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Digitalisierung des Telefons:
Erste Schaltkreise aus Ost-Berlin


Fünf Jahre, bevor in Westberlin (BRD) der erste, integrierte Schaltkreis (IC) entworfen wurde, begann man im Institut für Nachrichtentechnik in Ostberlin (damals Hauptstadt der DDR) mit ersten Schaltkreisentwürfen. Das Zeitalter der Mikroelektronik hatte begonnen und veränderte die Fundamente der Welt. Industrieautomation einer neuen Qualität schuf enormen Wohlstand. Die US-amerikanische Weltspitze indes war längst enteilt.

Inhalt


Der Transistor erobert die Welt

Heute geht nichts mehr ohne Transistoren. Kaum ein Gerät kommt ohne hunderte oder tausende Transistoren aus. In jedem Haushalt werkeln unbemerkt dutzende IC und Microcontroller mit hunderttausenden Transistoren für uns. In jedem USB-Stick, PC oder Smartphone stecken inzwischen Milliarden Transistoren.

Egal ob Netzteil, Fernbedienung, Uhr, Telefon, Schlagbohrmaschine, Radio, Fernseher oder Waschmaschine - nichts geht mehr ohne Transistoren, Mikrocontroller, Speicher oder kundenspezifische Schaltkreise. Für die Pioniere war es ein steiniger Weg voller Mühsal und Entbehrungen. Oft als Spinner belächelt, hatte man den eigenen Weg zu finden.

Mit TTL-Schaltkreisen und ersten Ein-Chip Operationsverstärkern begann Ende der 1960er Jahre die Mikroelektronik- Revolution. Spätestens mit dem erstem frei auf dem Markt verfügbaren Mikroprozessor, dem Intel 4004, war ab 1971 die Tragweite dieser Entwicklung international nicht mehr zu übersehen.
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Die Vorgeschichte der Mikroelektronik ist lang. Der Däne Jakob Berzelius entdeckte 1824 den Halbleiter, der heute den Massenmarkt der Mikroelektronik dominiert, er nannte ihn Silizium.

Als Ferdinand Braun (bekannt geworden 1897 durch die Braunsche Oszillografen-Röhre) 1874 an der Uni Würzburg die Gleichrichtung (Diodeneffekt) entdeckte [131], war nicht abzusehen, welche Rolle Halbleiter in Zukunft spielen würden.

1885 entdeckte Clemens Alexander Winkler den Halbleiter, der die Massenproduktion erster, diskreter Transitoren und Dioden ermöglichte. Zu Ehren seines Heimatlandes nannte er ihn Germanium.

Julius Edgar Lilienfeld aus Lemberg (damals Österreich-Ungarn, heute Lwiw, Ukraine) ließ 1926 von Leipzig aus einen Feldeffekt-Transistor (FET) patentieren "Methode und Apparat für die Steuerung elektrischer Ströme" [126] (siehe Bild seines röhrenlosen Radioempfängers mit vier JFET-Transistoren, wie wir sie heute nennen würden).

Zu Lilienfelds Zeiten waren keine Verfahren zur (Ein-) Kristallzüchtung von Halbleitern verfügbar. Erst gegen 1960 wurde es möglich, funktionierende FET-Transistoren auf Einkristallen herzustellen. Das Problem sind vom Gitterwinkel abhängige, unterschiedliche Eindringgeschwindigkeiten und -tiefen von Dotierungssubstanzen, siehe Gitterführungseffekt, sowie Grenzflächenladungen zwischen Polykristallen. Lilienfeld experimentierte mit dünnen Schichten amorpher Halbleiter, er nennt copper sulfide und PbO. Heute werden Transistoren auuf solchen Materialien realisiert, siehe z.B. organische Transistoren.

An der Uni Leipzig verfügte Lilienfeld über ein eigenes Labor. Er hatte einen enormen praktischen Wissensschatz im Bereich von Physik und Chemie. Insbesondere kannte er sich mit Ladungsträgern und Feldeffekten aus. So erfand Lilienfeld den noch heute gebräuchlichen Elektrolyt-Kondensator, ein Bauteil, das 1998 einen weltweiten Umsatz von 6 Milliarden Dollar hatte.

Seine detaillierten Angaben zu Schaltungsdetails im Patent von 1926 sind zu präzise, um der Phantasie entstammen zu können. Die Quelle [137] gibt vor, das es Messungen an funktionierenden Nachbauten gab, auch in den Bell-Labs.

Dennoch verschwanden die Lilienfeld-Patente aus dem kollektiven Gedächtnis. In der Wikipedia-Diskussionsseite zu Lilienfeld findet sich der Satz:

In der Biografie Lilienfelds heißt es:

Leider ist bislang wenig über Lilienfeld bekannt, die umfangreichste Recherche stammt von Prof. Dr. Christian Kleint von der Uni Leipzig [138].

Lilienfeld promovierte 1905 an der Friedrich-Wilhelm-Universität zu Berlin (heute Humboldt-Universität). Danach ging er an die Universität Leipzig zum Institut für Physik und habilitierte dort 1910. Bis 1925 arbeitete er dort auch an seinem Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (Junction-FET, JFET) (JFET), leider hatte er noch keinen Namen dafür, im Patent [126] spricht er von "relay or amplifier" und von "the invention". 1925 patentierte er diesen Transistor samt Radioempfänger (Priorität in Canada Oct.22, 1925). 1927 wanderte er in die USA aus.

Während sein erstes Patent [126] noch Schwachstellen zeigt und an Bastelei erinnert, gibt er im Patent [127] von 1928 dann eine praktikable Bauanleitung an, die für Mikroelektroniker nachvollziehbar ist. Aufgrund der Fülle beschriebener Details bestehen für den Author nicht die geringsten Zweifel, daß Lilienfeld diese Transistoren prototypisch realisieren mußte, um eine so detaillierte Beschreibung liefern zu können.

Zu erwähnen sind zum Transistor weitere, deutsche Vorarbeiten und Patente von Oskar Heil 1934, [128], Walter Schottky 1938, [134], Rudolf Hilsch und Robert Wichard Pohl 1938, [129] und nicht zuletzt von Herbert Mataré und Heinrich Welker, die durch Kriegswirren behindert oder vernichtet wurden.

Oskar Heil entwickelte Lilienfelds Transistor weiter. Er stellt im Patent [128] das Prinzip heutiger, unipolarer MOSFET- Transistoren vor. Er führt den neuen Begriff "semiconductor" ein und definiert deren Eigenschaften. Er studierte und promovierte 1933 an der Georg-August-Uni in Göttingen über Molekülspektroskopie. Nach Aufenthalten in England, in der Sowjetunion und wieder in England kam er am 2.9.1939 (einen Tag vor der britischen Kriegserklärung an Deutschland) nach Berlin zurück, um in der Lorenz-AG leistungsfähige Mikrowellen-Generatoren (Klystron) für Funkmess-Geräte (RADAR) zu entwickeln [136].

Kriegsbedingt wurden RADAR-Geräte zum Motor der Halbleiter-Entwicklungen - parallel in Deutschland, England und in den USA. Für den Wellenlängenbereich um 10 cm waren Röhren für den Empfang ungeeignet, man begann, mit Halbleiterdioden zu experimentieren [136].

Herbert Mataré arbeitete schon 1942 mit sogenannten "Duo-Dioden" in Heterodyn- Empfängern (bipolare Spitzentransistoren), deren Verstärkereigenschaften umso besser wurden, je näher die Spitzen zusammen lagen, siehe die Mataré-Quellen von P. Salomon [139], von Ch. Adam [140] "le transistron" und von Van Dormael "French Transistor" [136].

Die Ausrüstungen wurden aus Matarés Transistorlabor im März 1945 von der vorrückenden US-Armee aus der ehemaligen Thermometerfabrik "Goelitz" in Böhlen bei Großbreitenbach im Thüringer Wald abtransportiert. Wie wahrscheinlich ist es, daß sie in einem geeigneten US-Labor ankamen? Die Nachkriegswirren sorgten dafür, daß Mataré seine Arbeiten erst 1947 bei Westinghouse France in Paris fortsetzen konnte.

Mataré meldete zusammen mit Welker im August 1948 in Paris seinen Spitzentransistor an, den sie "transistron" nannten [132]. Am 21.4.1948 hatte Mataré bereits unter einem nichtssagenden Titel einen Legierungstransistor angemeldet [136], dessen Bauart später den Siegeszug der Massenproduktion von Transistoren einleitete.

Im Gegensatz zu den Bell-Labs konnte Matarè bereits 1949 Spitzentransistoren mit reproduzierbaren Eigenschaften liefern, die in Funkempfängern und als NF-Repeater in Telefonleitungen eingesetzt wurden [136], [140]. Auf der Düsseldorfer Funkausstellung im Augst 1953 wurde das welterste, batteriebetriebene Transistor-Radio mit Matarés Transistoren für den freien Markt vorgestellt [136].

Bis 1953 waren Matarés Transistoren weltweit führend. Leider aber wechselten die Besitzer der Firma mehrmals und auch der Name der Bauteile. Damit geriet Matarés "transistron" ins Abseits und wurde vergessen für Jahrzehnte.

Vertraut man den Internet-Suchmaschinen und -Lexika, so entsteht das verzerrte Bild, als ob vor den späteren Nobelpreisträgern kein Transistor existierte [135]. John Bardeen und Walter Brattain konnten im Juni 1948 (US-Patent 2524035, [133]) einen Spitzentransistor anmelden. John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley bekamen dafür 1956 den Nobelpreis für Physik und gelten bis heute (2023) als Erfinder des Transistors. Aber in Anbetracht der Vorarbeiten von Lilienfeld und Heil und der parallelen Arbeiten von Mataré und Welker erscheint diese Ehrung eher unglücklich.

Betrachten wir die wichtigsten Patente in ihrer Wirkung auf die weitere, technische Entwicklung der Mikroelektronik, so stechen einige Aspekte heraus:

Allerdings spielten Spitzentransistoren nur kurzzeitig eine exotische Nebenrolle.

Erst mit den in Serie einfacher beherrschbaren Legierungstransistoren (siehe folgendes Bild) begann die Mikroelektronik- Revolution. Sie eroberten in den fünfziger Jahren die Welt [62] und lösten innerhalb weniger Jahre fast überall die Elektronenröhre ab.

Zunächst waren die Transistoren für Funkempfänger und Verstärker interessant - mit im Vergleich zur Röhre winzigem Gewicht, Bauvolumen und Leistungsverbrauch. Auch arbeitete ein Transistor mit kleinen Spannungen (3 bis 9 Volt), die direkt einer kleinen Batterie entnommen werden konnten. Auch die Industrieautomation begann Fahrt aufzunehmen.

Bild 10: Einer der ersten (noch nach 65 Jahren funktionierenden) Germanium-Legierungstransistoren (vermutlich ein OC601 von TFK, 1954). Das Gehäuse besteht aus einem schwarz lackierten Glaskolben. Elektroden v.l.n.r: Emitter, Basis, Kollektor.

Noch aber waren nicht mehrere Transistoren auf einem Substrat integrierbar. Dazu mußte erst die dielektrische Isolation in monolithischer Planartechnologie [72] erfunden werden. 1963 stellte Robert Noyce, einer der Gründerväter von Fairchild Semiconductor (1957) und Intel (1968), einen ersten monolithischen IC heutiger Bauart vor, auf dem 120 Transistoren galvanisch isoliert arbeiteten.

1963 stellte die Firma GTE-Sylvania unter der Bezeichnung SUHL (Sylvania Universal High Level Logic) das erste Sortiment von TTL-Schaltkreisen (Transistor-Transistor-Logic) vor. Recht schnell wurde das Sortiment von kapitalkräftigen Herstellern übernommen. 1964 ging der TTL-Schaltkreis SN5400 (4 NAND-gates a 2 inputs) von Texas Instruments in Produktion. TTL wurde ab 1966 durch die SN7400-Serie im DIP-Gehäuse (Dual Inline Package) populär.

Intel-Mitarbeiter Nr.12, Ted Hoff, begann 1968 am Befehlssatz des Intel 4004 zu arbeiten.

Das Jahr 1971 war ein besonderes Jahr für die Mikroelektronik. Bei Intel brachte man den ersten, auf dem freien Markt verfügbaren Mikroprozessor auf einem Chip heraus, den Intel 4004. Er hatte etwa 2300 Transistoren in p-channel Silicon Gate Technology pSGT (-15 Volt, 0.75 MHz, self aligned gates, negative logic). Niemand verstand, wie so ein Ding funktioniert und wozu man es brauchen kann. Es dauerte noch fünf Jahre, ehe es z.B. an der TU-Dresden die erste Vorlesung zu Mikrocontrollern gab.

In der DDR wurde 1971 die Geburt erster, digitaler Logikschaltkreise gefeiert: Im Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO) wurden erste bipolare TTL-Schaltkreise der Serie D100 (Nachbau des 7400) mit je 4 Transistoren und drei Dioden pro Gatter in SBC (siehe dazu auch [9] und [68]) produziert.

Im FWE gingen 1971 erste (wenig geliebte) unipolare Logik-Schaltkreise U101 bis U105, später bis U122 in Produktion (Vorbild-Serie MEM1000 von General Instrument, 1967). Diese hatten klassische PMOS Technologie (meist als EE Enhancement/Enhancement, als Lastwiderstand diente ebenfalls ein Enhancement-Transistor) mit zwei Betriebsspannungen -13 V und -27 V. Sie hatten negative Logik. Die Entwurfsregeln sind noch unter [79] zu finden. Der zeitliche Abstand der DDR zur Weltspitze (USA) betrug damals 10 bis 14 Jahre.

Bild 11: Mit dem Erscheinen erster, digitaler ICs erschien auch der erste integrierte Analogschaltkreis der DDR, der Differenzverstärker IK72. Entwickelt wurde er für das Interkosmos-Programm des AdW Institut für Kosmosforschung (AdW-IKF) in Berlin-Adlershof (heute DLR). Er besaß drei Transistoren, eine Diode und einen Widerstand. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Richard Kaussler, siehe auch die komplette Rückübersetzung auf seiner Seite [75].

