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Digitalisierung des Telefons: Erste, integrierte Schaltkreise (IC) aus Ost-Berlin

Mit ersten TTL-Schaltkreisen und ersten Ein-Chip Operationsverstärkern begann in den 1960er Jahren das Zeitalter der Mikroelektronik. Spätestens mit dem erstem frei verfügbaren Mikroprozessor, dem Intel 4004, war ab 1971 die Tragweite dieser Entwicklung international nicht mehr zu übersehen.

Was damals noch niemand ahnte: die Mikroelektronik würde sich innerhalb weniger Jahrzehnte zur ersten, globalen Industrie dieser Erde entwickeln.

Aber die RGW-Staaten hatten ein Problem: Das 1949 von den USA gegründete CoCom sollte den Technologieexport in kommunistische Staaten verhindern.

Zu lange hatte die DDR, wie auch die Bundesrepublik oder die UdSSR die aus den USA kommende Mikroelektronik übersehen. Im Politbüro des ZK der SED erkannte man die technologische Revolution der Elektronik zu spät. Zitat Walter Ulbricht:

"Nun Genossen, sagt mir doch mal, wieviel Tonnen Stahl wir mit euren Transistoren mehr erzeugen können." [1]

Zentrale, planwirtschaftliche Leitung der Industrie hatte in der DDR dafür gesorgt, daß sich nur wenige Firmen mit Mikroelektronik beschäftigten. Dennoch gab es Pioniere, die unter schwierigen Bedingungen damit anfingen [1]. So wurde in der DDR mit 3 bis 15 Jahren Verzögerung versucht, die Mikroelektronik-Revolution nachvollzogen. Von Anfang an war man in der Defensive, man entwickelte meist nach.

Erste Berliner Schaltkreise wurden ab 1979 im INT in Ostberlin entwickelt. Produziert wurden sie im Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO), im Zentrum für Mikroelektronik Dresden (ZMD) und im Funkwerk Erfurt (FWE -> MME). Bei ersten Schritten halfen DDR-Halbleiterhersteller mit. Zum Ende der DDR (1989) hatte das Entwurfszentrum Schaltkreisentwurf des INT unter Dr. Volker Tüngler etwa 65 Mitarbeiter (Hauptabteilung ECE), weitere vier Entwurfszentren waren in Ost-Berlin im Entstehen.

Diese ersten, kundenspezifischen Schaltkreise waren für die Digitalisierung des Teilnehmeranschlusses, die Übertragung vieler Telefongespräche auf einem Leitungspaar im zeitlichen Multiplex (PCM) sowie für erste, digitale Vermittlungszentralen [2] bestimmt. Vorbei das Zeitalter der analogen Telefone. Das digitale Zeitalter sollte beginnen. Erst damit wurden Internet und Smartphone, Email und SMS möglich.

Zur Geschichte des INT vor der Entwicklung eigener, kundenspezifischer Schaltkreise findet man unter [7] einen Abriß mit interessanten Bildern.

Leider kam das Aus mit der Wende unerwartet plötzlich. Den meisten Mitarbeitern wurde gekündigt, die Unterlagen flogen als NfD, VD, VS oder GVS aus dem Fenster direkt in riesige Müllcontainer auf dem Hof. Nicht geheime Unterlagen gab es kaum. Über Nacht verschwand Menschenwissen und Menschheitsgeschichte in unvorstellbarer Dimension. Das Telefonbuch des INT gibt heute noch Aufschluß über die strukturelle Gliederung: Im INT waren alle Arbeitsgebiete vertreten, die mit Funk und Nachrichten zu tun hatten. Gleich welches Wissen man brauchte: in irgendeinem Labor des Hauses war es verfügbar.

Institut für Nachrichtentechnik (INT, 1963-87), Zentrum für Forschung und Technologie der Nachrichtentechnik (ZFTN, 1987-90), Direktoren: Prof. Peter Fey 1961-1967, Dr. Peter Tietze 1967 bis 1969, Prof. Dr. Dietmar Lochmann 1969 bis 1986, Dr. Dietmar Bogk 1986 bis 1990. Umbenennung 1987 in ZFTN, 1640 Mitarbeiter


    1160 Berlin (Oberschöneweide)
    Edisonstr. 63
    DDR
    Fernsprecher 6380
    Fernschreiber INATE Berlin 112637
    Drahtwort INATE Berlin

(Heute ist am Turm des INT eine Leuchtreklame Leuchtenfabrik angebracht)

Bei folgenden Schaltkreis-Fotos gibt der Schaltkreis-Aufdruck Auskunft über Hersteller und Produktionsdatum.


