Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В электронике , A координатный коммутатор ( кросс-точка переключения , матричный переключатель ) представляет собой набор переключателей , расположенных в матричной конфигурации. Поперечный переключатель имеет несколько входных и выходных линий, которые образуют перекрестный узор из соединительных линий, между которыми может быть установлено соединение, замыкая переключатель, расположенный на каждом пересечении элементов матрицы. Первоначально перекладина переключателя состояла буквально из пересекающих металлических стержней, которые обеспечивали входные и выходные пути. Более поздние реализации достигли такой же топологии переключения в твердотельных полупроводниковых микросхемах или системе на кристаллах (SoC). Переключатель точки пересечения является одной из основных архитектур коммутаторов вместе с поворотным переключателем., переключатель памяти и переключатель кроссовера .

Общие свойства [ править ]

Поперечный переключатель - это набор отдельных переключателей между набором входов и набором выходов. Переключатели расположены в матрице. Если переключающий переключатель имеет M входов и N выходов, то перекладина имеет матрицу с M × N точками пересечения или местами пересечения соединений. В каждой точке пересечения есть переключатель; в закрытом состоянии он соединяет один из входов с одним из выходов. Данная перекладина представляет собой однослойный неблокирующий переключатель. Неблокирующий переключатель означает, что другие одновременные подключения не препятствуют подключению других входов к другим выходам. Наборы перекладин могут использоваться для реализации многослойных и блокирующих переключателей. Система переключения перекладины также называется системой переключения координат.

Приложения [ править ]

Поперечные переключатели обычно используются в приложениях обработки информации, таких как телефония и коммутация каналов , но они также используются в таких приложениях, как механические сортировочные машины .

Матричная компоновка перекрестного переключателя также используется в некоторых полупроводниковых запоминающих устройствах, которые обеспечивают передачу данных. Здесь стержни представляют собой очень тонкие металлические провода, а переключатели - плавкие вставки . Предохранители перегорают или размыкаются при высоком напряжении, а считывание - при низком напряжении. Такие устройства называются программируемой постоянной памятью . [1] На конференции NSTI по ​​нанотехнологиям 2008 года был представлен доклад, в котором обсуждалась реализация схемы сложения в наномасштабе, используемой в качестве альтернативы логическим вентилям для вычислений. [2]

Матричные массивы являются основой современных плоских дисплеев. Жидкокристаллические дисплеи с тонкопленочными транзисторами имеют транзистор в каждой точке пересечения, поэтому их можно рассматривать как часть их структуры.

Для коммутации видео в домашних и профессиональных кинотеатрах перекрестный переключатель (или матричный переключатель, как его чаще называют в этом приложении) используется для распределения вывода нескольких видеоустройств одновременно на каждый монитор или каждую комнату по всему зданию. В типичной установке все видеоисточники расположены в стойке для оборудования и подключаются как входы к матричному коммутатору.

Там, где центральное управление матрицей практично, типичный матричный коммутатор для монтажа в стойку предлагает кнопки на передней панели, позволяющие вручную подключать входы к выходам. Примером такого использования может быть спортивная панель , где одновременно отображаются несколько программ. Обычно в спортивной панели устанавливается отдельная настольная приставка для каждого дисплея, для которого требуется независимое управление. Матричный переключатель позволяет оператору направлять сигналы по своему усмотрению, так что требуется только достаточное количество телевизионных приставок, чтобы покрыть общее количество уникальных программ, которые будут просматриваться, при этом упрощая управление звуком из любой программы в общей звуковой системе.

Такие переключатели используются в домашних кинотеатрах высокого класса. Обычно совместно используемые видеоисточники включают телевизионные приемники или DVD-чейнджеры; та же концепция применима к аудио. Выходы подключены к телевизорам в отдельных комнатах. Матричный коммутатор управляется через соединение Ethernet или RS-232 с помощью контроллера автоматизации всего дома, например, произведенных AMX , Crestron или Control4., который предоставляет пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю в каждой комнате выбирать, какое устройство смотреть. Фактический пользовательский интерфейс зависит от марки системы и может включать сочетание экранных меню, сенсорных экранов и портативных пультов дистанционного управления. Система необходима для того, чтобы пользователь мог выбрать программу, которую он желает смотреть, из той же комнаты, из которой он будет ее смотреть, в противном случае им пришлось бы идти к стойке с оборудованием.

Специальные перекрестные переключатели, используемые при раздаче сигналов спутникового телевидения, называются мультисвичами .

Реализации [ править ]

Исторически перекрестный переключатель состоял из металлических стержней, связанных с каждым входом и выходом, вместе с некоторыми средствами управления подвижными контактами в каждой точке пересечения. В конце 20-го века эти буквальные перекрестные переключатели пришли в упадок, и этот термин стал использоваться в переносном смысле для прямоугольных матричных переключателей в целом. Современные переключающие планки обычно реализуются с использованием полупроводниковой технологии. Важный новый класс оптических перекладин реализуется с помощью технологии MEMS .

