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Die Erfindung betrifft eine Vorfeldeinrichtung mit einem Amtsteil und einem über eine Stammleitung mit dem Amtsteil verbundenen und ferngespeisten Ortsteil an welchen Teilnehmerleitungen angeschlossen sind, mit einer Fernspeiseeinrichtung und einem Rufgenerator.
Die Fernspeisung von vermittiungstechnischen Anlagen über die Datenleitungen ist bekannt.
So wird etwa in der US-PS-4 685 129 eine Leistungsübertragungsanordnung für Kommunikationssysteme beschrieben, weiche auf einem Paar von Übertragungsleitungen zwischen einem Zentralamt (central office) und einer abgesetzten Netzwerk-Abschlusseinheit (network termination unit) mithilfe zweier Transformatoren nicht nur die Übertragung der digitalen Nachrichtenpulse sondern auch die Übertragung der Versorgungsleistung für die Benutzer-Anschalteeinheit gestattet. Die Netzwerk-Abschlusseinheit umfasst dazu eine Leistungsumwandlungseinheit, wie etwa einen Standard-DC/DC Wandler, zur Bereitstellung der internen Versorgungsspannung insbesondere für die Übertragungs-Anschlusseinheit (transmission interface), über weiche entweder digitale Telefonapparate oder andere digitale Datenendgeräte angeschlossen sein können.
Die in der US-PS-4 685 129 gelöste erfinderische Aufgabe ist die Verringerung der Energieverluste bei Fernspeisung einer Netzwerk-Abschlusseinheit über die Übertragungsleitungen, was bei dem geringen Stromverbrauch von Netzwerk-Abschlusseinheiten für den Anschluss digitaler Endgeräte durch die beschriebenen Massnahmen möglich ist. Da die Signalisierung digitaler Endgeräte nicht durch Senden einer Rufwechseispannung sondern über ein digitales Signalisierungsprotokoll erfolgt, kommt die beschriebene femgespeiste Netzwerk-Abschlusseinheit ohne Rufgenerator aus.
Rufsignale werden in Ortsteilen von Vermittlungsanlagen üblicherweise in Rufgeneratoren durch Rechteck- bzw. Trapez-Generatoren erzeugt, wobei durch nachgeschaltete Filter die Kurvenform des erzeugten Signals einem Sinus angenähert wird. Die Verstärkung der Signale erfolgt in linearen Verstärkern, welche relativ niedrigen Wirkungsgrad aufweisen, ausserdem aus betriebstechnischen Gründen kurzschlussfest gestaltet werden sollten und daher grossen Aufwand für Kühlung und überdimensionierte Bauteile erfordern. Wegen des niedrigen Wirkungsgrads herkömmlicher Ausführungen benötigen diese grosse Betriebsleistungen, womit die wünschenswerte Fernspeisung aus den Stammleitungen nicht sinnvoll durchführbar ist.
Die Anpassung der herkömmlichen Ausführungsformen an neue Anforderungen, wie etwa Änderung der Ruffrequenz, ist nur durch Anderung der Bestückung möglich.
Aus der US-PS-4 192 975 ist eine Einrichtung für die Versorgung von Teilnehmeranschlüssen mit Gleich- und/oder Rufwechselspannung bekannt, welche einen als Rechteckgenerator mit nachgeschaltetem Tierpassfilter ausgeführten Rufgenerator aufweist Der Rufgenerator umfasst eine hochfrequente Pulsquelle, Zwei-Polaritäts-Schalter und einen Steuergenerator. Die Pulsquelle wird durch einen Rechteckgenerator mit festem, symmetrischem Puls-Pausenverhältnis gebildet, an dessen Ausgang über einen Transformator zwei Zwei-Polaritäts-Schalter angekoppelt sind, weiche mit Pulsen mit zum Rechtecksignal des Rechteckgenerators definierter Phasenverschiebung angesteuert werden und über weiche somit eine Rechteckspannung mit variablem Puls-Pausenver- hältnis über das nachgeschaltete Tiefpassfilter an die Teilnehmerleitungen anlegbar ist.
Der Steuergenerator umfasst einen Sinusgenerator und führt an seinem Ausgang die Ansteuersignale für die Zweipotaritätsschatter, durch weiche der Zeitverlauf des Puls-Pausenverhältnisses der Rechteckspannung vorzugsweise sinusförmig gesteuert wird. Der grosse Aufwand an magnetischen Bauelementen für die Pulserzeugung und Pulsübertragung (1 Leistungs- und 2 Ansteuertransformatoren) bedingen eine mechanisch relativ grosse und schwere Ausführung. Die komplexe Struktur des Leistungsteil mit insgesamt 4 Leistungsschaltern, die aufwendigen Zwei-Polaritäts-Schalter und ihre potentialfreie Ansteuerung machen die Integrierbarkeit der Anordnung unmöglich.
