CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE NOISELESS INJECTION OF SINUSOIDAL AC PULSES, ESPECIALLY METERING PULSES OF 16 KHZ

Abstract: 1. Circuit arrangement for the low-noise injection of pulses from a sinusoidal alternating voltage, particularly of 16 kHz metering pulses, into at least one telecommunication line (L), particularly a subscriber line which is terminated by two windings, through which a feeding direct current flows and which are electrically isolated from one another but are capacitively connected to one another, on the telecommunication line side of a line transformer (Ü) with a winding connected to an unbalanced circuit on the side facing away from the telecommunication line, with an alternating voltage source (U) delivering the alternating voltage and a pulse-timing-controlled switch (S), characterized in that the winding on the side of the line transformer (Ü) facing away from the line, of each such telecommunication line (L), is electrically connected to the alternating-voltage source (U) via a MOS-FET switch (S) the control input (S) of which, to which a parallel RC section (Rp, Cp) is connected, is connected to a direct-current source circuit (J) which is controlled by the pulse-timing generator (Z) and is fed by a voltage doubler rectifier circuit (G) which, in turn, is fed by the alternating-voltage source (U).

Description: Schaltungsanordnung zur geräuscharmen Einspeisung von Impulsen aus einer sinusförmigen Wechselspannung, insbesondere von 16-kHz-Gebührenimpulsen. In Fernmeldeanlagen, in denen jeweils während des Bestehens einer Verbindung über die betreffende Teilnehmeranschlussleitung ohne Beeinträchtigung der Nutzsignalübertragung Signalimpulse zu einer an einer solchen Verbindung beteiligten Teilnehmerstelle zu übertragen sind, werden solche Signalimpulse vielfach in Form einer Folge von Impulsen aus einer sinusförmigen Wechselspannung ausserhalb des Nutzsignalfrequenzbereiches übertragen; so kann man zu einem bei einer rufenden Fernsprech-Teilnehmerstelle vorgesehenen Gebührenanzeiger oder zu einem Münzfernsprecher zu übertragende Gebührenzählimpulse in Form einer zeitzonen-abhängigen Folge von Impulsen aus einer 16-kHz Sinusspannung oberhalb des Sprachbandes übertragen. Zur vermittlungsstellenseitigen Einspeisung von 16-kHz Gebührenimpulsen in eine Teilnehmeranschlussleitung ist es bekannt, eine 16-kHz-Sinusspannungsquelle über taktgesteuerte Schaltkontakte an einen Ubertrager mit parallel zur Sekundärwicklung liegendem Serienresonanzkreis anzuschalten, der sekundärseitig über- einen Saugkreis (Bandpass) zu den beiden Adern der Teilnehmeranschlussleitung führt, wobei diese in Richtung zur Vermittlungsstelle hin durch einen Sperrkreis abgeriegelt wird (siehe beispielsweise Krause: Ortsämter mit Wählbetrieb, 5.Auflage, Goslar 1962, Abb. 155). Eine solche bekannte Schaltungsanordnung kann sowohl bei Abriegelung des Speisestromkreises durch eine Drossel-Kondensatoren-Schaltung (s.z.B. Krause, a.a.O., Abb. 154 oben) als auch bei Abriegelung des Speisestromkreises durch eine Ubertrager Kondensator-Schaltung (s.z.B. Krause, a.a.O., Abb. 154 und 154 unten) als schliesslich auch dann Anwendung finden, wenn, wie dies auch (beispielsweise aus IEEE Transactions on Electron Devices, ED-25(1978)2, 175...179, Fig.2, und aus telcom report 7(1984)2, 86...92, Bild 3) bekannt ist, die Teilnehmeranschlussleitung in der Vermittlungsstelle von zwei vom Speisestrom durchflossenen, über einen Kondensator miteinander verbundenen teilnehmerseitigen Wicklungen eines LeitungsUbertragers mit einer ggf. einseitig geerdeten teilnehmerabgewandten Wicklung abgeschlossen wird; wegen der erforderlichen Ruf- und Stossspannungsfestigkeit