Zu volkswirtschaftlichen Rahmenbedingungen

schreibt der letzte Direktor des INT, Dr. Dietmar Bogk:

    Die DDR hatte, wie auch die Bundesrepublik oder die UdSSR die aus den USA kommende Mikroelektronik verschlafen. Gewaltige erforderliche Investitionen sowie der fehlende Zugang zu den westlichen Technologiemärkten machten es für den sozialistischen Wirtschaftsblock extrem schwierig, diesen Rückstand aufzuholen. Die DDR versuchte diesen Nachteil bei der Bereitstellung weltmarktfähiger Produkte u.a. dadurch zu verringern, dass unter Umgehung der Embargomaßnahmen der USA technologische Ausrüstungen und Rechentechnik importiert wurden. Zusätzlich wurden ausgewählte Elektronische Bauelemente bis hin zu Speicherschaltkreisen und Mikroprozessoren importiert, zur Geräteentwicklung eingesetzt und gleichzeitig für eine Eigenproduktion vorbereitet. Damit ließ sich die Lücke zum westlichen Technologiefortschritt schneller schließen, da die Geräteentwicklung abgeschlossen war, bevor die Bauelemente aus eigener Produktion zur Verfügung standen. Die begrenzten Ressourcen sowie die erforderliche Geheimhaltung bei der Nutzung von Embargo- Technologien hatte in der DDR dafür gesorgt, dass sich nur wenige Firmen mit Mikroelektronik beschäftigten. Mit dem Fortschreiten der Integrationsgrade von Mikrochips kam diese Strategie aber an ihre Grenzen. Da zunehmend ganze Anwendungssysteme in die Chips wanderten, sah man sich in wachsendem Maße mit der Notwendigkeit konfrontiert, das Wissen um die Funktionen von Anwendungssystemen mit denen der Chipentwicklung zu verknüpfen. Im Institut für Nachrichtentechnik in Berlin hatte man diesen Trend frühzeitig erkannt und startete zeitweise gegen erheblichen Widerstand des zuständigen Ministeriums mit dem Aufbau eines Design- Zentrums für nachrichtenspezifische Schaltkreise. Dazu war es notwendig, engagierte Leute mit Weitblick und Engagement zu finden, die sowohl das Design von Schaltkreisen beherrschten, zusammenbringen konnten mit dem Entwickeln von Schaltungslösungen für integrationsfähige Systemkonzepte (z.B. eine Spule kann man nun mal nicht integrieren), als auch die erforderliche Rechentechnik und Softwarelösungen zum Design unter Embargobedingungen beschaffen, installieren und betreiben konnten. Und es fanden sich Pioniere, die unter schwierigen Bedingungen damit anfingen.

Aufsätze von Dr. Dietmar Bogk in der Zeitschrift "Nachrichtentechnik, Elektronik" (nte) haben die damalige Situation konserviert. Im Aufsatz [3] sind Trends und Stand der Bauelementeentwicklung der DDR-Nachrichtentechnik beschrieben. Die Aufsätze [5] und [6] repräsentieren den Stand der damaligen Produktentwicklungen der DDR-Nachrichtentechnik auf der Telecom87 in Genf und auf der Leipziger Frühjahrsmesse 1988. Insbesondere diese Quellen belegen, daß ein beachtlicher Entwicklungsstand erreicht wurde. Reste der Entwicklungen sind noch zu besichtigen im Computermuseum Halle [2]. Eine letzte Umstrukturierung des VEB Kombinat Nachrichtenelektronik (KNE) vor der "Wende" mit dem Ziel der Effizienzsteigerung wird in [4] beleuchtet. Nicht zuletzt geben die Aufsätze [22] und [23] einen Überblick über damalige Arbeiten im INT.

Einen tieferen Einblick in den heute eher hilflos wirkenden Versuch, die extrem dynamische und komplexe Entwicklung der Nachrichtentechnik planwirtschaftlich zu steuern, geben diese Planungsvorlagen für den Ministerrat der DDR. Danach hätte die Produktion von digitaler Nachrichtentechnik auf Basis ISDN zu dem Zeitpunkt den Markt gedeckt (1997), als längst Netscape und Internet gefragt waren. Mit anderen Worten: Wenn die Leute nach dem Internet gerufen hätten, hätten sie endlich einen ISDN-Anschluß (ohne Internet) erhalten.

Das Grundproblem planwirtschaftlicher Steuerung dynamischer Systeme war, daß nicht vorhersehbar war, welche neuen Schaltkreise und Technologien in zwei oder drei Jahren zur nächsten Revolution führen würden.


PCM30-Regenerator

Damals existierte noch keine Datenübertragung per Funk. Selbst bei utopischen Schriftstellern existierte noch nicht einmal die Vision eines Smartphones. Ein Telefongespräch wurde analog übertragen. Jedes Gespräch benötigte dafür ein Adernpaar. Das Kapital der Telefongesellschaften waren 1980 noch die verlegten Kabel. Man rechnete, daß drei Viertel ihres Kapitals unter der Erde vergraben war. Mit dem Transistor entstand die Möglichkeit, mehrere Gespräche auf einem Adernpaar gleichzeitig zu übertragen: Im Frequenz- oder im Zeitmultiplex. Beim PCM30/32 System werden auf einem Adernpaar 32 digitalisierte Kanäle im zeitlichen Multiplex übertragen, zwei davon waren Dienstkanäle, deshalb die offizielle Bezeichnung PCM30/32. Zur Ablösung der analogen Telefonleitungen durch PCM wurden die alle zwei Kilometer vergrabenen Pupin-Spulen durch PCM-Regeneratoren ausgetauscht. Pupin-Spulen dienten vorher der Entzerrung des Frequenzganges bei analoger Übertragung, nun dienten deren Behälter der Aufnahme der PCM-Regeneratoren.

