CZ334994A3 - Switch for communication channel - Google Patents

Description

Tento vynález se týká komunikačních okruhů, zvláště~pah ~~—' údržby koncových jednotek použitých v telefonních okruzích.

Dosavadní stav techniky

V nedávné době, a zvláště v rámci liberalizace mnohých telefonních systémů, byla do budov účastníků instalována soukromá sdělovací zařízení, v rámci těchto systémů, což nyní vede k tomu, že je často nutné stanovit, zda nedochází v telefonních linkách nebo na účastnickém zařízení k poruchám v budovách nebo na kabelech, a to z důvodu určení odpovědnosti za tyto vzniklé poruchy. Ekonomicky je velmi výhodné, jestliže určení poruchy je možné provést na dálku, vysláním signálu z telef. ústředny po lince, aby se předešlo nutnosti vyslat k účastníkovi pracovníka telefonní společnosti.

Z důvodu testování telefonní linky na výskyt jakékoliv poruchy, je nutné nejprve instalovat na účastnickou linku v budově uživatele tak zvanou diagnostickou koncovou jednotku (MTU), která může odpojit účastnické zařízení od linky, a zapojit linku a b, nebo koncovou účastnickou linku a okružní linku na příjem příslušných signálů z ústředny. Během testování linek, je nutné zjistit hodnotu odporu mezi linkami, a mezi první a druhou linkou vzhledem k odporu uzemnění.Může být rovněž zjištěna průchodnost linek elektronickou detekcí přítomnosti MTU.

Různé formy provedení MTU jsou popsány v rámci dosavadního stavu techniky a mohou zahrnovat pevné masivní (polovodičové) spínače (silikonové) nebo elektrická relé. Tento vynález se zabývá pevnými spínači z důvodu jejich větší spolehlivosti a nižších pořizovacích nákladů, při srovnání se zařízením , které je vybaveno relátky.

Mnoho takových zařízení je popsáno v U.S. patentu čís.

4,710,949, vydaného na jméno Om Ahuja. Toto zařízení zahrnuje pár spínačů citlivých na napětí, jeden je umístěn na každou koncovou a okružní linku. Zvláštní koncové zařízení spojující koncovou účastnickou a okružní linku je umístěno na straně spínačů citlivých na napětí směrem k účastníkovi. Každý z těchto spínačů může mít prahové napětí okolo 16V, takže při normální činnosti jsou uzavřeny, při napětí akumulátoru 48V , ale otevřou se, jakmile je napětí nahrazeno testovacím napětím okolo 32V, a to za účelem změření impedance mezi linkami a účastnickou a okružní linkou.

Zvláštní koncové zařízení může obsahovat diodu úsporného zatížení a Zenerovu diodu, které vyvolají asymetrický odpor, jestliže se použije vyšší napětí (vyšší napětí než provozní napětí), rozdílné polarity.

Ačkoliv tato forma MTU poskytuje možnost zjištění místa výskytu chyby, má nedostatek v tom, že vyžadují zařazení svodových kondenzátorů na dráze signálu a to paralelně se spínači citlivými na napětí. Použití těchto kondenzátorů je nutné, jelikož amplituda vyzváněcího signálu (okolo SOV RMS), který je přiložený na napětí akumulátoru 48V stejnosměrného proudu, je dostatečně velká pro polaritu výsledného signálu k tomu, aby se tato polarita během cyklu vyzváněcího signálu změnila a způsobila přechodové zkreslení vzniklé otevřením spínačů citlivých na napětí v přechodových bodech vyzváněcího „signálu. Jelikož je frekvence vyzváněcího signálu nízká, okolo 20Hz, je nutno použít svodové kondenzátory s velkým kapacitním odporem, řádově 1Q>*F. Jelikož jsou kondenzátory připojeny k signální lince, potřebují být zatíženy vysokým napětím, aby odolaly běžným elektrickým transientům atd., které zvýší náklady a fyzickou velikost. Kromě toho mohou poskytovat transientům dráhu s nízkou impedancí.

