CH633399A5

CH633399A5 - Gabelschaltung zur zweidraht-vollduplex-uebertragung von digitalsignalen.

Info

Publication number: CH633399A5
Application number: CH346578A
Authority: CH
Inventors: Joerg Reutter; Wolfgang Dietze
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1977-04-02
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1982-11-30
Also published as: SE420883B; NO781098L; SE7803275L; DE2714803B1; AU3453778A; GB1596447A; FR2386207A1; AU511871B2; JPS54553A; NL7803300A; CA1103775A; US4178569A; DK139778A; BE865536A; BR7802067A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung für Zweidraht-Vollduplex-Übertragungssy-steme für Digitalsignale zum Anschluss eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung.

Derartige Gabelschaltungen sind bekannt und können Übertrager enthalten oder überwiegend aus Widerständen bestehen. In der DT-AS 2 454 108 ist eine Widerstands-Gabel-schaltung beschrieben, mit der an den Endstellen der Zweidrahtleitung der Sender und der Empfänger angeschlossen ist und die nach Art einer Brückenschaltung arbeitet. Ein Brückenwiderstand ist der Eingangswiderstand der Zweidrahtleitung, und ein anderer die diesem gegenüberliegende Leitungsnach-5 bildung. Um den Sender und den Empfänger derselben Endstelle möglichst gut voneinander zu entkoppeln, so dass beim Betrieb des Senders der eigene Empfänger nicht gestört wird, müssen die Leitung und ihre Nachbildung möglichst genau aufeinander abgestimmt sein. Dies geschieht bei der bekannten ,0 Gabelschaltung durch eine aufwendige veränderliche Nachbil-dundungsschaltung, die zum Abgleich der Brückenschaltung von Hand einstellbar ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Gabelschaltung zur Zweidraht-Vollduplex-Übertragung von Digitalsignalen anzu-15 geben, die mit einfachen Mitteln die Sende- und Empfangssignale genügend voneinander entkoppelt.

Die Aufgabe wird mit dem Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7.

20 Es hat sich gezeigt, dass die für die Übertragung von Digitalsignalen an die Gabelübergangsdämpfung gestellten Forderungen über einen weiten Variationsbereich des Leitungswiderstandes bereits mit einer verhältnismässig einfachen Regelschaltung einzuhalten sind. Somit ermöglicht es die Erfin-25 dung, die Digitalisierung der Nachrichtenübertragung mit geringem Aufwand bis in die unterste Netzebene, d.h. bis zum Teilnehmer voranzutreiben. Bei der neuen Gabelschaltung entfallen alle Einstellarbeiten, da diese sich selbsttätig auf den Widerstand der jeweils angeschlossenen Zweidrahtleitung ein-30 stellt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gabelschaltung mit einem Gabelübertrager;

35 Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gabelschaltung mit einem Gabelübertrager;

Fig. 3 eine als Widerstandsgabel ausgebildete Gabelschaltung;

Fig. 4 einen Kode und seine Eigenschaften, für den die erfin-« dungsgemässe Gabelschaltung besonders geeignet ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Gabelschaltung, die einen Gabelübertrager TA enthält. Sie hat einen Vierdraht-Eingang VE, einen Vierdraht-Ausgang VA und einen Zweidrahtanschluss P, Q an dem die Zweidrahtleitung mit dem Eingangswiderstand Z ange-45 schlössen ist. Gabelschaltungen werden in Endstellen einer Zweidraht-Übertragungsstrecke verwendet, um den Sender und den Empfänger voneinander entkoppelt an die Zweidrahtleitung Z anzuschliessen, oder in Zwischenstellen, um die Sende- und Empfangsrichtung zu Verstärkungszwecken von-50 einander zu trennen (Gabelverstärker). Die in Fig. 1 gezeigte, gestrichelt umrandete Gabelschaltung befindet sich beispielsweise in einer Endstelle A einer Zweidraht-Übertragungsstrecke, an deren anderem Ende eine Endstelle B angeschlossen ist.