Der Rufstrom durchfliesst in der beschriebenen Anordnung jeweils 2 Schaltstrecken von Leistungsschaltern und zwei Diodenstrecken, wodurch der Wirkungsgrad der Anordnung unbefriedigend ist. Die Ansteuerung der Schalter des Rechteckgenerators ohne definierte Totzeiten reduziert den Wirkungsgrad der Anordnung noch weiter, was den Einsatz im Zusammenhang mit ferngespeisten Anlagen unvorteilhaft gestaltet.
Aufgabe der Erfindung Ist es, die Nachteile der bisherigen Lösungen zu vermeiden und eine flexibel konfigurierbare Vorfeldeinrichtung anzugeben, welche niedrige Gesamtbetriebsleistung verbraucht und daher vorteilhaft fernspeisbar ist und weiche einen Rufgenerator umfasst, der bei geringem Bauelementeaufwand hohen Wirkungsgrad aufweist, und an welche bis zu mehr als vier analoge Teilnehmerendgeräte anschliessbar und mit Rufsignalen versorgbar sind.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einer Vorfeldeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Fernspeiseeinrichtung (108) einen Fernspeisewandler (3) umfasst, wobei zur Umwandlung der über die Stammleitung zugeführten Spannung in eine Gleichspannung (UR) der Fernspeisewandler als getakteter Gleichspannungs-Umsetzer ausgebildet ist, und dass der Rufgenerator mindestens einen Schaltsteller (71 bis 74) zur Erzeugung insbesondere einer sinusförmigen oder zumindest sinusähnlichen Rufwechselspannung (RS) aus der Gleichspannung (UR) umfasst.
Durch die Kombination einer an sich bekannten Fernspeiseeinrichtung mit einem getakteten Gleichspannungs-Umsetzer und einem an sich bekannten getakteten Rufgenerator wird in der erfindungsgemässen Anwendung einerseits eine besonders effiziente Umsetzung der über die Stammleitung zugeführten Betriebsenergie auf die unterschiedlichen Betriebspannungspegel der Vorfeldeinrichtung, wie etwa die Versorgungsspannung der digitalen Logikschaltungen und die Versorgungsspannung (UR) des Rufgenerators, erreicht.
Im Zusammenwirken mit der besonders niedrigen Verlustleistung des mit einem Schaltsteller ausgerüsteten Rufgenerators, verglichen mit herkömmlichen Rufgeneratoren - aber auch im Vergleich mit der aus der Literatur bekannten Anordnung mit Pulsgenerator und Zwei-Polaritäts-Schaltern - wird andererseits die Fernspeisung der Gesamtanordnung vorteilhaft ausnützbar.
Die Erzeugung einer sinusähnlichen Rufwechseispannung gestattet den Anschluss herkömmlicher Teilnehmerapparate ohne weitere Anpassungen. Zusätzlich ist bei der Verwendung eines Schaftstellers im Rufgenerator die Kurvenform nicht auf sinusähnliche Wechselspannungen beschränkt ; durch geeignete Ansteuerung ist nahezu jede beliebige Kurvenform erzeugbar.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die vom Fernspeisewandier erzeugte Gleichspannung mindestens doppelt so gross wie der Spitzenwert der Rufwechselspannung ist.
In diesem Fall reicht zur Glättung der vom Schaltsteller erzeugten rechteckförmigen Spannung ein einfaches LC-Tiefpassfilter aus. Es lassen sich auf diese Weise Koppeltransformatoren zur Übersetzung des Rufspannungspegels vermeiden, wodurch Baugrösse und Kosten eingespart werden können.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Rufgenerator (105) einen Steuerteil (6) und einen Leistungsteil (7) umfasst, dass der von Taktsignale und digitalen Steuersignalen angesteuerte Steuerteil (6) zumindest je eine Ablaufsteuerung (21), einen Sinusfunktionsblock (22, 22') sowie mindestens eine Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23, 23') aufweist, und dass der Leistungsteil (7) durch mindestens einen digital pulsbreitenmoduliert gesteuerten Schaltsteller (71 bis 74) mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter (9, 10) gebildet ist. Durch die Verwendung von digitalen Steuersignalen wird eine integrationsfreundliche und kostengünstige Lösung der Aufgabenstellung ermöglicht.