Der IK72 bildete im Entwicklungszentrum des Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO) in Stahnsdorf den Ausgangspunkt für den ersten, kommerziellen Operationsverstärker A109 der DDR (Nachbau µA709), der ebenfalls 1972 auf der Leipziger Messe vorgestellt wurde (RFE 10/1972) und etwa ab 1974 marktverfügbar war.

Was damals noch niemand ahnte: die Mikroelektronik würde sich innerhalb weniger Jahrzehnte zur ersten, nur noch global funktionierenden Industrie dieser Erde entwickeln - mit Milliarden von Transistoren auf einem Chip. Heute (2018) enthält eine marktübliche 128 GigaByte (128 Milliarden Byte ~ 1000 Milliarden Bit) microSD-Speicherkarte (SLC) für rund 20 Euro einen Chip mit über 1 Billion (240 ~ 1e12) Transistoren [73]. Kein Staat oder Unternehmen weltweit ist noch in der Lage, alle zur Produktion erforderlichen Spezialausrüstungen selbst zu entwickeln und zu produzieren.

Aber die RGW-Staaten hatten ein Problem: Das 1949 von den USA gegründete CoCom sollte den Technologieexport in kommunistische Staaten verhindern. Und CoCom funktionierte einschneidend. Der kalte Krieg hatte begonnen.

Zu lange hatte man in der DDR, wie auch in der Bundesrepublik oder in der UdSSR die aus den USA kommende Mikroelektronik zu wenig beachtet. Im Politbüro des ZK der SED erkannte man die technologische Revolution der Elektronik zu spät. Zitat Walter Ulbricht [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], [76]. So wurde in der DDR mit einigen Jahren Verzögerung versucht, die Mikroelektronik-Revolution nachzuvollziehen. Von Anfang an war man in der Defensive, man entwickelte meist nach.

DDR, wie auch RGW waren technologisch im Hintertreffen. Eigene Entwürfe konnten noch so genial sein, sie scheiterten mit wenigen Ausnahmen an der Forderung der Industrie nach Kompatibilität mit im Westen bereits vorhandenen Bauelementen. Die Forderung war insofern berechtigt, als der pin- und schaltungskompatible Nachbau der ICs die Entwicklung von Software, von Leiterplatten und Mechanik parallel zur Schaltkreisentwicklung gestattete. Auch konnten erste Serienprodukte mit importierten IC bestückt werden, was eine schnellere Markverfügbarkeit bedeutete. Letztlich war man damit schneller, als mit einem Eigenentwurf.

Allerdings bedeutete die Kompatibilitätsforderung auch einen Generalerzicht auf innovative, neuartige Produkte, mit denen man viel mehr "Valuta" (Westmark oder Dollar) hätte erlösen können. Für Nachbauten, die noch dazu mit mehr als zwei Jahren Verspätung auf den Markt kamen, interessierte sich der Weltmarkt nur, wenn sie zu Dumping-Preisen angeboten wurden.


Institut für Nachrichtentechnik (INT)

Erste Berliner Schaltkreise wurden ab 1979 im Institut für Nachrichtentechnik (INT, [7]) in Berlin-Schöneweide, Hauptstadt der DDR (Ostberlin) entwickelt. Gefertigt 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 [31]), weitere vier Entwurfszentren waren in Ost-Berlin im Entstehen, [32].

Das Entwurfszentrum Mikroelektronik (EZµE) des INT wurde mit einem feierlichen Akt am 19.12.1979 unter Hauptabteilungsleiter Dr. Dietmar Bogk gegründet. Als Ziel wurde die Entwicklung kundenspezifischer Schaltkreise für die Nachrichtentechnik fixiert. Erste Bestellungen waren ein automatischer Vielfach-Sondentaster AVT 100 von Elektromat Dresden, ein Metallmikroskop Neophot 2 von Carl-Zeiss Jena und verzerrungsfreie Hostaphan-Folie (Mylar) für den Layoutentwurf als West-Import. Die Folien sollten aber erst vier Jahre später geliefert werden, als wir schon mit Graphikbildschirmen am KULON (PDP8-Nachbau) arbeiteten und die Folie nicht mehr brauchten.

Die ersten, kundenspezifischen Schaltkreise (ASIC) waren für die Digitalisierung des Teilnehmeranschlusses, die Übertragung vieler Telefongespräche auf einem Leitungspaar im zeitlichen Multiplex (PCM) [53], [54], [55], sowie für erste, digitale Vermittlungszentralen [48], [49], [50], [51], [52] bestimmt.

Vorbei das Zeitalter der analogen Telefonapparate. Das digitale Zeitalter sollte beginnen. Erst damit wurden Internet, Email oder SMS möglich.

Das INT war das Forschungszentrum des VEB Kombinat Nachrichtenelektronik (KNE) mit 36.000 Beschäftigten in 19 Betrieben, siehe [63] Blatt 6 bis 9 und Profil in [46]. Zur Geschichte des INT findet man unter [7] einen Abriß mit interessanten Bildern. Wesentlichste Entwicklungsbereiche waren die Vermittlungstechnik (Vermittlungszentralen) und die Übertragungstechnik (Trägerfrequenz und PCM30/120/480/1920).

Das Telefonbuch des INT [33] gibt heute noch Aufschluß über die strukturelle Gliederung: Im INT waren alle Arbeitsgebiete vertreten, die mit Telefon, Funk und Nachrichten zu tun hatten. Gleich welches Wissen man brauchte: in irgendeinem Labor des Hauses war es verfügbar. Dieses deutschlandweit unvergleichliche Potential wurde dem Autor erst später schmerzhaft bewußt. Aber es war das Wissen von einer Nachrichtentechnik, die vom Internet schnell überholt wurde.

Institut für Nachrichtentechnik (INT, 1961-87), 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 (1989)

INT-Außenstellen (siehe [33]):

Sicherlich in Gedenken an die ungezählten Genies des INT ist heute, 2019, am Turm des Hauptgebäudes (Edisonstr. 63) eine Leuchtreklame "Leuchtenfabrik" angebracht. Erbaut wurde das Gebäude als "Lampenfabrik Frister" in Etappen von 1897 bis 1916; siehe [85]. Nach dem Konkurs von Frister 1933 ging das Gebäude an die Wärmegeräte GmbH, ab 1952 produzierte hier der VEB Funkwerk Köpenick. 1963 zog das INT ein.

Leider kam das Ende des INT mit der Wende unerwartet plötzlich. Den Mitarbeitern wurde gekündigt, im Tresor liegende Unterlagen flogen als NfD, VD, VS oder GVS aus dem Fenster direkt in riesige Müllcontainer auf dem Hof. Wenige Mitarbeiter wurden von SEL/ALCATEL und SIEMENS übernommen. Zehntausende Datenblätter und Datenbücher folgten. Der Immobilienwert hatte über den Menschenverstand gesiegt. Über Nacht verschwand Menschenwissen und Menschheitsgeschichte in unvorstellbarer Dimension.

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

1 Wirtschaftliche Rahmenbedingungen

Zu diesen schreibt der letzte Direktor des ZFTN (INT), Dr. Dietmar Bogk:

Aufsätze von Dr. 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 Kombinatsleitung des Kombinat Nachrichtenelektronik (KNE) saß bis 1987 in Leipzig, siehe auch eine Übersicht über betriebliche Verflechtungen in [114]. 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. Aber im internationalen Vergleich war die Entwicklung dennoch eher bescheiden zu nennen, siehe [96]. Reste der Entwicklungen sind noch zu besichtigen z.B. im Computermuseum Halle [2] oder im Fernmeldemuseum Dresden [48]. 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 aus der historischen Perspektive eher hilflos wirkenden Versuch, die extrem dynamische und komplexe Entwicklung der Nachrichtentechnik planwirtschaftlich zu steuern, geben die Planungsvorlagen für den Ministerrat der DDR [46]. Danach hätte die Produktion von digitaler Nachrichtentechnik auf Basis ISDN zu dem Zeitpunkt den Markt decken sollen (1997), als längst Netscape und Internet gefragt waren. Mit anderen Worten: Wenn die Leute nach dem Internet gerufen hätten, hätten sie endlich einen ISDN-Telefonanschluß (ohne Internet) erhalten können.

Wie unübersichtlich die Entwicklung der Mikroelektronik geworden war, zeigt ein Reisebericht des Chefkonstrukteurs des FWE, Franz Rößler, aus dem Jahre 1988 [84]. Zentrale Steuerung der Mikroelektronikentwicklungen wurde zunehmend unmöglich, weil niemand mehr die Komplexität der zu treffenden Entscheidungen überblickte. Bei der Lektüre des Berichts aus heutiger Sicht fällt auf, daß etablierte Hard- und Software kaum vorkommen, so taucht der Name "Cadence" nicht auf. Diese Firma mauserte sich in dieser Zeit zum weltweit führenden Anbieter von CAD-Software für den Schaltkreisentwurf. Auch wird dem IBM-PC kaum Beachtung geschenkt, der spätestens mit dem ersten PC-Internet-Browser "Netscape" 1994 zur Nummer Eins des PC-Marktes wurde. Auch die damals weit vor "VHDL" stehende Hardware-Beschreibungssprache "Verilog" wird noch nicht benannt.

Das Grundproblem der planwirtschaftlichen Steuerung eines Wirtschaftssystems ist, daß man nicht vorhersagen kann, welche neuen Technologien in kurzer Zeit zur nächsten, technischen Revolution führen werden. So wurde immer wieder auf "Halde" produziert. Ressourcen wurden verschwendet.


2 PCM30-Regenerator

Damals existierte noch keine Datenübertragung per Funk. Selbst bei utopischen Schriftstellern existierte noch nicht einmal die Vision eines Mobilphones heutiger Bauart (Touch-Display, Kameras, Telefon, Email, Internet-Browser, USB, LTE, GPS, WLAN, Bluetooth, NFC etc.). Ein Telefongespräch wurde analog übertragen. Jedes Gespräch benötigte dafür ein Adernpaar. Hin- und Rückkanal liefen auf diesem Paar, man trennte sie mit einer sog. Gabelschaltung auf beiden Seiten auf (Teilnehmer und Amt). Die Vermittlung erfolgte mittels mechanischer Relais-Schalter (Hebdrehwähler, Koordinatenschalter, zum Schluß Reed-Kontakte). Das Kapital der Telefongesellschaften waren 1980 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 hier im Zeitmultiplex. Und man konnte damit stromfressende, große, schwere, teure und störanfällige Relais ersetzen.

Beim PCM30/32 System werden auf einem Adernpaar 32 digitalisierte Kanäle im zeitlichen Multiplex übertragen, zwei davon sind Dienstkanäle, deshalb die offizielle Bezeichnung PCM30/32. Allerdings ging das nicht bidirektional, sondern nur unidirektional, pro verlegtem Adernpaar konnte man nur je eine Richtung versorgen, über dieselbe Anzahl von Adernpaaren konnte mit PCM30 folglich die 15-fache Zahl von Gesprächen geführt werden. Zur Ablösung der analogen Telefonleitungen durch PCM wurden die etwa 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. Die Regeneratoren waren dabei gleichstrommäßig in Reihe geschaltet, der Spannungsabfall betrug 6,8 Volt pro Regenerator, der Speisestrom der Linie war mit 20 mA vorgegeben, [10], S.21. Eine Zenerdiode (6,8 Volt) sorgte für die Stabilisierung der Betriebsspannung jedes Regenerators. Leider existiert kein Schaltplan der ersten Version des Regenerators mehr.

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 (NEG, Abteilung von Herrn Janke, Tel.664556, Beratung am 23.9.1980) durch zwei Schaltkreise (KA601 [60], [8], [9], [10] und KA602 [11]) abgelöst werden. Vom Leistungsumfang entsprachen die ICs etwa dem, was 25 Jahre später unter dem Begriff "DSL-Modem" das Ethernet zu uns nach Hause brachte. Siehe auch eine detailierte Analyse des Chips von Richard Kaussler [110].

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

Unter Leitung von Dr. Dietmar Bogk organisierte Ingomar Krahl 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 anfangs nicht unkompliziert, da sämtliche Mittel nicht im Fünfjahrplan vorgesehen waren und Beschaffungen in Dollar oder D-Mark (DDR-Ausdruck "Devisen") bezahlt werden mussten.

Im Rahmen einer Studie (Abschluß als Neuerervereinbarung NV7490 vom 29.8.1980) wurde im Januar 1980 im Bereich Ü (Übertragungstechnik) mit dem Systemkonzept des Gerätes PCM-Regenerator auf Basis KA601 [60] begonnen: Eilert: Systemeigenschaften, Behnke/Lohberger: Entzerrerverstärker; Höppner: Taktrückgewinnung, Neumann: Sendestufe. Die erste Beratung fand am 29.2.1980 statt (Kalendereintrag GH). Das Takt-Jitter der gesamten Regeneratorkette (maximal waren 18 in Reihe schaltbar) war zu minimieren, dazu wurde eine LC-Taktrückgewinnung favorisiert. Verstärkungen und Phasenspielräume der internen OPV wurden fixiert [10].

Der erste ISA-Master des HFO hieß IA60, er war in "Standard Buried Collector" Technologie (SBC) realisiert [9], [57], [68], [70], [71]. Bauelementeparameter des IA60-Masters und deren Simulationsmodelle sind unter [106] zu finden.

Die Schaltungsentwicklung begann neben Restarbeiten zum Übungsprojekt Intel 8279 (siehe Aufsatz "Wie alles begann") im Februar 1980. Schaltungsentwurf, Berechnung, Simulation und Layout lagen beim Autor [68], die Gestaltung der Schaltungsumgebung unterstützten insbesondere Manfred Höppner (ÜL2), Hans-Uwe Behnke (ÜL3) und Dr. Manfred Brandes (ÜL1). Idelle Vorbilder waren die Schaltkreise EXAR XRC262 und XRC277.

Parallel dazu wurde im Entwurfszentrum ein Team (ECE3) aufgebaut zur Entwicklung der Prüftechnik und der Simulationsprogramme unter Günther Warme und Volker Otto, siehe [31].

