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En electrónica y telecomunicaciones , un interruptor de barra transversal ( interruptor de punto de cruce , interruptor de matriz ) es un conjunto de interruptores dispuestos en una configuración matricial . Un interruptor de barra transversal tiene múltiples líneas de entrada y salida que forman un patrón cruzado de líneas de interconexión entre las cuales se puede establecer una conexión cerrando un interruptor ubicado en cada intersección, los elementos de la matriz. Originalmente, un interruptor de barra transversal consistía literalmente en cruzar barras de metal que proporcionaban las rutas de entrada y salida. Implementaciones posteriores lograron la misma topología de conmutación en la electrónica de estado sólido . El interruptor de barra transversal es una de las principales arquitecturas de centrales telefónicas , junto con un interruptor giratorio , un interruptor de memoria [2] y un interruptor cruzado .
Un interruptor de barra transversal es un conjunto de interruptores individuales entre un conjunto de entradas y un conjunto de salidas. Los interruptores están dispuestos en una matriz. Si el interruptor de barra transversal tiene M entradas y N salidas, entonces una barra transversal tiene una matriz con M × N puntos de cruce o lugares donde se pueden realizar conexiones. En cada punto de cruce hay un interruptor; cuando está cerrado, conecta una de las entradas a una de las salidas. Una barra transversal determinada es un interruptor sin bloqueo de una sola capa. Un sistema de conmutación de barra transversal también se denomina sistema de conmutación de coordenadas.
Se pueden utilizar colecciones de barras transversales para implementar interruptores de bloqueo y de múltiples capas. Un interruptor de bloqueo impide conectar más de una entrada. Un interruptor sin bloqueo permite otras conexiones simultáneas desde entradas a otras salidas.
Los interruptores de barra transversal se usan comúnmente en aplicaciones de procesamiento de información como telefonía y conmutación de circuitos , pero también se usan en aplicaciones como máquinas clasificadoras mecánicas .
El diseño matricial de un interruptor de barra transversal también se utiliza en algunos dispositivos de memoria semiconductores que permiten la transmisión de datos. Aquí las barras son alambres metálicos extremadamente delgados y los interruptores son eslabones fusibles . Los fusibles se queman o abren con alto voltaje y se leen con bajo voltaje. Estos dispositivos se denominan memorias programables de sólo lectura . [3] En la Conferencia de Nanotecnología NSTI de 2008 se presentó un artículo que analizaba una implementación de barra transversal a nanoescala de un circuito sumador utilizado como alternativa a las puertas lógicas para el cálculo. [4]
Las matrices son fundamentales para las pantallas planas modernas. Los LCD de transistores de película delgada tienen un transistor en cada punto de cruce, por lo que se podría considerar que incluyen un interruptor de barra transversal como parte de su estructura.
Para la conmutación de vídeo en aplicaciones de cine en casa y profesionales, se utiliza un interruptor de barra transversal (o un interruptor de matriz, como se le llama más comúnmente en esta aplicación) para distribuir la salida de múltiples dispositivos de video simultáneamente a cada monitor o cada habitación de un edificio. En una instalación típica, todas las fuentes de vídeo se ubican en un rack de equipos y se conectan como entradas al conmutador de matriz.
Cuando el control central de la matriz es práctico, un interruptor de matriz típico de montaje en bastidor ofrece botones en el panel frontal para permitir la conexión manual de entradas a salidas. Un ejemplo de este uso podría ser un bar de deportes , donde se muestran numerosos programas simultáneamente. Normalmente, un bar deportivo instalaría una caja de escritorio separada para cada pantalla para la que se desee un control independiente. El interruptor de matriz permite al operador enrutar señales a voluntad, de modo que solo se necesitan suficientes descodificadores para cubrir el número total de programas únicos que se van a ver, al tiempo que facilita el control del sonido de cualquier programa en el sistema de sonido general.
Estos interruptores se utilizan en aplicaciones de cine en casa de alta gama. Las fuentes de vídeo que normalmente se comparten incluyen receptores decodificadores o cambiadores de DVD; El mismo concepto se aplica al audio. Las salidas están conectadas a televisores en habitaciones individuales. El interruptor de matriz se controla a través de una conexión Ethernet o RS-232 mediante un controlador de automatización para toda la casa, como los fabricados por AMX , Crestron o Control4 , que proporciona la interfaz de usuario que permite al usuario de cada habitación seleccionar qué aparato usar. mirar. La interfaz de usuario real varía según la marca del sistema y puede incluir una combinación de menús en pantalla, pantallas táctiles y controles remotos portátiles. El sistema es necesario para permitir al usuario seleccionar el programa que desea ver desde la misma sala desde la que lo verá, de lo contrario sería necesario caminar hasta el rack del equipo.
