DE2112050A1 - Elektronische Halbleiter-Crosspoint-Schaltung - Google Patents

Description

DA-7147

zu der

'' "Patentanmeldung der Firma

Telettra S.p.A.

Laboratori di Telefonia Elettronica e Radio

77/A Corsο Buenos Ayres Milano / ITALIEN

betreffend

Elektronische Halbleiter-CrossOoint-Schaltung (Priorität: 13. März 1970, Italien, Nr. 21881)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung'·zur vollständig elektronischen Verbindung und Trennung (elektronischer Crosspoint) zwischen mindestens zwei Punkten A und B, die derart miteinander gekoppelt bzw. voneinander entkoppelt v/erden sollen, daß bei offenem Kreis sehr hohe Übersprech-Dämpfung und bei geschlossenem Kreis minimale Dämpfung des Nutzsignals besteht. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Crosspoint-Verbindung für in vollständig elektronischen Telefon-Vermittlungsstellen verwendbare Verteiler-Netzwerka (space-division switching networks).

Es sind viele Versuche unternommen worden, elektronische

Crosspoint-Verbindungen für Telefon-Vermittlungsschaltungen zu schaffen,· die bekannteste derartige Anordnung umfaßt einen steuerbaren Silizium-Gleichrichter, der mit einer Isolationsdiode in Serie geschaltet ist: vgl. beispielsweise die französische Patentschrift 1 494 964, die hollän-

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dische Patentanmeldung 68.148.24 (IBM), den Aufsatz von De Kroes "Switchung Network using PNPN Transistors in an Experimental telephone Exchange" in der französischen Veröffentlichung "Colloque International de Communication Electronique" Paris I966 (Editions Chiron), Seiten 189 bis 195, sowie den Aufsatz von Monin "Concentreteur Electronique a 200 directions" in der französischen Veröffentlichung "Coninunication Electronique" Nr. 6, April 1964, Seiten 100 bis 115. Die in diesen Literaturstellen beschriebenen Ausführungsformen genügen jedoch nicht sämtlichen Anforderungen, die bei breiter kommerzieller Verwendung in den verschiedenen Anwendungsgebieten gestellt v/erden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltung zu schaffen, die die Verwendung von Halbleiter-Elementen mit sämtlichen ihnen innewohnenden Vorteilen gestattet, die mit Ergebnissen und unter Betriebsbedingungen arbeitet, wie sie mindestens mit denen herkömmlicher mechanischer Kontakte vergleichbar sind. Die erfindungsgeinäße elektronische Halbleiter-Crosspoint-Schaltung soll bei geschlossenem Kreis eine geringe Dämpfung des Hutzsignals und im offenen Kreis eine sehr hohe Übersprech-Dämpfung aufweisen.

Eine bevorzugte Aus führungs form der -Erfindung Lirafaßt eine Schaltung mit mehr als zwei Kontakten, bei der ein Kurzschlußpunkt für die Übers prechströrne in jedem Fall einzeln bestimmt werden kann. In weiterer vorteilhafter Aus führungs form betrifft die Erfindung eine Schaltung ir.it mehr als zwei Kontakten, bei der eine Vorspannung für Kapazitäten zwischen den Elektroden einzeln bestimmt werden kann, um die kapitzitive Belastung des Verbindungsweges zu minimieren.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die flclialt.ur.g vorgespannte elektronische Kontakte auf, wobei Verluste dadurch reduziert sind, daß hinter der Schaltung eine

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negative Impedanz eingefügt ist; vorzugsweise wird dazu der den Crosspoint vorspannende Stromgenerator modifiziert und diese negative Impedanz an der Verbindungsstelle angelegt."

In vorteilhafter Weiterbildung werden die Umschaltkreise für den elektronischen Crosspoint durch eine äußerst einfache externe logische Spaltung betrieben.

3?rfindungsgemäß wird schließlich eine elektronische Telefon-Vermittlungsstelle mit Hehrfachmatrix-*Verbindungsnetzwerken vorgesehen, die entsprechend (beispielsweise über Verbindungsglieder und/oder Verbindungsstellen) miteinander verbunden sind, wobei die einzelnen Kreuzungspunkte der Matrizen mit einem Drei-Schalter-Crosspoint und einer Steuerlogik ausgerüstet sind und die jeweilige Logik von einem Zentralsystem gesteuert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung erhellen aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen; darin zeigen

Fig. 1a und 1b einen Crosspoint nach dem Stand der Technik mit geschlossenem bzw» offenem Krei's;
Fig. 2a und 2b schematische Schaltbilder über den

grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Crosspoint-Verbindung, dargestellt im geschlossenen und offenen Zustand; Fig. 3 eine besonders einfache und vorteilhafte er-

fundungsgemäße Ausführung mit Halbleitern; Fig. 3a die symbolische Darstellung eines in den erfindungsgemäßen Schaltungen verwendeten steuerbaren Silizium-Gleichrichters; Fig. 3b ein Ersatz-Schaltbild für den steuerbaren

Silizium-Gleichrichtei:;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Telefonnetzwerks; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Verbindungs-

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netzwerke ;

Fig. 6a, 6b und 6c schematische Darstellungen zur Erläuterung der in einem Verbindungsnetzwerk auftretenden parasitären Kopplungen;

Fig. 7 ein Erstazschaltbild £ir einen offenen Crosspoint?