Podstata vvnálezu

Podle tohoto vynálezu je k dispozici spínací zařízení, které může být zapojeno na komunikační kanál, který sestává z dvojice linek, mezi přístroji koncového zařízení, které zahrnuje:

i) stejnosměrný detekční obvod okénka ( dále zmiňovaný jako detekční obvod okénka, nebo obvod okénka), který je zapojen mezi linkami, a reaguje na napětí mezi linkami, a ii) jeden, nebo více spínacích obvodů, zapojených sériově nebo paralelně , přičemž spínací obvod může být aktivován obvodem.okénka tehdy a pouze tehdy, je-li napět! mezi linkami v předem stanoveném pásmu, přičemž jeden nebo více spínacích obvodů mohou být uvedeny do činnosti na dálku pomocí stejnosměrného signálu na lince, přičemž toto uspořádání zahrnuje nízkofrekvenční filtr spojený s jedním nebo více spínacími okruhy, které mají dostatečně nízký mezní kmitočet, aby zabránili aktivaci spínacích okruhů vyzváněcím signálem na kanále.

Obvod okénka normálně umožní proudu protékat jen tehdy, je-li napětí na lince v předem stanoveném pásmu (které má hodnotu vyšší, než normální signální napětí), to znamená, že proud tekoucí obvodem okénka je značně vyšší, je-li napětí na lince v rozmezí pásma, než je-li napětí mimo pásmo, ačkoliv při použití velmi vysokého napětí na lince, může svodový proud tekoucí obvodem okénka dosáhnout nebo i překročit proud o napětí v rámci pásma. Tak vzhledem k aspektu, kterému se dává přednost, tento vynález poskytuje spínací zařízení, které může být zapojeno v komunikačním kanálu, který zahrnuje dvojici linek mezi přístroji koncového vybavení, například mezi účastníkem a ústřednou, a obsahuje:

i) detekční obvod okénka stejnosměrného napětí, který je zapojen mezi linkami a který umožní proudu téci přes něj a to tehdy a jenom tehdy, je li hodnota napětí v rámci předem stanoveného pásma, a ii) jeden nebo více spínacích okruhů, které jsou zapojeny mezi linky, a které mohou být aktivovány proudem, protékajícím detekčním obvodem okénka tak, že spínací obvod (obvody) může být dálkově ovládán pomocí stejnosměrného signálu na lince, přičemž toto zařízení zahrnuje nízkofrekvenční filtr spojený s každým spínacím obvodem, který má mezní kmitočet dostateční nízký k tomu, aby zamezil spínacímu obvodu (obvodům) být aktivován vyzváněcím signálem na kanálu.

Toto uspořádání podle tohoto vynálezu má výhodu v tom, že může být aktivováno signálem s amplitudou, která má hodnotu mezi hodnotou amplitudy normálního komunikačního signálu a amplitudou vyzváněcího signálu, bez toho, že by vyzváněcí signál uvedl v činnost spínač nebo spínače, a bez potřeby zařadit do linek svodové kondenzátory. Zkreslení vyzváněcího signálu je redukováno použitím spínacích obvodů s nadproudem a použitím sériových spínačů. Obvody použité v tomto uspořádání, podle tohoto vynálezu, se mohou sepnout do vodivého stavu napětím tak nízkým jako jeden úbytek p-n přechodu (0.6V), který v kombinaci s poklesem napětí na kterékoliv přítomné diodě, způsobí přechodové zkreslení ve vyzváněcím signálů menší než 2V, na rozdíl od zkreslení 32V způsobené spínači citlivými na napětí při absenci svodových kondenzátorů vyzvánění.

Jako spínací obvod, může toto zařízení použít sériový spínací obvod zapojený v každé lince kanálu a/nebo jeden nebo více paralelních spínacích obvodů zapojených mezi linky, nebo v případě systému, který má uzemnění, mezi linkami a zemí.