Mit dem ersten Berliner Schaltkreis (IC), dem KA601, sollte ein großer, etwa 25.000 Mark teurer, mit diskreten Transistoren und Übertragern aufgebauter PCM30/32-Regenerator-Modul des VEB Nachrichtenelektronik Greifswald (Abteilung von Herrn Janke) durch zwei Schaltkreise (KA601 und KA602) abgelöst werden. Vom Leistungsumfang entsprachen die ICs etwa dem, was 25 Jahre später unter den Begriffen "DSL-Modem" und "DSL-Splitter" das Ethernet zu den Menschen nach Hause brachte.

Die Arbeiten begannen Ende 1979. Im Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO) entwickelten im Entwicklungsbereich unter Leitung von Erika Godau/Fritz Schackow Gerhard Neugebauer und Hanno Fulde ein Master-Slice-System ("Meisterscheibe") nach dem Monochip-Vorbild von Ferranti. Mit Transistoren und Widerständen belegte Chips wurden auf einem Silizium-Wafer vorproduziert, der Kunde konnte in der letzten Ebene eine einlagige Verdrahtung (in Aluminium) gestalten. Mit diesem System ließen sich kleine Stückzahlen kundenspezifischer Schaltkreise schnell und kostengünstig produzieren.

Der erste Master hieß IA60, er war in "Standard Buried Collector" Technologie (SBC) realisiert. (Bis zum Aufkommen der unipolaren Technologien (PMOS, NMOS, CMOS) war SBC die grundlegende, bipolare Basistechnologie der Mikroelektronik, mit der sowohl TTL-Schaltkreise, als auch Operationsverstärker produziert wurden.)

Am INT begann die Schaltungsentwicklung. Schaltungsentwurf, Berechnung, Simulation und Layout lagen beim Autor, bei der Gestaltung der Schaltungsumgebung unterstützten Manfred Höppner (ÜL2), Hans-Uwe Behnke (ÜL3) und Dr. Manfred Brandes (ÜL1). Idelle Vorbilder waren die Schaltkreise EXAR262 und EXAR277. Das Jitter der gesamten Regeneratorkette (maximal waren 18 in Reihe schaltbar) war zu minimieren. Parallel dazu wurde im INT eine Softwareabteilung aufgebaut zur Entwicklung der Prüf- und Simulationsprogramme.

Mentor der Entwicklung war Dr. Ingomar Krahl. Er hatte an der TU Dresden auf dem Gebiet der bipolaren Transistormodellierung (Ebers-Moll / Gummel-Poon Modelle) sowie auf Integrierter Injektionslogik (I²L) bei Prof. Wolfgang Albrecht promoviert und brachte dieses Wissen zusammen mit profunden Programmierkenntnissen mit ins INT.

Unter der Leitung von Dr. Dietmar Bogk organisierte er den fachlichen Aufbau des Entwurfszentrums: Nicht nur fähige und engagierte Mitarbeiter waren zu finden, auch Räume, Ausrüstungen, Gelder und Rechentechnik waren zu beschaffen. Das war nicht unkompliziert, da die Mittel begrenzt waren und ein hoher Anteil an Beschaffungen mit Dollar oder D-Mark (DDR-Ausdruck "Devisen") bezahlt werden musste.

Von Hanno Fulde und Gerhard Neugebauer (HFO) erhielt ich Mitte 1980 den auf Millimeterpapier geplotteteten ISA-Master IA60. Er war auf viertel Millimeter als Ganzes geplottet. Mit Bleistift wurde der Alu-Layer des Kunden (INT) darauf konstruiert. Der Entwurf wurde dann an einem Robotron-Zeichenbrett mit Lupe auf 1/4 mm digitalisiert. Dabei entstanden Unmengen von Fehlern.

Bild 1a: Autor bei der Arbeit am Digitalisier-Zeichenbrett "Robotron REISS DIGITRON" (um 1980).

Die Daten liefen über zwei Display-Einheiten NC410 mit Nixie-Röhren (sie zeigten die aktuelle x- und y-Koordinate an) parallel zu einem Orgautomaten (vermutlich Daro Optima 528) mit einen Lochstreifenstanzer. Mit dem Druck auf den zentralen Drehknopf des Zeichenbrettes wurden x- und y-Koordinate gestanzt, der Stanzer machte dann ein Geräusch der Art "Ratteldibum".

Ich zeichnete auf ein Plotbild des Masters aus dem HFO in der Art von Bild 1b. Weil der Master auf viertel Millimeter genau geplottet war und der Entwurf nun auch auf viertel Millimeter digitalisiert werden mußte, entstanden Unmengen an Eingabefehlern. Eine Vierteilung des Entwurfs war noch nicht möglich, HFO hatte noch kein Programm zur Verfügung, um die Stücke wieder zusammensetzen zu können. Unsere erste Software-Entwicklerin Christiane Krahl entwickelte zur Abhilfe ein 4x4-Punkt Papier-Entzerrungsprogramm für die Koordinaten, um den Papierverzug vor der Digitalisierung zu reduzieren. Vor Arbeitsbeginn waren nun stets 16 Referenzpunkte für die spätere Entzerrung einzugeben.