Fig. 8 ein Ersatzschaltbild für einen geschlossenen Crosspoint;

Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer Verbindung mit sechs Kontakten;

Fig, 10a das Netzwerk der Fig. 5 zur Veranschaulichung der Verhältnisse bei einer bestimmten gewählten Verbindung;

Fig. 10b und 10c einen Crosspoint aus dem Netzwerk der Fig. 10a in geschlossenem bzw« offenem Zustand;

Fig. 11 ein Schaltbild der Verbindung zwischen zwei Teilnehmernj

Fig. 12 eine vereinfachte Darstellung des Schaltbildes nach Fig. 11;

Fig. 13 ein Schaltbild zur Erläuterung der Realisierung einer negativen Impedanz;

Fig. 14 ein Ersatzschaltbild für die Schaltung nach Fig. 13;

Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel für die in der Schaltung nach Fig. 3 enthaltene Steuerlogikj

Fig. 16 eine 10x10-Matrix mit einem bestimmten angewählten Crosspoint; und.

Fig. 17 ein Schaltbild einer Zweidraht-Teilnehmerschaltung.

Ein Crosspoint, wie er in Fig. 1a und 1b gezeigt ist, dient zur Verbindung zweier Punkte A und B, an denen Signale, etwa Sprechsignale, liegen, die hier durch Generatoren G1 und G2 mit entsprechenden Innenwiderständen R1 und R2 dargestellt sind. Es ist wesentlich, daß die Kreisimpedanz R bei geschlossenem Kreis ganz niedrig (im Grenzfall null) gegenüber der Impedanz R_off des gleichen Kreises im offenen

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Zustand ist. Eine sehr kleine Impedanz R_Qn bei geschlossenem Kreis ist wichtig, damit die Dämpfung des Nutzsignals am Crosspoint möglichst gering istj eine sehr hohe Impedanz R^-p "bei offenem Kreis ist notwendig., um zwischen den Punkten A und B eine optimale Entkopplung zu erzielen. Bekanntlich führen mechanische Kontakte (Relais) diese Punktion ziein*-: ■ lieh gut aus, wogegen ähnliche Bedingungen nur schwierig erreicht v/erden, wenn die einzelnen mechanischen Bauelemente durch elektronische Elemente (Elektronenröhren, Transistoren usw.) ersetzt v/erden. Mechanische Bauelemente haben jedoch den Nachteil, daß sie aufwendig und schwer sind, hohen Leistungsbedarf haben, langsam sind, eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer aufweisen usw. Es sind schon zahlreiche Versuche unternommen worden, mechanische Bauelemente durch elekronische zu ersetzen; die Ergebnisse dieser Versuche waren jedoch insbesondere hinsichtlich der Übersprech-Dämpfung, die stets unter dem erforderlichen Mindestwert lag, nicht zufriedenstellend.

Die im folgenden beschriebene Erfindung löst diese Probleme.

Die Erfindung ist schematisch in den Schaltbildern der Fig. 2a und 2b gezeigt, gemäß denen zwischen den beiden miteinander zu verbindenden und voneinander zu trennenden Punkten A und B Kontakte 1, 2 und 3 eingefügt sind. Diese Kontakte haben einen gemeinsamen Verbindungspunkt C, wobei die beiden* Kontakte 1 und 2 in Serie geschaltet sind, während der Kontakt 3 zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt C und Hasse M liegt. Sind die Punkte A und B miteinander verbunden, so sind gemäß Fig. 2a die Kontakte 1 und 2 geschlossen, während der Kontakt 3 offen ist. Die gesamte Impedanz R ergibt sich aus der Summe der Teilimpedanzen der Kontakte 1 und 2; dies mag die Vermutung nahelegen, daß die Impedanz zu hoch ist und das über die Kontakte 1 und 2 von A₁ nach 3 oder umgekehrt fließende Signal stark gedämpft wird. Aus dem ' folgenden wird jedoch ersichtlich,; daß dieser Nachteil erfindungsgemäß durch eine interessante Lösung beseitigt ist.

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Andererseits zeigt Fig. 2b, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung das Problem einer hohen Impedanz Ftf-p bei offenem Kreis definitiv löst; da die Kontakte 1 und 2 in Serie liegen, ist der Gesamtwiderstand R₀^f nämlich gleich der Summe der Widerstände R „^ und R_of£2· ^Außerdem ~ u*¹*³· dies ist ein fundamentaler Punkt - bildet der Kontakt 3, der dann geschlossen ist, wenn die Kontakte 1 und 2 offen sind, für ein an dem Verbindungspunkt C auftretendes Signal einen Kurzschluß gegen Hasse und vermittelt dadurch zwischen den Punkten A und B praktisch unentliche Entkopplung.

