklichen Störungen führen würde.

Die bekannten Arten der übertragung von

Zählimpulsen haben verschiedene Nachteile, die insbesondere ihre Ursache in den Ein- und AusSchwingvorgängen am Anfang und Ende jedes Impulses haben. Der störende Einfluß von Ein- und Ausschwingvorgängen kann zwar dadurch vermindert werden, daß man bei Gleichstromimpulsen die Spannung relativ langsam bzw. schrittweise ansteigen läßt bzw. bei Wechselstromimpulsen entsprechende Filter vorsieht. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden.

Die erwähnten Störungen wirken sich besonders bei Leitungen mit schwacher Verstärkung oder schlechten Übertragungseigenschaften aus und sind umso störender, je höher die Frequenz der Zählimpulse ist. Die Wahrscheinlichkeit von Störungen ist also bei Fernverbindungen besonders groß, da dort sowohl ungünstige Dämpfungs- und Rauschverhältnisse vorliegen als auch die Frequenz der Zählimpulse relativ hoch ist.

Die bei den bekannten Anordnungen auftretenden Störungen haben im wesentlichen die folgenden Ursachen:

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a) Das Fließen starker Ströme durch die übertragerspulen, an deren Mittelanzapfung das Zählrelais angeschlossen ist;

b) die Spannungssprünge an der Vorder- und

Rückflanke der Impulse, die über die Streukapazität der übertragerspulen abgeleitet werden und das Gespräch durch Anregung von Resonanzschwingungen in den Bauelementen und der betreffenden Schleifenstrecke stören;

c) mechanische Schwingungen, Induktionserscheinungen, Funken usw., die durch die Relaisbetätigung entstehen. Diese Störursache ist allerdings gewöhnlich nicht sehr wesentlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum übertragen von Steuerimpulsen, insbesondere von Zählimpulsen in Fernsprechanlagen, anzugeben, bei denen die oben geschilderten Störungen vermieden werden»

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zum übertragen von Steuerimpulsen durch Umpolung einer an einen Leitungsdraht einer übertragungsleitung gelegten Gleichspannung, mit einem Sendeteil und einem Empfangsteil, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Sendeteil eine bistabile Kippschaltung enthält, die durch jeden zu Übertragenden Steuerimpuls umgeschaltet wird, im einen Be-

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triebszustand den Leitungsdraht an eine positive Spannung und im anderen Betriebszustand an eine negative Spannung legt, und daß der Empfangsteil eine Aufwerteschaltung enthält, die bei positiver Spannung auf dem Leitungsdraht in einem ersten Betriebszustand, bei negativer Spannung auf dem Leitungsdraht in einem zweiten Betriebszustand arbeitet und eine Impulsgeneratorschaltung steuert, welche bei jedem Wechsel des Betriebszustandes der Auswerteschaltung einen Impuls erzeugt. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung entfällt die oben unter a) erwähnte Störungsursache, da die die übertragerspulen durchfließenden Ströme so kleine Werte haben, daß sie praktisch keine Störungen verursachen können. Ein weiterer Vorteil resultiert daraus, daß auf der Leitung pro Zählimpuls nur ein Spannungssprung auftritt, während bisher zwei Spannungsprünge auftraten. Die unter c) erwähnten Störungen entfallen ebenfalls, da im Empfangsteil keine Relais verwendet werden.

Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung wird die Leitung jeweils auf einer Gleichspannung fester Polarität gehalten. Die Polarität der Gleichspannung wird jedesmal, wenn ein Zählirapuls zu übertragen ist, umgekehrt. Wenn eine bistabile Relaiskippschaltung benutzt wird, sorgt

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ein Kontakt eines Relais für die abwechselnde Verbindung des Leitungsdrahtes mit einem positiven bzw. negativen Pol einer oder zweier Spannungsquellen. Die Spannungen werden jedoch normalerweise nicht direkt an die Leitung angelegt, sondern einem Kondensator zugeführt, der die Steilheit der Vorderflanke des SpannungsSprunges verringert und dessen Ladespannung sowohl in positiver als auch in negativer Richtung durch eine Schwellwertschaltung begrenzt ist.

Die im Empfangsteil enthaltene Auswerteschaltung ist so ausgelegt, daß sie praktisch frei von Leitungsstörungen arbeitet. Wenn die Auswerteschaltung vom einen in den anderen Betriebszustand umschaltet, liefert sie ein Steuersignal an eine Impulsgeneratorschaltung. Die von dieser Schaltung erzeugten Impulse werden durch eine Impulsformersehaltung auf die gewünschte Dauer und Amplitude gebracht .

Die Auswerteschaltung kann eine Schwellwertschaltung enthalten, die ein rechteckförmiges Ausgangssignal liefert, wobei dann die Impulsgeneratorschaltung eine Differenzierschaltung sein kann, die das A usgangssignal der Schwellwertschaltung differenziert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:.