Anläßlich des Besuchs einer Tesla-Delegation hielt der Autor am 23.4.1980 einen ersten Vortrag zum Konzept und zu den Vorbildern des geplanten PCM-Regenerators, den IC XRC262 und XRC277 von EXAR [95]. Da im Tausch gegen Erdöl und Erdgas 70% der Nachrichtentechnik der DDR nach der Sowjetunion ging, wurden extreme Temperaturanforderungen gestellt (+80...-40°C). Erste Rechnungen zeigten, daß gegenüber den XRC-Lösungen besondere Stabilisierungsmaßnahmen von Strömen und Spannungen erforderlich waren (Kalendereintrag vom 11.7.80). Daraus entstand das Patent "Schaltungsanordnung fuer kombinierte, temperaturstabile Referenzspannungs- und Referenzstromquellen" (Bestandteil des KA601) [44].

Allerdings brachte der erhöhte Schaltungsaufwand ein neues Problem mit sich: der Schaltkreis mußte in zwei IC (KA601 und KA602) aufgeteilt werden. Am 11.6.1980 war der Abschlußbericht der NV7490 fällig, am 12.6.1980 wurde das Konzept im HFO bei der Entwicklungs-Leiterin Erika Godau im "Roten Salon" im Halbleiterwerk Frankurt/Oder vorgestellt (Kalendereintrag).

Im Entwicklungsbereich war unter Leitung von Erika Godau (EE) und Fritz Schackow (EEC) durch Gerhard Neugebauer und Hanno Fulde (EECA) ein Master-Slice-System IA60 ("Meisterscheibe") nach dem "Monochip"-Vorbild von Ferranti entstanden, [64]. Mit Transistoren und Widerständen belegte Chips wurden auf einem Silizium-Wafer vorproduziert, der Kunde konnte in der obersten Ebene eine einlagige Verdrahtung (in Aluminium) gestalten. Mit diesem System ließen sich kleine Stückzahlen kundenspezifischer Schaltkreise schnell und kostengünstig produzieren. HFO hatte keinerlei freie Entwurfskapazitäten, man konnte nur ein VT100-Terminal zur Verfügung stellen, der Kunde hatte Layoutprüfungen mit der HFO-Software selbst zu machen.

Von Hanno Fulde und Gerhard Neugebauer (HFO) erhielt ich den auf Millimeterpapier geplotteteten ISA-Master IA60, siehe [9], [57], [68]. 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 etwa 2000 Abstandsfehler.

Die Überleitungsberatung zum PCM-Regenerator fand am 10. Oktober 1980 im Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO) statt. (Neben dem Entwurfszentrum des HFO wurde auch ein nagelneuer "Tester 2000" besichtigt, eine Eigenentwicklung aus dem HFO).


Bild 20: Autor bei der Arbeit an einem Testfeld am Digitalisier-Zeichenbrett "Robotron REISS DIGITRON" (um 1980). Daneben stand ein Orgautomat Daro-Optima 528 mit zwei Displays NC410 sowie einem Lochbandstanzer. Rechts: Bild eines Daro-Optima 528 mit Lochbandleser und Bedienkonsole aus dem Computermuseum Halle.

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

In einem Kalendereintrag norierte der Autor: "Da im Institut keine Räume frei waren, wurde ein fensterloser, ehemaliger Kohlenkeller umgerüstet. Im Winter 1979/80 gab es Probleme mit der Heizung, es war jämmerlich kalt (unter 14°C)." Dem nebenan liegenden Heizwerk des BMHW (Berliner Metallhüttenwerke) waren die Kohlen ausgegangen.

Auf das Plotbild des Masters aus dem HFO wurde mit Bleistift das Layout gezeichnet. 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.

Zur Abhilfe entwickelte unsere erste Software-Entwicklerin Christiane Krahl für die Version 2 des KA601 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. Da eine Layoutfigur nicht doppelt digitalisiert werden sollte, wurde jede erfaßte Leitbahn-Figur im Master-Plot mit Buntstift markiert.


Bild 21: Ausschnitt aus dem Plotbild des Masters IA60 (magenta) mit der Alu-Kundenmaske eines KA601 (schwarz). Die Chipgröße betrug 2,6x3,0 mm. Alle Transistoren maßen 110x140µm.

Je nachdem, wie weit man kam, entstanden an jedem Arbeitstag einige Lochstreifen-Stückchen, diese wurden mittels Lochband-Reparaturgerät aneinander geklebt. Nach dem Verkleben stanzte man die Löcher (Bits) an der Klebestelle u.U. manuell nach. So entstand allmählich eine Lochbandrolle mit dem kompletten Layout.

Im Oktober 1980 brachte der Autor das fertige Lochband ins Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO), um die Einhaltung der Entwurfsregeln zu prüfen. Ein Layoutprüfprogramm gab es im HFO bei Hanno Fulde und Co. auf einer DEC-PDP11 bereits, aber weder Grafikbildschirm noch Grafikeditor. Alles passierte mit einem Texteditor (TECO oder EMACS?) und ASCII.

Um sich vorstellen zu können, wie dies ging, hier eine kurze Schilderung. Auf dem Lochband waren die Absolutkoordinaten jedes Punktes in der Form (x,y) gespeichert. Zunächst wurde ein Lochband-Leseprogramm gebraucht, um den Datensatz vom Lochband auf die Festplatte zu kopieren. Im zweiten Schritt wurde bereits ein intelligentes Programm gebraucht, um daraus eine kompakte Orthogonaldarstellung der Differenzen in der Form (x0 y0; dx1 dy1; dx2 dy2;... ; dxn dyn \r\n) zu machen. Damit begann jede neue Figur auf einer neuen Zeile. Im dritten Schritt konnte bereits die erste Entwurfsregelprüfung erfolgen: Zu kleine dx oder dy wurden sogleich als Entwurfsfehler gelogt, weil sie auf windschiefe Geraden hindeuteten. Da nur orthogonale Geraden und 45-Grad Diagonalen erlaubt sind, war sogleich eine Summenprüfung möglich: Die Summe aller x- und aller y-Koordinaten einer Figur mußte Null ergeben. Nun, das erste Logfile enthielt - wen wundert es - gleich einmal zweitausend Fehler, die nun in dem mehrseitigen ASCII-Listing zu suchen waren. Allein die GND-Figur war eine Seite lang. Um ehrlich zu sein: Nur mit einem Texteditor bewaffnet, war es sehr harte Arbeit.

Von Ende Oktober bis Weihnachten 1980 arbeitete ich dann im HFO, um die Fehler (meist die digitalisierten Viertelmillimeter) mittels Texteditor auf einem VT100-Terminal an der PDP11 zu beseitigen. Man fuhr täglich im ungeheizten Zug von Berlin nach Frankfurt/Oder hin und zurück. "Für die paar Pendler lohnt es sich nicht, den Zug zu heizen" verkündete der Schaffner. Verfroren, manchmal hustend oder schnupfend zurück zu Hause in Berlin-Pankow hatte man erstmal Kohlen aus dem Keller zu holen und den Ofen zu heizen. Erst eine Stunde später wurde es warm im Zimmer. Heute, im Zeitalter der Zentralheizungen unvorstellbar: Man fror im Winter oft erbärmlich - ein Zustand, den die heutige fridays4future - Jugend sicher noch kennenlernen wird.


Bild 22: Blockschaltung von KA601 (li.) und KA602 (re.). Man erkennt beim KA601 fünf Operationsverstärker, sowie zwei Blöcke zur Erzeugung stabilisierter Referenzspannungen. Der KA602 enthält zwei D-Latches, Strobe-Erzeugung und Gegentakt-Endstufen. Siehe auch den HFO-Werkstandard der IC KA601 und KA602 [60].

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 (SBC). Damals war der Begriff Gatearray noch nicht üblich, man sprach von Master-Slice (Meisterscheibe).

Layoutabschluß war unmittelbar vor Weihnachten 1980 im HFO. Im Frühjahr 1981 erhielten wir erste Muster. Leider wurden zunächst alle Chips beim Scheibentest als Ausschuß mit rotem Farbklecks markiert, Reste davon sind noch auf dem Chipfoto zu erkennen. Nun war guter Rat teuer. Wie finden wir den Fehler? Letztlich hatten die Chips [8] [10] einen Kontakt zuviel, der im HFO unter dem Mikroskop mit einem Spezial-Laser ausgebrannt werden konnte, siehe Bild 23. In Version 1 entstanden damit 5 funktionierende Chips. Um mehr über Transistoren und Technologie zu erfahren, lohnt sich auch ein Blick in Richard Kausslers Analyse des KA601 unter [110].


Bild 23: Ein fehlerhafter Kontakt in Version 1 konnte mit einem Laser ausgebrannt werden (Bildmitte). Bild von Richard Kaussler [110]. Rechts: Auszug Plotbild Version 1 vom 6.3.1981.

Die Chips wurden in der hauseigenen Hybridtechnik (Horst Schulenburg) auf ein Glassubstrat (Bild 23) gebondet. Version 2 wurde in ein DIL24-Gehäuse gebondet. Erst später folgte ein DIL18-Gehäuse.

Siehe dazu ein Layout und Plotbild des KA601 [8] sowie Blockschaltung, Bondschema, Innenschaltung, Plotbild und Layoutfoto [10].


Bild 24: Chipfoto vom KA601 Version 1 vom März 1981. Neben der Typbezeichnung ist die Layer-Nummer "1", ein INT-Telefon und die Kürzel "IK" und "GH" im Alu-Layer zu erkennen. Klick auf das Bild: Fotografie eines reparierten Chips von Richard Kaussler. Siehe auch hochauflösende Detailaufnahmen des KA601 auf seiner Seite [110].

Mitarbeiter und Berater: Systementwurf, Regelungstechnik und Filtertheorie: Manfred Höppner u.a.; Stadynet: Helfried Geupel, Beate Fiedler; Transistor-Modelle: Ingomar Krahl; Schaltungstechnik und Layout: Gerd Heinz; Zyklus II: Volker Tüngler, Horst Schulenburg; Testprogramme und Pincards: Volker Tüngler, Volker Otto, Technologie Master-Slice: Gerhard Neugebauer (HFO), Hanno Fulde (HFO); Berechnungen, Schaltungstechnik, Simulation und Layout: Gerd Heinz; Ideelle Basis bildeten die ICs EXAR262 und EXAR277 [95], siehe auch [8], [9], [10], [11], [68].


Bild 25: KA601 V2. V1 und V2: Gerd Heinz; V3 bis V5 Dr. Volker Tüngler

Bild 26: links: Plot KA601 V4: Dr. Volker Tüngler; rechts im 18-poligen DIL-Gehäuse 01/1985

(04/1983)

Bild 27: KA602 V2, Digitalteil PCM-Regenerator. Schaltungsentwurf: Gerd Heinz, Volker Tüngler, Manfred Höppner; Layout V1 und V2: Dr. Volker Tüngler [11]. Kein Layoutfoto vorhanden.

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

Mit diesen ersten zwei IC war im Institut für Nachrichtentechnik erstes Wissen zur Entwicklung eigener Schaltkreise entstanden. Erste Schaltkreise der Version 2 wurden durch NEG (Nachrichtenelektronik Greifswald) in eine PCM-Versuchsstrecke eingebaut (wo?). Diese lief viele Jahre und wurde erst gegen Ende der neunziger Jahre abgebaut (Quelle verschollen - bitte hilf mit!). Wahrscheinlich sind keine Exemplare des PCM-Regenerators als Baugruppe erhalten - oder?

Erfahrungen mit dem Entwurf des KA601 flossen später in den Entwurf des universellen ZF-Verstärkers und Demodulators KA630 durch Thomas Birke vom Funkwerk Köpenick ein [109].


3 Digitaler Teilnehmeranschluß

Außer Braunkohle, Salz und Uran besaß die DDR kaum Rohstoffe. Die Wirtschaft war in hohem Maße importabhängig. Im Verhältnis zu einer elektronischen Zentrale wog eine mit Relais arbeitende etwa zehn bis zwanzig mal soviel pro Teilnehmer. Ein Großteil des Gewichts der Relaisspulen steckt im Kupfer der Spule. Aber besonders Edelmetalle für die Relaiskontakte bereiteten in der DDR große Probleme. Auch ist die Verlustleistung von Relais um ein vielfaches höher, als die von Transistoren. Somit schien der Übergang zur elektronischen Vermittlungstechnik unvermeidlich.

Gewichtseinsparungen wurden in der Nachrichtentechnik weltweit in Etappen realisiert, vom Hebdrehwähler auf Koordinatenschalter auf Reedkontakte auf Transistorschalter. Nur kann man Transistoren nicht als direkten Ersatz für Relais nutzen. Vorab hat man das Analogsignal zu digitalisieren.

Um Kosten zu sparen, versuchte man (wie wir heute wissen) in der Vermittlungstechnik recht erfolglos, Entwicklungen im Rat für gegenseitige Wirtschaftshilfe (RGW) abzustimmen. Im INT glaubte man an den Erfolg des dezentral organisierten System 12 (mit digitalen Telefonen) von ITT/Alcatel. Im RGW war man eher den einfacher gestrickten, zentral gesteuerten Anlagen von der Art EWSD zugeneigt. Diese setzten sich letztlich auch durch.

Mit dem digitalen ISDN-Anschluß (Basic-Rate-Interface BRI) liebäugelten beide Typen, allerdings erwies sich die digital-Umstellung der bislang analogen Teilnehmerapparate als volkswirtschaftlich unvertretbar und als nicht zu bewältigende Herausforderung. So wurde dem Autor bislang kein DDR-Telefon bekannt, das einen digitalen ISDN-Anschluß (Zwei- oder Vierdraht, UK0 oder S0) geboten hätte.

In einem ersten Schritt entstand in den 70ern das teilelektronische Vermittlungssystem ENSAD [56], das bereits mit elektronischer Steuerung auf der Basis von Standard-RTL/TTL/CMOS-Schaltkreisen und Reed-Kontakten als Analogschalter softwaregesteuert arbeitete (vergleichbar mit dem System EWS-A von Siemens).

Zentrales Problem war bis zur Wende die Bauelementebeschaffung. ENSAD wurde beständig weiterentwickelt, ich erinnere mich an einen Kollegen von VT, der eine Karte zum siebenten mal mit anderen Bauelementen zu realisieren hatte. Im Tausch gegen Erdöl wurde ENSAD zwar in großem Umfang, aber hauptsächlich für den Export in die Sowjetunion produziert. Einen Einblick in Entwicklungen des INT zeitlich vor Beginn des Schaltkreisentwurfes gibt [7].