der Bauelemente und z.T. wegen der Vormagnetisierung durch den Speisestrom sind damit jedoch ein relativ hoher Platzbedarf und relativ hohe Kosten verbunden, wobei diese beiden Gesichtspunkte zukünftig wesentlich stärker zum Tragen kommen, weil Fernmeldeverwaltungen dazu uebergehen, die Moglichkeit einer 16-kHz-GebUhrenimpuls-Einspeisung für alle Teil nehmeranschlüsse schaltungstechnisch vorzuleisten. Die Erfindung bezieht sich auf die Einspeisung von Impulsen aus einer sinusförmigen Wechselspannung, insbesondere von 16-kHz-Gebührenimpulsen, in Fernmeldeleitungen, insbesondere Teilnehmeranschlussleitungen, die in der zuletzt erwähnten Weise jeweils durch galvanisch voneinander getrennte und kapazitiv miteinander verbundene, von einem Speisestrom durchflossene (leitungsseitige) Wicklungen eines Leitungsübertragers mit einer unsymmetrisch beschalteten fernmeldeleitungsabgewandten Wicklung abgeschlossen sind; die Erfindung stellt sich dazu die Aufgabe, eine solche Signaleinspeisung aus einer zentralen Wechselspannungsquelle in eine Vielzahl solcher Fernmeldeleitungen ohne grösseren schaltungstechnischen Aufwand zu ermoglichen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die leitungsabgewandte Wicklung des Leitungsübertragers jeder solchen Fernmeldeleitung galvanisch mit der Wechselspannungsquelle über einen MOS-FET-Schalter verbindbar ist, dessen mit einem RC-Parallel-Glied beschalteter Steuereingang mit einer vom Impulstaktgeber gesteuerten Gleichstromquellenschaltung verbunden ist, die von einer ihrerseits von der Wechselspannungsquelle gespeisten Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung gespeist wird. Die Erfindung bringt über den Wegfall eines gesonderten, einen mit einem Resonanzkreis beschalteten Ubertrager enthaltenden Wechselspannungs-Einspeisekreises und über den Wegfall des Erfordernisses ruf- und stossspannungsfester Bauelemente hinaus den weiteren Vorteil mit sich, eine weiche Tastung jedes Schalters und damit ein geräuscharmes Ein- und Ausschalten der Wechselspannung in einem weiten Spannungsbereich durch direkt aus der durchzuschaltenden Wechselspannung gewonnene Betriebs- bzw. Steuerspannungen ermöglichen zu können, ohne dass es einer externen Gleichspannungsversorgung bedürfte, wobei einerseits unabhängig von Momentanwert und Amplitude-der Wechselspannung stets die erforderliche Aussteuerung des jeweiligen Schalters gewährleistet ist und andererseits keine nennenswerte Verlustleistung aufgebracht werden muss. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass (aus DE-PS 32 37 550) eine Schaltungsanordnung zum geräuscharmen Ein- und Ausschalten von Impulsen aus einer sinusförmigen Wechselspannung, insbesondere von 16-kHz-Gebührenimpulsen, bekannt ist, in der die Wechselspannungsquelle an einen aus einem Fest widerstand und einem steuerbaren Widerstand gebildeten Spannungsteiler angeschlossen ist, wobei ein Impulstaktgeber über einen zur Formung von trapezförmigen Impulsen dienenden rückgekoppelten Operationsverstärker an den Steuereingang des steuerbaren Widerstandes angeschlossen ist und wobei dem Ausgang des steuerbaren Widerstandes, an welchem die Wechselspannungsimpulse abgenommen werden, ein eine Impedanzwandlerstufe bildender weiterer rückgekoppelter Operationsverstärker n achgeschaltet ist. Diese bekannte Schaltungsanordnung benötigt nicht nur für die in ihr vorgesehenen Operationsverstärker gesonderte Stromversorgungen, sondern ggf. auch einen besonderen, hinreichend leistungsstarken Operationsverstärker, dessen Verstärkung sich übrigens bei Änderung des Spannungsteilerverhältnisses ebenfalls ändert, was sich entsprechend auf die Einspeisung der Wechselspannung auswirkt. Nähere Berührungspunkte mit der Erfindung, die weder eine gesonderte Stromversorgung noch eine aktive Impulsformerstufe benötigt, sind nicht gegeben. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung führt der MOS-FET Schalter zu einem Mittelabgriff der fernmeldeleitungsabgewandten Wicklung des Leitungsübertragers, was es ermöglicht, bei vorhandener, herkömmlicherweise nur für eine Anschaltung sehr weniger Fernmeldeleitungen ausgeleg- ter Wechselspannungsquelle auch an einer Mehrzahl von Fernmeldeleitungen auf Grund der Spannungstransformation hinreichend hohe Signalpegel zu gewährleisten. Dabei kann zweckmässigerweise zwischen dem MOS-FET-Schalter und dem Mittelabgriff der Wicklung des Leitungsübertragers ein dessen Teilstreuinduktivität mitumfassender Bandpass eingefugt sein, was es ermöglicht, mit Streuinduktivitäten verbundene Spannungsverluste zumindest teilweise zu kompensieren. Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden näheren Erläuterung eines AusfUhrungsbei spiels einer Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung anhand der Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung ist schematisch in einem zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Umfang ein Ausschnitt aus einer in einer Digital-Vermittlungsstelle eine Analog Teilnehmeranschlussleitung L abschliessenden Teilnehmeranschlussschaltung dargestellt, in der die Teilnehmeranschlussleitung L durch zwei von einem Speisegleichstrom durchflossene, galvanisch voneinander getrennte und kapazitiv miteinander verbundene Wicklungen eines Leitungsübertragers U abgeschlossen ist, dessen einseitig an Masse liegende und damit unsymmetrisch beschaltete, der Teilnehmeranschlussleitung L abgewandte Wicklung mit einer in der Zeichnung nur mit einigen Eingangs- und Ausgangs-Schaltungsbausteinen angedeutete Analog/Digital-Schnittstellenschaltung ADS verbunden ist. Solche Schnittstellenschaltungen sind beispielsweise in Form des sog. Customer Optimized Subscriber Line Audio-Processing Circuit Am 7905 - COSLAC der Firma AMD oder des sog. Signal-Processing Codec Filter PEB 2060 - SICOFI der Firma Siemens (siehe auch telcom report 7(1974)2, 86...92) bekannt und brauchen daher hier nicht weiter betrachtet zu werden. Zum geräuscharmen Einspeisen von Impulsen aus einer sinusförmigen Wechselspannung, beispielsweise von 16-kHz-Gebührenimpulsen, in die Teilnehmeranschlussleitung L ist ein Mittelabgriff m der der Leitung L abgewandten Wicklung des Leitungsübertragers ici galvanisch mit der die (16-kHz)Wechselspannung abgebenden Spannungsquelle U verbunden, und zwar über einen mit zwei in Reihe geschalteten MOS-Feldeffekttransistoren T1 und T2, beispiesweise zwei SIPMOS Transistoren BSS 100, gebildeten MOS-FET-Schalter S. Zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Feldeffekttransistoren T1, T2 und deren Steuerelektroden liegt die Parallelschaltung eines Widerstandes Rp (von z.B. 200 k0hm) und eines Kondensators Cp (von beispielsweise 220 nF); zu dem mit diesem RC-Parallel-Glied Rp, Cp beschalteten Steuereingang s des MOS-FET-Schalters S führt eine von einem Impulstaktgeber Z gesteuerte Gleichstromquellenschaltung J. Diese Gleichstromquellenschaltung kann, wie dies auch in der Zeichnung dargestellt ist, in prinzipiell (z. B. aus Steimel: Elektronische Speisegeräte, München 1957, Bild 3.36) bekannter Weise als gleichspannungsgespeiste, durch Rückwärtsregelung stabilisierte Gleichstromquelle mit einem Längstransistor T (beispielsweise des Typs BC 307), einem Diskriminatorwiderstand R (von beispielsweise 82,5 kOhm) und einer einen Vergleichsspannungsgeber bildenden Zenerdiode V (beispielsweise des Typs BZX 97 C3V9) ausgebildet sein. Gespeist wird die