Bild 1b: Ausschnitt aus dem Plotbild des Masters IA60 (magenta) mit der Alu-Kundenmaske (schwarz).

Im Oktober 1980 brachte ich den Lochstreifen ins HFO, um die Einhaltung der Entwurfsregeln zu prüfen. Ein Layoutprüfprogramm gab es im HFO bei Hanno Fulde und Co. bereits, aber weder Grafikbildschirm noch Grafikeditor. Alles passierte mit Texteditor und ASCII. Im HFO hatte ich hunderte Fehler (meist die digitalisierten Viertelmillimeter) mittels Texteditor auf einem VT100-Terminal an einer DEC-PDP8 zu beseitigen. Von Oktober bis Dezember fuhr ich täglich im Zug nach Frankfurt/Oder hin und zurück. Meist war der Zug ungeheizt. "Für die paar Pendler lohnt es sich nicht, den Zug zu heizen" verkündete der Schaffner. Zurück zu Hause in Berlin-Pankow hatte man dann Kohlen aus dem Keller zu holen und den Ofen zu heizen. Heute unvorstellbar: Man fror damals im Winter erbärmlich - ein Zustand, den die heutige Greta-Jugend wohl noch kennenlernen wird.


Bild 1c: Blockschaltung des KA601. Man erkennt fünf Operationsverstärker, sowie zwei Blöcke zur Erzeugung stabilisierter Referenzspannungen.

Dieser erste IC des INT (KA601) war nicht nur der erste Berliner IC, sondern auch der erste Kundenschaltkreis der DDR und das erste DDR-Gate-Array in klassischer Bipolar-Technologie (Standard Buried Collector - SBC). Damals war der Begriff Gatearray noch nicht üblich, in der DDR sprach man von Master-Slice.

Layoutfreigabe war unmittelbar vor Weihnachten 1980 im HFO. Im Frühjahr 1981 erhielten wir erste Muster. Version 1 hatte einen Kontakt zuviel, der unter dem Mikroskop mit einem Spezial-Laser ausgebrannt werden konnte. Danach spielten fünf Chips und wurden in der hauseigenen Hybridtechnik (Horst Schulenburg) auf ein dafür entwickeltes Glassubstrat (siehe Bild 2a) gebondet. Version 2 wurde in ein DIL24-Gehäuse gebondet. Erst V4 hatte ein DIL18-Gehäuse.

Bild 2a: Chipfoto vom ersten Berliner Schaltkreis KA601 Version 1. Neben der Typbezeichnung ist die Layer-Nummer "1", ein INT-Telefon und die Kürzel "IK" und "GH" im Alu-Layer zu erkennen. Mitarbeiter und Berater: Systementwurf, Regelungstechnik und Filtertheorie: Manfred Höppner u.a.; Stadynet Transistor-Modelle und Schaltungstechnik: Ingomar Krahl; Zyklus II: Volker Tüngler, Horst Schulenburg; Testprogramme und Pincards: Volker Tüngler, Volker Otto, Technologie Master-Slice: Gerhard Neugebauer, Hanno Fulde (HFO); Berechnungen, Schaltungstechnik, Simulation und Layout: Gerd Heinz; Ideelle Basis bildeten die ICs EXAR262 und EXAR277, siehe auch [10].

Bild 2b: KA601 V2: Gerd Heinz; V3 bis V5: Volker Tüngler (VT)

Bild 3: links: KA601 V4: Volker Tüngler; rechts im 18-poligen DIL-Gehäuse 01/1985

(04/1983)

Bild 4: KA602, Digitalteil PCM-Regenarator: Schaltungsentwurf Gerd Heinz, Manfred Höppner, Volker Tüngler; Layout Volker Tüngler

In Auswertung der Testprobleme wurde u.a. ein Schaltkreistester von Schlumberger aus Frankreich beschafft, mit dem erstmalig die Funktion von Schaltkreisen getestet werden konnte einschließlich der Möglichkeit zur Testung direkt auf dem Chip. Dazu mußte auch eine kleine Arbeitsgruppe für Prüffolgenentwicklung und Schaltkreistest aufgebaut werden.

Mit diesen ersten zwei IC war im Institut für Nachrichtentechnik erstes Wissen zur Entwicklung eigener Schaltkreise für elektronische Vermittlungssysteme entstanden.


Digitaler Teilnehmeranschluß

Die DDR besaß kaum Rohstoffe. Die Wirtschaft war in hohem Maße exportorientiert. Um Kosten zu sparen, versuchte man, Entwicklungen im Rat für gegenseitige Wirtschaftshilfe (RGW) abzustimmen. So entstand das teilelektronische Vermittlungssystem ENSAD, das bereits mit elektronischer Steuerung auf der Basis von Standard-TTL-Schaltkreisen und Reed- Kontakten als Analogschalter softwaregesteuert arbeitete (vergleichbar mit dem System EWS-A von Siemens). Im Tausch gegen Erdöl wurde ENSAD am Ende zwar in großem Umfang, aber nur für den Export in die Sowjetunion produziert. Einen Einblick in Entwicklungen des INT zeitlich vor Beginn des Schaltkreisentwurfes gibt [7].