Jelikož je testovací napětí použité za účelem otevření sériových spínacích'okruhů a zavření paralelních obvodů značně nižší, než špičkové napětí během vyzvánění, budou se spínací obvody snažit během vyzvánění přepnout, aby přivedené napětí bylo v rozmezí předem stanoveného pásma. Takovému přepnutí se dá zabránit vložením nízkofrekvenčního filtru s dostatečně nízkým mezním kmitočtem. Hodnota požadovaného mezního kmitočtu bude záviset na šířce pásma napětí, v rámci kterého bude proud téci do obvodu okénka, přičemž čím užší je pásmo, tím vyšší musí být mezní kmitočet, jelikož přivedené napětí bude působit kratší dobu během cyklu a v rámci předem určeného pásma. Například pásmo napětí 20V bude odpovídat přibližné hodnotě mezního kmitočtu 300Hz.

Detekční obvod okénka, který určuje přivedené napětí, při kterém se spínače otevřou a zavřou, může obsahovat Zenerovu diodu, která nastaví spodní mez přivedeného napětí, což způsobí, že proud poteče. Horní mez přivedeného napětí může být snadno nastavena pomocí spínacích obvodů s nadproudem, který se otevře, jestliže procházející proud s přivedeným napětím přesáhne předem stanovenou hodnotu. Jestliže je přivedené napětí v rámci tohoto pásma, vyšle obvod okénka spínacímu obvodu určitý signál.

Bylo by žádoucí, aby paralelní spínací obvod bylo možné sepnout nezávisle na sériových spínacích obvodech. Tak například paralelní obvod bude potřeba zavřít v průběhu testu pomocí zpětné smyčky, aby se určila kontinuita linky ( v tomto případě nezáleží na tom, zda jsou sériové spínací obvody otevřené nebo zavřené), zatímco paralelní a sériové spínací obvody budou muset být otevřené, aby se zjistil odpor izolace linky (odpor okruhu atd.). Nezávislé aktivace spínačů se dá dosáhnout například změnou polarity stejnosměrného signálu, z důvodu aktualizace různých spínačů. V tomto případě může být signál vstupů paralelního a sériového spínacího obvodu připojen k různým linkám obvodu okénka, kdy u každé linky je tok proudu omezen tím, že může téci jen tehdy, má-li stejnosměrný aktivační signál správnou polaritu.

Omezením není, jestliže horní a dolní mez předem určeného pásma napětí obvodu okénka by mohly být jiné než maximální signální napětí, přitom je možné mít pro různá zařízení různá napěťová okénka. Přednost se nicméně dává tomu, aby pásmo napětí nebylo nastaveno na tak vysoké napětí, které by vyžadovalo jakkoliv různý stupeň dovednosti od osoby, která ovládá a udržuje telefonní zařízení, nejlépe je mít napěťové pásmo pod špičkovou hodnotou vyzváněcího napětí, takže požadované napětí již není nebezpečnější, než normální vyzváněcí napětí.

Kromě schopnosti zařízení být řízeno, za účelem zjištění chyby v kanálu, je možné vzhledem k aspektu, kterému se dává v tomto vynálezu přednost, aby byly obvody schopné ochránit systém před nadproudem a přepětím tím, že se obvody otevřou, nebo zavřou. Toho se dá dosáhnout zařazením spínačů popsaných níže. Sériovým spínacím obvodem každé linky je obvykle polovodičový spínač, běžně zabudovaný do silikonu, který má spínací tranzistor,, jehož vstupní napětí je řízeno přepěťovým řídícím, prvkem který se zapne, je-li na spínacím obvodu přepětí, a tím vypne spínací tranzistor. Takový obvod se pouze sepne jako odpověď na přítomnost nadproudu v přidružené lince. Obvod má řídící testovací prvek, který rovněž řídí vstupní napětí spínacího tranzistoru. Řídící testovací prvek se zapne, teče-li obvodem v obvodu okénka,, přičemž spínací tranzistor vypíná. Takto může být sériový spínací obvod aktivován na dálku, nebo nadproudem v lince. Řídící prvek může být vytvořen z celé řady součástek, a jejich výběr bude do · určité míry záviset na typech použitých spínacích tranzistorů. Řídící prvek nadproudu může zahrnovat tranzistor, jehož báze nebo hradlo je umístěno v děliči napětí, který přemosťuje spínací tranzistor tak, že napětí bázového emitoru nebo hradlového zdroje se zvyšuje tak, jak se zvyšuje proud v lince