Gemäß der verbesserten Ausfuhrungsform nach Fig. 3 wird das von dem Generator G1 mit dem Innenwiderstand R1 erzeugte Nutzsignal dem Punkt A über einen Trenntransformator XY mit der Primärwicklung X und der Sekundärwicklung Y verstärkt zugeführt. A ist m±fc der Anode Ali eines steuerbaren Silizium-Gleichrichters SCR1 verbunden, was in der Zeichnung dadurch angegeben ist, daß A mit der Anode zusammenfällt (A^AN). Die Kathode CAT des Gleichrichters SCR1 ist mit einer Diode D1 verbunden, hinter der der Punkt B liegt, der zur.Übertragung der Hutzsignale mit dem Punkt A verbunden werden soll. Der Gleichrichter SCR1 und die Diode D1 entsprechen also den zwischen A und B in Serie liegenden Kontakten 1 und 2 der Fig. 2a und 2b. Das Gatter G des Gleichrichters SCHI fällt mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt C zusammen (CsG). Die symbolische Darstellung des Gleichrichters SCR1 ist in Fig. 3a zur Verdeutlichung herausgezeichnet. Der Punkt CsG ist einerseits über eine Diode D2 und einen V/iderstand RA an eine Spannungsquelle VA angeschlossen, ferner über einen Widerstand RC mit der Kathode CAT des Gleichrichters SCR1 und der Diode D1 verbunden sowie an einen Transistor TR1 angeschlossen, der von einer mit zwei externen Signalen RG und Cn gespeisten' logischen Steuerschaltung L geschaltet wird. Der Punk't B ist mit einem Transistor TR2 verbunden, und die Anode AN des Gleichrichters SCR1 erhält von einer entsprechenden (nicht gezeigten) Spannungsquelle über die Sekundärwicklung Y des Transfor-

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mators XY eine Vorspannung +Vcc. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Transistoren TR1 und TR2 als NPN-Junction-Transistoren angenommen.

Bekanntlich hat eine Diode eine niedrige "Impedanz, wenn sie von Strom durchflossen wird, und eine hohe Impedanz, wenn sie in Sperrichtung vorgespannt, also nicht-leitend, ist. Wie ferner bekannt ist, weist ein steuerbarer Silizium-Gleichrichter zwei stabile Zustände auf, und es gibt zwei Methoden, um ihn aus dem Sperrzustand in den geöffneten Zustand umzuschalten: entweder 'wird. die Anoden-Kathoden-Spannung über einen bestimmten Schwellenwert erhöht, oder das Gatter G wird strom- oder spannuiigs ge steuert.

In der Praxis müssen sowohl die Diode D1 und der Gleichrichter SCR1 im eingeschalteten Zustand mit einer GIeich-Vorspannung beaufschlagt sein, während sie im gesperrten Zustand ohne Vorspannung sind und daher kein Strom fließen kann; aus diesem Grund sind die Spannungsquelle Vcc und der Transistor TR2 vorhanden.

Zum Verständnis der Arbeltsweise der in Fig. 3 gezeigten Schaltung wird zweckmäßigerweise an das übliche Ersatzschaltbild eines steuerbaren Silizium-Gleichrichters erinnert, wie es in Fig. 3b wiedergegeben ist. Danach läßt sich der Gleichrichter durch drei aufeinanderfolgende Dioden Da, Db und Dc wiedergeben, wobei die ersten beiden Dioden Da und Db gegensinnig geschaltet sind und die dritte Diode Dc in der gleichen Richtung liegt wie die erste Diode Da. Gemäß Fig. 3b wird also die Reihenschaltung von SCR1 + D1 zwischen A und B durch die vier Dioden Da, Db, Dc und D1 wiedergegeben, wobei nur die Diode Db gegenüber den Übrigen difei Dioden umgekehrt gepolt ist. Bei offenem Kreis (SCR1 und D1 gesperrt, keine Vorspannung) ist der Transistor TRI durch die logische Schaltung L ( die weiter unten beschrieben wird) in seine Sättigung vorgespannt und bildet dadurch für den Strom IA

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(ausgezogener Pfeil), der von der Spannungsquelle VA über den Widerstand RA und die Diode Ό2 fließt, einen Kurzschluß gegen.Hasse, wodurch gegenüber dem 'Verbindungspunkt C eine niedrige Impedanz erzeugt wird; mit andern . Worten führt der Transistor TR1 die Funktion des eingeschalteten Kontakts 3 gemäß Fig. 2b aus. In diesem Zustand sind SCR1 und D1 gesperrt , und der Transistor TR2 ist ebenfalls gesperrt, wobei seine Basis auf Kasse liegt, so daß aus der Spannungsquelle Vcc kein Strom fließt. Bei geschlossenem Kreis sind dagegen SCR1 und D1 leitend , und die Basis des Transistors TR2 liegt auf einer Spannung V1 < Vccj die Spannungsquelle Vcc und der Transistor TR2 liefern also die Vorspannung für den Gleichrichter * SCR1 und die Diode D1.

Schließen des Kreises

Der Leitungszustand wird dadurch - erreicht, daß an TR2 eine Spannung V1 < VA angelegt wirdj dadurch ist der Kollektor des Transistors TR2 gesperrt (SCR1 und D1 sind gesperrt), und der Transistor schaltet in die Sättigung um_# so daß am Punkt B eine Spannung auftritt, die praktisch gleich V1 ist. In dies'em Zeitpunkt schaltet die logische Schaltung L den Transistor TR1 aus der Sättigung in den Sperrzustand um. Da VA > V1 und als (3Le bei B auftretende Spannung ist, fließt ein Strom 12 (gestrichelter Pfeil), der über den Spannungsabfall an RC die Gatter-Kathoden-Strecke des Gleichrichters SCR1 auf die Zündspannung vorspannt» Dadurch wird die Verbindung zwischen A und B geschlössen, und der Strom 13 beginnt zu fließen, der SCR1 und D1 vorspannt.