Auf der Grundlage der beschriebenen Beschaffung von Bauelementen auf dem Weltmarkt liefen im INT schon seit den 60-er Jahren Arbeiten zu digitaler Vermittlungstechnik. Eine Gruppe unter Bereichsleiter Vermittlungstechnik Dr. Peter Tietze entwickelte parallel zu westlichen Entwicklungen ein System namens IDN (Integriertes, digitales Netz).

Sämtliche Pflichtenhefte waren bereits geschrieben, verschiedene Module bereits als Prototypen entwickelt, ein eigener PCM- Sende- und Empfangsschaltkreis [19] waren schon fast fertig, als eine RGW-weite Kehrtwende erfolgte: Um keine Alleingänge zu riskieren, hatte man sich auf den westlichen ISDN-Standard geeinigt. Für das INT bedeutete es, kompatibel zum System 12 von ITT nahezu von vorn zu beginnen. Zunächst aber war der Teilnehmeranschluß zu digitalisieren. Aus analog ankommeder Sprache waren Abtastwertefolgen zu machen.

Bild 5a: Prinzip der Analog-digital Wandlung beim Teilnehmeranschluß

Um vorhandene, analoge Telefonappparate auf Basis des Standard-Telefons W38 anschließen zu können, wurde unter Federführung von Uli Manicke der Subscriber-Line-Interface-Circuit (SLIC) Komplex (B3xx) entwickelt. Je höher die Spannung auf der Telefonleitung ist, je länger kann die Anschlußleitung sein. Gefordert waren für Deutschland 60 Volt, für Sibirien 120 Volt, erreicht wurden maximal 90 Volt. Für die Schaltkreise B384 bis B387 war im HFO eine spezielle, bipolare Hochvolttechnologie zu entwickeln, die damals international zu den Spitzentechnologien zählte.

Um dann das Sprachsignal zu digitalisieren, war ein Coder/Decoder (CODEC) zu entwickeln. Dieser setzte ein bandbegrenztes Sprachband voraus. Dazu wurde ein Bandpaßfilter (300 Hz bis 3,2 kHz) erforderlich, um unterhalb der halben Abtastrate (die PCM Abtastrate war 8 kHz) steil "zuzumachen" und Netzbrummen (50 Hz) nicht durchzulassen. (Das Prinzip des viel einfacheren Delta-Sigma AD-Wandlers, der mit einem einfachsten RC-Tiefpaß quasi ohne Filter auskommt, wurde erst später populär).

Mit einer nichtlinearen 8-Bit Quantisierung (A-law, µ-law) entstanden im CODEC aus einem Sprachkanal 64 Kilobit pro Sekunde (8 Bit pro Sample, 8 kHz Abtastrate, Sprachband bis 3,2 kHz). 30 solcher digitalisierten Sprachkanäle wurden auf einer Busleitung als PCM30 zusammengefasst. Pro Adernpaar konnten mit PCM30 zwischen Ortszentralen (OZ) und Nebenstellen (NZ) 15-mal mehr Daten ausgetauscht werden als mit analogen Leitungen bei ENSAD (PCM30/32: z.B. 15 im Hinkanal, 15 im Rückkanal).

Bild 5b: Im INT entwickelte Schaltkreise für digitalen Teilnehmeranschluß. Oben: NF-Sprachbandfilter U1001, Coder/Decoder U1011, Zeitlagensteuerung U1550 alias U1500PC050. Unten: SLIC-Komplex B384 bis B387.


Codec/Filter-Schaltkreise (CMOS)

Die Schaltkreise erledigten die Niederfrequenz-Bandfilterung (U1001), die analog-digital-Wandlung (U1011) und die Einordnung des Samples in einen PCM30/32 Datenstrom (U1021). Die damals neueste Technologie der geschalteten Kapazitäten (Switched Capacitor) verlangte enorme Anstrengungen zu Simulation der Schaltungen auf Transistorniveau. Helmut Teubner und Gerhard Klinger wurden Pioniere dieser neuen Technik aus dem Silicon Valley (Dresden) der DDR. Technologiestandard war die CSGT2 (Complementary Silicon Gate Technology). Auszug Datenblatt U1001, U1011, U1021

Bild 6: U1001 NF-Filter - Antialiasing-Filter 300 Hz ... 3,4 kHz mit geschalteten Kapazitäten. Schaltkreisfoto: Rüdiger Kurth.
Layout: Helmut Teubner, Gerhard Klinger, Petra Schulze; Systementwurf: Uli Manicke u.a.
Erster CMOS-Vollkunden IC (ASIC) der DDR, 1983.