Integriertes, Digitales Netz (IDN)

Parallel zu ENSAD und parallel zu westlichen Entwicklungen (insbes. ISDN) entwickelte eine kleine Systemgruppe unter dem Bereichsleiter für Vermittlungstechnik Dr. Peter Tietze Ende der 70er Jahre ein eigenes, vollelektronisches Vermittlungssystem namens IDN (Integriertes, Digitales Netz).

Es entsprach in fast allen Leistungsmerkmalen dem ISDN, unwesentliche oder absehbar ungenutzt bleibende Dienstmerkmale wurden ausgeklammert. Es wurde eine Art "ISDN-light". Dies war insofern möglich, als die Fachzeitschriften dieser Jahre voll von Artikeln über die Planungen und über die Entwicklung digitaler Netze war, auch die Entwicklungen hin zum ISDN (mit digitalen Telefonen) konnten von unseren Systementwicklern verfolgt werden.

Im Mittelpunkt des Projekts standen aber die analogen Telefone. Millionen analoger Telefone sollten weiterhin nutzbar sein. ISDN-Dienstmerkmale waren für analoge Telefone nur insofern interessant, als sie in der Zentrale realisierbar waren.

Die Pflichtenhefte für drei Kunden-Schaltkreise der Vermittlungszentrale sowie für deren Umfeld waren von Rolf Simon (Bereich V - Vermittlungstechnik) längst geschrieben. Die Funktion der verschiedenen Einheiten, die Schnittstelllen ins Netz und zum Teilnehmer, sowie für die Software waren klar definiert.

Da die Entwicklung keine Vertraulichkeit besaß, konnte die Entwicklung zwischen beteiligten Entwicklern ungehindert kommuniziert werden. So war es dann Jahre später (1987) auch möglich, Ergebnisse dieser IC-Eigenentwicklung im Buch "MOS-VLSI-Technik" von Wolf-Dieter Fischer und René Schüffny zu publizieren, siehe Beitrag und Layouts in der Anlage von [19] sowie [74].

Das großartige Buch von Carver Mead (Caltech) und Lynn Conway (Xerox Corp.) "Introduction to VLSI-Systems" [26] kam 1981 genau richtig, um die Arbeiten am IDN enorm zu motivieren und zu beschleunigen. Dieses Buch brachte eine Revolution in den Designprozess integrierter Schaltkreise. Man denke an das Multichip-Project (MCP), oder an Dave Johannsens OM2-Machine (Kap. 5 in [26]). Sie zeigten, wie man Entwurfseffizienz durch Wiederholstrukturen um ein Vielfaches steigern kann. Dr. Karl-Adolf Zech gelang es gegen den hausinternen Widerstand durch Abt. ST (MfS), ein Exemplar in der DDR zu verbreiten. Der Aufsatz [13] des Autors diente dem Anliegen, auf diese Entwicklung in den USA aufmerksam zu machen.

Für die nSGT2-Entwürfe übernahmen wir die Idee der Lambda-Entwurfsregeln von Mead/Conway [26], die auf die nSGT2-Technologie [34] des Herstellers der IC, ZFTM Dresden, angepaßt wurden [28], [58], [59], [74]. Mit diesen wurde es möglich, schneller und mit einem gröberen Raster zu arbeiten.

Dadurch sank automatisch die Rate der Layoutfehler und der Entwurf jedes Layouts wurde beschleunigt. Auch wurde die rechentechnische Regelprüfung beschleunigt. Man vergleiche dazu die Plotbilder in [19] und [74] mit Vorbildern von M/C [26].

Zur statischen Dimensionierung der nSGT-Gatter wurde ein Arbeitsblatt entwickelt. Damit konnten die B/L-Verhältnisse der Enhancement- und Depletion-Transistoren der Gatter effizient bestimmt werden [58], S.12.

Meine Aufgabe bestand darin, die dynamischen Parameter der PLA-artigen Strukturen zu verifizieren. Es war sicherzustellen, daß die PLAs nicht zu groß und zu langsam wurden, entsprechende Bit-Verstärkerschaltungen waren zu entwickeln, der Datapath war dynamisch zu optimieren.

Verschiedene Module waren bereits prototypisch entwickelt, PCM-Sende- und PCM-Empfangsschaltkreis war gegen 1984 bis auf letzte Verifikationen fertiggestellt, einzig der Koppelfeldschaltkreis war erst begonnen worden.


Neubeginn (1984) - ISDN

Die Eigenentwicklung war auf dem besten Weg, als eine INT-weite Kehrtwende erfolgte: Um keine Alleingänge zu riskieren, wollte man auf den System-12 Standard (ISDN) aufspringen. Gegen die Argumente der Fachleute wurde eine Entwicklung begonnen, die an elementaren Bedürfnissen des DDR-Markts (Millionen vorhandene, analoge Telefone) vorbeiging.

Was dann kam, war Geheimniskrämerei, es war ein Albtraum. Und es wurde Dienst nach Vorschrift unter dem Motto "schneller fertig werden!" und "Mein Name ist Hase - ich weiß von nichts!".

MfS- und MdI- Strukturen hatten die Leitung des INT praktisch übernommen und lenkten nun die Arbeiten. Direktoren, wie Hauptabteilungsleiter waren oft nur noch Statisten. Sie wußten meist nicht einmal mehr, was in ihrem Bereich entwickelt wurde. Auch war es ihnen teilweise nicht einmal gestattet, die Arbeitsräume der eigenen Mitarbeiter zu betreten.

Durch den nun übermächtigen Geheimnisschutz war eine Zusammenarbeit verschiedener Erfahrungsträger nahezu ausgeschlossen. Und so kam, was kommen mußte.

Es bedeutete 1984 den kompletten Neubeginn der Entwicklungen - mit enormem Zeitverlust. Und es bedeutete, in einen Systementwurf einzusteigen, dessen innere Ideen und Zusammenhänge niemand vollständig verstand.

Die Geschichte sollte zeigen, daß bis 1990 noch keine Digitale Zentrale fertig war, im Gegenteil: Im Entwicklungsprozeß der Leiterkarten, Baugruppen und der Software entstanden so viele Probleme, daß die Entwicklung 1990 als gescheitert angesehen werden mußte.

Der ursprüngliche Plan, Vorbild-Schaltkreise des PCM-Koppelfeldes in der DVZ2000 zu nutzen, um parallel entwickeln zu können, ging nicht auf.

Der Verantwortliche für die Leiterplattenentwicklungen der DVZ2000 / DKS, Bernd Gansert schreibt dazu:

Unter höchster Geheimhaltung wurden irgendwoher Original-Unterlagen (VVS, GVS) zum System 12 beschafft und an wenige, speziell GVS-geheimnisverpflichtete Mitarbeiter übergeben.

Ein neuer Bereich "Digitale Vermittlungstechnik" wurde unter Leitung von Dr. Ingomar Krahl geschaffen und ein Neubau in der Allee der Kosmonauten wurde errichtet, um die Geheimnisträger so weit als nur möglich von den Experten des INT isolieren zu können. Dort sollte dann die DKS-Zentrale (DKS: Digitales Kommunikationssystem) entstehen.

Parallel dazu sollten die Koppelfeldschaltkreise im Projekt DVS (Digitales Vermittlungssystem) entwickelt werden. Schlußendlich sollten die eigenen Schaltkreise in die zu produzierende Zentrale DKS (siehe Kap.10) eingebaut werden. Damit sollte Zeit eingespart werden, wenn Software und Hardware weitgehend parallel entwickelt werden können. Soweit die Theorie.

Die Praxis aber sah anders aus. Für beteiligte Ingenieure bedeutete es einen kulturellen Bruch, nahezu das Ende eigener Befähigung. Es bedeutete, vollkommenes Neuland zu betreten und vollkommen von vorn beginnen zu müssen. Und es bedeutete, Geräte nachbauen zu müssen, die man im Detail oft nicht verstand. Der Begriff der "Layoutknechte" wurde geboren. Auch bedeutete es unendliche Geheimniskrämerei. Nicht alle Projekt- Gruppen- oder Abteilungsleiter waren GVS-verpflichbar (GVS: Geheime Verschlußsache). Nicht alle wußten alles.

Die GVS-verpflichteten Mitarbeiter aber wußten oft mehr, als die anderern Kollegen und als ihre (fachlichen) Leiter, durften aber darüber nicht reden. Dadurch bekamen Mitarbeiter oft - aus ihrer Sicht - unsinnigste Arbeitsaufträge.

So wußte mein Hauptabteilungsleiter von dem, was meine Abteilung tat, überhaupt nichts. Er durfte nicht einmal unser Großraumbüro mit der Rechentechnik betreten, die blieb für ihn lange geheim. Es entstand ein undurchdringliches Kuddelmuddel bei den Entwicklungsarbeiten. Die linke Hand wußte nicht mehr, was die rechte Hand tat.

Hatte man noch dazu Verwandte im Westen (mein Vater lebte in Westberlin), so war man vom erlauchten Kreis in entscheidenden Fragen ausgeschlossen, obwohl man hier vielleicht der einzige Fachmann war und ebenfalls eine GVS-Verpflichtung unterschrieben hatte.

Genutzt hat dieser Umbruch nur wenigen, speziell geheimnisverpflichteten Mitarbeitern, die damit Karriere machen konnten. Für mich wurde es Zeit, mich nach einer neuen Wirkungsstätte umzusehen. Mit Fertigstellung der DVS-Schaltkreise wechselte ich 1987 in das Zentralinstitut für Kybernetik und Informationsprozesse der Akademie der Wissenschaften (AdW-ZKI).

Wie kompliziert die Situation war, zeigt schon ein Stasi-Bericht [104] von 1982. Allerdings sollte dieser nicht überbewertet werden, denn nur wo gehobelt wird, fallen Späne. Oder wie Horst Bosetzky sagte: "Unter jedem Dach wohnt auch ein Ach."

Leider blieb es bis zur Wende beim System-12 und beim ISDN-Alleingang des INT. Und auch dieser reichte nicht bis zum digitalen ISDN-Teilnehmeranschluß, der war 1989 noch nicht begonnen. Der Aufbruch der 70er Jahre hatte sich Ende der 80er in lähmende Lethargie verwandelt.

Immer mehr IC mit neuen Ideen, vorrangig aus den USA, fluteten den Markt. Die DDR-Halbleiterindustrie konnte nur noch Löcher stopfen. 1989 waren weltweit wohl eine halbe Million IC-Typen entwickelt worden, im RGW kamen wir auf etwa 1500. Und Westimporte waren für eigene Produktentwicklungen tabu. Nichts ging mehr.

Dennoch hätte die DDR eine Chance gehabt, wirtschaftlich hervorragend zu überleben. Dazu hätte man nur Freihandelszonen (nach chinesischem Vorbild) einrichten müssen...


Analoger Teilnehmeranschluß

Zunächst war der klassisch-analoge Teilnehmeranschluß zu digitalisieren. Aus dem Analogsignal der Sprache waren digitale Abtastwertefolgen zu machen und umgekehrt.


Bild 31: Prinzip der Analog-digital Wandlung beim Teilnehmeranschluß. SLIC: B384 bis B387; NF-Sprachbandfilter U1001; Coder/Decoder (CODEC) U1011; STS: Teilnehmer-Anschlußsteuerung (KD310, später U1550), ZLS: PCM-Zeitlagensteuerung U1021. Linien: Rot: Analogsignal; blau: Digitalsignal. Der IASS U1550 vereinte die Funktionen von Anschlußsteuerung (STS, KD310) und PCM30-Zeitlagensteuerung (ZLS, U1021). Siehe dazu auch detailierte Chipanalysen von Richard Kaussler unter [111].

Um die in der DDR vorhandenen, analogen Telefonappparate auf Basis der Schaltungstechnik des Standard-Telefons W38, oder dessen Nachfolgern W58 oder W63 anschließen zu können, wurde unter Federführung von Uli Manicke [102] der Teilnehmer-Anschluß (Subscriber-Line-Interface-Circuit - SLIC) (Komplex B38x) entwickelt.


Bild 32: Signale im Teilnehmeranschluß, Quelle [107].

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 90 Volt. Für die Schaltkreise B384 bis B387 war im HFO eine spezielle, bipolare Hochvolttechnologie entwickelt worden, die damals international zu den Spitzentechnologien zählte. Wenn ich mich recht erinnere, war es der erste SLIC ohne Übertrager (Transformator) weltweit.

Um das Sprachsignal zu digitalisieren, war ein Coder/Decoder (CODEC) zu entwickeln, siehe Datenblatt [66]. 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, siehe Datenblatt [66] und Analyse [111].

Das Prinzip des viel einfacheren Ein-Bit-ADC, des Delta-Sigma AD-Wandlers, der mit extrem hoher Überabtastung und mit einem einfachen RC-Tiefpaß quasi ohne NF-Filter auskommt, setzte sich erst viel später weltweit durch.

Mit einer nichtlinearen 8-Bit Quantisierung ("A-law") entstanden im CODEC aus einem Sprachkanal 64 Kilobit pro Sekunde (8 Bit pro Sample, 8 kHz Abtastrate, Sprachband bis 3,2 kHz). Die nichtlineare Quantisierung wurde gebraucht, um nur 8 Bit pro Sample übertragen zu müssen. Zur Verarbeitung wurde das 8-Bit Signal intern logarithmisch auf 13 Bit (+/- 4096 Werte) gedehnt. Der CODEC war in der Lage, pro Sample ein Pulspaket von 8 Bit mit 2 MHz auszugeben. Mit der Zeitlagensteuerung (ZLS) konnte damit direkt ein PCM30-Datenstrom zusammengesetzt werden, siehe [66], [111].

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). Der CODEC arbeitet auf der Digitalseite mit Datenraten von 64 kb/s bis 2 Mb/s. Der Zeitschlitz im PCM-Rahmen wird von der Zeitlagensteuerung (U1021, später U1550) vorgegeben, siehe [102].

Um analoge Telefone über große Entfernungen treiben zu können, wurden die Hochvolt-Schaltkreise des Subscriber-Line-Interface-Circuits (SLIC) Komplex entwickelt. Der SLIC-Komplex bestand aus vier IC ( [87] bis [90]) und vereinigte die sog. BORSCHT-Funktionalitäten, bestehend aus: Battery Circuit, Overvoltage Protection, Ringing, Signaling, Coding, Hybrid coil (Gabelschaltung), Testing.