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, das in der Auswerteschaltung eine Zenerdiode enthält;

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Pig. 2 graphische Darstellungen des Verlaufes von Spannungen, die durch verschiedene Stufen der Schaltungsanordnung nach Pig. I erzeugt werden;

Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsformen von Empfangsteilen, die keine Zenerdioden enthalten, und

Fig. 5 graphische Darstellungen des Verlaufes von Signalen, auf die bei der Erläuterung der_N Schaltungsanordnung nach Fig. 4 Bezug genommen wird.

Die Erfindung wird am Beispiel einer Fernsprechanlage beschrieben, die einen Übertrager Ts^ für einen Zeit- und Zonenzähler sowie einen Eingangsübertrager TSp_S der einem ersten Gruppenwähler zugeordnet ist, enthält. Das Gespräch wird über Adern la und Ib übertragen, letztfere dient außerdem zur Übertragung der Signale zur Gebührenerfassung.

Der Sendeteil Tr enthält eine nur schematisch angedeutete bistabile Kippschaltung mit Relais 1, 2, die durch Steuerimpulse I (Gebührenerfassungsimpulse) zwischen ihren beiden stabilen Betriebszuständen umgeschaltet wird. Im einen Betriebszustand wird die Ader Ib über einen Relaiskontakt S und einen Widerstand R^ an eine negative Spannung -E und im anderen Betriebszustand über einen Widerstand Rp an eine positive Spannung +E gelegt. Die Steilheit der Spannungssprünge wird durch einen Kondensator C verringert und die Amplitude der SpannungsSprünge wird sowohl in positiver als auch in negativer Richtung durch zwei Zenerdiode k begrenzt.

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Die über die Ader Ib übertragenen Spännungssprttnge werden im Empfangsteil Ric ausgewertet. Der Empfangsteil spricht sowohl auf die in der positiven Richtung als auch auf die in der negativen Richtung verlaufenden, den Steuerimpulsen I entsprechenden Spannungssprünge an. Der Aufbau des Empfangsteiles Ric geht aus dem in Pig. I links gezeigten Schaltbild hervor.

Wenn sich der Relaiskontakt S im Sendeteil Tr

anfangs in der dargestellten Stellung befindet, lädt sich ™ eine Klemme a eines Kondensators C₁ über einen Widerstand R^ und Dioden D^, D₁. negativ bezüglich Masse auf. Kehrt sich nun die Polarität der Ader Ib um und wird positiv, so lädt sich eine Klemme b eines Kondensators C₂ über den Widerstand R, und Dioden D₂, D« positiv auf, bis zwischen den Punkten a und b eine Spannung herrscht ₃ die die Schwellwertspannung einer zwischen diese Punkte geschalteten Zenerdiode Z, der ein Widerstand R₁J parallel liegt, erreicht wird. Es fließt dann ein Entladestrom für den Kondensator C^ über die Zenerdiode λ Z und eine mit dieser und dem Widerstand R₁J in Reihe geschaltete Diode D'-r. Dieser Entladestrom fließt über eine Diode Drin die Basis eines Transistors C, der dadurch kurzzeitig leitend wird und einen Impuls an den Eingang dnes Zeitgebers oder Impulsformers Um gibt, welcher an einer Ausgangsklemme ti einen Impuls gewünschter Amplitude und Dauer erzeugt. Wenn die Ader Ib weiter auf der positiven Spannung gehalten wird, lädt sich der Kondensator C₂ auf die positive Betriebsspannung auf und auf die gleiche Spannung lädt sich auch der Konden-

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sator C₁ über die Diode D, und den Widerstand R₁, auf, auch wenn die Zenerdiode sperrt, weil die Spannung zwischen den Punkten a und b die Schwellenspannung der Zenerdiode unterschritten hat. Wenn sich die Polarität der Spannung auf der Ader Ib wieder umkehrt und negativ wird, lädt sich der Kondensator C. über die Dioden D₁ und Ou negativ auf. Im Verlaufe der negativen Aufladung des Kondensators C₁ wird die Zenerdiode Z wieder leitend, da die Spannung zwischen den Punkten a und b die Schwellenspannung der Zenerdiode überschreitet. Die positive Ladung des Kondensators C₂ hatte sich nämlih wegen des hohen Widerstandswertes des Widerstandes FU nur wenig geändert, während die anfangs positive Spannung an der Klemme a des Kondensators C₁ rasch negativ wird. Wenn die Zenerdiode Z leitet, entlädt sich der Kondensator C₉ über die Diode D,, die Zener~ diode Z und die Diode D₁; der Entladestrom fließt über eine Diode Dg zum Emitter des Traneistors T, der vorübergehend leitend wird und an den Impulsformer TM einen Impuls liefert.