55 Am Vierdraht-Eingang VE der Gabelschaltung der Endstelle A liegt gegen Masse die von einer Sendespannungsquelle SA gelieferte Sendespannung USa- Die Empfangsspannung UEa wird dem Vierdraht-Ausgang VA ebenfalls gegen Masse entnommen.

60 Über den Gabelübertrager TA gelangt die Sendespannung USa auf die Zweidrahtseite und hat am Punkt b gegen Masse einen Wert ki • USa- Dieser Spannung wird vom Sender der anderen Endstelle B eine Spannung überlagert, die eine Funktion der von diesem Sender erzeugten Spannung U$b ist. Es 65 liegt am Punkt b also eine Spannung von

Uz = f(USB) + ki • USA

(1)

3

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Auf die andere Seite des Gabelübertragers TA übersetzt ergibt dies über der Teilwicklung wl eine Spannung

Ux = (f(USB) + k> .Usa).w1/w3 (2)

= g(Usß) + k2 • Usa (3)

wobei wl und w3 die Windungszahlen der entsprechend bezeichneten Wicklungen sind.

An der Leitungsnachbildung N liegt andererseits eine Spannung UN = k3 • Usa. die bei einer gleichseitigen Gabel unabhängig vom jeweils vorhandenen Eingangswiderstand Z der Zweidrahtleitung ist. Wenn nun dafür gesorgt wird, dass k3 gleich k2 ist, dann ist die am Vierdrahtausgang VA gegen Masse abgegriffene Empfangsspannung Uea unbeeinflusst von Anteilen der eigenen Senderspannung USA- Es ist nämlich:

Uea + Ux - UN = 0, d.h.

UEA - g(Usß - ki • Usa + 1° • USA- (4)

Dies bedeutet, dass die Gabelübertragungsdämpfung dann maximal ist, wenn gilt:

ki • wl/w3 • USA = ks • USA- (5)

Diese Gleichheit wird bei der erfindungsgemässen Gabelschaltung mittels einer Regelschaltung auf folgende Weise automatisch hergestellt.

Der Übertragungswicklung w3, die an ihrem einen Anschluss geerdet ist, und an der ein Anteil ki • Usa der Sendespannung dieser Endstelle A liegt (Gleichung (1 )) ist eine Reihenschaltung zweier Widerstände R3 und R4 parallelgeschaltet. R3 ist an einem Anschluss geerdet, und es gilt:

R3/R3 + R4 = wl/w3 ; (6)

d.h. die am Verbindungspunkt R3-R4 abgegriffene Spannung UR hat einen Anteil wl/w3 • ki • USa der eigenen Sendespannung USa- Diese Spannung UR gelangt nun über eine Diode Dl und einen Widerstand R5 zum einen Eingang eines Differenzverstärkers D. Dieser Eingang ist gleichzeitig mit einem Kondensator Cl verbunden, dessen anderer Anschluss geerdet ist. Die Diode Dl richtet die Spannung UR gleich, im gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sie nur die positiven Anteile durch. Diese positiven Anteile werden in den vom Widerstand R5 und dem Kondensator Cl gebildeten Intergrierglied derart integriert, dass eine Spannung zum Eingang des Differenzverstärkers D gelangt, die einen zeitlichen Mittelwert der gleichgerichteten Spannung darstellt.

In der gleichen Weise wird die an der Leitungsnachbildung N anliegende Spannung UN durch eine Diode D2 gleichgerichtet und in einem aus einem Widerstand R6 und einem Kondensator C2 bestehenden Intergrierglied zu einem zeitlichen Mittelwert der gleichgerichteten Spannung UN integriert. Die auf diese Weise gebildeten beiden Mittelwerte vergleicht der Differenzverstärker D und gibt abhängig vom Vergleichsergebnis eine Regelspannung an seinem Ausgang ab, die den Widerstand der Leitungsnachbildung derart regelt, dass die beiden Mittelwerte gleich werden. In diesem Falle ist die Gabelschaltung gemäss Gleichung (5) optimal abgeglichen, in anderen Worten, der Widerstand der Leitungsnachbildung N ist dem an den Zweidrahtanschlüssen P und Q wirksamen Eingangswiderstand Z der Zweidrahtleitung angepasst. Im günstigsten und einfachsten Falle werden als zeitliche Mittelwerte arithmetische Mittelwerte gebildet. Jedoch sind auch quadratische Mittelwerte geeignet.