Eine Ausbildung des Steuerteils sieht vor, dass Steuereingänge (RNGAx, RNGBx) jedes Schaltstellers (71 bis 74) an Ausgänge einer Verknüpfungslogik (33) geführt sind, so dass an diesen Steuereingängen (RNGAx. RNGBx) komptementäre Signale mit periodischen, insbesondere sinus- ähnlichen Tastverhältnissen und definierten Pulsdauer und Totzeiten anliegen, dass an die Eingänge der Verknüpfungslogik direkt bzw. über einen Komparator (34) die Ausgänge von die Pulsdauern und Totzeiten bestimmenden und von Taktsignale (REF48, T1) beaufschlagten Zählern (31, 32) geführt sind, von denen wenigstens einer (31) ladbar ist, wobei dessen Ladeeingänge (AMP) mit Ausgängen des Sinusfunktionsblocks (22) verbunden sind und eine digitale Darstellung für den Momentanwert der Rufwechselspannung führen.
Dadurch ist die abgleichfreie Erzeugung der Ansteuersignale für die Schaltsteller mit wohldefinierten Puls- und Pausendauern einfach realisierbar.
Eine weitere Ausbildung des Steuerteils sieht vor, dass die Ablaufsteuerung (21) wenigstens einen Stufenzähler (41) umfasst, dessen Takteingang von einem Stufentakt (120RF) beaufschlagt und mit einem Frequenzvielfachen der Rufwechselspannung getaktet ist, dass die höherwertigen Stufennummern führenden Ausgänge (Q2 bis Q5) des Stufenzählers (41) zur Adressierung und Auslesung der digitalen Darstellung des jeweiligen Momentanwerts der Rufwechseispannung an Eingänge des Sinusfunktionsblocks (22) geführt sind und dass der höchstwertige Ausgang (Q6) mit einem Eingang (SEL) der Verknüpfungslogik (33) verbunden ist.
Durch die getrennte Erzeugung der Folge von Stufennummern Im Stufenzähler und nachfolgende Umwandlung in eine digitale Darstellung für den Momentanwert der Rufwechselspannung ist sowohl der einfache Wechsel der
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Ruffrequenz als auch die Anpassung der Kurvenform der Rufwechselspannung ohne Änderung des schaltungstechnischen Konzepts möglich.
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nach Frequenz der Rufwechselspannung vorzugsweise die Hälfte bzw.
ein Viertel der Frequenz des Stufentakts (120RF) beträgt, anliegt und an dessen Zähltakteingang ein zweiter Takt (REF48) mit einer Frequenz, welche vorzugsweise ein Viertel der Frequenz des ersten Takts beträgt, anliegt, wobei dessen höchstwertiger Ausgang (Q2) des Mischungszählers (43) an den Steuereingang einer Addierschaltung (42) geführt ist über weiche die höherwertigen Ausgänge (02 bis Q5) des Stufenzählers (41) mit den Eingängen des Sinusfunktionsblocks (22) verbunden sind und welche die fallweise Addition einer "1" zum Ausgangszustand des Stufenzählers (41) ausführt, sodass zusätzlich zu den im Sinusfunktionsblock (22) abgelegten digitalen Momentanwerten der Rufwechselspannung eine festgelegte Anzahl weiterer dazwischenliegender Werte durch Mischen der im Sinusfunktionsblock abgelegten Werte erzeugbar sind,
indem durch die Ablaufsteuerung nacheinander ein für jeden Zwischenwert festgelegtes periodisches Muster aus benachbarten Werten des Sinusfunktionsblocks adressiert und ausgelesen wird. Durch diese Massnahme wird die Anzahl der für die Unterschreitung eines bestimmten Klirrfaktors der Rufwechseispannung notwendigen Stufen niedrig gehalten. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft durch Reduzierung der Wortbreite und damit des Umfangs des Sinusfunktionsblocks und der Zähler aus, wodurch eine kostengünstige Realisierung des Ortsteils möglich wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung mit einem Rufgenerator (6, 7) welcher zur Erzeugung mehrerer zueinander phasenverschobener Rufwechselspannungen mehrere Leitungsteile oder wenigstens mehrere Schaltsteller, weiche mit wenigstens einem Steuerteil verbunden sind, umfasst, bietet bei ferngespeisten Vorfeldeinrichtungen den besonderen Vorteil eines gleichmässigen Leistungsflusses. Durch die Phasenverschiebung der Rufwechselspannungen zueinander und die daher in gleicher Weise phasenverschobene Leistungsaufnahme der einzelnen Leitungsteile des Rufgenerators kann man m Ortsteil ohne grössere Energiespeicher auskommen und dabei trotzdem eine grosse Reichweite für die Rufsignale erreichen.