Nebo jinak, řídící prvek může zahrnovat komparátor, který porovnává podíl napětí na spínacím tranzistoru s referenčním napětím a otvírá spínač, jestliže je podíl větší než referenční napětí, jak je to popsáno v mezinárodní přihlášce čís. PCT/GB91/02215. Je-li použit jako spínací tranzistor, tranzistor typu FET, JFET nebo depleční režim MOSFET, může se použít jako řídící prvek generátor záporného napětí, t.j. nabíjecí čerpadlo, nebo optický vazební člen, tak je to popsáno v GB. přihlášce čís.9114717.3. Zveřejnění těchto specifikací je zde zařazeno.

Každý sériový spínací obvod je schopný zůstat v jistém časovém úseku po ukončení aktivačního stejnosměrného signálu otevřený, aby byl schopný provést jeden nebo několik testů na linkách, bez potřeby držet stejnosměrný signál, nebo proto, že je polarita signálu obrácená. Obvod může například zůstat otevřený po dobu do lmin, ale spíše do 20 až 40sec, obvykle po dobu nejméně 5 sekund. U obvodu který byl popsán toho může být dosaženo zařazením kondenzátorů mezi vývody báze a emitoru, nebo vývody hradla a zdroje řídícího testovacího prvku. Kondenzátor se nabíjí během aktivace spínacího obvodu stejnosměrným signálem, drží řídící testovací prvek zapnutý, a tím spínací tranzistor rozepnutý po určitou dobu, po aktivaci stejnosměrným signálem.

U sériového spínacího obvodu se může použít bipolární tranzistor a/nebo tranzistor s efektem pole. Tam kde se použijí bipolární tranzistory, použijí se v tzv. darlingtonském uspořádání jako spínací tranzistor, za účelem snížení proudu báze požadovaného v době, kdy je tranzistor rozepnut. Proud báze se musí dodávat přes odpor, který je zapojený mezi bází a kolektorem spínacího tranzistoru.

Jestliže se okruh přepne do blokovaného nebo otevřeného stavu, proud báze spínacího tranzistoru je vychýlený přes řídící prvek (který je nyní zapnutý), a stane se svodovým proudem. Jelikož je pokles napětí na odporu mnohem vyšší, je-li zařízení v blokovaném stavu stavu, svodový proud je větší než proud báze spínacího tranzistoru. Je-li zapojena darlingtonská dvojice nebo trojice, efektivní zisk stejnosměrného proudu se značně zvýší, a tím se dá použít i vyšší odpor. Tam kde je použit tranzistor s efektem pole, dává se přednost typu MOSFETS, např. může se použít typ se zvýšeným režimem MOSFETS, ale dá se použít i spínač MOSFET s deplečním režimem, zvláště tam, kde je důležitá linearita. Příklady spínačů MOSFET s deplečním režimem jsou popsány v GB. patentové přihlášce čís.9114717.3 . Odpory použité ve spínacím obvodu mohou mít MOSFETS, např. s hradly a vývody zapojenými jako u logických obvodů NMOS. Řídící tranzistory a odpor, které dohromady tvoří dělič napětí pro bázi a hradlo spínacího tranzistoru, mohou být opatřeny doplňkovým n kanálem a p kanálem FETSu zapojených stejným způsobem jako log. obvod CMOS.

Za přednost se u sériových spínacích obvodů považuje zapojení bezodporových prvků do série se spínacím tranzistorem. Toto uspořádání snižuje úbytek napětí nebo vloženého útlumu v lince obvodu, a navíc snižuje plochu silikonu, který se musí použít při konstrukci integrovaném obvodu při tomto uspořádání, čímž se snižují výrobní náklady.