Механический [ править ]

Тип телеграфного обмена середины 19 века состоял из сетки вертикальных и горизонтальных латунных стержней с отверстиями на каждом пересечении. Оператор вставил латунный штифт, чтобы соединить одну телеграфную линию с другой.

Электромеханическое переключение в телефонии [ править ]

Поперечный переключатель телефонии - это электромеханическое устройство для коммутации телефонных звонков. Первой конструкцией того, что сейчас называется поперечным переключателем, был переключатель координат компании Bell Western Electric 1915 года. Чтобы сэкономить деньги на системах управления, эта система была организована по принципу шагового переключателя или переключателя, а не по принципу связи. Он мало использовался в Америке, но шведское правительственное агентство Televerket изготовило его собственный дизайн ( Gotthilf Betulanderдизайн с 1919 года, вдохновленный системой Western Electric), и использовал его в Швеции с 1926 года до цифровизации в 1980-х годах в небольших и средних переключателях модели A204. Конструкция системы , используемая в AT & T Corporation «s 1XB ригельных обменов, который был введена в эксплуатации дохода от 1938 года, разработанная Bell Telephone Labs , была вдохновлена шведским дизайном , но была основана на принципе вновь открытой связи. В 1945 году аналогичная конструкция шведского Televerket была установлена ​​в Швеции, что позволило увеличить мощность коммутатора модели A204. Задержка из-за Второй мировой войны, несколько миллионов городских линий 1XB были проложены с 1950-х годов в Соединенных Штатах.

В 1950 году шведская компания Ericsson разработала собственные версии систем 1XB и A204 для международного рынка. В начале 1960-х годов продажи линейных переключателей компании превысили продажи их вращающейся системы с 500 переключателями, если судить по количеству линий. Переключение поперечин быстро распространилось по всему миру, заменив большинство более ранних разработок, таких как Strowger (пошаговая) и панельные системы в более крупных установках в США. Выйдя из полностью электромеханического управления при внедрении, они были постепенно доработаны, чтобы иметь полностью электронное управление. управление и различные функции вызова, включая короткий код и быстрый набор. В Великобритании компания Plessey произвела рядПерекрестные коммутаторы TXK , но их повсеместное развертывание почтовым отделением Великобритании началось позже, чем в других странах, а затем сдерживалось параллельным развитием язычковых реле TXE и систем электронного обмена, поэтому они так и не достигли большого количества подключений клиентов, хотя и сделали. найти некоторый успех в виде тандемных переключателей .

Поперечные переключатели используют матрицы переключения, состоящие из двумерного массива контактов, расположенных в формате xy. Эти коммутационные матрицы управляются серией горизонтальных стержней, расположенных над контактами. Каждую такую ​​полосу выбора можно раскачивать вверх или вниз с помощью электромагнитов, чтобы обеспечить доступ к двум уровням матрицы. Второй набор вертикальных удерживающих стержней установлен под прямым углом к ​​первому (отсюда и название «перекладина») и также управляется электромагнитами. Бары избранного несут подпружиненную проволоку.пальцы, которые позволяют удерживающим стержням управлять контактами под стержнями. Когда электромагниты выбора и затем удержания работают последовательно для перемещения стержней, они захватывают один из пружинных пальцев, чтобы замкнуть контакты ниже точки пересечения двух стержней. Затем это устанавливает соединение через коммутатор как часть настройки пути вызова через коммутатор. После подключения магнит выбора затем освобождается, чтобы он мог использовать другие пальцы для других подключений, в то время как удерживающий магнит остается под напряжением на время вызова для поддержания соединения. Интерфейс коммутации с перекрестной панелью именовался переключателем TXK или TXC (перекрестная панель телефонной станции) в Великобритании.

100-позиционный шестипроводной поперечный переключатель Western Electric типа B

Однако система Bell типа BПереключатель перекладины 1960-х годов был произведен в наибольшем количестве. Большинство из них были переключателями на 200 точек, с двадцатью вертикалями и десятью уровнями по три провода. Каждая полоса выбора имеет десять пальцев, так что любая из десяти цепей, назначенных на десять вертикалей, может подключаться к любому из двух уровней. Пять полос выбора, каждая из которых может вращаться вверх или вниз, означают выбор из десяти ссылок на следующий этап переключения. Каждая точка пересечения в этой конкретной модели соединяла шесть проводов. Вертикальные ненормальные контакты рядом с удерживающими магнитами выровнены вдоль нижней части переключателя. Они выполняют логические функции и функции памяти, а полоса удержания удерживает их в активном положении, пока соединение установлено. Горизонтальные отклонения от нормы на сторонах переключателя активируются горизонтальными полосами, когда магниты-бабочки вращают их.Это происходит только во время установки соединения, так как бабочки только тогда получают энергию.