Aus der AT-PS-337 784 ist eine Anordnung bekannt, bei welcher für jeweils eine Gruppe von Teilnehmern zur Erkennung von Kurzschlüssen auf den Teilnehmerleitungen Halbleiterschalter in Serie zum Rufstromgenerator angeordnet sind, welche geöffnet werden können, sobald von weiters vorgesehenen Stromüberwachungselementen und Auswerteschaltungen ein Kurzschluss in einer der Teilnehmerleitungs-Gruppen erkannt wird
Durch diese Anordnung kann wohl der Weiterbetrieb und die Versorgung mit Rufstrom der Mehrheit von Teilnehmern selbst im Kurzschlussfall sichergestellt werden, jedoch fallen zwangsweise alle Teilnehmer der Teilnehmer-Gruppe in welcher der Kurzschluss aufgetreten ist aus ; weiters ist der schaltungstechnische Aufwand wegen der zusätzlich vorzusehenden Halbleiterschalter nicht unbeträchtlich.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist daher, den Rufstromgenerator gegen Überlastung zu schützen.
Dies wird dadurch erreicht, dass mindestens einer der digital gesteuerten Schaltstelter (71 bis 74) mit Mitteln (28, 29, 30) zur Überstromüberwachung ausgestattet ist, deren Signalausgänge zur unmittelbaren Abschaltung jedes Schaltimpulses des jeweiligen Schaltstellers an Überwachungseingänge (RES1) der Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23) bzw. an Überwachungseingänge (RES2) einer Treiberschaltung (27) geführt sind. Durch diese Ausführungsform werden ohne Zusatzmassnahmen wie zusätzliche Schalter, Sicherungen etc. die im praktischen Betrieb auftretenden Über- last- und Kurzschlusssituationen an den Teilnehmerleitungen ohne Schäden an der Elektronik beherrschbar.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Komponenten des Steuerteils (6) des Rufgenerators wie Ablaufsteuerung (21), Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23, 23') und Sinustabellen (22, 22') durch digitale Logikelement gebildet werden, wobei insbesondere die Ablaufsteuerung (21) Zähler (41, 43) und Addierschaltungen (42) aufweist, wobei die Sinustabellen (22, 22') durch Speicherbauelemente gebildet werden und wobei die Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23, 23') weitere Zähler (31, 32), Komparatoren (34) und weitere kombinatorische Logikelement, wie etwa Multi-
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plexer (33), aufweist.
Dies erlaubt die besonders langzeitstabile und abgleichfreie Ausführung des Rufgenerators.
Wenn in Weiterbildung der Erfindung die Vorfeldeinrichtung mindestens einen applikationspezifischen integrierten Schaltkreis ASIC umfasst, und der Steuerteil des Rufgenerators Teil dieses Schaltkreises ist, ermöglicht dies eine besonders zuverlässige, kostengünstige und kleine Ausführung des Ortsteils der Vorfeldeinrichtung.
Eine Ausgestaltung des Ortsteils dahingehend, dass der applikationsspezifische Schaltkreis (5) eine Empfangsschaltung zum Empfang von Steuerbefehlen über die Stammleitung (103) und eine Schaltung zur Erzeugung unterschiedlicher Taktfrequenzen für die erzeugten Taktsignale (120RF, RF12, RF48) in Abhängigkeit der empfangenen Steuerbefehle zur ferngesteuerten Umschaltung der Frequenz der im Rufgenerator erzeugten Rufwechselspannung aufweist, bietet den besonderen Vorteil, dass identische Hardwareausführungen des Ortsteils in verschiedenen Ländern mit unterschiedlichen Ruffrequenzen ohne Modifikationen einsetzbar sind.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise näher erlautert.
Die Fig. 1 stellt die Erfindung im Überblick dar. Die Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild des Ortsteiles (104) einer erfindungsgemässen Vorfeldeinrichtung für vier Teilnehmer, Fig. 3 einen Rufgenerator hiefür. Die Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Pulsbreiten- und Totzeitlogik, einen dazugehörigen Zeitablaufplan zeigt die Fig. 5. Die Fig. 6 erläutert den Aufbau der Ablaufsteuerung und einen Sinusfunktionsblock für die Erzeugung der Amplitudenwerte für die Ansteuerung der Pulsbreiten- und Totzeitlogik. Die Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Sinussignal durch einzelne Stufen. Die Fig. 8 schliesslich stellt ein Ablaufdiagramm für die Erläuterung der Erzeugung von Zwischenstufen dar.
Die Fig. 1 erläutert ein erfindungsgemäss ausgestattete Telefonsystem bei dem an ein Vermittlungsamt (100) über eine oder mehrere Amtsleitungen (101) eine Vorfeldeinrichtung bestehend aus einem Amtsteil (102) und einem über eine Stammleitung (103) mit dem Amtsteil verbundenen und ferngespeisten Ortsteil (104) angeschlossen ist. An den Ortsteil (104) welcher unter anderem einen Rufgenerator (105) umfasst sind die Teilnehmer über Teilnehmerleitungen (106) angeschlossen. Der Amtsteil (102) umfasst unter anderem eine Einrichtung (107), welche die Ruffrequenz für die an den Ortsteil angeschlossenen Teilnehmer festlegt.
