DE2039710B2 - Schaltungsanordnung zur stromversorgung einer digitale signale verarbeitenden anlage, insbesondere einer fernsprech-vermittlungsanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Es ist bekannt, herkömmliche, digitale Signale verarbeitende Relais-Schaltungen, insbesondere öffentliehe Femsprech-Vermittlungsanlagen, so einzurichten, daß ihre Teile auch im Bereitschaftszustand wenig Verlustleistung verbrauchen.

Auch für Schaltunßsanordnungen zur Stromversorgung, in denen eine Quelle zur Stromversorgung einer Vielzahl von jeweils Halbleiter enthaltenden Stromkreisen vorgesehen ist, sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Verminderung der oft sehr hohen Verlustleistung bekannt geworden:

In Frequenz Band 19, 1965, S. 386 bis 392 sind Schaltungsanordnungen zur Stromversorgung von Stromkreisen beschrieben. Manche der vorgesehenen Stromkreise sind an sich bei Versorgung mit Spannung bzw. Strom leitend, so daß sie dann eine bestimmte Verlustleistung verbrauchen würden. Zur Verminderung der Verlustleistung werden hier zweierlei Einschaltzustände vorgesehen, nämlich der Bereitschaftszustand und der Betriebszustand, wobei die Dauer des Bereitschaftszuslandes wesentlich langer als die Dauer des Betriebszustandes sein kann. Beide Zustände unterscheiden sich dadurch, daß im Bereitschaftszustand die die Verlustleistung verbrauchenden Stromkreise nicht mit der Quelle verbunden sind, während im Betriebszustand diese die Verlustleistung verbrauchenden Stromkreise mit der Quelle verbunden sind. Dadurch kann bei diesen Schaltungsanordnungen ein Verbrauch von Verlustleistung weitgehend vermieden werden.

Auch durch die DT-AS 13 00 969, Spalte 1, Zeile 43 bis 62 ist bekannt, daß zur Verminderung des Verlustleistungsverbrdiichs bei elektronischen Schaltungsanordnungen mit einer Quelle zur Stromversorgung von hier durch Stromkreise gebildeten Schaltkreisen die Maßnahme vorgesehen wurde, die Quelle im Bereitschaftszustand völlig abzuschalten, aber im Betriebszustand mit allen Schailtkreisen zu verbinden. Hierbei ist es auch möglich, daß der Bereitschaftszustand jeweils wesentlich läneer als der Betriebszustand andauert. Diese

⁷¹⁰I > Maßnahme führt jedoch oft dazu, daß unerwünscht lange Zeitspannen zum Wiederherstellen des BetrieLszustandes, in welchem die Nutzsignale angelegt werden können, erforderlich sind. Dies ist offensichtlich besonders störend bei sehr viele elektronische Bauteile enthaltenden Schaltungsanordnungen, welche Verknüpfungsglieder enthalten.

In der zitierten DT-AS 13 00 969 ist angegeben, daß zur Verminderung des Verlustleistungsverbrauchs von digitaie Signale verarbeitenden Schaltungen auch komplementäre Transistoren vorgesehen sein können, nämlich bei Flip-Flops, also bei bestimmten elektrischen Speichern. Dies erfordert jedoch im allgemeinen einen relativ hohen schaltungstechnischen Aufwand, und darüberhinaus zeigt sich insbesondere bei sehr viele Bauteile enthaltenden Anlagen, daß diese Maßnahme nicht immer ohne weiteres gewählt werden kann, insbesondere wenn für deren Aufbau auf dem Markt erhältliche, gewöhnliche Halbleiterchips verwendet werden sollen; im allgemeinen enthalten nämlich diese Chips nicht solche Verlustleistungen vermeidende komplementäre Transistoren.

Auch die Miniaturisierung ist eine häufig angewandte, die Verlustleistung in digitale Signale verarbeitenden Schaltungen vermindernde Maßnahme, welche grundsätzlich neben den obengenannten Maßnahmen angewandt werden kann. Es ist aber bekannt, daß die Verlustleistung durch die Miniaturisierung in häufig nur unbefriedigender Weise herabgesetzt werden kann. Die einzelnen miniaturisierten Bauteile verbrauchen zwar trotz geschickter Dimensionierung und Konstruktion nur wenig Verlustleistung. Die oft sehr hohe Zahl der insgesamt in einer solchen elektronischen Schaltung enthaltenen Bauteile entspricht aber einem sehr hohen Verlustleistungsverbrauch.