Поперечный переключатель Western Electric последней модели
Задняя часть типа C

Большинство Bell System переключателей были сделано , чтобы соединить три провода в том числе наконечника и кольца из более сбалансированной пары цепи и втулки свинца для контроля. Многие соединили шесть проводов, либо для двух отдельных цепей, либо для четырехпроводной цепи или другого сложного соединения. Миниатюрная перекладина Bell System Type C 1970-х годов была похожа, но пальцы выступали вперед со спины, а избранные стержни держали лопасти для их перемещения. У большинства типа C было двенадцать уровней; это были менее распространенные десятиуровневые. Northern Electric бар используется в SP1 переключательбыл похож, но даже меньше. ITT Pentaconta Multiswitch той же эпохи обычно имел 22 вертикали, 26 уровней и от шести до двенадцати проводов. Поперечные переключатели Ericsson иногда имели всего пять вертикалей.

Инструменты [ править ]

Для использования в контрольно-измерительных приборах компания James Cunningham, Son and Company [3] изготовила высокоскоростные, очень долговечные поперечные переключатели [4] с физически небольшими механическими частями, которые позволяли работать быстрее, чем поперечные переключатели телефонного типа. Многие из их переключателей имели механическую логическую функцию И, как у телефонных коммутационных панелей, но другие модели имели отдельные реле (по одной катушке на точку коммутации) в матричных массивах, соединяющих контакты реле с шинами [x] и [y]. Эти последние типы были эквивалентны отдельным реле; не было встроенной логической функции И. Переключатели на перекладине Cunningham имели контакты из драгоценных металлов, способные обрабатывать милливольтные сигналы.

Телефонная станция [ править ]

Ранние перекрестные коммутаторы были разделены на исходную сторону и конечную сторону, в то время как более поздние и известные канадские и американские коммутаторы SP1 и коммутаторы 5XB не были. Когда пользователь поднял телефонтелефонной трубки, результирующий линейный контур, задействующий линейную ретрансляцию пользователя, заставил коммутатор подключить телефон пользователя к исходному отправителю, который вернул пользователю тональный сигнал ответа станции. Затем отправитель записал набранные цифры и передал их исходному маркеру, который выбрал исходящую магистраль и задействовал различные ступени коммутации перекрестной панели для подключения к ней вызывающего пользователя. Затем исходный маркер передал отправителю требования к завершению вызова по внешней линии (тип импульса, сопротивление магистрали и т. Д.), А также данные вызываемой стороны и высвобождал. Затем отправитель ретранслирует эту информацию завершающему отправителю (который может быть либо на том же, либо на другом обмене). Затем этот отправитель использовал завершающий маркер для соединения вызывающего пользователя через выбранную входящую магистраль с вызываемым пользователем,и заставил управляющее реле посылать сигнал вызова на телефон вызываемого пользователя и возвращать сигнал вызова вызывающему абоненту.

Сам перекрестный переключатель был прост: конструкция обмена перенесла все логические решения на общие элементы управления , которые были очень надежными, как наборы реле. Критерии проектирования предусматривали только два часа простоя для обслуживания каждые сорок лет, что было большим улучшением по сравнению с более ранними электромеханическими системами. Концепция дизайна АТС допускала постепенное обновление, поскольку элементы управления можно было заменять отдельно от элементов переключения вызовов. Минимальный размер перекрестной телефонной станции был сравнительно большим, но в городских районах с большой установленной пропускной способностью телефонная станция занимала меньше места, чем другие обменные технологии эквивалентной мощности. По этой причине они также, как правило, были первыми переключателями, которые были заменены цифровыми. системы, которые были еще меньше и надежнее.

Существовали два принципа переключения перекладины. Ранний метод был основан на принципе селектора и использовал переключатели в качестве функциональной замены для Strowger или шаговых переключателей . Управление было распределено на сами переключатели. Установление вызова происходило поэтапно по мере набора последовательных цифр. При использовании принципа селектора каждый переключатель мог обрабатывать только свою часть одного вызова за раз. Каждый движущийся контакт массива был умножен [ требуется пояснение ] к соответствующим точкам пересечения на других переключателях, к селектору в следующем наборе переключателей. Таким образом, обмен с сотней коммутаторов 10 × 10 в пять этапов может иметь только двадцать текущих разговоров. Распределенное управление означало, что не было общей точки отказа, но также означало, что этап настройки длился десять секунд или около того, чтобы вызывающий абонент набирал требуемый номер. С точки зрения занятости управления этот сравнительно длинный интервал снижает пропускную способность коммутатора.