Die Fig. 2 zeigt eine Übersichtsdarstellung des Ortsteils (104) einer erfindungsgemässen Vorfeldeinrichtung. Er ist über die beiden Leitungen S1, S2, über welche sowohl die Sprachsignale als auch vermittlungstechnische Daten für vier oder mehr Teilnehmer und ausserdem Fernsteuerbefehle und die Betriebsenergie für den Ortsteil selbst übertragen werden, an den Amtsteil (102) angeschlossen. Die Stammleitung ist vorzugsweise als 160-kBit/s PCM-Strecke (entsprechend CCITT Rec. G 961) ausgeführt. Die Übertragung erfolgt typisch mit einem 2B1Q Leitungscode entsprechend der genormten ISDN Uko-Schnittstelle mit einem redundanzfreien 4-stufigen PAM-Signal.
Um mehr als die üblichen 2 Sprechkanäle über eine Stammleitung übertragen zu können, wird der Datenstrom der Sprechkanäle vorzugsweise durch eine adaptive differentielle PCM komprimiert, wodurch die Bitrate für den einzelnen Sprechkanal reduziert werden kann. An die beiden Leitungen S1, S2 sind die Ein-Ausgangsleitungen S11, S21 einer Datenschnittstelle (1) über angedeutete Trennübertrager (2, 2') bzw. die Speiseanschlüsse S12, S22 eines Fernspeisewandlers (3) direkt angeschlossen. Die Datenschnittstelle (1) dient der Trennung bzw. Zusammenfassung von Steuerund Sprachsignalen und ist über ein analoges und digitales Interface (4) und eine Ruf/SpracheUmschalteinrichtung (8) mit den zu Teilnehmern führenden Leitungen (106) verbunden. Beispielhaft ist ein Ortsteil für den Anschluss von 4 Teilnehmern dargestellt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Vorfeldeinrichtungen für den Anschluss von 4 Teilnehmern eingeschränkt ; die Maximalanzahl der durch geeignete Ausgestaltung des Ortsteils anschliessbaren Teilnehmer ist durch die Betriebsleistung für die Ansteuerung der Teilnehmer begrenzt, weiche über die Stammleitung dem Ortsteil zugeführt werden muss. Eine praktische Grenze wird bei etwa 8 angeschlossenen Teilnehmern liegen.
Ein applikationsspezifischer integrierter Schaltkreis (5) steuert den Ortsteil der Vorfeldeinrichtung und ist sowohl mit der Datenschnittstelle (1) als auch mit dem Interface (4) verbunden. Es ist weiters ein Rufgenerator zur Erzeugung der Ruftöne für die angeschlossenen Teilnehmer bestehend aus einem Steuerteil (6) und einem Leistungsteil (7) vorgesehen. Der Steuerteil (6) ist als
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vom ASIC (5) zu den übrigen Funktionsblöcken des Ortsteils der Vorfeldeinrichtung. Im vorzugsweise als getakteter Gleichspannungs-Umsetzer ausgebildeten Fernspeisewandler (3) werden aus der über die Stammleitungen S1, S2 zugeführten Gleichspannung sowohl die Betriebsspannungen für die einzelnen Funktionsblöcke als auch die Speisegleichspannung UR für den Leistungsteil (7) des Rufgenerators erzeugt.
Vorzugsweise ist dabei die Speisespannung für den Rufgenerator mindestens doppelt so gross wie der Spitzenwert der Rufwechseispannung (RS).
Die Fig. 3 erläutert genauer eine mögliche Ausgestaltung der Funktionsblöcke aus der Fig. 2 weiche dem Rufgenerator zuzuordnen sind. Der Steuerteil (6) wird von mehreren Taktsignale (T1, REF48,120RF) angesteuert, weiche in einer bevorzugten Ausführungsform von einem HF-Grundtakt (T1, vorzugsweise 8. 86 MHz) abgeleitet sind und von denen mindestens eines (120RF) eine Frequenz gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Rufsignalfrequenz aufweist und vorzugsweise mit 120-facher Ruffrequenz im ASIC (5) erzeugt wird. Der Steuerteil (6) umfasst mindestens eine Ablaufsteuerung (21), mindestens einen Sinusfunktionsblock (22) und eine Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23). An die Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23) sind ein oder mehrere, vorzugsweise vier gleichartige Sinusgeneratoren (71 bis 74) angeschlossen.