Los interruptores de barra transversal especiales que se utilizan en la distribución de señales de televisión por satélite se denominan multiconmutadores .
Históricamente, un interruptor de barra transversal constaba de barras metálicas asociadas con cada entrada y salida, junto con algunos medios para controlar contactos móviles en cada punto de cruce. Los primeros interruptores utilizaban clavijas o enchufes metálicos para unir una barra vertical y una horizontal. A finales del siglo XX, el uso de interruptores mecánicos de barra transversal disminuyó y el término describía cualquier conjunto rectangular de interruptores en general. Los interruptores de barra transversal modernos suelen implementarse con tecnología de semiconductores. Una importante clase emergente de barras transversales ópticas se implementa con tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS).
Un tipo de central telegráfica de mediados del siglo XX consistía en una rejilla de barras de latón verticales y horizontales con un agujero en cada intersección ( ver imagen superior). El operador insertó un pasador de metal para conectar una línea telegráfica a otra.
Un conmutador de barra transversal de telefonía es un dispositivo electromecánico para conmutar llamadas telefónicas . El primer diseño de lo que ahora se llama interruptor de barra transversal fue el selector de coordenadas de la compañía Bell Western Electric de 1915. Para ahorrar dinero en sistemas de control, este sistema se organizó según el principio de interruptor paso a paso o selector en lugar del principio de enlace. Fue poco utilizado en Estados Unidos, pero la agencia gubernamental sueca Televerket fabricó su propio diseño (el diseño de Gotthilf Betulander de 1919, inspirado en el sistema Western Electric), y lo utilizó en Suecia desde 1926 hasta la digitalización en los años 1980 en pequeñas y medianas empresas. -Interruptores modelo A204 de tamaño. El diseño del sistema utilizado en los intercambios de barra transversal 1XB de AT&T Corporation , que entró en servicio fiscal a partir de 1938, desarrollado por Bell Telephone Labs , se inspiró en el diseño sueco pero se basó en el principio de enlace redescubierto. En 1945, se instaló en Suecia un diseño similar del sueco Televerket, que permitió aumentar la capacidad del conmutador modelo A204. Retrasadas por la Segunda Guerra Mundial, a partir de los años 50 se instalaron en Estados Unidos varios millones de líneas urbanas 1XB.
En 1950, la empresa sueca Ericsson desarrolló sus propias versiones de los sistemas 1XB y A204 para el mercado internacional. A principios de la década de 1960, las ventas de interruptores de barra transversal de la empresa excedían las de su sistema de conmutación giratorio de 500, medido en número de líneas. La conmutación de barra transversal se extendió rápidamente al resto del mundo, reemplazando la mayoría de los diseños anteriores como el Strowger (paso a paso) y los sistemas de Panel en instalaciones más grandes en los EE. UU. Graduados desde un control completamente electromecánico en el momento de su introducción, se fueron elaborando gradualmente hasta tener un control completamente electrónico. control y una variedad de funciones de llamadas que incluyen códigos cortos y marcación rápida. En el Reino Unido, Plessey Company produjo una gama de intercambios de barra transversal TXK , pero su implementación generalizada por parte de la Oficina de Correos británica comenzó más tarde que en otros países, y luego se vio inhibida por el desarrollo paralelo de los sistemas de intercambio electrónico y relé de lengüeta TXE , por lo que nunca lograron un gran número de conexiones con clientes, aunque tuvieron cierto éxito como intercambios de conmutadores en tándem .
Los interruptores de barra transversal utilizan matrices de conmutación hechas de una matriz bidimensional de contactos dispuestos en formato x–y. Estas matrices de conmutación son operadas por una serie de barras horizontales dispuestas sobre los contactos. Cada una de estas barras de selección puede moverse hacia arriba o hacia abajo mediante electroimanes para proporcionar acceso a dos niveles de la matriz. Un segundo conjunto de barras de sujeción verticales está colocado en ángulo recto con respecto al primero (de ahí el nombre, "barra transversal") y también operado por electroimanes. Las barras seleccionadas llevan dedos de alambre con resorte que permiten que las barras de sujeción operen los contactos debajo de las barras. Cuando los electroimanes de selección y luego de retención operan en secuencia para mover las barras, atrapan uno de los dedos de resorte para cerrar los contactos debajo del punto donde se cruzan dos barras. Luego, esto realiza la conexión a través del conmutador como parte de la configuración de una ruta de llamada a través del intercambio. Una vez conectado, el imán seleccionado se suelta para que pueda usar sus otros dedos para otras conexiones, mientras que el imán de retención permanece energizado durante la llamada para mantener la conexión. La interfaz de conmutación de barra transversal se denominaba interruptor TXK o TXC (barra transversal de central telefónica) en el Reino Unido.