Bild 7: U1011 Codec (Coder/Decoder 8Bit, µ-law/A-law ITU G.711) mit geschalteten Kapazitäten. Schaltkreisfoto mit freundlicher Genehmigung von Rüdiger Kurth.
Layout: Helmut Teubner, Gerhard Klinger, Petra Schulze, Christhard "Otto" Landgraf; System: Ulrich Manicke u.a.

Bild 8: U1021 - Zeitlagen- Steuerschaltkreis (ZLSS) - kein Chipfoto / kein Plot vorhanden, kann jemand helfen? Foto mit freundlicher Genehmigung von Rüdiger Kurth.
Layout: Jürgen Funke, Petra Schulze.

Bild 9: U1550 (U1500PC050) - Integrierte Teilnehmer-Anschluß-Steuerung (IASS), vlnr. Chipfoto, Plotbild, Gehäuse. Layout: Jürgen Funke, Petra Schulze, Gerd Heinz; System: Thomas Wehren, Rolf Simon, Uli Manicke. Erster CMOS-Standardzell-Schaltkreis der DDR nach Standardzellkatalog U1500 des ZFTM in CSGT2, 1984/85.



SLIC-Komplex (Bipolar-Hochvolt Technologie)

HFO entwickelte für den SLIC-Komplex (Subscriber Line Interface Circuit ~ Teilnehmeranschluß) eine spezielle Technologie mit Isoliergräben. Detlev Rösener und Klaus Gräf (geb. Leder) wurden zu Pionieren dieser anspruchsvollen Technik. Uli Manicke war auch hier der Motor. Mit den Schaltkreisen gelang es, alle analogen Hochvolt-Aufgaben ohne Trafo und ohne Relais zu lösen.

Bild 10: B384D Spannungsversorgung Telefon
Modellbildung, Simulation, Layout: Detlev Rösner, Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a.

Bild 11: B385D Testschaltung Telefon
Modellbildung, Simulation, Layout: Detlev Rösner, Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a.

Bild 12: B386D Speiseschaltung Telefon
Modellbildung, Simulation, Layout: Detlev Rösner, Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a.

Bild 13a: B387D Analogprozessor für Teilnehmeranschluss
Modellbildung, Simulation, Layout: Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a.. Layout und Fotos mit freundlicher Genehmigung von Klaus Gräf, geb. Leder.

Bild 13b: Einbau der Komponenten in eine Karte für acht analoge Teilnehmer "TS8" (TeilnehmerSchaltung 8). Zu erkennen sind B384, B385, B386, U1001, U1011, U1021, U1550. Foto mit freundlicher Genehmigung von Martin Gericke.




OZ100 Steuerung Teilnehmerkarte (I²L)

Namensgebung: Die OZ100 war die erste, digitale Ortszentrale für 100 (96) Teilnehmer. Gegenüber einer Nebenstellenzentrale (z.B. NZ400) bestanden erhöhte Forderungen an die Spannungsfestigkeit der Schaltkreise des SLIC-Komplexes. Die IC KD310 und KD320 wurden auf einem digitalen ISA Master (I²L, SBC) entwickelt, bevor 1985 die CMOS Standardzell-Linie des ZMD U1500 zur Verfügung stand (deren erster IC war der U1550, siehe dort). Zu beiden Schaltkreisen KD310 und KD320 existiert eine Kurzbeschreibung [21].

Bild 14: KD310 Teilnehmer-Steuerschaltung für digitale Zentrale OZ100. Layout: Andreas Weißflog & Christhard "Otto" Landgraf; Simulation und Überführung ins HFO: Dietmar Warning; Testadapter Dr. Eberhard Kühn; Testfolgen für Tester T2000 Olaf Hamann; Systementwurf: U. Manicke u.a.

Bild 15: KD320 Fehlerortungs-IC für PCM480. Layout: Volker Tüngler, Testadapter und Testfolgen für Tester T2000 Olaf Hamann, Systementwurf: Uli Manicke u.a.

Bild 16: DK410. Vermutlich die an den HFO-Namensraum angepasste Bezeichnung des KD310




Digitales Vermittlungssystem (DVS)

Wie schon erwähnt, wurde der Eigenentwurf eines Integrierten, Digitalen Netzes (IDN) zugunsten der Kompatibilität mit dem im Westen parallel entstandenen ISDN aufgegeben. IDN gab es weltweit viele. ISDN war konservativ, aber westliche Elektronikzeitschriften waren voll davon. ISDN machte das Rennen damit auch im RGW. Die hier entwickelten Schaltkreise waren kompatibel zum Alcatel/ITT System 12, Basis war PCM30/32 mit allen ISDN Dienstmerkmalen.

Eine Gruppe unter Bereichsleiter Vermittlungstechnik Dr. Peter Tietze und Systementwickler Dr. Rolf Simon entwickelte frühzeitig parallel zu westlichen Entwicklungen ein System namens IDN (Integriertes, Digitales Netz) mit dem Einführungs- Produkt DVS 2000 (Digitales Ortsvermittlungsystem 2000 Teilnehmer). Das System wurde im Wesentlichen auf der Basis von Standardschaltkreisen unter Verwendung der digitalen Teilnehmer-Schaltkreise und der Vermittlungsschaltkreise (PCM-Sender, -Empfänger und Koppelfeld) des System 12 konzipiert. Ein Muster wurde funktionsfähig auf der Weltnachrichtenausstellung 1988 in Genf ausgestellt [6] und war dort eine kleine Sensation.