Gesteuert wurde über die Steuerschaltkreise (STS) KD310, später U1550. Bilder der Zentralen, in denen die Schaltkreise genutzt wurden, finden sich in Kap.10 sowie hier: [48], [49], [50], [51], [52].


Bild 33: Erste, im INT entwickelte Schaltkreise für digitalen Teilnehmeranschluß. Oben: NF-Sprachbandfilter U1001, Coder/Decoder U1011, Teilnehmersteuerung U1550 alias U1500PC050. Unten: Subscriber-Line-Interface Circuits SLIC-Komplex B384 bis B387 (Archiv Dr. Volker Tüngler).

Wie in Kap.8 zu erörtern sein wird, ersetzte der U1500PC050 die Funktionalität der Schaltkreise KD310 und U1021.


4 Codec/Filter-Schaltkreise (CSGT2)

Am 15.5.1980 fand im INT die Eröffnungsverteidigung zum CODEC/Filter Komplex unter Uli Manicke statt (Nachruf siehe [105]) . Am 28.5.1980 hielt Uli den ersten Vortrag über das geplante Konzept (persönliche Notizen siehe [102]).

Für den Entwurf der IC standen Helmut Teubner, Gerhard Klinger, Petra Schulze und Jürgen Funke. Chipfotos von Richard Kaussler verraten, daß das Layout wohl überwiegend im ZMD entstand, [111]. Die auf dem Chip zu findenden Initialen PK oder KP oder dK oder Kd verweisen darauf. Sie sind dem INT-Telefonbuch nicht zuordenbar.

Die Schaltkreise erledigten die Niederfrequenz-Bandbegrenzung (U1001), die analog-digital-Wandlung (U1011), die Zeitlagensteuerung (U1021) und die Einordnung des Samples in einen PCM30/32 Datenstrom (U1021). Die damals neueste Technologie der geschalteten Kapazitäten (Switched Capacitor) verlangte Anstrengungen zu Simulation der Schaltungen auf Transistorniveau, [111].

Technologiestandard war die CSGT2 (Complementary Silicon Gate Technology). STADYNET-Transistormodelle [30], [40], [81] für die Simulation kamen vom ZMD (Herr Podsziech) und wurden auf eigene Genauigkeitsbedürfnisse zugeschnitten.

Siehe auch die Datenblätter von U1001, U1011, U1021 in [103] und [66]; Reste des Transistormodells [65] sowie eine Beschreibung der Technologie unter [18]. Der TGL-Standard ist vom U1001 verfügbar unter [91].

Die Schaltkreise Codec und Filter (U1011 und U1001) waren wohl die einzigen (Ost-) Berliner IC, die im RGW nachgebaut wurden. Bei einem Besuch des ESVT-Chefentwicklers Dr. Ingomar Krahl bei VEF in Riga wurden 1989 die (durch INT nicht genehmigten) Nachbauten stolz dem Hauptabteilungsleiter EVT Bernd Gansert präsentiert, so berichtete er.

Bilder der Zentralen, in denen die Schaltkreise genutzt wurden, finden sich hier [48], [49], [50], [51], [52].

Ein Mathematiker im INT, Dr. Karl-Adolf Zech "Ali", nahm die beginnenden CMOS-Bemühungen zum Anlaß, in der Freizeit ein Programm zur Synthese von CMOS-Transistorschaltungen ausgehend vom gewünschten Gattertyp zu entwickeln, [36].

Parallel dazu erfolgte im ZMD, assistiert von Helmut Teubner's Arbeitsgruppe im INT, die Entwicklung erster sog. "Standardzellen" für CMOS-Grundgatter, siehe den allerersten U1500-Standardzellkatalog des ZMD von 1982 in [35] und [18]. Mit dem Standardzellansatz wurde die Synthese recht schnell entbehrlich.

In Verbindung mit PLA-artigen Strukturen setzte sich der Standardzell-Entwurfsstil für ASIC-Entwicklungen weltweit durch, weil Entwurfszeit für das Layout einspart werden konnte und weil recht schnell einfache, automatische Verdrahtungsprogramme für Standardzellen entwickelt werden konnten.


Bild 41: U1001 NF-Filter [91] - Antialiasing-Filter 300 Hz ... 3,4 kHz mit geschalteten Kapazitäten. Gehäusefoto von Rüdiger Kurth. Hintergrundfoto von Richard Kaussler. Siehe auch seine hervorragende Analyse in [111]. Layout: ZMD (PK oder dK?). Simulationen und Verifikationen: Helmut Teubner, Gerhard Klinger, Petra Schulze, Jürgen Funke; Systementwurf: Uli Manicke u.a.. Erster CMOS-Vollkunden IC der DDR, 1983 (ASIC).

Bild 42: U1011 Codec (Coder/Decoder 8Bit, A-law ITU G.711) mit geschalteten Kapazitäten. Gehäusefoto von Rüdiger Kurth. Hintergrundfoto von Richard Kaussler. Siehe auch die hervorragende Analyse in [111]. Layout: ZMD. Simulationen und Verifikationen: Helmut Teubner, Gerhard Klinger, Petra Schulze, Christhard "Otto" Landgraf; System: Ulrich Manicke u.a.


Bild 43: U1021 - PCM30/32 Zeitlagen- Steuerschaltkreis (ZLS) im Gehäuse vom Januar 1987. Chipfoto von Richard Kaussler. Gehäusefotos von Rüdiger Kurth/ Richard Kaussler. Layout: Jürgen Funke, Petra Schulze u.a.. Man erkennt bereits, daß der Entwurf aus miteinander verdrahteten "Standardzellen" (Gattern) besteht.

Mit dem U1021 entwickelte sich in den Jahren von 1981 bis 1983 gleichzeitig der Standardzellkatalog U1500 des ZMD, siehe [35]. In der Quelle ist noch der komplette Satz von Entwurfsregeln (auch für das aktive Gebiet etc.) enthalten. Später war es nicht mehr möglich, eigene Standardzellen zu entwerfen und in einen zu entwickelnden Schaltkreis einzubringen.

Nach 1985 war der Entwurf nur noch als Logikplan abzugeben (in der Netzbeschreibungssprache "NBS-84"). Man konnte Rechenzeit bei ZMD buchen am Entwurfssystem "DESDV". Der ASIC U1550 (Kap.8) bestand dann erstmals ausschließlich aus Standardzellen, auch für I/O-Baugruppen. [113], [118], [121].

ZMD entwickelte sich mit dem U1500-System zum DDR-Produzenten von anwendungsspezifischen IC (ASIC: Application Specific Integrated Circuit).

Der Entwurf des U1021 wurde zwar fast auf der Ziellinie vom U1550 überholt, siehe Kap.8, ging aber dennoch in die Zentralen OZ100 und NZ96 ein, deren Entwicklung schon ein wenig zu weit fortgeschritten war. Siehe auch die Analyse von Richard Kaussler in [111].


5 SLIC-Komplex (Bipolar-Hochvolt Technologie)

Um analoge Telefone über große Entfernungen treiben zu können, wurden die Hochvolt-Schaltkreise (bis zu 90 Volt) des SLIC-Komplex (Subscriber Line Interface Circuit ~ Teilnehmeranschluß) entwickelt [87], [88], [89], [90].

Der SLIC mit den IC B384 bis B387 vereinigte die BORSCHT-Funktionalitäten, bestehend aus:

Im HFO entwickelte man für den SLIC-Komplex eine spezielle bipolare Hochvolt-Technologie mit Isoliergräben. Detlev Rösener und Klaus Gräf (geb. Leder) wurden zu Pionieren der anspruchsvollen Schaltungstechnik der SLIC-Schaltkreise. Uli Manicke war auch hier der Mentor. Mit den Schaltkreisen gelang es, alle analogen Hochvolt-Aufgaben bis zu 90 Volt ohne Trafos und ohne Relais zu lösen. Siehe dazu auch [21] und [107].

Bilder der Zentralen, in denen die Schaltkreise genutzt wurden, finden sich in Kap.10 sowie in [48], [49], [50], [51], [52].


Bild 51: B384D Spannungsversorgung für Telefon [87]. Modellbildung, Simulation, Layout: Detlev Rösner, Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a. Hintergrundfoto von Richard Kaussler. Siehe auch seine hervorragende Analyse in [111].


Bild 52: B385D Testschaltung Telefon [88]. Modellbildung, Simulation, Layout: Detlev Rösner, Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a. Siehe dazu auch detailierte Chipanalysen von Richard Kaussler unter [111].


Bild 53: B386D Speiseschaltung Telefon [89]. Modellbildung, Simulation, Layout: Detlev Rösner, Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a. Siehe dazu auch detailierte Chipanalysen von Richard Kaussler unter [111].


Bild 54: B387D Analogprozessor für den Teilnehmeranschluss [90]. Man erkennt links unten die I²L-Logik zur Steuerung. Modellbildung, Simulation, Layout: Klaus Leder, Systementwurf: Uli Manicke u.a.. Layout und Fotos von Klaus Gräf, geb. Leder. Siehe dazu auch detailierte Chipanalysen von Richard Kaussler unter [111].


SLIC-B Komplex des FML (Bipolar-Hochvolt Technologie)

Zur Erhöhung des Integrationsgrades wurde etwa ab 1985 ein zweiter SLIC-Komplex als "SLIC-B" im VEB Fernmeldewerk Leipzig (FML) entwickelt. Dieser zeichnete sich durch eine Erhöhung des Integrationsgrades aus, statt 4 fanden 8 Teilnehmeranschlüsse auf einer Leiterkarte Platz.

Das FML wurde 1980 zum Stammbetrieb des VEB Kombinat Nachrichtenelektronik, dessen Forschungszentrum war das INT. Offenbar weil die Berliner Entwicklungskapazitäten im INT nicht ausreichten (wahrscheinlich aufgrund fehlender Räume und Rechentechnik), wurde auch mit Unterstützung des INT im FML (u.a. hielt der Autor Schulungskurse zu allen Fragen des IC-Designs für FML) ein zweites ASIC-Entwurfszentrum im Kombinat (aus den Abteilungen EE2 unter Helmut Kunze und EK34 unter Rudolf Wagner) aufgebaut.



Bild 55: SLIC Board Controller (SBC2000) als U1520PC201M (Plastgehäuse) und U1524FC201M (Keramikgehäuse). Der ASIC (U1500 Standardzelle CSGT2S des ZMD) war für die Ansteuerung von 8 SLICs und den dazugehörigen SLACs (Subscriber Line Audio-Processing Circuit, Vorbild AM7901) auf der Teilnehmerkarte "SLIC B" des FML vorgesehen. Simulation, Layout: Frank Ilchmann (INT), Systementwurf: Wilkin Rohr (INT/FML). ZMD-Betreuer Herr Kliemank. Layout und Fotos von Wilkin Rohr.


Bild 56: SLIC-B Karte für 8 analoge Teilnehmer für die DVZ2000 aus Leipzig. Man erkennt pro Spalte von unten nach oben die SLIC-B ASICs: U3852, B3862, B3872 und den zugekauften SLAC AM7901. Links unten befindet sich ein ZMD-IC ohne Bezeichnung. Es handelt sich um den SLIC-Board-Controller SBC2000 (U1520PC201M). Vielen Dank für das tolle Foto an Dr. Hans-Joachim Lautenschläger, ehemals FML.

Wilkin Rohr aus dem FML schreibt zum SLIC-B-Komplex:

Bleibt nur noch die Frage nach Datenblättern der Bauteile. Möglicherweise waren diese bis zum Ende der DDR noch nicht geschrieben? Wer weiß mehr dazu? Bitte meldet euch! Jeder Hinweis kann nützlich sein.


6 Steuerung Teilnehmerkarte und PCM480 Fehlerortung (I²L)

Über den Schaltkreis KD310 wird die komplette Teilnehmerschaltung gesteuert. Im VEB Nachrichtenelektronik Leipzig / Fernmeldewerk Neustadt-Glewe entstanden damit die ersten vollelektronischen Nebenstellenzentralen NZ96 [50] für 96 Teilnehmer und NZ400 [51] für bis zu 384 Teilnehmer. Die ersten zehn Anlagen der elektronischen Vermittlung ENA64 (NZ400-64) wurden 1986 für die NVA im VEB Fernmeldewerk Neustadt-Glewe produziert [92], [93]. NZ96 wurden ebenda wahrscheinlich auch ab 1986 produziert [50], [94]. Parallel dazu entstand die erste, digitale Ortszentrale OZ100 [48], [49], [77], [78] für 100 (96) Teilnehmer auf Basis eines U880 (Z80) Mikrocontrollersystems. Im Fernmeldemuseum Dresden kann das letzte, funktionierende Exemplar der OZ100 besichtigt werden. Gegenüber den Nebenstellenzentralen (NZ96 oder NZ400) ist bei der OZ100 der SLIC-Komplex vollständig vorhanden. Siehe dazu [2], [48] und [49].

Der KD320 war für die Fehlerortung in unbemannten PCM480-Ämtern und in PCM480-Regeneratoren entwickelt worden. Bilder der PCM-Ämter, in denen der KD320 genutzt wurde, finden sich in Kap.10 sowie hier [53], [55].

Beide IC, KD310 und KD320 waren auf einem digitalen ISA Master (ID30, SBC mit 490 I²L-Gattern) entwickelt worden ([9], [57]), lange bevor 1985 die CMOS Standardzell-Linie des ZMD U1500 zur Verfügung stand (deren erster IC war der U1550, siehe dort). Der KD310 muß bereits gegen 1983 fertig gewesen sein, anders ist dessen Einsatz in allen Zentralen außer DVZ2000/DKS nicht zu erklären.

Zu beiden Schaltkreisen KD310 und KD320 existieren noch Kurzbeschreibungen, siehe [21], [107], [108].


Bild 61: KD310 Teilnehmer-Steuerschaltung für digitale Zentrale OZ100. Layout: Martin Dinter, 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 62: DK410 - die an den genormten Namensraum (D für digital und K für Kunden-IC) angepasste Bezeichnung des KD310 vom März 1989, siehe auch die Aufdruck-Konventionen.