Der Steuerteil (6) des Rufgenerators liefert pulsbreitenmodulierte Signale (RNGAx, RNGBx) zur Ansteuerung der Sinusgeneratoren (71 bis 74) für die Generierung der üblicherweise sinusförmigen Rufsignale mit einer Frequenz von 50Hz bzw. 25Hz. Um eine gleichmässige zeitliche Verteilung der Betriebsleistung zu erreichen, ist für jeden Teilnehmer ein eigener Sinusgenerator vorgesehen, wobei in der vorzugswelsen Ausführung mit vier Generatoren die Rufsignale mit jeweils 900 Phasenverschiebung zueinander erzeugt werden. Bei vier Teilnehmern arbeitet daher jeweils ein Paar von Generatoren (71, 72 bzw. 73, 74) gegenphasig und wird entsprechend von je einem Sinusfunktionsblock (22) bzw. von je einer Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23) gegenphasig angesteuert.
Für das zweite Paar (71, 72 bzw. 73, 74) ist ein zweiter parallel angeordneter Sinusfunktionsblock (22') und eine zweite parallel angeordnete Puls breiten- und Totzeitlogik (23') vorgesehen, welche um 90 versetzte Steuersignale liefern. Allgemein weisen die Steuersignale vorzugsweise 360/n Grad Phasenverschiebung zueinander auf, wobei n die Anzahl der Sinusgeneratoren bezeichnet.
Dadurch sind auch die von den einzelnen Generatoren aufgenommenen Betriebsströme etwa in demselben Ausmass phasenverschoben. Der zeitliche Betriebsleitungsverlauf ist dadurch verglichen mit Fernsprecheinrichtungen mit für alle Teilnehmer gleichphasigen Rufsignalen wesentlich gleichförmiger, wodurch die Fernspeiseeinrichtung mit kleineren Energiespeichern und für niedrigere Maximalleistung ausgelegt werden kann.
Der Leistungsteil (7) wird durch Schaltsteller mit nachgeschaltetem Tiefpassfilter (9, 10) gebildet, wobei je ein oberer Schalter (24) mit zugeordneter Treiberschaltung (25) und je ein unterer Schalter (26) mit Treiberschaltung (27) in Serie an der vom Fernspeisewandler (3) gelieferten Betriebsgleichspannung UR liegen. Sie werden gegenphasig (mit Totzeiten) über Steuereingänge RNGAx, RNGBx getaktet angesteuert und erzeugen am jeweiligen Verbindungsknoten C der beiden Schalter ein im wesentlichen rechteckförmiges Signal konstanter Amplitude UR und Frequenz (typisch 48 kHz) mit sinusförmig variierendem Tastverhältnis.
Dieses Signal wird in einem LC-Tiefpassfilter (9, 10) gemittelt und ist als sinusförmiges, klirrarmes Rufsignal (RS) mit einer Frequenz von üblicherweise 25Hz oder 50Hz über die Ruf/Sprache-Umschalteinrichtung (8) den Teilnehmern zuführbar. Um den Generator kurzschlussfest zu gestalten, wird der Strom jedes Schalters über einen Strombildner (28, 29) erfasst, sodass entweder der dem Überstrom führenden Schalter zugeordnete Treiber (27) über den Steuereingang RES2 direkt ausgeschaltet werden kann, oder dass über eine Auswerteschaltung (30) ein Rücksetzsignal RES1, welches an einem Eingang der Pulsbreiten- und Totzeitlogik anliegt, zum vorzeitigen Rücksetzen des den betreffenden Treiber steuernden Signals RNGAx erzeugbar ist.
Anhand der detaillierten Darstellung einer Ausführung des Steuerteils (6) des Rufgenerators wird im Folgenden seine Funktionsweise näher erläutert. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die in den Fig. 4 bis 8 dargestellte Ausführungsform eingeschränkt.
Es zeigt im Besonderen die Fig. 4 eine Ausführung der Pulsbreiten- und Totzeitlogik (23) zur Ansteuerung zweier Sinusgeneratoren. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass mithilfe eines
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Pulsdauerzählers CL (31) eines Totzeitzählers CT (32) und einer Verknüpfungslogik (33) vom Sinusfunktionsblock (22) gelieferte Momentan-"Amplituden"-werte AMP, deren Zahlenwerte im Wesentlichen den Stufen einer Sinusfunktion entsprechen, in Ansteuerimpuls sinusförmig variierender Dauer für den oberen Treiber (RNGAx) und dazu komplementäre Impulse für den unteren Treiber (RNGBx) umgewandelt werden.