In der zitierten DT-AS 13 00 969 ist insbesondere ab Spalte 3, Zeile 20 angegeben, die Verlustleistung in digitale Signale verarbeitenden Schaltungen, insbesondere in elektrischen Speichern wie Flip-Flops, mittels einer elektronischen Schaltungsanordnung mit einer Quelle zur Stromversorgung einer Vielzahl von jeweils Halbleiter enthaltenden, durch Stromkreise gebildeten Schaltkreisen zu vermindern, wobei hier ein erheblicher Teil der Schaltkreise Laststromkreise bzw. Laststrom-Schaltkreise sind und bei Versorgung mit Strom Verlustleistung verbrauchen würden und wobei die Bereitschaftszustände, während denen nur ein Teil dieser Stromkreise mit der Quelle verbunden sind, wesentlich langer als die Betriebszustände andauern. Dort wird nämlich die Maßnahme angegeben, die die Verlustleistung verbrauchenden Laststrom-Schaltkreise, soweit sie im Bereitschaftszustand leitend gesteuert sind, nur im Betriebszustand mit der Quelle zu verbinden und die anderen Schaltkreise dauernd, also auch im Bereitschaftszustand, mit der Quelle zu verbinden.

Die Erfindung wurde für eine öffentliche elektronisch gesteuerte Fernsprech-Vermittlungsanlage entwickelt, deren Teile im Bereitschaftszustand wenig Verlustleistung verbrauchen sollen. Untersuchungen zeigten, daß die in der DT-AS 13 00 969, Spalte 3, Zeile 20ff angegebene Maßnahme zur Verminderung der Verlustleistung z. B. bei solchen Vermittlungsanlagen oft nicht ausreichend ist, weil schwerwiegende Störungen des Betriebs, nämlich z. B. Fehlverbindungen, auftreten können. Dabei ist gerade bei einer solchen umfangreichen Anlage, die sehr viele wärmeempfindliche Halbleiter enthaltende Stromkreise aufweist, die aufzubringende Verlustleistung normalerweise nicht nur

wegen ihrer Höhe sonde; η auch wegen ihres Einflusses auf die Zuverlässigkeit der Anlage besonders unangenehm. Die auftretenden Störungen bestehen auch darin, daß an vielen Stellen der Anlage Impulse und Impulsfolgen mit falschem Informationsinhalt auftreten, was bei einer solchen digitale Signale verarbeitenden Schaltung unzulässig ist.

Bei der erwähnten Vernv.ttlungsanlage ist außerdem die andere bekannte Maßnahme zur Verlustverminderung unzulässig, die Quelle während der Bereitschaftszeit völlig abzuschalten und sie während der Betriebszeit mit den Stromkreisen zu verbinden; es traten nämlich zunächst auch dann Störungen auf. Es mußte daher eine neue technische Lehre zur Verminderung der Verlustleistung ohne Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit für eine Fernsprech-Vermittlungsanlage entwickelt werden, die digitale Signale verarbeitet Hierbei wurde eine vergleichsweise überraschend geringen Aufwand erfordernde neue Lehre aufgestellt, weiche sich auch allgemein für andere Schaltungsanordnungen eignet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, die Zeitspannen, die zum Wiederherstellen des Betriebszustandes der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Schaltungsanordnung benötigt werden, möglichst kurz zu machen, ohne den Stromverbrauch der nicht ständig Strom erfordernden Anlageteile unangenehm zu erhöhen. Durch diese Kürze werden insbesondere Störungen der Anlage vermieden, die durch zu langsames Erreichen der vollen zum Betrieb der Anlage erforderlichen Spannungen bzw. Ströme hervorgerufen werden.

Diese Aufgabe wurde durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannte Maßnahme gelöst.

Bei der Erfindung werden nämlich auch Störungen vermieden, die in Schaltungsanordnungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches auftreten, wenn entsprechend der Lehre der DT-AS 13 00 969 auch die zur Speicherung von eingegebenen Informationen dienenden Laststromkreise von elektrischen Speichern alle ohne Ausnahme während des Bereitschaftszustandes, während dessen nur ein Teil der Stromkreise mit der Quelle verbunden ist, nicht mit der Quelle verbunden sind. Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Schaltung weist solche Störungen nicht mehr auf, obwohl während des Bereitschaftszustandes nur noch vergleichsweise wenig Verlustleistung verbraucht wird.