Gleichstromquellenschaltung J durch eine ihrerseits von der Wechselsspannungsquelle U gespeisten Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung G, die, wie dies auch aus der Zeichnung ersichtlich ist, als (prinzipiell z. B. aus Meinke/Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 1956, Abb. Y7.5.b bekannte) Kaskadenschaltung aus den beiden (z. B. aus Meinke/Gundlach, a.a.O., Abb. Y7.1 bekannten) Einweg-Spitzengleichrichter-Grundschaltungen mit jeweils einer Diode Dl bzw. D2 (beispielsweise des Typs BAY 43) und einem Längs-Kondensator C1 (von beispielsweise 100 nF) bzw. einem Quer-Kondensator C2 (von beispielsweise 22 nF) ausgebildet sein kann. Zwischen den MOS-FET-Schalter S und den Mittelabgriff m der leitungsabgewandten Wicklung des Leitungsübertragers Ü ist ein (16-kHz-)Bandpass BP eingefügt, der eine selektive Einspeisung der (16-kHz-)Wechselspannung unter Zurückhaltung etwa vom Wechselspannungsgenerator U ausserdem herrührender störender Rauschspannungen ermöglicht; die Induktivität des Bandpasses BP umfasst dabei zweckmässigerweise auch eine Streuinduktivität des Leitungsübertragers U, so dass durch entsprechende Blindwiderstandskompensation eine Reduktion der Spannungsverluste erreicht wird. Zwischen Leitungsübertrager Ü und Analog/Digital-Schnittstellenschaltung ADS liegt ausserdem eine (16-kHz-)Band sperre BSp, um die über den Leitungsübertrager U in die Teilnehmeranschlussleitung L eingekoppelten, ausserhalb des Nutzsignalbandes liegenden Wechselspannungsimpulse von der Analog/Digital-Schnittstellenschaltung ADS fernzuhalten. Bandpass BP und Bandsperre BSp werden beide nicht vom Speisegleichstrom der Teilnehmeranschlussleitung L durchflossen und unterliegen damit auch keiner Vormagnetisierung; ihre Bauteile brauchen auch nicht ruf- und stossspannungsfest zu sein, so dass in den beiden Filtern BP und BSp relativ kleine Spulen- und Kondensator-Bauformen vorgesehen sein können. In der Zeichnung ist noch angedeutet, dass zwischen dem Impulstaktgeber Z und der Stromquellenschaltung J eine Pegelanpassungsschaltung R41, T40, R42 eingefügt sein kann, wenn die vom Impulstaktgeber Z beispielsweise mit TTL-Pegel abgegebenen Ausgangssignale zur unmittelbaren Steuerung der Konstantstromquelle J nicht geeignet sind. Die im vorstehenden in ihrem schaltungstechnischen Aufbau umrissene Schaltungsanordnung gewährleistet eine geräuscharme Einspeisung von Impulsen aus der von der zentralen (16-kHz-)Wechselspannungsquelle U abgebenen Wechselspannung in eine Vielzahl von Teilnehmeranschlussleitungen L; in der Zeichnung ist dies durch entsprechende Vielfachzeichen zwischen Wechselspannungsquelle U und Schalter S bzw. zwischen Gleichrichterschaltung G und Stromquellenschaltung J zum Ausdruck gebracht. Dabei wird eine weiche Tastung jedes Schalters S durch entsprechend langsam vor sich gehende Auf- und Entladung des Kondensators Cp des Impulsformergliedes Rp, Cp erreicht; durch Änderungen in der Dimensionierung des Kondensators Cp und der Widerstände Rp und R können An stiegszeit und Abfallszeit der Impulsflanken variiert werden. Wie schon erwähnt, kann der Schalter S mit zwei SIPMOS Transistoren BSS 100 realisiert sein, die eine niederohmige Durchschaltung der Gebührenzählimpulsspannung gestatten. Zur Aufsteuerung der SIPMOS-Transistoren ist eine Gate-Spannung erforderlich, die um ca. 4 V über dem Maximalwert der durchzuschaltenden Spannung liegt. Der 16-kHz-Generator U möge eine Wechselspannung mit einer Amplitude UU von maximal 9 V (und minimal 6,4 V) liefern; die minimale Gate-Spannung muss dann etwa 16,7 V (9 x 2 + 4) betragen. Die Spitzenwertgleichrichterschaltung G gibt im Leerlauf eine Gleichspannung UG = 2 x 21/2 x Uu - 2UD ab, worin UD der