Die Fig. 5 zeigt dazu ein Zeitablaufdiagramm : mit einem Übernahmetakt REF48, welcher am Eingang PE anliegt, werden die Amplitudenwerte AMP in den Pulsdauerzähler CL (31) geladen ; gleichzeitig wird der Totzeitzähler freigegeben und gestartet. Dies wird dadurch erreicht, dass ein nicht dargestelltes Flip-Flop, das den Takt des Totzeitzählers sperren kann, durch das am Eingang START anliegende Signal gesetzt wird, wodurch der Takt freigegeben wird, und durch Überlauf des Totzeitzählers rückgesetzt wird. Beide Zähler zählen den an (nicht dargestellten) Takteingängen anliegenden HF-Grundtakt Tl. Ein Überlaufausgang TC des Totzeitzählers CT (32) liegt an einem Setzeingang SI der Verknüpfungslogik an, sodass nach dem Ablauf der Totzeit der Setzeingang SI aktiviert und damit der Treiber 1 eingeschaltet wird (RGNAx).
Ein Überlaufausgang TC des Pulsdauerzählers CL (32) liegt an einem Rücksetzeingang RI der Verknüpfungslogik an sodass nach dem Ablauf der Pulsdauer der Rücksetzeingang RI aktiviert und damit der Treiber 1 ausgeschaltet wird (Signal RGNAx). Der Zähler CL läuft jedoch - im Gegensatz zum Totzeitzähler CTnoch weiter, sodass mit Erreichen eines der Totzeit entsprechenden Zählerstandes, welcher von einer Vergleichslogik (34) durch Aktivieren eines Signals CMP dekodiert wird, der Treiber 2 (Signal RNGBx) eingeschaltet wird. Der gesamte Schaltzyklus wird mit dem Auftreten des nächsten Übernahmetakts REF48 beendet, welcher auch an einem Rücksetzeingang RII der Verknüpfungslogik anliegt und den Treiber 2 rücksetzt.
In der Verknüpfungslogik (33) befinden sich (nicht dargestellte) Flip-Flops für die Ausgänge RNGxx, die durch die Signale SI und Sll gesetzt und durch die Signale RI und RII rückgesetzt werden. Ein an einem weiteren Eingang anliegendes Umschaltsignal SEL bestimmt, mit jeweils weichem Ausgang (RNGAx bzw. RNGBx) die Ausgänge der Flip-Flops verbunden werden. Damit wird erreicht, dass - obwohl die Stufenwerte für die Sinusfunktion in jeder Halbperiode bis zum Überlauf ständig ansteigen - der am Ausgang des Leistungsteil abgegebene, im Tiefpassfilter gemittelte Wert des Sinussignals während einer Halbperiode ansteigt und durch Umschalten des am Eingang SEL anliegenden Signals während der nächsten Halbperiode durch Erzeugen komplementärer Tastverhältnisse abfällt.
In der Ablaufsteuerung, welche in einer detaillierteren Darstellung durch die Fig. 6 erläutert wird, wird ein bevorzugt als 7-Bit Binärzähler ausgeführter Stufenzähler CW (41) von einem Takt 120RF mit der 120-fachen Ruffrequenz getaktet. Die zwei niedrigstwertigen Ausgänge des Stufenzählers (QO, Q1) dienen der später erläuterten Erzeugung von Zwischenstufen und sind dazu an Ladeeingänge (DO, D1) eines Mischungszählers CM (43) geführt.
An den vier nächsthöherwertigen Ausgängen (Q2 bis Q5), welche über eine Addierschaltung (42) an Eingänge des Sinusfunktionsblocks (22) geführt sind, erscheinen nacheinander in aufsteigender Reihenfolge die den 15 Haupt-Stufen entsprechenden Zahlen 0-14, wobei der Stufenzähler CW (41) intern derartig ausgeführt ist, dass der Zählerstand "15" jeweils übersprungen wird. Der höchstwertige Ausgang Q6 des ständig durchlaufenden Stufenzählers (41) wird als Umschaltsignal SEL direkt der Verknüpfungslogik (33) zugeführt und bewirkt dort die Umschaltung zwischen ansteigender und abfallender Halbschwingung des im Sinusgenerator erzeugten Rufsignal.
Im Sinusfunktionsblock (22) werden die an den Eingangsleitungen PHI anliegenden Stufennummern als Phasenwinkeiwerte von -900 bis +900 der von Sinusgenerator (71) erzeugten Sinusschwingung aufgefasst, umkodiert und über die Ausgangsleitungen AMP als 8-Bit Worte ausgegeben, weiche jeweils dem der entsprechenden Stufe zugeordneten Momentanwert der Sinusschwingung entsprechen.