Bei den ständig mit Strom versorgten Anlageteilen handelt es sich insbesondere um elektrische Speicher, z. B. um Ringzähler, Flip-Flops und Schieberegister. Solche Speicher enthalten oft zusätzliche Bauteile, wie einen Eingangsverstärker oder Eingangsimpulsformer, welche zur Eingabe von Informationen dienen. Diese Zusatzteile der Speicher werden im folgenden als Teile dieser Speicher betrachtet und daher nicht mehr ausdrücklich erwähnt. -· Elektrische Speicher müssen im allgemeinen zur Speicherung von eingegebenen Informationen ständig mit Strom versorgt werden, da sonst die Information verloren gehen würde, weswegen solche Speicher dann mit einer Stromversorgungsquelle verbunden sind. Solche mit einer Quelle verbundenen elektrischen Speicher werden vielfach verwendet, nicht nur in Schaltungen, welche nur wenige Bauteile enthalten, sondern auch in sehr viel Bauteile enthaltenden Schaltungen wie digitalen Rechnern und öffentlichen Fernsprech-Vermittlungsanlagen. Die in elektrisehen Speichern enthaltenen Stromkreise besitzen zwar verschiedene bekannte Vorteile wie ihre Miniaturisier harkeit. sie enthalten aber oft viele Laststromkreise, welche im leitenden Zustand Verlustleistungen verbrauchen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für maniaturisierte Stromkreise in großen Anlagen, in denen der hohe Verbrauch von Verlustleistung oft besonders störend ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die mit Strom zu versorgenden Stromkreise sind im wesentlichen in zwei Gruppen eingeteilt, nämlich in die relativ große Gruppe K und in die relativ kleine Gruppe K'.

Letztere enthält jede — im allgemeinen vergleichsweise nur wenigen — Stromkreise, welche die elektrischen Speicher 5p — z. B. Flip-Flops, Schieberegister und Ringzähler — die zur Aufbewahrung von außerhalb und/oder während der Bereitschaftszeit eingegebenen Informationen dienen und zur Eingabe und Aufbewahrung dieser Informationen Strom verbrauchen. Außerdem enthält die Gruppe K'jene Stromkreise St, welche bei Beaufschlagung mit einem — innerhalb der Schaltungsanordnung erzeugten und von außerhalb der Schaltungsanordnung zugeführten — Steuersignal die Umschaltung vom Bereitschaftszustand zum Betriebszustand nur bei Versorgung mit Strom auslösen.

Zur Gruppe K gehören Halbleiter enthaltende Schaltkreise, die keine oben bezeichneten elektrischen Speicher 5p und Umschalte-Stromkreise St enthalten. In einer öffentlicher Fernsprech-Vermittlungsanlage gehören also zur Gruppe K z. B. alle oder ein wesentlicher Teil der Wegesucheinrichtungen, Einstelleinrichtungen, Überwachungseinrichtungen und Signalgabeeinrichtungen. Die Quelle Q dient hier zur Stromversorgung der Vielzahl von jeweils Halbleiter enthaltenden Stromkreisen, welche sowohl zur Gruppe K 'als auch zur Gruppe K gehören.

Die Gruppe K' ist gemäß der technischen Lehre der Erfindung hier über die Leitungen 1 nicht nur während des Betriebszustandes der Schaltungsanordnung sondern auch währerd des Bereitschaftszuslandes derselben mit einer Quelle Q verbunden. Im eingeschalteten Zustand der Schaltung ist die Quelle Q daher auch während des Bereitschaftszustandes über die Leitungen 1 nur mit den in der Gruppe ^'enthaltenen Slromkeisen verbunden. Die Stromkreise, welche zur Gruppe K gehören, sind während des Bereitschaftszustandes hier über die Schalter 51 und 52 von der Quelle Q getrennt. Während des Betriebszustandes ist der Schalter 52 leitend. Außerdem kann der Schalter 51 leitend sein. Dann sind die in der Gruppe K enthaltenen Stromkreise mit einer zur Stromversorgung dienenden Quelle Q verbunden, und zwar zumindest die mit geglätteter Gleichspannung zu versorgenden Stromkreise mit dem Ausgang R der Einrichtung C, C. Dieser Schalter 52 — hier auch der Schalter 51 — ist durch einen — oder falls mehrere vorgesehen sind, durch einen der mehreren — Umschalte-Stromkreise 5/, welche bei Beaufschlagung mit einem Steuersignal die Umschaltung vom Bereitschaftszustand zum Betriebszustand auslösen, direkt gesteuert, wie in der Zeichnung angedeutet ist.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel ist also durch entsprechende Steuerung der Schalter 51 und 52 erreicht, daß während des Bereitschaftszustandes, durch Steuerung dieser Schalter in den nichtleitenden Zustand, nur die Stromkreise der Gruppe K' mit einer Quelle verbunden sind und daß während des Betriebszustandes, durch Steuerung dieser Schalter in den leitenden Zustand, auch die Stromkreise