Paralelní spínací obvod běžně obsahuje triak, zapojený mezi linky. Hradlo triaku je připojeno k jedné lince přes pár Zenerových diod se vzájemným zatížením tak, že přepětí větší než .napětí při přerušení u diody, vyvolá proudový impuls, která se přivede na hradlo triaku a způsobí, že triak začne fungovat. Kromě toho může být hradlo triaku spojeno s obvodem okénka, přičemž proud tekoucí do obvodu okénka bude rovněž napájet triak. Tak jako u sériových spínacích obvodů, je paralelní spínací okruh opatřen filtrem dolních kmitočtů, aby se zabránilo škodlivému přepínání paralelního spínacího obvodu vyzváněcím signálem. Paralelní spínací okruh může spojit dvě linky navzájem přímo, nebo přes zvláštní typ ukončení, t.j. diodu nebo Zenerovu diodu se vzájemným zatížením a to tak, že odpor tohoto ukončení je nelineární a se závislou polaritou.

Obvod okénka může být zapojen do spínacích obvodů různými prostředky. U jednoho zařízení například pomocí optoelektronického propojovacího zařízení. U jiného zařízení pomocí stejnosměrného připojení linek k obvodu okénka, tím že použijí své spouštěcí napětí získané z úbytku napětí na odporu v obvodu okénka.

Všechny prvky zařízení odebírají proud z linek, nebo z úbytku napětí mezi nimi, čímž není nutné mít zvláštní napájecí vedení.

Je možné vyrábět'množství zařízení, kdy každé má různé okénko se stejnosměrným spouštěcím napětím, takže mohou být připojeny v různých bodech podél dlouhého kanálu a to proto, aby se kanál rozdělil na sekce, pro snadnější zjišťování místa poruchy.

Přehled obrázků na výkrese

Tři formy uspořádání podle tohoto vynálezu budou nyní popsány pomocí příkladů a s odkazem na přiložené výkresy, na kterých:

obr.l znázorňuje blokové schéma hlavních prvků uspořádání podle vynálezu, obr.2 zobrazuje schéma obvodů jednoho způsobu uspořádání z obr.1, obr.3 znázorňuje graf napětí linky a výstupní napětí obvodu okénka podle uspořádání na obr.2, a to během vyzváněcího signálu, a obr.4 znázorňuje schéma obvodů podle druhého způsobu uspořádání, obr.5 znázorňuje schéma obvodů podle třetího způsobu uspořádání, a obr.6 znázorňuje graf I-V křivky obvodů okénka podle uspořádání znázorněném na obr.2 a 5.

Příklady provedení vynálezu

S odvoláním na přiložené výkresy, zahrnuje diagnostická koncová jednotka 1 (MTU) telefonních linek dvojici sériových spínacích okruhů 2 umístěných na každé lince komunikačního kanálu, přičemž každý sériový kanál je řízen obvodem okénka 3.· Obvod okénka 2 rovněž řídí paralelní spínací obvod přepětí 4_, který bočníkem přemosťuje každé přepětí zátěže. U jiného obvodu'je možné spojení se zemí, v tomto případě obvod přepětí může být použit pro přemostění přepětí se zemí.

Za účelem provedení údržbových testů linek, což může být rutinní test, nebo test vynucený stížností účastníka, přivede se na linky nejprve kladné stejnosměrné napětí o hodnotě od 80 do 100V, přičemž paralelní spínací okruh 4. uzavírá a spojuje linky navzájem. To umožňuje provést test zpětnou smyčkou, při kterém se dá měřit celkový odpor linek. Jakmile se přivedené napětí odpojí, paralelní spínací okruh se otevře. Přivedením záporného napětí o hodnotě od 80 do 100V mezi linky způsobí, že se sériový spínací obvod 2. otevře, čímž se účastník izoluje od linek. Sériový spínací obvod zůstane po odpojení napětí po dobu asi 20s otevřený, což umožní vyhodnotit odpor mezi linkami a mezi linkou a zemí.

Elektrický obvod vytvářející diagnostickou koncovou jednotku MTU 1 je znázorněný na obr.2.