Bild 63: KD320 Fehlerortungs-IC für PCM480. Layout: Volker Tüngler, Testadapter und Testfolgen für Tester T2000 Olaf Hamann, Systementwurf: Uli Manicke u.a.


7 Digitales Vermittlungssystem (nSGT)

Wie oben erwähnt, wurde der Eigenentwurf eines Integrierten, Digitalen Netzes (IDN) zugunsten der Kompatibilität mit dem im NSW (Nichtsozialistisches Wirtschaftsgebiet) parallel entstandenen ISDN aufgegeben. IDN gab es weltweit einige, Vorreiter war die Schweiz. Hier wurden ein Dutzend unterschiedlicher PCM-Zentralen installiert mit der Folge, daß die Schweiz in den folgenden Jahren Weltmarktführer bei der Systemanpassung wurde.

ISDN war konservativ, aber westliche Elektronikzeitschriften waren voll davon. ISDN machte das Rennen damit auch für das DVS des INT. Die hier entwickelten Schaltkreise waren pinkompatibel zum Alcatel/ITT System 12, Basis war PCM30/32 mit allen ISDN-Dienstmerkmalen. Im ESEN/ESVT des RGW entschied man sich allerdings bis 1989 nicht für ISDN, man sah die Kosten/Nutzen-Relation als zu schwach an. Auch bei den Zentralen OZ100, NZ96 und NZ400 verzichtete man auf unnötige ISDN-Dienstmerkmale.

Zur Markteinführung der digitalen Vermittlungstechnik in der DDR wurde das Einführungs- Produkt DVZ2000 (Digitale Ortsvermittlungszentrale für 2000 Teilnehmer) entwickelt, siehe auch [52]. Das System wurde im Wesentlichen auf der Basis von Standardschaltkreisen unter Verwendung der digitalen Teilnehmer-Schaltkreise (CODEC, Filter, SLIC) und der Vermittlungsschaltkreise (PCM30/32-Sender, -Empfänger und -Koppelfeld) in Analogie zum System 12 konzipiert. Ein Muster wurde funktionsfähig auf der Weltnachrichtenausstellung Telecom87 in Genf ausgestellt [5].

Die Entwicklung der DVZ2000 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 ITT System 12 (ISDN) unter strikter Geheimhaltung zu arbeiten (DKS). Dazu wurde ein spezielles Entwicklungs-Team unter Dr. Ingomar Krahl gebildet in Berlin, daß in einem dafür gebauten Hochhaus in der Allee der Kosmonauten 23A/B an der Systementwicklung arbeitete, während im Entwurfszentrum Edisonstraße die nötigen PCM-Vermittlungsschaltkreise entwickelt wurden. Für den Schaltkreisentwurf waren Mitarbeiter zu gewinnen und zu qualifizieren, [34].


Bild 71: Im INT entwickelte Schaltkreise für DVS-Zentralen und für unbemannte PCM-Ämter. Die IC U1500DC007 und U1500FC008 können nicht mehr zugeordnet werden. Stattdessen finden sich auf dem Träger zwei Chips U1503 alias U1500PC003. Wer erinnert sich noch? Bitte hilf mit!

Entwickler-Team: Thomas Wehren, Ralf Ballentin, Detlev Müller, Regina Rösner, Petra Schulze, Winni Semrau, Gerhard Seeger, Frank Mattis, Dietmar Warning, Dr. Lutz Porombka, Ralf Buchmann, Dieter Martin, Peter Schiersch, Dr. Ralf Schumann, Arnold Rost, Lutz Riedeberger, Antje Anton, Andreas Kuchenreuther, Kerstin Herbstleb, Andreas Zelder, Elke Oberthür, Hardy Parus u.a.
Systementwurf: Rolf Simon, Thomas Wehren, Bernd Gansert
Elektriksimulationen, Gehäuse, Überleitung: Dietmar Warning
Rechentechnik Schaltkreisentwurf: Joachim Kolbaske, Jörg Krüger
Projektleitung Schaltkreisentwicklungen DVS: Gerd Heinz
Chefentwickler DVS: Dr. Ingomar Krahl
Koordination: Dr. Dietmar Bogk (Bereichsdirektor E, ab 1986 Institutsdirektor).
Entwicklungszeiten:
Eigenentwurf 1982-1985, siehe Reste in [19] und [74]. Federführend beim Eigenentwurf waren Rolf Simon (System) und Thomas Wehren (Datenweg-Planung und Layout). Mitarbeiter: Regina Rösener, Arnold Rost, Gerd Heinz u.a.
Pin- und funktionskompatibler Nachbau von ITT-System12 Schaltkreisen aus unbekannter Quelle: 5/1985 bis 5/1987 (alle Bilder der Seite).

Projektförderung der IC und der DVS-Zentrale erfolgte ab 1985 mit rund 18 Mio. DDR-Mark (3 Jahre) durch das Ministerium für Wissenschaft und Technik der DDR (MWT).

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, modifiziertes Tektronix 1014). Bis zu 32 Entwerfer arbeiteten in vier Schichten (rund um die Uhr). Der Autor erschien auch am Wochenende jeweils zum Schichtwechsel, um Verluste bei der Wissensübergabe zwischen den Teams zu mindern.

Ort der IC-Entwicklungen: INT Edisonstr. 63, dritte Etage etwa in der Mitte des langen Gebäudes mit Sicht auf die Edisonstraße. 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.

Da in DDR-Hochschulen zu wenige Mikroelektroniker ausgebildet wurden, gestattete der damalige Institutsdirektor Dr. Lochmann die Abwerbung [100] interessierter Mitarbeiter aus Abteilungen des INT, deren Betätigungsfelder ihren Höhepunkt überschritten hatten, d.h. die sich bislang mit Reedrelais- und Koordinatenschaltertechnik beschäftigt hatten (ENSAD etc.). Dem Autor kam die Aufgabe zu, entsprechende Umschulungen durchzuführen. Dabei entstanden verschiedene Polylux-Folien [34], [39].

Wie in Kap.3 ausgeführt, handelte es sich bei diesem zweiten Entwurf der PCM30-Koppelfeld-IC um einen pin- und funktionskompatiblen Nachbau von Schaltkreisen des "ITT System 12" (ITT/Alcatel/SEL).

Simulationen für die nSGT2-Schaltkreise U3210, 3220, 3230 (IEMS, ISES, IKOS) erfolgten mit dem [29] LSI-Simulator von Dr. Wolfgang Hecker und Kollegen aus dem Funkwerk Erfurt. Dies war kein klassischer Logiksimulator wie das hauseigene Programmsystem SIMPER (Entwickler Dr. Günter Werrmann, Hans-Henrich Schalldach) [116], [117], vielmehr wurden schaltende Transistoren direkt als Schalter abstrahiert. Lange Open-Drain-Busverbindungen konnten damit sehr einfach direkt modelliert werden - mit einem klassischen Logiksimulator wie SIMPER verzweifelte man an solchen Stellen, weil Logikplan und Schaltung topologisch nicht mehr übereinstimmten.

Damit wurde eine wesentlich höhere Entwurfssicherheit möglich (auch alle nSGT-Schaltkreise der Prozessorschaltkreise des FWE wurden mit dem LSI-Simulator simuliert). Transistormodelle für die Netzwerksimulation finden sich hier [81], [82] und unter Berücksichtigung von Kurzkanaleffekten für das Technologieniveau 4 (U1600 / U5300) hier [97], [113], [118], [121].

Der Schaltkreisaufdruck ZFTN (INT) 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 [27] für die Produktionsfreigabe vom 14.5.1987 an MME (FWE).

Verwendete Werkzeuge: Layout DS11 (HFO?), Layoutprüfung: LSIDIK [61], Testpattern: LS11 (HFO?), Logik-Syntaxprüfung: LSISYN, Logik-Simulation: LSINET [29], Netzwerksimulation: STADYNET, später NIFAN. Rechenzeit pro IC-Entwurf: Grafik: 350h, VAX: 200h, ESER1040: 80h (Zahlen aus der Übergabe-Direktive [27]).


Bild 72: U3210 "IEMS" PCM-Empfangsschaltung: Thomas Wehren, Regina Rösner u.a. Bilder von Richard Kaussler [111].


Bild 73: U3220 "ISES" PCM-Sendeschaltung: Ralf Ballentin, Petra Schulze u.a. Bilder von Richard Kaussler [111].


Bild 74: U3230 "IKOS" PCM-Koppelfeld: Dr. Lutz Porombka, Gerhard Seeger, Winni Semrau u.a. siehe auch Schaltungsfragmente unter [74] und [80]. Bilder von Richard Kaussler siehe [111].


Bild 75: Trägerstreifen eines 64-Pin Gehäuses dieser Bauart (QUIL64 - Quad In Line). Der Silizium-Chip wird innerhalb des vergoldeten Bereichs auf den Trägerstreifen aufgelötet, gebondet und mit einem speziellen Thermoplast umhüllt. Erst im letzten Arbeitsschritt werden die Brücken zwischen den Beinen ausgestanzt, die Beine werden gekürzt und in Form gebogen.


8 PCM-Schaltkreise (U15xx)

Für digitale Ortszentralen und Vermittlungssysteme auf Basis PCM30/32 [25] wurden digitale Schaltkreise in der Technologie CSGT2 (Complemantary Silicon Gate Technology) - umgangssprachlich CMOS (Complementary Metal Oxid Silicon) als U1500-Standardzelle [35], [113], [118], [121]) in CSGT2 mit 4 µm Strukturbreite und ab 1985 auch in der Technologie CSGT4 (U1600 Standardzelle mit auf die 1,5µm skalierter Strukturbreite) entwickelt. Siehe auch [18] und [34].

Siehe dazu auch die hervorragenden Fotos der Chips von Richard Kaussler [111]. Leider sind kaum noch Dokumentationen oder Fotos vorhanden. Wer erinnert sich, die ICs eingesetzt zu haben?

Zum U15xx / U16xx Standardzell-System des ZMD

Die Technologie der Standardzellen [35] entwickelte sich weltweit rasend schnell. Ähnlich wie wenn der Entwickler mit TTL-Bausteinen seine Logik aufbaut, benutzt er hier einen Katalog sogenannter Standardzellen. Das sind Logikgatter, Latches, Flipflops, Register, später auch ROM-, RAM- und PLA-Blöcke, siehe Gatterlisten in [121]. Neuerdings werden ganze Prozessor-CPUs ("Core" zB. Cortex M0) oder skalierbare Arithmetikeinheiten (Multiplier, Adder, Filter) als Standardzellen angeboten.

Der Entwickler hat nur noch die Möglichkeit, die Verdrahtung (Metall- und Kontaktlayer) zu entwerfen, ein Zugriff auf die Gestaltung des Siliziums (Transistoren) bleibt verwehrt. Damit konnte die Fehlerquote im Entwurf deutlich gesenkt werden, die Entwicklungszeiten schrumpften, die Ausbeute stieg.

In Abhängigkeit von der Qualität seiner Design-Software verdrahtet er manuell, oder er übergibt seinen Logikplan einem Router und Layoutprogramm. Vom AdW-IMath kam die Netzbeschreibungssprache "NBS-84" [113], [118] , [121], Kap.4.2, S.35 ff. ZMD entwickelte zusammen mit dem AdW-ZKI Dresden das Entwurfssystem "DESDV". Die hier aufgeführten Entwürfe sind zum großen Teil noch manuell entstanden [35].

Nomenklatur:
Erste IC erhielten eine vierstellige Nummer beginnend mit U15 für die 4µm Technologie CSGT2 oder U16 für die 1,5µm Technologie CSGT4. Da schon beim U15-System verfügbare Nummern (00...99) in kürzester Zeit ausgebucht waren, wechselte man das System. Gegen 1985 folgte auf die U15 zweistellig Chipsize und Gehäusegröße (hier 00, 02, 07, 08), danach folgten zwei Buchstaben für das Gehäuse selbst (hier PC, PF, DC, FC) und als letztes folgte dreistellig die eigentliche Nummer des IC. Siehe auch [118] dazu.

Da Nummern im Vorlauf vergeben wurden, Betreuer wechselten und immer mehr IC-Typen entwickelt wurden, die zu verschiedenen Zeiten eingespeist wurden, entstand ein heilloses Chaos, das heute kaum noch zu entschlüsseln ist. In der Produktion und bei den Kunden entstand Verwirrung, weil die IC nicht in den Bauelementekatalogen des KME auftauchten - es waren ja nur für den Kunden produzierte Schaltkreise. Auch war die ursprüngliche Nummerierung nur vierstellig (z.B. U1501 bis U1503). Jemand hatte dann diese neue Idee und machte daraus ein merkwürdiges Monstrum, wie die Gehäuseaufdrucke mit den alias-Namen beweisen.

Bilder der PCM-Gestelle finden sich hier [53], [54], [55].

INT-Team: Jürgen Funke, Petra Schulze, Gunther Thielicke, Frank Ilchmann, Christhard "Otto" Landgraf, u.a.


Bild 80: U1550 (U1500PC050) - Integrierte Teilnehmer-Anschluß-Steuerung (IASS) für PCM30/32, vlnr. Chipfoto, Plotbild vom 30.1.1985, ZFTM-Gehäuse vom Mai 1987. Siehe auch Richard Kausslers Analyse in [111]. Siehe auch ein Bild mit hoher Auflösung hier (23 MB). Layout: Jürgen Funke, Petra Schulze, Gerd Heinz; Systementwurf: Rolf Simon, Uli Manicke, Thomas Wehren, Dr. Detlef Schumann.

Der IASS U1550 ersetzte Anschlußsteuerung (KD310) Bild 61 und Zeitlagensteuerung (U1021) Bild 43 in einem IC, siehe auch Bild 100, oben. Nach dem U1021 war es der offiziell erste CMOS-Standardzell-Schaltkreis der DDR. Er war 1984/85 mit dem nun fertigen Standardzellkatalog U1500 des ZFTM in CSGT2 entwickelt worden [35]. Die Verdrahtung der Standardzellen erfolgte noch manuell, d.h. jede Leitbahn wurde noch aus Rechtecken zusammengesetzt, siehe Layoutbild. Kurioserweise erfolgte die Entwicklung als Neuerervereinbarung eigentlich "schnell mal nebenbei", da die drei Beteiligten bereits in andere Entwicklungen eingebunden waren. Man sieht es an Freiflächen im Layout.