Sin embargo, el interruptor de barra transversal Bell System tipo B de la década de 1960 fue el que se fabricó en mayor cantidad. La mayoría eran interruptores de 200 puntos, con veinte verticales y diez niveles de tres hilos. Cada barra de selección lleva diez dedos para que cualquiera de los diez circuitos asignados a las diez verticales pueda conectarse a cualquiera de los dos niveles. Cinco barras de selección, cada una capaz de girar hacia arriba o hacia abajo, significan una elección de diez enlaces para la siguiente etapa de cambio. Cada punto de cruce en este modelo en particular conectaba seis cables. Los contactos verticales anormales al lado de los imanes de retención están alineados a lo largo de la parte inferior del interruptor. Realizan funciones lógicas y de memoria, y la barra de retención los mantiene en la posición activa mientras la conexión esté activa. Las barras horizontales anormales a los lados del interruptor se activan cuando los imanes de mariposa las giran. Esto sólo ocurre mientras se establece la conexión, ya que las mariposas sólo se activan entonces.
La mayoría de los interruptores de Bell System se fabricaron para conectar tres cables, incluida la punta y el anillo de un circuito de par balanceado y un cable de manguito para control. Muchos conectaron seis cables, ya sea para dos circuitos distintos o para un circuito de cuatro cables u otra conexión compleja. La barra transversal en miniatura Bell System Tipo C de la década de 1970 era similar, pero los dedos se proyectaban hacia adelante desde la parte posterior y las barras selectas sostenían paletas para moverlas. La mayoría del tipo C tenía doce niveles; Estos eran los de diez niveles menos comunes. El minibar Northern Electric utilizado en el interruptor SP1 era similar pero incluso más pequeño. El ITT Pentaconta Multiswitch de la misma época tenía normalmente 22 verticales, 26 niveles y de seis a doce cables. Los interruptores de barra transversal de Ericsson a veces tenían solo cinco verticales.
Para uso en instrumentación, James Cunningham, Son and Company [5] fabricó interruptores de barra transversal de alta velocidad y larga duración [6] con piezas mecánicas físicamente pequeñas que permitían un funcionamiento más rápido que los interruptores de barra transversal de tipo telefónico. Muchos de sus conmutadores tenían la función mecánica booleana AND de los conmutadores de barra transversal de telefonía, pero otros modelos tenían relés individuales (una bobina por punto de cruce) en matrices de matriz, conectando los contactos del relé a los buses [x] e [y]. Estos últimos tipos equivalían a relés separados; no había ninguna función lógica Y incorporada. Los interruptores de barra transversal de Cunningham tenían contactos de metales preciosos capaces de manejar señales de milivoltios.
Los primeros intercambios de barras transversales se dividieron en un lado de origen y un lado de terminación, mientras que los posteriores y prominentes conmutadores SP1 canadiense y estadounidense y el conmutador 5XB no lo estaban. Cuando un usuario levantaba el auricular del teléfono , el bucle de línea resultante que operaba el relé de línea del usuario hacía que la central conectara el teléfono del usuario a un remitente de origen, lo que le devolvía al usuario un tono de marcado. Luego, el remitente registró los dígitos marcados y los pasó al marcador de origen, que seleccionó una línea troncal saliente y operó las distintas etapas del interruptor de barra transversal para conectar al usuario que llama a ella. Luego, el marcador de origen pasó los requisitos de finalización de la llamada troncal (tipo de pulsación, resistencia de la troncal, etc.) y los detalles de la parte llamada al remitente y lo liberó. Luego, el remitente transmitió esta información a un remitente de destino (que podría estar en el mismo intercambio o en uno diferente). Luego, este remitente utilizó un marcador de terminación para conectar al usuario que llama, a través de la línea troncal entrante seleccionada, con el usuario llamado, y provocó que el relé de control enviara la señal de timbre al teléfono del usuario llamado y devolviera el tono de timbre a la persona que llama.
El interruptor de barra transversal en sí era simple: el diseño del intercambio trasladó toda la toma de decisiones lógicas a los elementos de control comunes , que eran muy confiables como conjuntos de relés. Los criterios de diseño especificaban sólo dos horas de inactividad para el servicio cada cuarenta años, lo que suponía una gran mejora con respecto a los sistemas electromecánicos anteriores. El concepto de diseño de la central se prestaba a mejoras incrementales, ya que los elementos de control podían reemplazarse por separado de los elementos de conmutación de llamadas. El tamaño mínimo de una central de barras transversales era comparativamente grande, pero en áreas urbanas con una gran capacidad de línea instalada, toda la central ocupaba menos espacio que otras tecnologías de central de capacidad equivalente. Por este motivo, también fueron los primeros interruptores en ser sustituidos por sistemas digitales , que eran aún más pequeños y fiables.