Der Transistor TR2 ist nicht mehr gesättigt und wird zu einem Stromgenerator. An den Punkten. A, B und C tritt eine Crleichspannung auf, die etwa gleich Vcc ist j die Diode D2 ist in Sperrichtung vorgespannt und damit gesperrt? der Punkt C und damit die gesamte Verbindung zwischen A und B sind praktisch von Masse· getrennt.

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Zu "beachten ist, daß die Diode D1, die dem Kontakt 2 in Fig. 2a entspricht, durch das Schließen des Gleichrichters SCR1 gesteuert wird, d.h. vom Zustand des Gleichrichters, abhängt. Genauer gesagt löst das Öffnen des Kontaktes 3 in Fig. 2a die. folgende Reaktionskette aus: Schließen des Kontaktes 1 (SCR1), Schließen des Kontaktes 2 (D1), Sperren der Diode D2 und dadurch Trennen der beiden Kontakte 1 und 2 von Hasse.

Öffnen des Kreises

Wie gezeigt, ist die Serienschaltung der elektronischen Kontakte 1 und 2 zwischen den Punkten A und B praktisch von Masse getrennt, wenn beide Kontakte leitend sind.

Die Kontakte werden dadurch geöffnet, daß der von dem Generator TR2 zugeführte Strom unterbrochen wird, was praktisch dadurch erreicht wird, daß die Spannung V1 zu null gemacht wird. Außerdem muß der Transistor TR1 durch die Steuerlogik L eingeschaltet werden, v/odurch der von der Spannungsquelle VA abgegebene Strom gegen Hasse kurzgeschlossen wird; dadurch wird gegenüber dem Punkt C eine niedrige Impedanz erzeugt, die - wie weiter unten erläutert-wird - die Kennwerte der Schalter bezüglich des ÜberSprechens erheblich verbessert. Die Gatter-Kathoden-Strecke des Gleichrichters SCR1 wird in Gegenrichtung vorgespannt, wodurch der Gleichrichter definitiv gesperrt wird.

Im folgenden wird die Anwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen elektronischen Crosspoint-Verbindung auf eine spezielle Verbindungsmatrix eines Telefon-Vermittlungssystems erörtert. Dazu soll zunächst ein solches Telefon-Vermittlungssystem (space-division telephone exchange) generell beschrieben werden.

Generelle Beschreibung

Eine derarige Vermittlungsstelle ist im allgemeinen mit .

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einer bestimmten Anzahl von Teilnehmern U1, U2...Un sowie mit weiteren Vermittlungsstellen verbunden. Die Hauptaufgabe der Vermittlungsstelle besteht darin,_iSprechverbindungen zwischen Teilnehmerpaaren herzustellen, die an die gleiche oder ah verschiedene Vermittlungsstellen angeschlossen sind. Fig. 4 zeigt die Einrichtung, die diesen Verbindungsweg herstellt. In Fig. 4 ist das Verbindungsnetzwerk mit RC bezeichret, HA ist der Markierer, und CO die Steuerschaltung, die das-Verbindungsnetzwerk RC steuert und sonstige Dienstleistungs-Sinrichtungen EC, wie sie mit einer Vermittlungsstelle des in Fig. 4 gezeigten Typs gewöhnlich verbunden sind, für die Teilnehmer zur Verfü- h gung stellt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Verbindungsnetzwerk RC durch eine bestimmte Anzahl von Stufen STA, STB, STC usw. gebildet, was mehrere, darunter auch ökonomische, Gründe hat. Der Einfachheit halber ist in Fig. 5 ein Nettwerk dargestellt, das nur Verbindungen unter an die gleiche Vermittlungsstelle angeschlossenen Teilnehmern herstellt. In Fig. 5 sind die Bezugszeichen für die verschiedenen Einrichtungen des Verbindungsnetzwerks aufgenommen.

Jede der drei Stufen STA, STB und STC wird von drei I-Iatrizen ,gebildet, wobei die Stufen STA und STB 3x3-Katrizen umfassen, während die dritte Stufe STC 3-2-IIatrizer. enthält. Die einzelnen Crosspoints innerhalb der Matrizen werden durch W eine Bezeichnung unterschieden, die aus zwei Symbolen entsprechend der Ziffer der jeweiligen Hatrix und den Buchstaben der jeweiligen Stufe sowie aus zwei Ziffern ensprechend der Zeile und der Spalte des Crosspoints innerhalb der .jeweiligen I-Iatrix besteht. Der in Fig. 5 angegebeneCrosspoint 1A13 liegt beispielsweise in Zeile 1, Spalte 3 der Hatrix Hr.1 der Stufe A.

' ÜberSOrechen

Anhand von Fig. 6 sollen sämtliche Störungen zwischen zwei Sprechverbindungswegen innerhalb des gleichen Verbindungsnetzwerks betrachtet v/erden, um die für einen Crosspoint

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im offenen Zustand erforderliche Mindestimpedanz zu ermitteln. Es sei angenommen, daß der Teilnehmer U1 mit dem Teilnehmer.U3"uhd der Teilnehmer U5 mit dem Teilnehmer U7 verbunden ist. Der Zusammenhang der beiden Kreise mit dem übrigen Netzwerk ist durch gestrichelte Linien angedeutet, wobei die Linie CIRC2 die Verbindung innerhalb des Kreises zwischen den Teilnehmern U5 und U7 und die Linie CIRC1 die Verbindung innerhalb des Kreises zwischen den Teilnehmern U1 und U3 darstellen. Durch entsprechende Anordnung der Verbindungen mit den verschiedenen Matrizen läßt sich erreichen, daß die Schaltkreise CIRC1 und CIRC2 keine weiteren Matrizen gleichzeitig kreuzen. Der in Fig. 6 angenommene Zustand stellt den schlimmsten Fall dar, da die über benachbarte Zeilen der gleichem Matrix laufenden Sprechverbindungen maximale Übersprech-Dämpfung erfordern.