der Gruppe K mit einer Quelle verbunden sind. Falls sich bei einer sehr viele Halbleiterschaltkreise enthaltenden Anlage, insbesondere bei einer Femsprech-Vermittlungsanlage, ein Teil der Anlage im Betriebszustand und der Rest im Bereitschaftszustand befindet, so wirken sich durch Anwendung der Erfindung auf den sich im Bereitschaftszustand befindenden Teil alle Vorteile der Erfindung gerade innerhalb dieses Teils voll aus.

Besonders kleine Verluste können oft dadurch erreicht werden, daß während der Bereitschaftszeit nur jene Stromkreise, weiche elektrische Speicher zur Aufbewahrung von außerhalb und/oder während der Bereitschaftszeit eingegebenen Informationen enthalten und zur Eingabe und Aufbewahrung dieser Informationen Strom verbrauchen, sowie, falls solche vorhanden, auch Stromkreise, welche bei Beaufschlagung mit einem Steuersignal die Umschaltung vom Bereitschaftszustand zum Betriebszustand auslösen, mit einer Quelle verbunden sind. In diesem Fall sind also die übrigen Stromkreise der Gruppe K zugeteilt und nur während der Betriebszeit mit einer Quelle verbunden. Diese Maßnahme eignet sich besonders für Anlagen, welche relativ unempfindlich für Spannungsschwankungen der Quelle Q sind. Die niedrigen Verluste beruhen hier darauf, daß zur Gruppe K alle Stromkreise gehören, die nicht unbedingt dauernd mit Strom versorgt werden müssen, bei Verbindung mit einer Quelle aber zu einem Verbrauch an Verlustleistung beitragen würden.

Zur Gruppe K/ gehört auch die Einrichtung C, C, die einen oder mehrere Glättungskondensatoren enthält und schon im Bereitschaftszustand mit einer Quelle verbunden ist. In der Zeichnung ist nämlich eine zweite Glättungskondensatoren C enthaltende Einrichtung gezeigt, die auch im Bereitschaftzustand mit der Quelle Q verbunden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die für das Umschalten vom Bereitschaftszustand zum Betriebszustand notwendige Zeitspanne besonders gering gemacht werden, da nämlich die betreffenden Glättungskondensatoren bereits auf eine Vorspannung aufgeladen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann also eine für viele Zwecke günstige raschere Wiederherstellung des Betriebszustandes erreicht werden, als wenn diese Glättungskondensatoren nicht auf diese Vorspannung schon während der Bereitschaftszeit aufgeladen wären. Hierbei sind also schon im Bereitschaftszustand alle wesentlichen Teile der Einrichtung, insbesondere der Glättungskondensatoren, mit der Quelle verbunden. Eine solche Ausbildung ist in der Zeichnung gezeigt Dort ist ein im Betriebszustand Ober die Glättungskondensatoren C mit Strom versorgter Stromkreis, den Widerstand R enthaltend, gezeigt, der im Bereitschaftszustand mit der Quelle Q verbunden ist, wobei diese Quelle die Aufladung der Glättungskondensatoren C zumindest angenähert auf deren im Betriebszustand erforderliche Betriebsspannung unter Mitwirkung dieses Widerstandes R bewirkt Bei dieser Ausgestaltung sind also die Glättungskondensatoren nicht nur schlechthin bereits auf eine Vorspannung aufgeladen, sondern — nämlich mittels des Widerstandes R — zumindest angenähert gerade auf diejenige Betriebsspannung, auf weiche diese Glättungskondensatoren C während des Betriebszustandes der Schaltungsanordnung aufgeladen sein sollen. Da hier die Glättungskondensatoren C zumindest angenähert bereits auf ihre Betriebsspannung aufgeladen sind, ist dies« Ausbildung insbesondere für Anlagen, die empfindlich gegen Schwankungen der Versorgungsspannung sind vorteilhaft. Außerdem hat diese Ausbildung den oft sehr wichtigen Vorteil, daß die Zeitspanne zur Umschaltung vom Bereitschaf! szustand zum Betriebszustand extrem kurz gemacht werden kann. Von besonderer Bedeutung ist der zuletzt genannte Vorteil dann, wenn das Auftreten und die Dauer der Bereitschaftszustände statische Gesetze befolgt, wenn also die Umschaltung zum Betriebszustand spontan ohne Vorankündigung zu erfolgen hat. In diesem Fall fließt nämlich über den bei Beginn des Betriebszusiandes in den leitenden Zustand gesteuerten Schalter 5 2 ein Stromversorgungs-Strom zu den zur Gruppe K gehörenden Stromkreisen sofort und zuverlässig mit solcher Amplitude, wie dies für die Funktion der zur Gruppe K gehörenden Stromkreise vorgesehen ist. Hierzu ist bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel der Schalter 52 vorgesehen, der während der Bereitschaftszeit alle jene im Betriebszustand über die Glättungskondensatoren mit Strom versorgten Stromkreise von ihrer Quelle Q abtrennt, welche nicht wesentlich zur Aufladung der Glättungskondensatoren Cauf deren Betriebsspannung beitragen. Durch Einfügung des Schalters 52 werden hier also jene im Betriebszustand über die Glättungskondensatoren C mit Strom versorgten Stromkreise, welche nicht wesentlich zur Aufladung der Glättungskondensatoren C auf deren Betriebsspannung beitragen, sozusagen der Gruppe K von Stromkreisen zugeordnet, die nur in deren Betriebszustand mit Strom versorgt werden, wodurch besonders kleine Verluste bei außerordentlich kurzen Zeitspannen zum Umschalten vom Bereitschaftszustand in den Betriebszustand erreicht werden.