Zu erwähnen bleibt noch, dass die Leitungsnachbildung N zu Vereinfachungszwecken als ein einziger steuerbarer ohmscher Widerstand dargestellt ist. In der praktischen Ausführung wird die Leitungsnachbildung ein kompliziertes RC-Netzwerk s sein, das mindestens einen steuerbaren ohmschen Widerstand enthält. Zur Realisierung des steuerbaren Widerstandes können gebräuchliche Diodenschaltungen, Transistoren oder Feldeffekttransistoren verwendet werden. Abhängig von der vom Differenzverstärker D abgegebenen Regelspannung kann "o auch noch eine Kapazität dieses RC-Netzwerkes geregelt werden. Dies gilt auch für die nachstehend noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt eine Gabelschaltung, die in ihrer Wirkungsweise der Gabelschaltung nach Fig. 1 völlig gleicht. Der Unter-15 schied besteht lediglich darin, dass der Anteil wl/w3 • Uzder an der Zweidrahtseite wirksamen Spannung Uz mittels einer zusätzlichen Übertragerwicklung w4, deren einer Anschluss geerdet ist, abgegriffen wird. Die Windungszahl w4 dieser Übertragerwicklung w4 steht zur Windungszahl w3' der auf 20 der Zweidrahtseite der Gabel befindlichen Wicklung w3' im Verhältnis der Windungszahlen wl ' : w3', so, dass für die Spannung U4 über der Übertragerwicklung w4 gilt:

U4 = wl 7w3' Uz = ki • wl 7w3' USA + g'(USA) (7).

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Der übrige Teil dieser Gabelschaltung ist bereits durch die Beschreibung der Fig. 1 erläutert.

Die Fig. 3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer als Widerstandsgabel ausgebildeten Gabelschaltung. 3o Diese Widerstandsgabel ist eine Brückenschaltung, genauer gesagt, eine Wheatstonesche Brücke, der eingangs genannten Art.

Ein Brückenwiderstand wird durch den Eingangswiderstand Z der über einen Leitungsübertrager L angeschlossenen 35 Zweidrahtleitung Z und ein anderer durch die Leitungsnachbildung N" gebildet. Zwischen der Zweidrahtanschlussklemme P" und dem Anschluss H der Leitungsnachbildung N" liegt die Reihenschaltung der Brückenwiderstände R7 und R8. Der andere Anschluss F der Leitungsnachbildung N" ist mit der 40 Zweidrahtanschlussklemme Q" verbunden und geerdet. Die Klemmen des Vierdrahteingangs VE" für den Anschluss einer Spannungsquelle SA" mit möglichst kleinem Innenwiderstand liegen im Diagonalzweig der Brücke zwischen dem Schaltungspunkt F und dem Verbindungspunkt der Brückenwiderstände 45 R7 und R8. Den Vierdrahtausgang VA" bilden die Schaltungspunkte H und G.