Die Entwicklung war eigentlich als Notfall-Lösung und Demonstration der Fähigkeiten der DDR zur Linderung der Embargoeinschränkungen gedacht, um in Ruhe an einer umfassenden Lösung im RGW auf der Basis des Systems 12 (ISDN) unter strikter Geheimhaltung zu arbeiten (DKS 2000). Dazu wurde ein spezielles Entwicklungs-Team unter Dr. Ingomar Krahl gebildet in Berlin, dass im Hochsicherheitsobjekt in der Allee der Kosmonauten an der Systementwicklung arbeitete, während im Entwurfszentrum Edisonstraße die nötigen PCM-Vermittlungsschaltkreise entwickelt wurden.

Bild 16: Im INT entwickelte Schaltkreise für DVS

Team: Thomas Wehren, Ralf Ballenthin, Regina Rösner, Petra Schulze, Gerhard Seeger, Dietmar Warning, Dr. Lutz Porombka, Detlev Müller, Arno ?
Systementwurf: Dr. Rolf Simon, Thomas Wehren, Bernd Ganzer, u.a.
Gehäuse, Überleitung, Elektriksimulation: Dietmar Warning
Rechentechnik Schaltkreisentwurf: Joachim Kolbaske, Jörg Krüger
Projektleitung Schaltkreisentwicklungen DVS: Dr. Gerd Heinz
Chefentwickler DVS: Dr. Ingomar Krahl
Koordination: Dr. Dietmar Bogk (Bereichsdirektor E, ab 1986 Institutsdirektor).

Projektförderung der IC erfolgte mit rund 18 Mio. DDR-Mark (3 Jahre) durch das Ministerium für Wissenschaft und Technik der DDR (MWT) (zuständig hätte eigentlich das MEE sein müssen).

Arbeitsmittel: 3x Tektronix Workstation 4113/4114 mit Farbgrafik (Stückpreis damals etwa 300.000 Mark der DDR), 1x VAX, 1x Kulon (russisch/bulgarisch modifizierte PDP8/L mit zwei Arbeitsplätzen mit grüner Grafik-Bildspeicherröhre Tektronix 1014). Bis zu 32 Entwerfer arbeiteten teilweise in vier Schichten (rund um die Uhr). Der Autor erschien auch am Wochenende zu Schichtwechseln, um Verluste bei der Wissensübergabe zwischen den Teams zu mindern.

Ort des Geschehens: INT Edisonstr. 63, dritte Etage etwa in der Mitte. Um ins Entwurfszentrum zu kommen, war ein erstes Codeschloß zu bedienen. Um in den Bereich der Rechentechnik zu gelangen, war ein zweites Codeschloß zu überwinden. Um zu den Tektronix-Workstations des DVS-Projekts zu gelangen, war das dritte Codeschloß zu öffnen, es handelte sich teils um Embargo-Technik.

Der Schaltkreisaufdruck ZFTN weist darauf hin, daß die IC als Vollkunden-IC nicht auf dem freien Markt verfügbar waren. Sie wurden im Funkwerk Erfurt in der Technologie nSGT2 (n-channel silicon-gate) gefertigt. Hier findet sich noch die Übergabe-Direktive für die Produktionsfreigabe vom 14.5.1987 an MME.

Simulationen für die nSGT2-Schaltkreise IEMS, ISES, IKOS erfolgten mit dem LSI-Simulator von Dr. Wolfgang Hecker aus dem Funkwerk Erfurt. Dies war kein klassischer Logiksimulator wie das hauseigene SIMPER, vielmehr wurden Enhancement-Transistoren als Schalter abstrahiert. Damit wurde eine höhere Entwurfssicherheit möglich.

Verwendete Werkzeuge: Layout DS11 (HFO?), Layoutprüfung: LSIDIK, Testpattern: LS11 (HFO?), Logik-Syntaxprüfung: LSISYN, Simulation: LSISIM. Rechenzeit pro IC-Entwurf: Grafik: 350h, VAX: 200h, ESER1040: 80h (Siehe Übergabe-Direktive).

Bild 17: U3210 "IEMS" PCM-Empfangsschaltung: Thomas Wehren, Regina Rösner u.a.

Bild 18: U3220 "ISES" PCM-Sendeschaltung: Ralf Ballenthin, Petra Schulze u.a.

Bild 19: U3230 "IKOS" PCM-Koppelfeld: Dr. Lutz Porombka, Gerhard Seeger, Winni Semrau u.a.

Bild : PCM Konzentrator S860.046-60202 mit U3210 und U3220. Foto von Rüdiger Kurth, Robotrontechnik Halle [2]. Wer weiß etwas über diese Leiterkarte?