Analysiert man sämtliche möglichen Störungen, so lassen sich folgende zwei Typen unterscheiden:

1. Direkte parasitäre (im \*esentlichen kapazitive) Kopplung Über einen einzelnen Crosspoint, die durch die Kapazität A-A schematisch wiedergegeben \ferden können^ (in Fig» 6a sind die gewünschten Kopplungen der Crosspoints durch · und die parasitären Kopplungen durch X wiedergegeben);

2. Indirekte parasitäre Kopplungen aufgrund von Durchgängen zwischen zwei Crosspointsj diese lassen sich unterteilen in

a) indirekte parasitäre Kopplungen des vertikalen Typs, d.h. die über die Spalten gehen (in Fig. 6b sind diese Kopplungen durch O wiedergegeben) und

b) indirekte parasitäre Kopplungen des horizontalen Typs, d.h. die über die Zeilen verlaufen (in Fig. 6c sind diese Kopplungen durch D wiedergegeben).

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Die letzteren beiden Störungstypen sind in Fig. 6b und 6c unten durch eine Reihenschaltung aus jeweils zwei Parallel-Kapazitäten B-B wiedergegeben, die man sich auch .als Serienkapazitäten A-A^f entsprechend der Serienschaltung A-A der Fig. 6a denken kann. In der 1 0x10-Matrix der Fig. 6 bestehen acht Kopplungen des Typs A-A und zwölf Kopplungen des Typs B-B, die unter Berücksichtigung der Tatsache, daß zv/ei parallele V/ege mit zwei Serienkontakten bestehen, zwölf Kopplungen des direkten Typs A-A¹ , d.h. gleich dem Typ A-A, enspreehen. Insgesamt sind zwanzig parallele Wege vorhanden, woraus der Fachmann in dieser Technik entnimmt, daß die Übersprech-Dämpfung in dieser Matrix um 26dB niedriger ist als die Dämpfung an jedem einzelnen Crosspoint.

Will man eine Dämpfung von 75 dB sicherstellen, wie sie heutzutage gefordert wird, so läßt sich unmittelbar sagen, daß der einzeliECrosspoint eine Dämpfung von mindestens 75 dB + 26 dB = 101 dB haben mußj bedenkt man ferner, daß außer den -bereits untersuchten kapazitiven Kopplungen weitere Störungsquellen zwischen den Kreisen (Induktivitäten, gemeinsame Masse usw. 5 bestehen, so soll der Crosspoint eine Dämpfung von mindestens 110 dB haben. Nimmt man an, daß die in Fig. 1 durch G1 - R1 und G2 !-*R2 schematisch dargestellten Preise eine Impedanz 'von 500 Ω haben, so läßt sich das Ersatzschaltbild der Fig. 7 angeben, federn Zcp die Croäspoint-Impedanz und VA und VB die daran liegende Signalspannung angeben. Wünscht man eine Dämpfung von 110 dB, so errechnet sich die Impedanz folgendermaßen :

VÄ VA 5

20 log υ = 110 dB; jg=3x 1(T;

VE ⁼ §S8q '> ^{Zcp = 500Ω} x 3 x 10⁵ = 150 ΜΩ

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Die Impedanz bei offenem Crosspoint muß also größer als .150 HQ sein, was im Bereich der Sprachfrequenzen einer Kapazität von weniger als 1 pF entspricht« Dies zeigt, daß ein Grosspoint, der bei geöffnetem Kreis derartige Dämpf imgseigenschaften aufweist, sich mit einem einzelnen Kontakt realisieren läßtj eine erfindungsgemäße Schalterkette, die mit einem Kurzschlußpunkt für Übersprechströme versehen ist, löst dieses Problem überraschen! gut und vollständig." Tatsächlich sind bei einem Versuchsaufbau sogar Dämpfungen von mehr als 120 dB an jedem einzelnen Crosspoint und 95 dB für eine einzelne Matrix gemessenvorden.

Dämpfung · ·

Bei geschlossenem.Kreis läßt sich die erfindungemäße Kontaktanordnung durch das Ersatzschaltbild der Fig. 8 wiedergeben, in dem Rs den Kontakt-Serienwiderstand angibt und Rp dem gegebenenfalls vorhandenen Leckstrom gegen Hasse entspricht. Die Dämpfung des geschlossenen Kreises ist diejenige, die sich aus sämtlichen in Kaskade liegenden Kontakten in einer Verbindung ergibt.