Банджо-проводка 100-контактного шестипроводного переключателя системы звонка типа B

Начиная с коммутатора 1XB , более поздний и более распространенный метод был основан на принципе связи и использовал коммутаторы как точки пересечения. Каждый подвижный контакт был соединен с другими контактами на том же уровне более простыми проводами типа «банджо», соединенными с одним из входов переключателя на следующем этапе. Коммутатор мог обрабатывать свою часть из такого количества вызовов, сколько у него было уровней или вертикалей. Таким образом, обмен с сорока коммутаторами 10 × 10 в четыре этапа может привести к сотне текущих разговоров. Принцип связи был более эффективным, но требовал более сложной системы управления для поиска незанятых каналов через коммутационную матрицу .

Это означало общий контроль , как описано выше: все цифры записывались, затем передавались на общее контрольное оборудование, маркер , для установления вызова на всех отдельных ступенях переключения одновременно. Система перекладин, управляемая маркером, имела в маркере очень уязвимый центральный орган управления; это всегда было защищено дублированными маркерами. Большим преимуществом было то, что занятость управления на переключателях составляла порядка одной секунды или меньше, что соответствует задержкам срабатывания и отпускания якоря X-затем-Y переключателей. Единственным недостатком общего контроля была необходимость обеспечить достаточное количество цифровых регистраторов, чтобы иметь дело с максимальным прогнозируемым уровнем исходящего трафика на АТС.

В конструкции Plessey TXK 1 или 5005 использовалась промежуточная форма, в которой свободный путь отмечался через коммутационную матрицу с помощью распределенной логики, а затем закрывался сразу.

Перекрестные телефонные станции остаются в коммерческом обороте только в нескольких телефонных сетях. Сохранившиеся инсталляции хранятся в музеях , таких как Музей связи в Сиэтле, Вашингтоне и Музей науки в Лондоне .

Полупроводник [ править ]

Полупроводниковые реализации поперечных переключателей обычно состоят из набора входных усилителей или ретимеров, подключенных к серии металлических пластин или шин внутри полупроводникового устройства. Аналогичный набор металлизации или планок подключается к выходным усилителям или ретимерам. В каждой точке пересечения стержней реализован проходной транзистор, соединяющий стержни. Когда проходной транзистор включен, вход подключен к выходу.

По мере совершенствования компьютерных технологий перекрестные переключатели нашли применение в таких системах, как многоступенчатые взаимосвязанные сети, которые соединяют различные блоки обработки в едином параллельном процессоре доступа к памяти с массивом элементов памяти.

Арбитраж [ править ]

Стандартная проблема при использовании перекрестных переключателей - это установка точек пересечения. [ необходимая цитата ] В классическом телефонном приложении для перекрестных панелей точки пересечения закрываются и открываются по мере того, как телефонные звонки приходят и уходят. В асинхронном режиме передачи или приложениях с коммутацией пакетов точки пересечения должны быть созданы и разорваны на каждом интервале принятия решения. В высокоскоростных коммутаторах настройки всех точек пересечения должны быть определены, а затем установлены миллионы или миллиарды раз в секунду. Один из подходов к быстрому принятию этих решений - использование арбитра волнового фронта .

См. Также [ править ]

  • Неблокирующий переключатель с минимальным охватом - описывает, как объединить перекрестные переключатели в более крупные переключатели.
  • Матрица переключателя RF

Ссылки [ править ]

  1. ^ Чен, Юн; Юнг, Гун-Янг; Ольберг, Дуглас А.А.; Ли, Сюема; Стюарт, Дункан Р .; Jeppesen, Jan O .; Nielsen, Kent A .; Стоддарт, Дж. Фрейзер (2003). "Наноразмерные перекрестные схемы молекулярного переключателя". Нанотехнологии . 14 (4): 462–8. DOI : 10,1088 / 0957-4484 / 14/4/311 .
  2. ^ Mouttet, Б. (2008-06-02). «Вычислительные архитектуры без логики с наноразмерными решетками» . Конференция NSTI Nanotech 2008 . Проверено 2 июня 2008 .
  3. ^ Hinrichs, Ноэль (1964). «6. Эпоха автоматизации» . Стремление к совершенству . Джеймс Каннингем, Son & Co.
  4. ^ Hinrichs 1964 , Переключатель перекладины

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Тихоокеанская телефонно-телеграфная компания. Инженерная секция общего управления (1956 год). Обзор телефонной коммутации . Сан - Франциско, Калифорния. OCLC  11376478 .
  • Скаддер, Ф.Дж.; Рейнольдс, Дж. Н. (январь 1939 г.). «Система коммутации телефонных номеров с телефонной клавиатурой» . Технический журнал Bell System . 8 (1): 76–118. DOI : 10.1109 / EE.1939.6431910 . Проверено 23 апреля 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Изображения на перекрестном переключателе Ericsson ARF (на голландском языке)