Spannungsabfall an einer Gleichrichterdiode (D1, D2) ist. Bei Uumin = 6,4 V ergibt sich UGmin = 17,1 V. Die Kaskadenschaltung G belastet den 16-kHz-Generator U im Ruhezustand nicht; der während eines Zählimpulses fliessende Strom ist um mehr als zwei Grössenordnungen kleiner als der Gebührenzählimpulsstrom und kann insoweit vernachlässigt werden. Bezugszeichenliste ADS Analog/Digital-Schnittstellenschaltung BP Bandpass BSp Bandsperre Cp, Rp Impulsformerglied mit Kondensator Cp und Widerstand Rp C1, D1 Einweg-Spitzengleichrichter-Grundschaltung mit Diode D. und Längs-Kondensator C1 C2, D2 Einweg-Spitzengleichrichter-Grundschaltung mit Diode D: und Quer-kondensator C2 G Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung J Cleichstromquelienschaltung, Konstantstromquelle L Teilnehmeranschlussleitung m Mittelabgriff R (diskriminator-)Widerstand S MOS-FET-Schalter s Steuereingang T (Längs-)Transistor T1, T2 Fel@effekttransistoren U Spannungsquelle, (16-kHz-)Wechselspannungsgenerator u Leitungsübertrager V Zenerdiode Z Impulstaktgeber T40, R41, R42 regelanpassungsschaltung

Claims: Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur geräuscharmen Einspeisung von Impulsen aus einer sinusförmigen Wechselspannung, insbesondere von 16-kHz-Gebührenimpulsen, in wenigstens eine Fernmeldeleitung (L), insbesondere Teilnehmeranschlussleitung, die durch zwei von einem Speisegleichstrom durchflossene, galvanisch voneinander getrennte, aber kapazitiv miteinander verbundene fernmeldeleitungsseitige Wicklungen eines Leitungsübertragers (Ü) mit einer unsymmetrisch beschalteten fernmeldeleitungsabgewandten Wicklung abgeschlossen ist, mit einer die Wechselspannung abgebenden Wechselspannungsquelle (U) und einem impulstaktgesteuerten Schalter (S), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die leitungsabgewandte Wicklung des Leitungsübertragers (U) jeder solchen Fernmeldeleitung (L) galvanisch mit der Wechselspannungsquelle (U) über einen MOS-FET-Schalter (S) verbunden ist, dessen mit einem RC-Parallel-Glied (Rp,Cp) beschalteter Steuereingang (s) mit einer vom Impulstaktgeber (Z) gesteuerten Gleichstromquellenschaltung (J) verbunden ist, die von einer ihrerseits von der Wechsel spannungs quelle (U-) gespeisten Spannungsverdoppler-Gleichrichterschaltung (G) gespeist wird. 2. Schaltungsanardnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der gleichgerichteten Wechselspannung gespeiste, durch Rückwärtsregelung stabilisierte Gleichstromquellenschaltung (J) mit einem Längstransistor (T) vorgesehen ist, dessen Ausgangselektrode mit den Steuerelektroden zweier in Reihe geschalteter, den MOS-FET Schalter.(S) bildender Feldeffekttransistoren (T1, T2) verbunden ist, zwischen deren Verbindungspunkt und deren Steuerelektroden das RC-Parallel-Glied (Rp, Cp) angeordnet ist. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der MOS-FET-Schalter (S) zu einem Mittelabgriff (m) der der Fernmeldeleitung (L) abgewandten Wicklung des Leitungsübertragers (Ü) führt. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass zwischen dem MOS-FET-Schalter (S) und dem Mittelabgriff (m) der Wicklung des Leitungsübertragers (Ü) ein dessen Teilstreuinduktivität mitumfassender Bandpass (BP) eingefügt ist. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die Gleichrichterschaltung (G) als Kaskadenschaltung aus den beiden Einweg-Spitzengleichrichter-Grundschaltungen (C1, D1; D2, C2) ausgebildet ist. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Impulstaktgeber (Z) eine Pegelanpassungsschaltung (R41, T40, R42) nachgeschaltet ist.

Inventors: KUNISCH, PAUL, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1986
Main classification: H04M15
IPC codes: H04M3, H04M15