Bild 81: U1501 alias U1500PC001 bzw. U1500CC001 - Primärmultiplexer PCM Sender, [113], [118], [121], Fotos von Richard Kaussler [111]


Bild 82: U1502 alias U1500PC002 bzw. U1500CC002 - Primärmultiplexer PCM Empfänger, [113], [118], [121], Fotos von Richard Kaussler [111]


Bild 83: U1503 alias U1500PC003 - Lichtwellenleiter Übertragungs-IC, [113], [118], [121], Fotos von Richard Kaussler [111]


Bild 84: U1502PC054, U1500PF054, U1500PC054 PLL-Schaltkreis für UKW-Funktechnik (?), [113], [118],, [121]. Gehäusefotos von Jörg Drobick, [120]



Bild 85: U1507 alias U1501D007 PCM-Meßüberwachung, [113], [118], [121]



Bild 86: U1508 alias U1500PC008 bzw. U1500FC008 PCM30-Leitungsendeinrichtung (Pufferspeicher, Fehlerüberwachung, HDB3 Coder/Decoder), [113], [118], [120], [121]



Bild 87: U1509 alias U1500DC009 Adreßdekoder (PCM30 Fehlerortung, Schleifenschaltung), [113], [118], [121]



Bild 88: U1520FC201 Anschlußsteuerung für Analogteilnehmerkarte in digitalen Vermittlungszentralen, [113], [118], [121]


9 Weitere Schaltkreise aus dem KNE

9a Schaltkreise aus Arnstadt (FMA)

Zeitlich parallel zu den Entwicklungen im INT liefen im Kombinat Nachrichtenelektronik (KNE) im VEB Fernmeldewerk Arnstadt (FMA, auch NEA) seit Ende der 70er Jahre Bemühungen, mechanische Relais-Baugruppen der "automatischen Telefonzentrale" (ATZ65) durch Silizium-Schaltkreise zu ersetzen. Im Gegensatz zum INT machte es die räumliche Nähe zum Funkwerk Erfurt möglich, Schaltkreise dort im Entwurfszentrum zu entwerfen, siehe den Aufsatz von Ulrich Liebold [124], die persönlichen Erinnerungen von Gerhard Fleischmann zum U840 [125] sowie die Vorstellung des U809 in [142].

U809 Steuerungs-IC für Vermittungszentrale ATZ65


Bild 91: Mit dem noch in pMOS realisierten U809 entstand von 1980 bis 1981 ein Schaltkreis, der die zentrale Steuerung der ATZ65 um viele mechanische Bauelemente vereinfachte. Entwickler: Gerhard Fleischmann, Gert Kloock; Klaus Wiegel; Hans-Günter Rittermann; Ekkehart Becker [142]. Fotos und Analyse von Richard Kaussler [112].

U840 CMOS-Mikrocontroller für Bit-Verarbeitung

Dieser 8-Bit Mikrocontroller hat eine Besonderheit. Er ist wohl der erste und einzige Mikrocontroller, der in der DDR erfunden und entwickelt wurde (alle anderen waren Replikate westlicher Prozessoren). 1989 promovierte Gerhard Fleischmann mit diesem IC an der TU Dresden. Zu fachlichen Details siehe auch seine sehr aufschlußreichen, persönlichen Erinnerungen ab Seite 6 unter [124] und die persönlichen Erinnerungen von Gerhard Fleischmann [125].


Bild 92: U840 Mikrocontroller für Bit-Verarbeitung in Steuerungen der Nachrichtentechnik in zwei Gehäusevarianten (XD, PLCC) und (X9, QUIL). Entwurf: Gerhard Fleischmann, Frank Krummbein, Thomas Spaete u.a.. Test: Gert Kloock, Assembler-Entwicklung: Wolfgang Grimm [124], [125]. Fotos und Analyse von Richard Kaussler [112].

Gerhard Fleischmann schreibt zu den beiden IC:


9b Gate Arrays aus dem INT

Zum U52xx / U53xx Gate-Array System

Schon der KA601 war in einer Master-Slice Technik entworfen wurden. Der Kunde bekommt eine Meister-Scheibe, die mit Transistoren, Widerständen und Bondinseln gefüllt ist. Er verdrahtet nur die Verbindungen. Mit dem Übergang auf digitale CMOS-Technologie wandelte sich plötzlich der Name: Bei CMOS sprach man nun von Gate-Array.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Die Meister-Scheiben können auf Vorrat produziert werden, das Aufbringen der Verdrahtungslagen ist vergleichsweise schnell und einfach zu bewerkstelligen. Dafür ist der Schaltungsentwurf vielfach komplizierter, als mit Standardzellen, weil jedes Gatter oder Flipflop in seine Transistoren separiert werden muß, von denen jeder einzelne zu verdrahten ist.

Insofern überrascht es nicht, daß hier Programmsysteme entwickelt werden mußten, die den Logikplan des Kunden in eine Verdrahtung auf dem Master (besser Gate-Array) umformen konnten.

Nomenklatur:
Diese lehnt sich an das U15xx-Standardzellsystem an. Auf die U52 folgt zweistellig Chipsize und Gehäusegröße (hier 01, 02, 03, 04, 05), danach folgen zwei Buchstaben für das Gehäuse selbst. Die letzten drei Ziffern sind die wichtigsten: Das ist der Name des Bauelements. Siehe dazu [118], S.35.

Mit dem Entwurfssystem "Archimedes" des ZMD auf Gatearrays U52xx wurden im INT 1987/88 folgende Gatearrays entworfen, siehe Quelle [118]. Einen Überblick geben die Quellen [113] und [121].



Bild 93: U5201PC108 Controller für Miniaturfernsehkamera MFA1040 [113], [118], [121]



Bild 94: U5201PC201 IC für Sicherungstechnik [113], [118], [121]



Bild 95: U5201PC202 Primärmultiplexer-Kanal für PCM480 [113], [118], [121]



Bild 96: U5201PC123 Vorfeldeinrichtung für kleine, digitale Ortszentrale [113], [118], [121]



Bild 97: U5201FC142 PCM30-Bündelchiffrier-IC(?) [120], [113], [118], [121]. Der IC wurde wahrscheinlich im NEG entwickelt. Foto: Jörg Drobick.


10 Ausgerüstete Zentralen

Es ist wenig darüber bekannt, wieviele Geräte und Zentralen mit unseren Schaltkreisen bis zum Ende der DDR gebaut und installiert wurden. Bislang ist bekannt, daß die Schaltkreise in den Ortszentralen OZ100, DVZ2000 und DKS sowie in den Nebenstellenzentralen NZ96 und NZ400 eingesetzt wurden.

Im Jahr 2020 lebt noch eine letzte, funktionsfähige Zentrale mit den ersten Berliner Schaltkreisen. Es ist eine Ortszentrale für 100 Teilnehmer OZ100 im Fernmeldemuseum Dresden, die von Herrn Krumbiegel und Kollegen sorgsam gehütet und gepflegt wird, [48], [49], [77], [78].

Ein PCM30-Regenerator mit KA601 und KA602 ist wohl nicht mehr erhalten. Eine PCM-Versuchsstrecke Dresden-Pirna wurde gegen 1998 abgebaut, die Geräte wurden verschrottet. Weitere Einsatzorte sind nicht bekannt. Nach Aussage von Herrn Senf vom Fernmeldemuseum Dresden soll dort aber nur ein PCM480-System verbaut gewesen sein.
Ein klärender Kontakt zu den Entwicklern der PCM30-Regeneratoren unter Leitung von Herrn Janke im VEB Nachrichtenelektronik Greifswald (NEG) ließ sich bis heute nicht herstellen. Da PCM30 auch bei der NVA und im Staatsapparat zum Einsatz kam [120], könnten sich in deren Anlagen noch Regeneratoren finden lassen.

Die Zentrale NZ400 wurde auf der Telecom87 in Genf erstmals ausgestellt [5]. Einige NZ400 sollen in Führungsbunkern der NVA überlebt haben [92]. Eine NZ400 D/64 ist noch in der polizeihistorischen Sammlung Berlin [98] zu finden, siehe Bild 102, leider ist sie nicht mehr in Betrieb.

Von der DVZ2000 (Digitale Vermittlungszentrale) für bis zu 10.000 Teilnehmer und 1200 Verbindungskanäle (Basis PCM30/120/480) [5] existierten zwei Exemplare, eines davon war auf der Genfer Telecom 1987 ausgestellt [5]. Es ist wohl kein Exemplar mehr vorhanden. Sie entstanden in Kooperation mit Nachrichtenelektronik Leipzig (NEL / FML).
Eine Produktion war nicht vorgesehen, sie besaß nicht alle ISDN-Dienstmerkmale und diente als Warenmuster vornehmlich der Kundenaquise für die Digitale Kommunikationszentrale DKS, die im Gehäuse der DVZ entwickelt wurde. Das PCM-Koppelfeld der DVZ2001 war mit Standard-TTL-IC bestückt. Siehe auch Bilder und Beschreibung im Computermuseum Halle [52].

Die Produktion der DKS-Zentrale hatte zur Wende noch nicht begonnen. Allerdings existierten auch davon mehrere Exemplare, eines im Bereich Digitale Vermittlungstechnik des INT. Ein weiteres Exemplar wurde nach Aussage von Bernd Gansert im Gestell einer DVZ2000 für 2 Mio. Rubel an die Firma Krasnaja Sarja (Morgenröte) Leningrad verkauft.
Man hoffte darauf, die Firma als Partner für ISDN/System12-Zentralen gewinnen zu können. Die DKS-Zentralen entstanden in Kooperation mit Nachrichtenelektronik Leipzig (NEL) als Zulieferer für die Gehäuse und sonstige Hardware. Bild 103 oben (Quelle [69]) gehört zur geplanten Produktionsversion der DKS.



Bild 100: OZ100 - Kleine Ortszentrale für 100 analoge Teilnehmer. Oben: Zwei Kartenvarianten (Kte 2425.4, Kte 2425.5, Kte 4431) des Anschlußes für vier Teilnehmer mit Schaltkreisen U1001 (NF-Filter) und U1011 (CODEC) sowie B384 bis B387. Ein KD310 (STS) steuert den Buszugang, ein U1021 (ZLS) die Zeitlage im PCM-Datenstrom. Unten: Prinzipbild und letzte, funktionsfähige Zentrale aus dieser Zeit im Fernmeldemuseum Dresden. Über die auf der Zentrale stehenden Telefone kann man noch immer (2020) miteinander telefonieren. In der Mitte ist das Bedientastenfeld zu erkennen. Textausgaben erfolgen über Telex auf einen Fernschreiber (nicht im Bild) [48], [49], [77], [78]. Bildquellen: oben rechts Dr. Lautenschläger (ehem. FML), restliche: Fernmeldemuseum Dresden. Etwa 50 Zentralen OZ100 wurden bis zum Ende der DDR installiert, davon drei im Dresdener Raum. Bilder: Gerd Heinz.


Bild 101: NZ96 - Nebenstellenzentrale für 100 (96) analoge Teilnehmer. Hersteller: Fernmeldewerk Neustadt-Glewe. Teilnehmer-Anschluß [50], Leiterkarten 4474 (4 Tln.) und 4721 (9 Tln.) mit Schaltkreisen U1001, U1011 und KD310, U1021, B386 und B387. Bei Nebenstellenzentralen entfällt die Hochvolt-Speisung (B384 und B385) des Teilnehmers. Daneben die Bedienkonsole der NZ96 im Computermuseum Halle. Weitere Dokumente befinden sich im Bundesarchiv/BStU [47]. Bilder: Gerd Heinz.



Bild 102: NZ400 - Nebenstellenzentrale für 64 bis 384 analoge Teilnehmer und 48 Amtsleitungen. Hersteller: Fernmeldewerk Neustadt-Glewe. Bilder vlnr: S.2 Handbuch NZ400 D/64 [99]; NZ400 D/64 der polizeihistorischen Sammlung Berlin [98] - Türen offen/zu; Bedienkonsole; Teilnehmeranschluß-Leiterkarten für 12 und für 4 Teilnehmer [51] mit Schaltkreisen U1001, U1011, KD310 und U1021. Gebootet wurde die NZ400 mit einem Kassettenlaufwerk, siehe Bild oben. Aufgrund ihrer Kompaktheit wurde nach der MSN70 die NZ400 zum Standard bei der NVA sowie in neu eingerichteten Führungsbunkern (verbale Aussagen verschiedener Entwickler). Bilder: Gerd Heinz.


Bild 103: Zentrale DVZ2001 (Messe-Flyer Leipzig 1988) und Teilnehmer-Anschluß für acht analoge Teilnehmer "TS8" mit B384, B385, B386, U1001, U1011, U1021, U1550. Die Karte kam wahrscheinlich in der DVZ2000 zum Einsatz. Kein Exemplar mehr bekannt. Bild: Martin Gericke [7]. Siehe auch Bilder und Beschreibung im Computermuseum Halle [52].


Bild 104: PCM-Konzentrator S860.046-60202 der DKS-Zentrale mit U3210 und U3220 [52]. Die Aufschriften U3210 und U3220 waren nicht mehr zuordenbar. Sie wurden im linken Bild hoffentlich richtig nachgetragen. Es sollen 5x U3210 und 4x U3220 auf der Karte gewesen sein (Quelle Bernd Gansert, Hauptabteilungsleiter EVT [101]). Die Koppelfeldkarte (derzeit kein Exemplar mehr bekannt) enthielt 16x U3230. Die Entwicklung war zur Wende noch nicht in Produktion und wurde abgebrochen. Weitere Bilder siehe [69]. Fotos von Torsten Hoffmeister, Berlin (l) und Rüdiger Kurth (r), Robotrontechnik Halle.


Bild 105: PCM480-Regeneratoreinschub mit Fehlerortungs-IC KD320 im Fernmeldemuseum Dresden. Der Regenerator war auf der PCM480-Versuchsstrecke Dresden-Pirna im Einsatz, siehe [53] und [55].