Bei der Erfindung kann jeweils vorgesehen sein, daß mehrere oder alle Quellen zu einer einzigen Quelleneinheit zusammengefaßt sind. In der Zeichnung ist eine derartige Maßnahme gezeigt. Dort ist nämlich nur eine einzige Quelle Q angegeben, weiche hier sämtliche Stromkreise der Schaltung im Betriebszustand mit Strom versorgt. Die in der Zeichnung gezeigte Quelle stellt also eine einzige Quelleneinheit dar, welche hier die ganze Anlage mit Strom versorgt. Dadurch, daß nur eine einzige Quelleneinheit statt vieler einzelner Quellen vorgesehen wird, kann vorteilhafterweise neben der Verringerung der Anzahl der Quellen auch eine Verringerung der Anzahl der Schalter, welche die Umschaltung vom Bereitschaftszustand in den Betriebszustand bewirken, erreicht werden. So ist in dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, daß nur eine einzige Quelleneinheit Q vorgesehen ist, erreicht, daß hier die Umschaltung allein durch die Schalter 51 und 52 bewirkt werden kann.

Statt spezielle Schalter für die Umschaltung vom Bereitschaftszustand zum Betriebszustand vorzusehen, also statt die in der Zeichnung gezeigten Schalter 51 und 52 vorzusehen, ist es auch grundsätzlich möglich, solche Schalter, welche bereits in den in den Gruppen K und /l'enthaltenden Stromkreisen für andere Zwecke, z.B. zur Durchführung von Verknüpfungsfunktionen, vorgesehen sind, für die Umschaltung mitauszunutzen. Durch eine solche Mitausnutzung können eigens für die Umschaltung vorgesehene Schalter, wie die in der Zeichnung gezeigten Schalter 51 und 52, eingespart werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 20

   Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Stromversorgung einer digitale Signale verarbeitenden Anlage, deren einzelne Teile im Betriebszustand ständig mit Strom versorgt werden müssen und im Bereitschaftszustand zumindest teilweise abgeschaltet sind, insbesondere einer elektrischen Fernsprech-Vermittlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß neben den ständig Strom erfordernden Teilen (K'; Speicher Sp zur Vorbereitung von Durchschaltungen) der Anlage auch die mindestens einen Glättungskondensator (C, C) enthaltende Einrichtung, die für die Versorgung der nicht ständig Strom erfordernden Teile (K) der Anlage mit geglätteter Gleichspannung dient, ständig mit der Stromquelle (Q) verbunden ist und daß auf ein Steuersignal ansprechende Steuerschaltmittel (St, 51, S 2) die im Bereitschaftszustand abgeschalteten Teile (K) der Anlage an den Ausgang (R)der diese Glättungskondensatoren (C, C) enthaltenden Einrichtung bzw. an die Stromquelle