Fig. 9 gibt schematisch eine Kette aus sechs Kontakten wieder. Vernachlässigt man die von den Trenn-Transformatoren T1 und Τ2 eingeführte Dämpfung, so ergibt sich die Dämpfung des Verbindungsnetzwerks RG aus der Summe der Serienirapedanzen Rs1 bis Rs6 sowie den Parallelimpedanzen Rp1 bis Rp6 gegenüber Hasse. Die Impedanzen Rs1, Rs2 und Rsj5 sowie Rp1, Rp2 und Rp3 gehören zu einem ersten Halbabschnitt 1SE, während die Impedanzen Rs4, Rs5 und Rs6 sowie Rp4, Rp 5 und Rp6 zu einem zweiten Halbabschnitt 2SE gehörenj die beiden Halbabschnitte 1SE und 2SE sind über eine Kapazität Cd und eine Verbindungsschaltung GIU miteinander gekoppelt.

Im folgenden sollen sämtliche Impedanzen gegenüber Hasse

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betrachtet v/erden, die in einer generellen Verbindung auftreten können. Dazu wird auf das in Fig. 10a gezeigte dreistufige Netzwerk Bezug genommen, wobei jede Stufe drei Matrizen umfaßt. Die betrachtete spezielle Verbindung hat sechs leitende Crosspoints, nämlich 1A13, 1B12, 2C12, 3C11, 1B21 und 2A33. An diesen durch einen · bezeichneten leitenden Crosspoinis treten insgesamt sechs Leckimpedanzen gegenüber Hasse auf. Außerdem bestehen sechzehn Impedanzen gegenüber Hasse an offenen Crosspoints, die in Fig. 10a mit X bezeichnet sind. Im einzelnen liegt in den Zeilen die Impedanz des steuerbaren Silizium-Gleichrichters bei offenem Kreis oder jedenfalls des Kontakts 1 und in den Spalten die Im-

" pedanz des Kontakts 2 | vgl. dazu Fig. 10b, die den Crosspoint 1A13 in geschlossenem Zustand zeigt, sowie Fig. 10c, die den gleichen Crosspoint geöffnet darstellt. Ss ist wichtig, festzuhalten, daß der Sprechkreis eine Spannung Vcc hat, so daß die offenen Crosspoints einen geerdeten Kittelpunkt haben, was, \tfie oben gezeigt, Dioden entspricht, die durch eine Sperrspannung gleich Vcc vorgespannt sind. Da die Kapazität der Anoden-Kathoden-Strecke einer Diode bekanntlich als Funktion der Sperr-Vorspannung stark abnimmt, hat die Erdung der Serienkontakte 1 und am Mittelpunkt C der erfindungsgemäßen Anordnung über den Kontakt 3 (siehe Fig. 2b) außerdem den Vorteil, daß die

fc kapazitive Last gegen Masse minimiert wird.

Kompensation

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung wird der Effekt der Leckimpedanzen Rp, die möglicherweise an leitenden Crosspoints bestehen, durch eine besonders einfache und vorteilhafte Kompensationsschaltung mini- - miert,

Fig. 11 zeigt eine bestehende Verbindung zwischen Teilnehmern Um und Un, in der Rs den ßerienwiderstand angibt, der aus

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der Summe sämtlicher Crosspoint-Widerstände in der Verbindung resultiert, und wobei Rp und Cp eine sämtlichen Leckimpedanzen entsprechende Parallelschaltung angeben. Die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung ist in Fig. schematisch gezeigt, die eine vereinfachte Wiedergabe des Schaltkreises nach Fig. 11 enthält, wobei eine negative Impedanz -Zp gegenüber Masse eingefügt ist, die sämtliche Leckimpedanzen gegenüber Hasse neutralisiert, wenn sie ihrem Absolutbetrag gleich Zp gemacht wird (Zp gibt dabei die Parallelschaltung aus Rp und Cp der Fig. 11 an). Iian hat herausgefunden, daß sich diese negative Impedanz vorteilhafterweise an der Verbindungsstelle erzielen läßt.

Generell stellt ein Telefon-Verbindungsnetzwerk eine ziemlich starke Konzentration dar; d.h.die Zahl von Verbindungspunkten ist begrenzt, so daß eine erzielte Konpensation dieser Elemente sich besonders ökonomisch auswirkt; Einsparungen in der Kompensationseinrichtung v/erden außerdem dadurch erzielt, daß der negative Widerstand durch Ersatz oder durch einfache Modifikation des Stromgenerators erreicht wird·, der Teil der Verbindungsstelle bildet.

Im folgenden soll die Schaltung der Fig. 1-3 untersucht werden, die die genannte negative Impedanz dadurch vermittelt, daß der Stromgenerator der konventionellen Verbindungsstelle der neuen Kompensationsfunktion angepaßt wird. Das am Punkt P der Sprechverbindung liegende Signal wird durch einen Transistor TR3 invertiert; d.h. am Punkt Q entsteht ein Signal, das dem Signal in P proportional ist und entgegengesetztes Vorzeichen hat; dieses invertierte Signal steuert den Transistor TR2 aus, der den der Verbindungsstelle zugeordneten Stromgenerator (vg. Fig. 3) darstellt» Dadurch wird eine Stromänderung £12 mit einer Polarität erzeugt, die derjenigen von 0 ( in dem Signal bei P) * entgegengesetzt ist. Der Transistor TR2 bildet also die

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negative Impedanz -Zp. Zu beachten ist, daß der Transistor TR3 mit seinen Vorwiderständen R5 und R6 statt dessen die positive Impedanz darstellt. Die ¥erte flir die Verbindungsschaltung CIR.CO = GIU werden so berechnet, • daß .