PCM-Schaltkreise

Für digitale Ortszentralen und Vermittlungssysteme auf Basis PCM30/32 wurden verschiedene Schaltkreise in der Technologie CSGT2 (complemantary silicon gate technology, U1500-Standardzelle) und ab 1985 in der Technologie CSGT4 (U1600 Standardzelle) entwickelt. Team: Gunther Thielicke, Ralf Ilchmann, Christhard "Otto" Landgraf, u.a.

Bild 20: U1501 alias U1500PC001 bzw. U1500CC001 - PCM Sender

Bild 21: U1502 alias U1500PC002 bzw. U1500CC002 - PCM Empfänger

Bild 22: U1503 alias U1500PC003 - Lichtwellenleiter Übertragungs-IC

Bild 23: U1504 alias U1502PC054 - [1], S.155 (?)

Bild 24: U1507 alias U1500PC007 ?

Bild 25: U1508 alias U1500PC008 ?



Nachwort zur technischen Ausstattung des Entwurfszentrums

Erste Elektrik-Simulationen für den PCM-Regenerator erfolgten mit Lochkarten unter PL/1 im Programmsystem STADYNET aus dem AdW-IMath auf ESER1040 (Nachbau IBM360), Programmbetreuer war Herr Geupel, der (leider) in der Außenstelle Altglienicke saß. Ergebnisse wurden auf einem Trommeldrucker (EC 7031) oder einem Kettendrucker (EC 7039) auf Endlospapier in einem Pseudo-Grafikmode ausgegeben. Logiksimulationen erfolgten bis 1985 mit dem hauseigegen Programmsystem SIMPER (Chefentwickler Herr Schalldach) ebenfalls auf Lochkartenbasis. Ab 1985 stand für Elektriksimulationen das Programmsystem NIFAN des HFO zur Verfügung. Es lief unter FORTRAN unter dem Betriebssystem SVM auf ESER1040 wie auf DEC-Rechnern mit VT100-Terminals und angeschlossenem Calcomp-Plotter: Erstmals konnte man die Ergebnis-Zeitfunktionen farbig plotten (Beispiel: symmetrierte Inverterkette). Für die Überprüfung der Entwürfe standen je nach Technologie und Hersteller etwa 50 Programme in verschiedenen Programmumgebungen zur Verfügung.

Rechentechnik des RGW (ESER 1040 - IBM 360, ESER 1055 - IBM 370) war damals extrem teuer, groß und an Lochkarten gebunden. Kleinrechner als Nachbauten auf Basis von DEC's PDP-8 und PDP-11 waren erst im Kommen. Unser erster Grafik-Arbeitsplatz stand gegen 1983 zur Verfügung. Es war ein "KULON" (ISOT 310), eine bulgarische Komposition auf Basis des PDP-8/L. An einer Zentraleinheit hingen zwei Grafik-Arbeitsplätze. Gezeichnet wurde auf einer grünen Grafik-Speicherbildröhre (Tektronix 4014). Da Layouts mehrere Layer besitzen (SBC 7...9, CMOS 12...15), war die grün-in-grün Darstellung von Layouts gewöhnungsbedürftig. Daten befanden sich auf einer 19-Zoll Wechselplatte mit 2 Megabyte(!). Plots sollten anfangs auf einem unendlich langsamen, russischen Kreuztischplotter (2x2 m, 800 kg) erfolgen. Dies war nicht praktikabel, der Plotter verschwand wieder. Man plottete bei Übergabe von Layouts im HFO oder bei FWE oder ging in das nahe gelegene Entwurfszentrum des WF (Dr. Falter), dort hatte man bereits einen Calcomp-Plotter. CoCom behinderte den Kauf von Rechentechnik aus den USA. Ab 1984 wurde eine PDP-11 für die Zusammenstellung von STADYNET- bzw. NIFAN-Jobs genutzt. Nun konnte der Job am Terminal zusammengestellt werden. Lochkarten wurden nicht mehr gebraucht. Ab 1985 stand eine DEC microVAX I zur Verfügung, damit wurde innerhalb kurzer Zeit die Nutzung des hauseigenen ESER-Rechners überflüssig. Dazu kamen VT100 und VT220 Terminals und ein CALCOMP 3036 Trommelplotter. Die VT220-Terminals wurden ab 1986 zur Elektrik- und Logiksimulation mit Pseudografik genutzt. (Alle Angaben ohne Gewähr).

Weitere Quellen





Danksagung

Vielen Dank an alle Mitstreiter. Inbesondere Dank an Dr. Volker Tüngler, aus dessen Schaltkreissammlung die meisten Layoutbilder stammen. Vielen Dank auch an unerwartete Hilfe von außen: An Martin Gericke vom BKFN und an Rüdiger Kurth. Nicht zuletzt Dank an Hilfe aus den eigenen Reihen: So konnte Klaus Gräf (geb. Leder) die hervorragenden Bilder vom B387 beitragen. Dr. Dietmar Bogk brachte viele Details zur Entwicklung der DDR-Nachrichtentechnik ein. Dr. Dietmar Warning steuerte Infos zum KD310/KD320 bei.

Bitte um Mithilfe: Wer erinnert sich noch? Wer hat noch Kenntnisse oder Material? Mails to info@gheinz.de

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