Die Fig. 7 erläutert diesen Umsetzvorgang näher. Es sind dabei auf der horizontalen Achse die Nummern der Hauptstufen aufgetragen, welche jeweils bestimmten Phasenwinkeln der Sinusschwingung zugeordnet sind ; auf der vertikalen Achse ist der jeder Stufennummer entsprechende im Sinusfunktionsblock erzeugte Amplitudenzahlenwert, weichen die Leitungen AMP führen, angedeutet, wobei jeder Amplitudenzahlenwert Z einer Einschaltzeit des Schaltstellers und durch Umwandlung im Sinusgenerator einem am Ausgang des Rufgenerators erscheinenden analogen Spannungsmomentanwert (RS) entspricht.
Die dem Zahlenwert 1 entsprechende Einschaltzeit ergibt sich dabei aus dem Kehrwert der Taktfrequenz des Zähitakte für den Zähler CL (31) zu etwa 0. 11us (=1/8. 86MHz).
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Aus der Fig. 7 können dabei folgende Zusammenhänge abgelesen werden :
Wert (Z) = Totzeit (T) + Sinuswert (S) + minimale Einschaltzeit (Zmin) maximaler Wert (Z) = 184 - Zmin - T
S = Zmin + T + (1+ sin (phi))/2. (184 - (2. Zmin + 2. T))
Zmin und T werden vorzugsweise mit 2 (entsprechend etwa 0. 22us) festgelegt ; phi läuft von - 900 bis +90 .
Um den Oberschwingungsgehalt des auf diese Weise erzeugbaren stufigen, sinusähnlichen Signals zu verringern, werden zwischen den einzelnen Hauptstufen Zwischenstufen eingefugt. Dies geschieht, ohne die Amplitudenauflösung (und damit die Stufenanzahl) vergrössern zu müssen, durch Mischen benachbarter Hauptstufen. Es werden dazu zwischen die Hauptstufen n und n+1 jeweils drei Zwischenwerte nach folgender Bildungsregel erzeugt : drei mal die Stufe n und ein mal die Stufe n+1 ; zwei mal die Stufe n und zwei mal die Stufe n+1 ; ein mal die Stufe n und drei mal die Stufe n+1.
Für eine Halbschwingung des Rufsignals werden daher insgesamt 60 (15 Hauptstufen + 3*15 Zwischenstufen) unterschiedliche Amplitudenwerte erzeugt. Diese Mischungsverhältnisse werden jeweils 2mal (bei 50Hz Ruffrequenz) bzw. 4mal (bei 25Hz Ruffrequenz) wiederholt, ehe zum nächsten Mischungsverhältnis übergegangen wird. Diese Mischsequenz wird durch den 3-BitMischungszähler (43) gesteuert. Er wird mit den Werten der niederwertigsten Ausgänge QO und Q1 von CW (41) geladen. Mit jedem Laden des Pulsdauerzählers CL (31) durch das Taktsignal REF48 zählt er weiter, nach jedem vierten Mal wird er-gesteuert durch das Signal REF12 - neu geladen. Wenn sein Ausgang Q2 "1" wird, wird mittels des Addierers (42) zum momentanen Ausgang des Stufenzählers CW (41) eine "1" addiert.
Die Fig. 8 erläutert dazu den zeitlichen Zusammenhang der Taktsignale für den Mischungszähler (43) und der dabei erzeugten Stufennummern.
Welche Ruffrequenz tatsächlich erzeugt wird, ist durch die Frequenz des Taktes 120RF festgelegt, welcher m Schaltkreis (5) erzeugt wird und welcher über die Datenschnittstelle vom Amtsteil (102) fernsteuerbar sein kann. Dazu ist der Ortsteil vorzugsweise mit einem Muttertaktoszillator (Takt T1, zB. 8. 86 MHz) und programmierbaren Frequenzteiler zur Ableitung der übrigen Taktsig- nale (REF48, REF12,120RF) aus dem Muttertakt ausgestattet.
Im Normalfall wird die Ruffrequenz in der Initialisierungsphase z. B. beim Einschalten des Ortsteils festgelegt, bei der mit einem definierten Protokoll Steuersequenzen übertragen werden. Ein über die Stammleitung übertragener Steuerbefehl legt dabei durch Wahl des Tellerfaktors für den Takt 120RF die zu erzeugende Ruffrequenz fest.
Die beschriebene Anordnung ist nicht auf die Erzeugung näherungsweise sinusförmiger oder sinusförmiger Signale beschränkt. Durch entsprechende Ausgestaltung des Sinusfunktionsblocks mit alternativer Zuordnung von Stufennummern und von Sinusfunktionsblock (22) gelieferten dazugehörigen Amplitudenwerten sind nahezu beliebige Kurvenformen für das Rufsignal erzeugbar. Auch das ferngesteuerte Umschalten zwischen unterschiedlichen Kurvenformen ist durch Auswahl eines von mehreren Sinusfunktionsblöcken (22) mit relativ geringem Aufwand durchführbar.
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