In Fig. 2 2<§igt die Kurve a die Steuerimpulse Ip, die durch den Sendettil Tr in Umpcäungs-Spannungssprungsignale (Kurve 2b) umgesetzt werdtn; jedtr SpannungsSprung der Kurve 2b entspricht also einem Steuerimpuls Ip gemäß Kurve 2a. Jeder Spannungsüprung d§g in Fig. 2b dargestellten, Über die Ader Ib übertragenen Signales erzeugt im Empfangsteil Ric gemäß Pig, 2c einen Impuls, d#r durch die Impulsformerschaltung Tm auf die gewünscht© Dau©r und Amplitude gebracht

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wird. Die Ausgangsimpulse der Impulsformerschaltung sind in Fig.2d dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für den Empfangsteil Rio einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. Das von der nichtdargestellten Ader Ib kommende Sgnal wird einer Eingangsklemme e zugeführt. Bei positiver Spannung wird der Kondensator Cp über den Widerstand FU und die Diode D₂ aufgeladen, bei negativer Spannung lädt sich ™

der Kondensator CL über den Widerstand R^, und die Diode D₁ auf. Wenn die'an der Klemme e liegende. Spannung von einem positiven Wert in einen negativen Wert umgepolt wird, entlädt sich der positiv aufgeladene Kondensator C₂ über den Emitter eines pnp-Transistors T₁, dessen.Basis negativ bezüglich des Emitters wird. Der Transistor T₁ wird dadurch kurzzeitig leitend und liefert einen Impuls an den Impulsformer Tm.

Wenn die Spannung von einem negativen Wert I

in einen positiven übergeht, entlädt sich in entsprechender Weise der negativ aufgeladene Kondensator C₁ über den Emitter eines npn-Transistors Tp, dessen Basis dann positiv gegenüber dem Emitter ist. Der Transistor T₂ wird dann ebenfalls leitend und liefert einen Impuls an den Impulsformer Tm.

Die beiden Dioden D~ und Dj., die jeweils Ltter der Transistoren T₁ bzw. T₂ und Mas£ geschaltet sind, verhindern, daß die Spannung an den nicht

zwischen den Emitter der Transistoren T₁ bzw. T₂ und Masse

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geerdeten Klemmen des Kondensators C₂ bzw. C₁ ihre Polarität wechselt, wenn der Transistor T₁ bzw. Tp leitet.

Ein mit den Basen der Transistoren T₁, Tp gekoppeltes Vorspannungsglied aus der Parallelschaltung eines Kondensators C, und eines Widerstandes R₁^ dienen zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungen und zur Ableitung des der Signalspannung überlagerten Tonsignals.

An der Ausgangsklemme u tritt wieder eine Impulsfolge auf\ die die gleiche Periode wie die dem Sendeteil Tr (Fig. 1) zugeführte Impulsfolge Ip hat, wobei jedoch die erstere die für den Gebührenzähler erforderliche Impulsamplitude und -dauer hat.

Der in Fig. 4 dargestellte Empfangsteil ent-

h alt zwei Transistoren T₁, Tp, die in der dargestellten V/eise an eine Eingangsklemme i angeschlossen sind, an der das übertragene Signal liegt. Die die beiden Transistoren enthaltenden Stufen dienen dazu, dafe an der Eingangsklemme i liegende Signal, das in Fig. 5a dargestellt ist, rechteckförmig zu machen.

Wenn an der Klemme i eine negative Spannung liegt, hält der Transistor T₁, der nicht leitet, den Transistor To gesperrt. Wenn die Spannung an der Klemme ijumgepolt und positiv wird, beginnen die Transistoren T₁ und T₂ zu leiten. An den Kollektor des Transistors Tp ist ein Kondensator C_u und ein Kollektorwiderstand angeschlossen, die ein Differenzierglied am Eingang eines Impulsgenerators oder ImpuMormers ·

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Tm bilden, welches zwei Impulse entgegengesetzter Polarität (Fig. 5c) entsprechend den Flanken der am Kollektor des Transistors T₂ auftretenden Rechteckschwingung (Fig.5b) erzeugt. Diese durch Differentiation gewonnenen Impulse steuern den Impulsgenerator Tm,an dessen Ausgangsklemme u die gewünschte Impulsfolge auftritt.

Fig. 5a zeigt, daß dem am Eingang i liegenden Signal Störsignale und das Sprachsignal überlagert sind ^ und daß diese unerwünschten Signalanteile durch die dargestellte Transistorschaltung bes-^-eitigt werden, so daß eine reine Rechteckschwingung gemäß Fig. 5b zur Verfügung steht. Die Flanken der von der Transistorschaltung erzeugten Rechteckschwingung gemäß Fig. 5b sind steil, so daß eine einwandfreie Differenzierung möglich ist.