λ 12 = 111 + Δ13 + Δ Ip

ist , worin & 11 der unter der Wirkung von &V durch R5 fließende Strom, λ 12 der in entgegengestzter Richtung wie a 11 fließende Strom, δ 13 der durch TR3 bewirkte Steuerstrom für TR2 und a Ip der Leckstrom durch Zp bedeuten. Ejer Transistor TR4 bildet einen Schalter, der mit der Kompensationsschaltung -Rp gemäß .„Fig. 14 in Serie liegt. Die Belegungssteuerung der Verbindungsstelle erfolgt durch die Spannung V1, die den Transistor TR4 sättigt. Ist ¥1 = O, so sind die Transistoren TR2, TR3 und TR4 gesperrt, und durch die Sprechverbindung fließt kein Vorspannungs-Strom.

SteuerloKik

Die Steuerlogik L.der Fig. 3 besteht nach Fig. 15 aus einem Flip-Flop des herkömmlichen Typs, dem ein logischer Kreis vorgeschaltet ist. In der Praxis bildet diesen Kreis ein Schalter DE, der das Zeilensteuersignal RG entweder über die Leitung 12 und das UHD-Gatter ES dem Setzeingang S oder über die Leitung 15 und das UHD-Gatter ERS dem Löscheingang RS des Flip-Flops zuführt. Dadurch wird der Transistor TR1 gesättigt bzw. gesperrt, und die Kontaktkette ent^ sprechend gesteuert. Das Spaltensteuersignal Cn gelangt über die Leitung 14 und das UND-Gatter 3SRS an den Löscheingang RS und gleichzeitig Über einen Inverter IR über die Leitung 16 an das UHD-Gatter IS.

Das Flip-Flop könnte ebenso über ein direkt dem Setz- bzw. Löscheingang zugeführtes Steuersignal gesteuert werden; im folgenden soll jedoch erläutert Werden, welche Vorteile die Anwendung des Schalters DE hat.

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Dazu soll die in Fig. 16 gezeigte 10x10-Matrix analysiert werden, und es soll angenommenerden, daß der Kontakt am Crosspoint zwischen der Zeile 1 und der Spalte 7 (Crosspoint 1-7) geöffnet v/erden soll. Ss wird davon ausgegangen, daß sämtliche übrigen Punkte der Zeile, d.h. die Crosspoints 1-1, 1-2, 1-5, 1-4, 1-5, 1-6, 1-8, 1-9 und 1-10, sowie die übrigen Punkte in der gleichen Spalte, d.h. die Crosspoints 2-7, 3-7, 4-7, 5-7, 6-7, 7-7, 8-7, 9-7 und 10-7 bereits offen sind. Ein sämtlichen Crosspoints der Zeile 1 zugeführtes Ausschalt-Steuersignal öffnet den Crosspoint 1-7, während es die übrigen Punkte dieser Zeile geöffnet läßt.

Das Schließ-Steuersignal für den Crosspoint 1-7 muß jedoch dem Punkt 1-7 selektiv zugeführt vjEcdenj dies wird durch eine UND-Funktion zwischen einem Zeilensteuersignal RG und einem Spalten-Steuersignal.Cn erreicht (Koordinatenwahl). Soll der Crosspoint zwischen der Zeile 1 und der Spalte 7 geschlossen v/erden, so wird daher ein Steuersignal der Zeile RG1 und ein weiteres Steuersignal der Spalte Cn7 zugeführt; gleichzeitig führt der Schalter DE dem Setzeingang S des Crosspoints 1-7 und gleichzeitig den Löscheingängen RS sämtlicher übrigen Crosspoints der Zeile RG1 Steuersignale zu, wodurch die genannten übrigen Crosspoints in dem Zustand bleiben, den sie vorher innehatten. Soll dagegen der Crosspoint 1-7 geöffnet werden, so braucht nur das Zeilensteuersignal angelegt v/erden, während kein Spaltensteuersignal erforderlich ist.

Aus Sicherheitsgründen ist es ratsam, sicherzustellen, daß sämtliche übrigen- Punkte geöffnet sind, bevor ein Schließbefehl für einen Crosspoint gegeben wird, und daß das den Transistor TR1 aussteuernde Flip-Flop gesättigt ist. Da die erfindungsgemäße Steuerlogik keine Ilasse-Steuerung (oder Öffnungs-Steuerung) für die einzelnen Spalten umfaßt, kann eine solche Öffnungssteuerung für alle unbenützen Matrizen, von denen die gewählte Spalte einen Teil bildet, dadurch erzeugt v/erden, daß sämtliche Punkte in

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ORIGINAL fNSPECTED

der zu den unbenutzten Zeilen gehörigen Spalte geerdet T/erden. Die zu., den belegten Zeilen gehörigen Crosspoints sind offen, da sie bed,.Schließen der gewünschten Verbinuung geerdet worden sind.