Auf dem Gebiet der Lichtwellenleiter war insbesondere die Dresdener Außenstelle unter Leitung von Herrn Dr. Glaser aktiv. Die Arbeiten begannen im INT Dresden gegen 1970 [123]. Der damals amtierende Institutsdirektor Dr. Dietmar Lochmann schrieb dazu im Aufsatz [23]:

In Verbindung mit PCM hatte die Lichtleitertechnik den Vorzug, relativ abhörsicher zu sein, siehe brisante Details dazu in [120] und in [122].


11 Nachwort zur technischen Ausstattung

Im Schaltkreisentwurf hat man nur einen "Schuß", der sehr teuer ist. Er muß ins Schwarze treffen. Hat ein Schaltkreis einen einzigen Fehler (ein fehlender Kontakt im Layout, ein falscher Widerstandswert, ein Verdrahtungsfehler, ein Fehler bei einer Schaltungsberechnung, ein Fehler im Strommodell eines Transitors, einen Logikfehler, ein Timing-Problem etc.), dann funktioniert dieser IC nicht. Ein halbes Jahr Arbeit und viel Geld wurden dann verbrannt. Die Schaltungsentwicklung beginnt und endet mit einer Elektrik- oder Netzwerk-Simulation. Dabei fand permanent neue Entwurfs-Software Eingang in die Entwicklungen. Den CAD-Stand von 1986 zeigen in Soft- und Hardware die nicht mehr zuordenbaren Vortragsfolien in [83]. Fast monatlich kam neue Software ins Haus. Ein kleines Team von Softwareentwicklern unter Matthias Oldag (ECE4) wurde aufgebaut, hatte aber das Problem, in den ersten Jahren nicht unsere NSW-Rechentechnik sehen zu dürfen. Matthias verließ uns frustriert, um sich seiner Leidenschaft, der Musik, intensiver widmen zu können. Er schaffte es zu einem Eintrag in der Wikipedia.

Erste Elektrik-Simulationen für den PCM-Regenerator erfolgten mit Lochkarten [40] unter PL/1 im Programmsystem STADYNET aus dem AdW-IMath auf ESER EC1040 (Nachbau IBM360), Programmbetreuer waren Herr Geupel und Frau Fiedler, die in der Außenstelle Altglienicke saßen. Das Inhaltsverzeichnis unserer allerersten Modellbibliothek von 1980 zeigt [30]. Die Bibliothek hatte bereits viele Seiten. Man erkennt Bipolartransistoren (PNP, NPN...) aber auch n- und p-Kanal-Transistoren (NC..., PC...). Bis 1984 lief die Jobsteuerung auf Basis von Lochkarten [40], ab 1985 konnten Stadynet- oder NIFAN-Jobs über die serielle Schnittstelle unserer PDP11 an den EC1040 übergeben werden.

Der auf PDP11 und microVAX laufende Netzwerksimulator NIFAN des HFO zeichnete sich durch einfaches, aber leistungsfähiges User-Interface aus. Im Unterschied zum international weit verbreiteten Programm SPICE konnten Schaltungen sehr sauber komplett hierarchisch aufgebaut werden. So konnte man z.B. bei dynamischen Speichern bei Bedarf Transistormodell oder inneres Kapazitätsmodell des Transistors für genauere Simulationen austauschen, vgl. [15], [16], [41], [42]. NIFAN war in einer Arbeitsgruppe um Herrn Gärtner (HFO, später "Gärtner Electronic-Design" Frankfurt/Oder www.ged.de) entstanden.

NIFAN lief auch unter FORTRAN unter dem Betriebssystem SVM auf ESER EC1040 (alias R40, Nachbau des IBM System/360) wie auf DEC-Rechnern (PDP11; VAX/VMS) mit VT100-Terminals (später VT220 und VT340) und angeschlossenem Calcomp-Plotter: Erstmals konnte man die Ergebnis-Zeitfunktionen farbig plotten (Syntax-Beispiele und Plots siehe [42]). Für die Überprüfung der Entwürfe standen je nach Technologie und Hersteller etwa 50 Programme in verschiedenen Programmumgebungen zur Verfügung.

Simulationsergebnisse wurden auf einem Trommeldrucker (EC 7031) oder einem Kettendrucker (EC 7039) auf Endlospapier in einem Pseudo-Grafikmode [41] ausgegeben. Logiksimulationen erfolgten zunächst für nSGT- und CMOS-Schaltungen mit dem hauseigegen Programmsystem SIMPER [116], [117] anfangs auf Lochkartenbasis. nSGT-Schaltungen wurden etwa ab 1985 mit dem LSI-Simulator aus dem FWE simuliert.

Rechentechnik des RGW (ESER 1040 - IBM 360, ESER 1055 - IBM 370) war damals extrem teuer, groß und an Lochkarten oder Lochstreifen gebunden. Kleinrechner als Nachbauten auf Basis von DEC's PDP-8 und PDP-11 waren erst im Kommen.

Unser erster Grafik-Arbeitsplatz stand gegen 1981 zur Verfügung. Es war ein "KULON" (ISOT 310), eine bulgarische Komposition auf Basis des PDP-8/L. An einer Zentraleinheit hingen zwei Grafik-Arbeitsplätze mit einer grünen Grafik-Speicherbildröhre (wahrscheinlich ein Nachbau des 19-Zoll monochrom-Terminals Tektronix 4014). Da Layouts mehrere Layer besitzen (SBC 7 bis 9, CMOS 12 bis 15), verursachte die grün-in-grün Darstellung von Layouts viele Fehler. Daten befanden sich auf zwei 19-Zoll Wechselplatten mit je 2 Megabyte.

Plots erfolgten anfangs auf einem russischen Kreuztischplotter (2x2 m, 800 kg). Dieser war zu langsam, er hatte nur einen Halter für eine Kugelschreiber-Mine. Die Farben waren separat zu plotten, der Plotter verschwand wieder. Einige Bilder blieben erhalten, sie sind unter [74] zu finden. Man plottete bei Übergabe von Layouts beim Hersteller, z.B. 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 dem NSW (Nichtsozialistisches Wirtschaftsgebiet). Hier konnte nur Schalck helfen. Etwa ab 1983 stand eine PDP-11 für die Zusammenstellung von STADYNET- bzw. NIFAN-Jobs zur Verfügung. Der Autor schrieb damals einen "STADYNET-Joberfasser". Mit Hilfe dieses Programms wurde die Jobsteuerung (Lochkarten) im Prinzip durch ein Textfile ersetzt. Man stellte interaktiv am VT100-Terminal seinen Job zusammen und sandte ihn über die RS232-Schnittstelle an den eine Etage tiefer stehenden Großrechner. Lochkarten wurden nicht mehr gebraucht, alles ging wesentlich schneller. Etwa zur selben Zeit konnten die ersten drei Farbgrafik Workstations Tektronix-4113 beschafft werden, die zunächst nur für die Entwicklungen zum DVS im Vierschichtbetrieb zur Verfügung standen.

Etwa 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.

Die Kommunikation erfolgte im Zeitalter vor Internet, USB oder WLAN ausschließlich über die serielle Schnittstelle (RS232), damals üblicherweise mit 9600 Baud (unglaublich langsam). Im Gegensatz zur differentiellen TTY-Schnittstelle besaß die serielle Schnittstelle mehrere Signalleitungen, damit war eine saubere, differentielle Signalübertragung unmöglich. Die Folgen waren verheerend. Auf der gegenüberliegenden Straßenseite des INT (Edisonstr.63) lag das Transformatorenwerk Oberspree (TRO). Dort testete man täglich Transformatoren. Die kurzen Netz-Aussetzer und Überspannungsspitzen brachen ab und an die Kommunikation zwischen den Rechnern ab. Oft verursachten sie Abstürze der Computer. Als Abhilfe wurde ein riesiger Trenntransformator eingebaut, der unsere Rechner schützen sollte. Aber auch dieser half nicht viel. Datensicherungen erfolgten deshalb vorteilhafterweise nachts.

Gleich nach Gründung des Entwurfszentrums war ein Sondentaster AVT100 bestellt worden. Der Tester erlaubte es, mit bis zu 100 Tastsonden (Nadelspitzen) auf den Kontaktflächen des noch im Scheibenverbund liegenden IC aufzusetzen, um parametrische Messungen vorzunehmen oder um funktionierende Bauelemente auszusortieren. Auf der Scheibe sind stets nicht alle Bauelemente in Ordnung, die Ausbeute lag je nach Technologie damals bei 5% bis 50%. Nur funktionierende Bauelemente werden anschließend verkappt und kommen dann als fertige IC zur Endmessung (Warenausgangstest). Ein weiteres Problem kam hinzu. Das INT steht auf sandigem Grund. Donnerten schwer beladene LKW die Edisonstraße hinab, hüpften die Nadeln auf den Bondinseln. So mußten auch AVT-Messungen abends oder nachts erfolgen. Im Thüringer Museum für Elektrotechnik ist noch das Nachfolgemodell des AVT100, ein letzter AVT110 von 1989 erhalten, siehe Bilder.


Bild 101: vlnr: AVT110 mit Tisch; Blick auf den Sondenring (Probecard); einzelne Tastsonde. Fotos des AVT110 und der Einzelsonde: Stephan Hloucal, Thüringer Museum für Elektrotechnik, Erfurt [67] Foto Probecard: GH (Sondenring aus dem Industriesalon Schöneweide). Sondenring und Einzelsonde stammen von verschiedenen Ausstattungsarten des AVT. AVT und Einzelsonde sind für den Labortest eingerichtet, der Ring mit gelöteten Nadeln stammt aus einer Produktionsstrecke.

Weltweit entstanden bis zur Wende 1989/1990 etwa eine halbe Million Schaltkreistypen. In der DDR waren es bis dahin etwa 1500 Typen, im RGW vielleicht doppelt soviele. Sozialistische Planwirtschaft hatte der rasanten, technischen Entwicklung der kapitalistischen Weltwirtschaft nichts entgegenzusetzen. Der kalte Krieg war verloren.

Während in obligatorischen, gesellschaftlichen Veranstaltungen (Schule der sozialistischen Arbeit, Gewerkschaftsversammlungen, FDJ-Versammlungen, Parteilehrjahr etc.) Lenins These vom faulenden und sterbenden Kapitalismus täglich vorgebetet wurde, konnten sich denkende Menschen im Westfernsehen täglich vom Gegenteil überzeugen. Lenin ignorierte, daß ein faulender, kapitalistischer Großkonzern in Insolvenz gehen kann, während ein faulendes, diktatorisch geführtes, sozialistisches Staatsmonopol diese Chance nicht hat.

(Alle Angaben ohne Gewähr).


Quellen

Die Recherchen zum Thema zeigten eine dürftige Quellenlage. Entweder waren es zu Haus vergessene Kopien oder Notizen, es waren restlos vergilbte Ormig-Abzüge oder es waren mißglückte Plotbilder, die die Zeit in irgendeinem Winkel oder Ordner überdauerten. Die Abwicklung des INT verlief überstürzt und voller Hast. Die Bibliothek wurde aus dem fünften Stock direkt in unten stehende Müllcontainer gekippt. Akten flogen aus den Panzerschränken aus dem Fenster, so berichtete man. Denkende Menschen im Osten wie im Westen waren nervös und verzweifelt. Die im Osten, weil sie wußten, daß es wirtschaftlich so nicht weitergehen konnte. Die im Westen, weil sie die sozialen Verwerfungen ahnten, kämen nun Millionen Arbeitslose aus dem Osten herüber. Vieles flog in den Müll, was dort nicht hinein gehörte. Das INT-Grundstück gehörte wieder AEG und Siemens, die es verkauften. Gehälter konnten nicht mehr gezahlt werden, die Leute wurden entlassen. Schließlich waren mit der überstürzten Einführung der harten D-Mark fast alle Betriebe im Osten innerhalb kürzester Zeit insolvent. Es waren sehr viele Betriebe: Im Osten herrschte Vollbeschäftigung, siehe eine Auflistung der Elektrotechnik-Firmen in [63]. Nur weniges überdauerte.




Danksagung

Vielen Dank an alle Helfer und Mitstreiter, die mitgeholfen haben! Zu Beginn der Recherchen 2015 schien es unmöglich, dieses schon vergessen geglaubte Stück Geschichte wieder ans Licht zu bringen, dank Eurer Hilfe wurde es möglich! Danke!

Vielen Dank an unerwartete Hilfe von außen: An Martin Gericke vom BKFN, an Rüdiger Kurth von Robotrontechnik Halle, an Stephan Hloucal vom Thüringer Museum für Elektrotechnik, an Herrn Maaß, Herrn Baumann und Herrn Wenzlaff von der polizeihistorischen Sammlung Berlin für die Unterstützung der Recherche zur NZ400 und an Lothar Schauer für die Recherche zum ISA-System des HFO.

Vielen Dank auch an Wilkin Rohr aus dem FML für den interessanten Beitrag zur SLIC-B-Entwicklung und zum SBC2000.

Ein besonders großes Dankeschön geht an Richard Kaussler, dessen hervorragende Chipfotos und Analysen viele Details aus dem Vergessen holten.

Mein besonderer Dank gilt Dieter Krumbiegel und Kollegen vom Fernmeldemuseum Dresden. Hier "leben" die allerletzten unserer Schaltkreise in einer funktionierenden OZ100 im Wählersaal noch immer!

Und Dir, lieber Peter Salomon, sei gedankt für die vielen kleinen Kommentare, Anregungen und Diskussionen, sowie für Deine umfangreichen Webseiten und Dein Buch. Damit ließ sich manche Unklarheit aufdecken.

Nicht zuletzt vielen Dank an die wertvolle Hilfe aus den eigenen Reihen: Vielen Dank an Dr. Volker Tüngler, dessen Schaltkreissammlung die Basis der Mikroskopaufnahmen bildete. Klaus Gräf (geb. Leder) konnte die hervorragenden Bilder vom B387 beitragen. Dr. Dietmar Bogk brachte die strategischen Details zur Entwicklung der DDR-Nachrichtentechnik ein. Dank an Dr. Dietmar Warning, er steuerte wichtige Informationen zum KD310 und KD320 bei, sowie an Bernd Gansert für wertvolle Informationen zum Digitalen Vermittlungssystem. Nicht zuletzt stellte Dr. Karl-Adolf Zech Materialien zum Design for Testability und zu DDR-typischen Rahmenbedingungen zur Verfügung.

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