Электронные матричные коммутаторы

В главе 1 была продемонстрирована работа матричного коммутатора, оснащенного электромеханическими матричными переключателями и переключателями на герконовых реле. Герконовые реле до сих пор используются рядом телефонных компаний при монтаже нового оборудования; однако большая часть телефонных компаний перешла на использование действительно электронных схем коммутации. Пример подобного устройства приведен на рис. 7.19.

Рис. 7.19.Элемент матричного переключателя и коммутационная матрица

В электронных матричных коммутаторах, предназначенных заменить более древние и традиционные электромеханические коммутаторы, используются полупроводниковые приборы, имеющие p-n-p-n-структуру. Для предотвращения проводимости на них, как правило, подается напряжение смещения, однако при изменении напряжения смещения, вызываемого коммутацией, они переходят в проводящее состояние.

Основным коммутирующим элементом в таких схемах является полупроводниковый прибор, имеющий p-n-p-n-структуру и схематично изображенный на рис. 7.19а. Каждый такой прибор можно представить в виде эквивалентной схемы, составленной из двух транзисторов, имеющих различные типы проводимости, а именно из p-n-p- и n-p-n-транзисторов, которые соединены между собой по схеме, приведенной на рис. 7.19б. Такой прибор обладает следующими особенностями.

Если напряжение приложено к прибору таким образом, что положительное напряжение действует на анод, а отрицательное – на катод, то при такой полярности приложенного напряжения прибор обладает высоким сопротивлением и подобен диоду, на который подано обратное смещение. Прибор будет оставаться в таком состоянии до тех пор, пока напряжение, приложенное между анодом и катодом, не превысит напряжения его пробоя, либо до тех пор, пока через управляющий электрод прибора не будет инжектирован ток. Если между анодом и управляющим электродом протекает ток, сопротивление на участке между анодом и катодом становится очень маленьким и прибор начинает вести себя подобно полупроводниковому диоду, на который подано прямое смещение.

Далее, если даже ток, протекающий между анодом и управляющим электродом, перестанет протекать, p-n-p-n-прибор будет оставаться в своем проводящем, или низкоомном, состоянии до тех пор, пока напряжение между анодом и катодом не уменьшится до такого значения, когда ток с минимальным значением, получивший название тока удержания, не будет в состоянии протекать через прибор. После того как ток уменьшится ниже значения тока удержания, прибор переключится обратно в свое высокоомное состояние.

Так называемый ток удержания, создаваемый источником питания в абонентской лини связи, поддерживает проводящее состояние прибора.

Прибор, используемый в телефонной станции No. 10A, изготовлен в виде интегральной микросхемы.* Как показано на рис. 7.19в, тридцать два матричных переключателя изготовлены в виде матрицы, имеющей 8 рядов и 4 строки. Она используется в качестве электронного соединителя, создающего цепь с низким сопротивлением между шинами строк и рядов матрицы, которая действует при пропускании тока по цепи управляющего электрода и поддержании минимального значения удерживающего тока, протекающего между анодом и катодом.

На рис. 7.20 показано, каким образом используются коммутационные матрицы для соединения симметричных каналов передачи речевого сигнала, образованных двухпроводными абонентскими линиями связи.

Рис. 7.20. Схема выполнения электронных соединений в коммутируемой матрице

На рисунке коммутируемые матрицы изображены частично, а детальная схема в нижней части рис. 7.20 в точности совпадает со схемой, изображенной на его верхней половине. Соединение цепей выполняется в два этапа. На первом этапе все точки на пути прохождения сигнала находятся под высоким напряжением, а все источники тока In и Ii отключены. Символы, используемые для обозначения источников тока, означают, что они обеспечивают протекание постоянных токов, имеющих величины In и Ii. Ток In является удерживающим током, и его значение превышает значение, необходимое для удержания тиристора в проводящем, или низкоомном, состоянии. Это тот ток, который протекает по абонентской линии связи при выполнении разговора между абонентами.

Коммутационные матрицы используются для электрического соединения двух абонентских линий связи.

Соединение происходит следующим образом. На первом этапе разрешается протекание тока IА по верхней части схемы. Затем включается логический вентиль, либо GА, либо GB или Gn, для того, чтобы мог протекать ток от управляющего электрода к аноду для соответствующего элемента матричного переключателя. Следует отметить, что могут использоваться различные комбинации из матричных элементов для установления маршрута соединения по коммутируемой матрице.

На третьем этапе включается логический вентиль G1, управляющий драйвером (схемой управления) центрального вывода входного трансформатора, после чего завершается образование токопроводящего пути для тока In, который должен обеспечить его замыкание на землю. Этот процесс обеспечивает включение и фиксирование проводящего состояния p-n-p-n-тиристора, после чего логические вентили матричного переключателя отключаются. После всех действий все матричные переключатели на образованном соединении (на схеме выделены жирным шрифтом) имеют низкое сопротивление, а верхняя половина соединения оказывается завершенной.

Для того чтобы завершить процесс коммутации, в результате которого окажутся соединенными вызывающая и вызываемая абонентские линии связи, аналогичные этапы процесса происходят и в нижней половине схемы, приведенной на рис. 7.20. Источники тока Ii включаются для того, чтобы обеспечить поддержание процесса передачи разговора в линиях связи. Речевой сигнал передается из верхней части схемы в нижнюю с помощью конденсаторов, однако прохождение постоянной составляющей тока ими блокируется.

Образованная цепь соединения освобождается отключением драйвера с центральным выводом, который отключает источник тока, и возвращением абонентских линий в состояние с высоким напряжением.