Zweidraht-Schaltunff

Die ßrfindungsgemäße Crosspoint-Schaltung läßt sich leicht in Zweidraht-Schaltungen, einbauen. Dabei gibt es zwei .Anwendungsmöglichkeiten: die eine und unmittelbare · besteht darin, daß zwei Crosspoints CP und CP¹ verwendet und identische Steuersignale den beiden logischen Steuerkreisen L und L* separat- zugeführt werden, wobei L und L* über Leitungen 21 und 22 gekoppelt sind. Die zweite Methode besteht darin, daß die zweite Steuerlogik L¹ weggelassen wird und die beiden Transistoren TR1 und TRM und damit die beiden Crosspoints CP und CP¹ durch eine einzige Logik L gesteuert werden. Im letzteren Fall ist der Ausgang von L direkt mit dem Transistor TR Ί über eine Leitung 23 verbunden, die in Fig. 17 durch die gestrichelte Linie ange-.deutet ist.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   yVJ Elektronische Crosspoint-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Punkten (A und B) drei Schalterelemente (1, 2, 3) mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt (C) angeordnet sind, von denen zwei (1, 2) zwischen den Punkten (A und B) in Serie liegen und ein Halbleiter-Element und ein Ventilelement umfassen, während das dritte Schaltelement zwischen dem Verbindungspunkt und Hasse (Ii) liegt und mindestens ein weiteres Halbleiter-Element umfaßt, daß ferner am Eingang des ersten Schaltelements eine Vorspannung und an dem Verbindungspunkt über das Ventilelement eine zweite Spannung liegen, während das dritte Schaltelement über ein UND-System gesteuert wird, das durch ein Paar von extern erzeugten Signalen ausgesteuert ist,

   2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als negative Impedanz wirkendes Halbleiter-Element (TR2) eingeschaltet ist, das sämtliche passiven Impedanzen der Anordnung kompensiert, wenn sämtliche'in Serie liegenden Schalter zwischen den zu verbindenden Punkten (A und B) geschlossen sind.

   3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement

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   einen steuerbaren Silizium-Gleichrichter (SCR1) und das zweite Schalterlelement eine Diode (DT) umfaßt, die mit dem Gleichrichter in Serie liegt und daher, von dessen Leitungszustand abhängt, daß das dritte Schalterelement einen Transistor (TR1) umfaßt, und daß ein weiterer Transistor (TR2) an den Ausgang der Diode angeschlossen ist, daß ferner eine erste Spannungsquelle (Vcc) die in Serie liegenden Schalterelemente vorspannt und mit dem Verbindungspunkt (C) eine zweite Spannungsquelle (VA) verbunden ist, und daß das dritte Schalterelement durch eine Steuerlogik (L) steuerbar ist, die mit externen Impulsen betrieben wird«

   4. Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsquelle (VA) über einen Widerstand (RA) und eine weitere Diode (D2) mit dem Verbindungspunkt (C) verbunden ist und daß eine dritte externe Spannung (V1) über einen Widerstand (R4) an der Basis des weiteren Transistors (TR2) liegt, der hinter dem zweiten Schalterelenent \ (D1) angeordnet ist.

   5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Offenem Kreis (AjGnd B getrennt) die Steuerlogik (L) den ersten Transistor (TR1) in seine Sättigung vorspannt, der dadurch als das dritte Schalterelfement zur Erdung -dient, wodurch der von der zweiten Stromquelle (VA) erzeugte Strom kurzgeschlossen, an dem .Verbindungspunkt (C) ein© Kurzschlußimpedanz für Übersprech-

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   ströme gebildet und die ersten beiden Schalterelemente (SCR1, D1) sowie der zweite Transistor (TR2) kurzge- ■ schlossen werden.

   5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließung des Kreises durch Anlegen einer Spannung an den zweiten Transistor (TR2) erfolgt, die kleiner ist als die Spannung der zweiten Spannungsquelle (VA), wodurch der zweite-..-Transistor in die Sättigung gesteuert wird, und daß der. Steuerlogik (L) Signale zugeführt v/erden, so daß der erste Transistor (TRI) gesperrt wird und durch einen zwischen dem Verbindungspunkt (C) und der Kathode des Silizium-Gleichrichters (SC1) liegenden Widerstand (RC] ein Strom fließt, der eine Vorspannung für die Gatter-Kathoden-Strecke des Gleichrichters erzeugt, wobei der Leitungszustand des Gleichrichters einen Vorspannstrom erzeugt, der die Diode (D1) leitend macht, wobei der zvELte Transistor (TR2) als Stromgenerator wirkt.

   7. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein Flip-Flop und einen Schaltkreis (DS) umfaßt.

   8. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Impedanz' durch eine Schaltung gebildet ist, die mehrere den Stromgenerator der Verbindungsstelle modifizierende

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   Transistoren umfaßt.

   9. Telefon-Vermittlungsstelle mit einer Anzahl von Teilnehmern, einem Verbindungsnetzv/erk, das in mehrere aus jjev/eils mehreren Ilatrizen bestehende Stufen unterteilt ist, einem Markierer und einer Steuereinrichtung, dadurch gekennze i c.hne t, daß an den einzelnen Schnittpunkten zwischen den Zeilen und Spalten der Matrizen eine Crosspoint-Schaltung nach einem der .Ansprüche 5 bis 8 angeordnet ist und die Steuerlogik von einem Paar von Impulsen für die Zeilen und Spalten steuerbar ist. '

   10. Telefon-Vermittlungsstelle nach Anspruch 9_t dadvirch gekennzeichnet, daß die negative Impedanz an den Verbindungsstellen angeordnet ist und die positiven Impedanzen der geschlossenen und offenen Crosspoints derjenigen Zeilen und Spalten kompensiert, die zu dem über die jeweilige Verbindungsstelle laufenden Verbindungsnreg gehören.

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