Každý sériový spínací obvod 2 a 2- má tři tranzistory Τ , T₂, T₃ v doplňkovém darlingtonském uspořádání, které jsou sériově zapojeny v přidružené lince v rámci můstku diody BR a vytváří tím spínací tranzistor. Terminál báze darlingtonského tripletu, je upevněn v děliči napětí, který je vytvořen odporem R a řídícím tranzistorem přepětí , přičemž dělič napětí přemosťující darlingtonský triplet a bázový terminál řídícího tranzistoru je sám upevněn v děliči napětí, vytvořeným odporem R_s a R₃ a zároveň přemosťuje spínací tranzistor darlingtonského tripletu. Tento obvod chrání systém od přepětí v koncové a okružní lince takto:

jelikož se napětí v linkách zvyšuje od nuly, všechny tranzistory budou rozpojeny, dokud napětí v obvodu nepřevýší úbytek napětí na můstku diody plus jednotlivý úbytek na p-n přechodu pro spínací tranzistor. Spínací tranzistor se potom zapojí a umožní, aby proud procházel, zatímco řídící tranzistor T₄ zůstává rozpojen. Jestliže se proud v linkách zvýší, zvýší se napětí báze řídícího tranzistoru vlivem úbytku napětí na R , dokud se tranzistor T^ nezapojí po zjištění přepětí. To způsobí, že terminály báze-emitoru spínacího tranzistoru budou zkratovány a spínací tranzistor vypnut, čímž bude blokovat tok proudu v linkách. V tomto stavu bude svodový proud určen hodnotou R_x, R_s a R₃, v rozmezí 50kn až 1ΜΩ. Kondenzátor lOOnF, je paralelně spojen s odporem R , aby se zabránilo zapojení tranzistoru Τ_χ. Tím se zabrání přepínání spínacího obvodu transientním nárazem proudu vlivem indukčního odporu a kapacitního odporu linky, je-li obvod poprvé zapojen. Kromě toho je Zenerova dioda Z připojena přes tranzistor Τ , aby chránila spínací obvod 2 před napětími, které převyšují pracovní napětí tranzistorů, např. indukční špičky.

Kromě toho je k řídícímu tranzistoru nadproudu připojen tranzistor řízení testu zvýšeného režimu FET T__ mezi bázové a emitorové terminály spínacího tranzistoru. Hradlový terminál tranzistoru FET T_s je připojen k obvodu okénka, čímž může být spínací okruh zapínán a vypínán na dálku.

Paralelní spínací okruh 4 má triak TR , který je zapojen mezi koncovou linkou a okružní linkou a jehož hradlový terminál je připojen ke koncové lince přes dvojici Zenerových diod se vzájemným zatížením Z_s a Z_e a k odporu R omezující proud hradla. Je-li zjištěno přepětí, které přesahuje napětí Zenerových diod Z_s a Z₆ při přerušení proudu, přenese se do hradla triaku proudový impuls, který způsobí, že koncové a okružní linky budou zkratovány. Tranzistor FET T_i4 zvýšeného režimu je rovněž připojen mezi hradlo triaku TR_x a koncovou linkou, aby se umožnilo dálkové spínání paralelního spínacího okruhu 4. Dioda D_s byla zařazena z důvodu zpětné ochrany přerušení u FET T .

Obvod okénka zahrnuje Zenerovu diodu Z__ jako detektor úrovně napětí a obvod detekce úrovně proudu 6 , které jsou sériově zapojeny mezi mostem diody BR^, který sám je zapojen mezi koncové a okružní linky. Zenerova dioda Z^ dovolí proudu téci přes obvod okénka jen tehdy, je-li na ní napětí 75V, což odpovídá napětí 80V mezi linkami, zatímco obvod detekce úrovně proudu 6 zastaví tok proudu přes obvod okénka při proudech •spojených s napětím mezi koncovými a okružními linkami při překročení 100V. Obvod detekce úrovně proudu 6 funguje na stejném principu jako sériové spínací obvody 2 a 2/ . Doplňkový darlingtonský pár tranzistorů T_? a T_s tvoří spínací tranzistor, jehož bázový terminál je upevněn na děliči napětí vytvořeným odporem R_xx 1ΜΩ a řídícím tranzistorem T_g, jehož bázový terminál je sám upevněn na děliči napětí vytvořeným dvojicí 1ΜΩ odporů R a R_x3 Jestliže napětí na tranzistoru T převýší úbytek na p-n přechodu, proud poteče tak dlouho až napětí na R_x3 je dostatečné k tomu, aby zapnulo tranzistor T , načež terminál bázového emitoru tranzistoru T je zkratován a darlingtonská dvojice je rozpojena.