Existían dos principios de cambio de barra transversal. Uno de los primeros métodos se basó en el principio del selector, que utilizaba interruptores de barra transversal para implementar la misma estructura de conmutación utilizada con los interruptores Strowger . En este principio, cada conmutador de barra transversal recibiría un dígito marcado, correspondiente a uno de varios grupos de conmutadores o troncales. Luego, el conmutador encontraría un conmutador o troncal inactivo entre los seleccionados y se conectaría a él. Cada interruptor de barra transversal sólo podía manejar una llamada a la vez; por tanto, un intercambio con cien conmutadores 10×10 en cinco etapas sólo podría tener veinte conversaciones en curso. El control distribuido significaba que no había un punto común de falla, pero también significaba que la etapa de configuración duraba los diez segundos aproximadamente que le tomaba a la persona que llamaba marcar el número requerido. En términos de control de ocupación, este intervalo comparativamente largo degrada la capacidad de tráfico de un conmutador. [ cita necesaria ]
Comenzando con el conmutador 1XB , el método posterior y más común se basó en el principio de enlace y utilizó los conmutadores como puntos de cruce. Cada contacto móvil se multiplicaba con los demás contactos del mismo nivel mediante cableado desnudo, a menudo denominado cableado banjo . [7] a un enlace en una de las entradas de un interruptor en la siguiente etapa. El conmutador podría manejar su porción de tantas llamadas como niveles o verticales tuviera. Así, un intercambio con cuarenta conmutadores 10×10 en cuatro etapas podría tener cien conversaciones en curso. El principio de enlace era más eficiente, pero requería un sistema de control complejo para encontrar enlaces inactivos a través de la red de conmutación .
Esto significaba control común , como se describió anteriormente: todos los dígitos se registraban y luego se pasaban al equipo de control común, el marcador , para establecer la llamada en todas las etapas de conmutación separadas simultáneamente. Un sistema de travesaños controlado por el marcador tenía en el marcador un control central altamente vulnerable; esto estaba invariablemente protegido al tener marcadores duplicados. La gran ventaja fue que la ocupación de control en los interruptores era del orden de un segundo o menos, lo que representa los retrasos de operación y liberación de las armaduras X-luego-Y de los interruptores. El único inconveniente del control común era la necesidad de proporcionar suficientes registradores de dígitos para hacer frente al mayor nivel de tráfico de origen previsto en la central.
El diseño Plessey TXK 1 o 5005 utilizó una forma intermedia, en la que se marcó un camino claro a través de la estructura de conmutación mediante lógica distribuida y luego se cerró de una vez.
Las centrales Crossbar permanecen en servicio de ingresos sólo en unas pocas redes telefónicas. Las instalaciones conservadas se mantienen en museos , como el Museo de Comunicaciones de Seattle, Washington, y el Museo de Ciencias de Londres .
Las implementaciones semiconductoras de interruptores de barra transversal normalmente consisten en un conjunto de amplificadores de entrada o retemporizadores conectados a una serie de interconexiones dentro de un dispositivo semiconductor. Un conjunto similar de interconexiones está conectado a amplificadores de salida o retemporizadores. En cada punto de cruce donde se cruzan las barras, se implementa un transistor de paso que conecta las barras. Cuando el transistor de paso está habilitado, la entrada se conecta a la salida.
A medida que las tecnologías informáticas han mejorado, los conmutadores de barra transversal han encontrado usos en sistemas tales como las redes de interconexión de múltiples etapas que conectan las diversas unidades de procesamiento en un procesador paralelo de acceso uniforme a la memoria con la matriz de elementos de memoria.
Un problema estándar al utilizar interruptores de barra transversal es el de configurar los puntos de cruce. [ cita necesaria ] En la aplicación telefónica clásica de barras transversales, los puntos de cruce se cierran y se abren a medida que las llamadas telefónicas van y vienen. En el modo de transferencia asíncrono o aplicaciones de conmutación de paquetes, los puntos de cruce deben establecerse y romperse en cada intervalo de decisión. En los interruptores de alta velocidad, los ajustes de todos los puntos de cruce deben determinarse y luego configurarse millones o miles de millones de veces por segundo. Un método para tomar estas decisiones rápidamente es mediante el uso de un árbitro de frente de onda .
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