Wenn der Widerstand der Leitungsnachbildung N" und der Eingangswiderstand Z der Zweidrahtleitung Z gleich sind und wenn die Brücke symmetrisch ist, wenn also R7 gleich R8 ist, so so bleibt die Empfangsspannung am Vierdraht-Ausgang VA" von der am Vierdraht-Eingang VE" liegenden Sendespannung unbeeinflusst, weil der Sendestrom zu gleichen Teilen über die Leitungsnachbildung N" und über die Zweidrahtleitung Z fliesst. In diesem Falle liegt an den Punkten H und G dieselbe 55 Spannung. Erfindungsgemäss ist nun eine Regelschaltung Dl ", R5", Cl ", D2", C2", R6", D" vorgesehen, die die zeitlichen Mittelwerte von Spannungen bildet, die durch Gleichrichtung von den an den Punkten G und H jeweils bestehenden Spannungen abgeleitet sind, diese zeitlichen Mittelwerte miteinan-60 der vergleicht und den Widerstand der Leitungsnachbildung N" regelt, bis die Mittelwerte gleich sind, d.h. bis der Widerstand der Leitungsnachbildung gleich dem Eingangswiderstand Z der jeweils angeschlossenen Zweidrahtleitung ist. Diese Regelschaltung gleicht vollkommen der in den Fig. 1 und 2 65 gezeigten Regelschaltungen und bedarf daher keiner eigenen Erläuterung.

In der vorstehenden Erläuterung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde das empfangene Signal

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nicht betrachtet. Es wurde also angenommen, dass dieses Signal den Mittelwert der durch das eigene Sendesignal auf die Zweidrahtseite der Gabelschaltung gelangenden Spannung nicht beeinflusst und dass dieser Mittelwert konstant bleibt.

Diese Bedingung ist bei einer Reihe von Kodes für die Digi- 5 talsignale hinreichend gut erfüllt, wenn diese Kodes gleichstromfrei sind. Letzteres ist durch die in die Zweidraht-Übertragungsstrecke eingefügten Leitungsübertrager von vornherein gewährleistet.

Ein besonders geeigneter Kode ist der nachstehend anhand m der Fig. 4 erläuterte.

Die Impulsfolge a) zeigt ein Digitalsignal 11001010, das in einem Zwei-Phasen-Kode, der in der englischsprachigen Literatur als «Conditioned Diphasé Code» oder als «Bi-Phase-Space-Code» bezeichnet ist, kodiert ist. Bei diesem Kode 15 erfolgt bei jedem Bitanfang ein Nulldurchgang und zusätzlich bei jedem Binärwert «0» noch ein Nulldurchgang in der Bitmitte.

Es wird nun angenommen, dass der in Fig. la) gezeigte zeitliche Spannungsverlauf der Verlauf des Anteils der auf der 20 Zweidrahtseite der Gabelschaltung wirksamen Spannung ist, der von der eigenen Sendespannung herrührt, also die Spannung kj Usa. um das anhand der Fig. 1 erläuterte Beispiel wieder aufzugreifen. Diese Spannung habe eine Impulshöhe AI.

Nach Gleichung (1) enthält die Spannung Uz auf der Zwei- 25 drahtseite der Gabelschaltung ausserdem einen Anteil f(USß),

der von der Sendespannung der entfernten Endstelle B herrührt. Eine solche Spannung, die infolge der Leitungsdämpfung gegenüber der Spannung kt USa eine niedrigere Impulshöhe A2 hat, zeigt die Fig. 4b. Sie stellt eine ebenso kodierte Binärsignalfolge 10100000 dar. Die Summenspannung Uz der beiden Spannungen kj USa und f(USß) gemäss der Gleichung (1 ) zeigt die Fig. 4c. Die gestrichelten Flächen sind die Spannungsanteile, um die die Spannung kj Usa bei der Summenbildung verkleinert oder vergrössert wurde. Wie man leicht sieht, sind die Verkleinerungen im Mittel gleich den Vergrösserungen, so dass der zeitliche arithmetische Mittelwert der positiven Spannungsanteile Uz+ von Uz, nämlich Uz+ gleich dem zeitlichen arithmetischen Mittelwert der positiven Spannungsteile (kt Usa)+ von kj Usa. nämlich (ki USa)+ ist. Dieser zeitliche arithmetische Mittelwert (kt USa)+ ist nach Fig. 4a gleich der halben Impulshöhe AI. Dasselbe gilt auch für die negativen Spannungsanteile Uz_ und (kj Usa)- Der Kode hat also die Eigenschaft, dass der zeitliche arithmetische Mittelwert der positiven oder negativen Spannungsanteile der auf der Zweidrahtseite der Gabelschaltung wirksamen Spannung konstant und unabhängig von dem von der entfernten Gegenstelle empfangenen Signal ist.