Tři optické rozpojovače (izolátory) OPTO_i_₃ jsou svými vstupy zapojeny do série se Zenerovou diodou a detekčním obvodem úrovně proudu £> a výstupy mají spojeny se sériovými a paralelními spínacími obvody. Rozpojovače OPTO^ a OPTO₂ které jsou spojeny se sériovými spínacími obvody, jsou navzájem zapojeny sériově ma paralelně s optickým rozpojovačem OPTO₃, který je připojen k paralelnímu spínacímu obvodu 4.

Vstup optického rozpojovače OPTO₃ je spojen opačnou polaritou k vstupu OPTO a OPTO₂ tak, že sériové a paralelní spínací obvody jsou aktivovány použitými napětími opačné polarity.

Diody D₃ a D₄ jsou zařazeny proto, aby zabránily zpětnému přerušení LEDs v optických rozpojovačích, což je způsobeno velkým zpětným napětím.

Je-li vyslán do linek stejnosměrný signál 80 až 100V o správné polaritě, poteče přes vstup LED optických rozpojovačů OPTCý a OPTO₂ proud o hodnotě přibližně lOmA. Výstup obou rozpojovačů prochází přes RC filtr nízkých kmitočtů, který je vytvořen z odporu R_s a kondenzátorů C₃, který brání vzniku škodlivého přepínání spínacích obvodů, a z nabíjecího kondenzátorů C , který je zapojen mezi hradlo a zdroj řídícího a testovacího FET T_s. Dioda D_x dovoluje proudu téci z OPTCý do kondenzátorů, ale nikoliv jinou okružní cestou, takže vybíjení kondenzátorů C je řízeno odporem R^, který je rovněž zapojen mezi hradlo a zdroj FET T .

Jakmile se kondenzátor C_z jednou dostatečně nabil a přesáhl napětí na hradle FET T , sériový spínací obvod se otevře a odpojí účastníka, a zůstane otevřený po odstranění aktivačního stejnosměrného signálu až do chvíle ,kdy se kondenzátor nabije přes odpor R_d

Je-li změněna polarita použitého stejnosměrného signálu, poteče přes LED rozpojovače OPTO₃ proud lOmA. Výstupní napětí je vedeno přes nízko frekvenční filtr RC vytvořený z odporu R , R , R , C a C a dále do hradla FET T , který zapne FET a účinně aktivuje triak a zkratuje obě linky a umožní testování systému zpětnou smyčkou.

Toto uspořádání se dá dokonce použít i tam, kde je chybou zkrat v obvodu účastníkova zařízení. V tomto případě, žádné napětí použité v ústředně, nevykáže na linkách úbytek, takže nebude možné použít požadované spouštěcí napětí v obvodu okénka. Jestliže je použité napětí sníženo na hodnotu pod 3.6V, nebude úbytek napětí vyskytující se na spínacím tranzistoru každého sériového spínače dostačující k tomu, aby udržel spínač zavřený, a závada tak může být lokalizována v jednotlivých úsecích.

Rušivé spouštění paralelního a sériového spínacího okruhu způsobené vyzváněcím signálem je vyloučeno, jak lze vidět na obr.3.