Der Impulsformer oder Impulsgenerator Tm

muß im Falle der Fig. H in der Lage sein, sowohl für positive als auch für negative Eingangsimpulse jeweils einen Ausgangsimpuls an die Klemme u zu liefern.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zum übertragen von Steuerimpulsen durch Umpolung einer an einen Leitungsdraht einer übertragungsleitung gelegten Gleichspannung, mit einem

t Sendeteil und einem Empfangsteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeteil (Tr) eine bistabile Kippschaltung (1, 1 ) enthält, die durch jeden zu übertragenden Steuerimpuls (I) umgeschaltet wird, im einen Betriebszustand den Leitungsdraht (Ib) an eine positive Spannung (+E) und im anderen Betriebszustand an eine negative Spannung (-E) logt, und daß der Empfangsteil (Ric) eine Auswerteschaltung (D₁ bis D„, R,, Rj., Z, T in Pig.l; D₁, D₂, D^, D₇, C₁ bis C₃, R₃, R₄, T₁, T₂ in Fig. 3; T₁, T₃, C_u in Fig. 4), die bei positiver Spannung auf dem Leitungsdraht in einem

" ersten Betriebszustand, bei negativer Spannung auf dem Leitungsdraht in einem zweiten Betriebszustand arbeitet und eine Impulsgenerator- oder Formerschaltung (Tm) steuert, welche bei jedem Wechsel des Betriebszustandes der Auswerteschaltung einen Impuls (Fig. 2d) erzeugt.

2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine Auswerteschaltung mit einem Kondensator (C₁) der über eine Diode (D₁) mit dem Leitungsdraht (Ib) verbunden ist und bei negativer

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Spannung auf dem Leitungsdraht aufladbar ist; einen Kondensator (Cp) der über eine Diode (D₂)mit dem Leitungsdraht (Ib) verbunden ist und bei positiver Spannung auf dem Leitungsdraht aufladbar ist, einem eine Schwellwertspannung aufweisenden Schaltungselement (Z), das zwischen spannungsführende Klemmen (a, b) der Kondensatoren (C₁,C₃) geschaltet ist und eine Schwellenspannung hat, die kleiner ist als die maximale Potentialdifferenz zwischen den Klemmen, so daß sich der eine Kondensator (C₁) der anfangs mit der negativen Spannung aufgeladen war, entlädt, wenn sich der andere Kondensator (C₂) durch die Umpolung der Signalspannung mit der positiven Spannung auflädt und sich der andere Kondensator (C₂), der anfangs mit der positiven Spannung aufgeladen war, entlädt, wenn sich der eine Kondensator (C^) durch Umpolung der Signalspannung mit der negativen Spannung auflädt, wodurch sowohl im einen als auch im anderen Kondensator (C^ bzw. C₂) bei der Umpolung der Signalspannung Entladeströme auftreten, welche einem Transistor (T) zugeführt sind, welcher entsprechend den Entladeströmen Impulse erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, da durch g e k e η η ζ eich net, daß die Schwellenspannung des einen Schwellwert aufweisenden, vorzugsweise aus einer Zenerdiode bestehenden Schaltungselementes (Z) gleich dem Mittelwert der zwischen den spannungsführenden Kondensatorklemmen (a, b) auftretenden Spannungsdifferenz ist.

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, g ekennzeichnet d urch eine Auswerteschaltung, die zwei Kondensatoren (C₁, C_) enthält, die jeweils über eine Diode (D₁ bzw. Dp) mit dem Leitungsdraht (Ib) verbunden sind und bei negativer bzw. positiver Polarität der Signalspannung aufgeladen werden, wobei sich der eine Kondensator (C₁) beim Aufladen des anderen Kondensators (Cp) über

Ik einen Transistor (Tp) entlädt, dessen Basis durch die Signalspannung vorgespannt ist, so daß dieser Transistor leitend wird, wenn die Signalspannung von einem positiven Wert in einen negativen Wert übergeht, und wobei sich der andere Kondensator (C₂) beim Aufladen des einen Kondensators (C₁) in entsprechender Weise über einen Transistor (T₁) entlädt, dessen Basis ebenfalls durch die Signalspannung vorgespannt ist, wobei dieser Transistor leitend wird, wenn die Signalspannung von einem positiven Viert in einen negativen Wert übergeht,

und wobei die beiden Transistoren (T₁, T₀) bei jedem Spannungs- > 12

sprung in derSignalspannung einen Impuls liefern (Fig. 3).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d adurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung aus einer Schwellwertschaltung (T₁, T₂ in Fig. 4) besteht, die aus der Signalspannung (Fig. 5a) ein Rechtecksignal (Fig. 5b) erzeugt, und daß der Schwellwertschaltung eine Differenzierschaltung (C_u) nachgeschaltet ist, die aus den Flanken des Rechtecksignals (Fig.5b) Impulse (Fig. 5c) erzeugt (Fig. 4).

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