Für den zeitlichen quadratischen Mittelwert gilt dies nur mit Einschränkungen. Jedoch ist auch diese Mittelwertbildung hinreichend gut.

g

2 Blatt Zeichnungen

Claims

633399 PATENTANSPRÜCHE

1. Gabelschaltung mit einer Leitungsnachbildung für Zwei-draht-Vollduplex-Übertragungssysteme für Digitalsignale zum Anschluss eines Senders und eines Empfängers an die Zweidrahtleitung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelschaltung (R3, R4 Fig. 1, w4 Fig. 2, Dl, D2, R5, R6, Cl, C2, D, N) vorgesehen ist, die den zeitlichen Mittelwert einer Spannung, die durch Gleichrichtung (Dl, Dl ', D") von der auf der Zweidrahtseite der Gabelschaltung wirksamen Spannung (Uz; Uz' ; Uz") abgeleitet wird, mit dem zeitlichen Mittelwert einer Spannung, die durch Gleichrichtung (D2; D2' ; D2") von der an der Leitungsnachbildung (N ; N ' ; N " ) wirksamen Spannung (UN ; UN' ; Un") abgeleitet wird, vergleicht (D; D' ; D") und abhängig vom Vergleichsergebnis den Widerstand der Leitungsnachbildung (N;N';N")regelt.

2. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu vergleichenden Mittelwerte arithmetische Mittelwerte sind.

3. Gabelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu vergleichenden Mittelwerte quadratische Mittelwerte sind.

4. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 3, die eine Widerstandsbrückenschaltung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (Dl ", D2", Cl ", C2", R5", R6", D", N") den Widerstand der Leitungsnachbildung (N") derart regelt, dass der Mittelwert der durch Gleichrichtung (D2">von der an der Leitungsnachbildung (N") wirksamen Spannung (Un") abgeleiteten Spannung gleich dem Mittelwert der durch Gleichrichtung (Dl ") von der auf der Zweidrahtseite (Z) der Widerstandsbrückenschaltung (Fig. 3) wirksamen Spannung (Uz") abgeleiteten Spannung ist.

5. Gabelschaltung nach Anspruch 2 oder 3, die einen Gabelübertrager enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (R3, R4, Dl, D2, R5, R6, Cl, C2, D, N, Fig. 1 ; w4, Dl ', D2\ R5', R6',C1 \C2', D\ N', Fig. 2) den Widerstand der Leitungsnachbildung (N, N') derart regelt, dass der Mittelwert der durch Gleichrichtung (D2, D2') von der an der Leitungsnachbildung (N, N') wirksamen Spannung(UN, UN') abgeleiteten Spannung zu dem Mittelwert der durch Gleichrichtung von der auf der Zweidrahtseite wirksamen Spannung (Uz, Uz') abgeleiteten Spannung in einem festen Verhältnis steht, das durch die Windungszahlen (wl, w2, w3; wl w2', w3') des Gabelübertragers (TA) vorgegeben ist (Fig. 1, Fig. 2).

6. Gabelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Übertragerwicklung (w4) vorgesehen ist, mittels derer eine in dem festen Verhältnis zur auf der Zweidrahtseite (Z) wirksamen Spannung (Uz') stehende Spannung (U4) zum Vergleich mit der an der Leitungsnachbildung (N') wirksamen Spannung bereitgestellt wird (Fig. 2).

7. Gabelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsteilerschaltung (R3, R4, Fig. 1) vorgesehen ist, mittels derer eine der beiden an der Zweidrahtseite (Z) bzw. an der Leitungsnachbildung (N) wirksamen Spannungen (Uz, UN) in dem festen Verhältnis geteilt und zum Vergleich mit der jeweils anderen Spannung verwendet wird.