Na obr.3a je znázorněno napětí na koncové a okružní lince, když je přenášen vyzváněcí signál. Tento signál zahrnuje sinusoidní signál o frekvenci 20Hz a 80V efektivní hodnotě amplitudy (226V p-p) , překrývaný napětím baterie 48V. Ačkoliv okamžité napětí v linkách přesahuje testovací napětí po značnou dobu, jedinou dobou po kterou je v obvodu okénka 2 generován proud je doba, kdy napětí na linkách má hodnotu mezi 80 a 100V na vzestupném konci vyzváněcího signálu. Na obr.3b je znázorněn vstup do optických rozpojovačů (linka 1). Tento vstup sestává ze sledu impulsů o hodnotě okolo 1.7ms šíře, vyskytujících se jednou za vyzváněcí cyklus. Výstup z optických rozpojovačů je znázorněn jako linka 2. na obr.3c (na kterém bylo měřítko zvětšeno )společně se vstupem do optických rozpjovačů-linka 1). Vzestup výstupu začíná stoupat, když proud procházející LED se zvedne na zhruba 5mA. Impulsy mohou být snadno odfiltrovány pomocí RC filtrů tvořených kondenzátorem C₃ a odporem R_s v sériových spínacích obvodech a prvky C_?, C_s, R_X4, R_X6, ^v paralelním spínacím obvodu. Obvykle mají filtry vypínací bod při nejméně 50Hz, ale obvykle ne více jak 500Hz.

Na obr.4 je znázorněno další provedení, kde obvod okénka je přímo spojen se sériovým spínacím okruhem. Sériové spínací obvody 2 a 2'jsou převážně stejné jako obvody na obr.2, stejně tak kombinace obvodu detekce úrovně proudu 6 a Zenerovy diody pro stanovení napětí okénka, které aktivuje spínače.

Sériový spínací obvod 2 zahrnuje p-kanálový FET 41 zvýšeného režimu, zatímco obvod 2' zahrnuje n-kanálový FET 42 zvýšeného režimu sloužící jako prvek řízení testu.

Obvod okénka zahrnuje dvojici odporu 44 a 47, od kterých je odvozeno napětí hradla FETs 41 a 42. Kodenzátory 9 a 10 jsou paralelné zapojeny s odpory 44 a 47 , aby odfiltrovaly a zkratovaly rušivé signály, a nabíjely se na příjmu na správné testovací napětí a držely FETs 41 a 42 otevřené po určitou dobu, po ukončení stejnosměrného spouštěcího signálu. Řídicí diody jsou zařazeny, aby zabránily ovlivňování FETs 41 a 42 systémem zpětného napětí. Po přijetí napětí testovacího signálu, proud začne procházet obvodem okénka 3, a na odporech 44 a 47 vznikne úbytek napětí, tím se hradlo FET 41 stává zápornějším než jeho zdroj, hradlo FET 42 kladnější než jeho zdroj, čímž se otevřou spínací obvody 2 a 2'.

Podobný přídavný obvod okénka opačné polarity se může použít k řízení paralelního spínacího obvodu.

Elektrický obvod, kterému se dává přednost, pro vytváření MTU, je znázorněn na obr.5. Obvod zahrnuje dvojici spínacích obvodů 2 a 2', které jsou ovládány obvodem okénka 3, stejně jako u obvodů popsaných dříve, a samostatný paralelní obvod 4.

Sériové spínací obvody 2 a 2'jsou stejné jako obvody na obr.2 a 4. Spínací obvod 2 má tři tranzistory T_si, T_s2 a T_S3 v doplňkovém darlingtonském uspořádání,které tvoří sériový tranzistorový spínač, a jsou ovládány řídícím tranzistorem T₅₄ s nadproudem a testovacím řídícím tranzistorem T_ss. Hlavní rozdíl je v tom, že mezi testovací tranzistor T_s__ a sérivý spínací tranzistor v obvodu 2, je zařazen další tranzistor T_se, aby se zabránilo přenosu, na hradlu zdroje testovacího ovládacího tranzistoru T_ss, dosáhnout obráceného předpětí napětím větším než vlastní průrazné napětí, jestliže je spínač otevřený.Detekční obvod okénka obsahuje NPN bipolární tranzistor T₅₇ a PNP tranzistor T_sa, v dvojčinném uspořádání mezi linkami. Proud báze pro tranzistory je poskytnut Zinerovou diodou 38V Z a Z_s2 tak, že proud teče přes obvod okénka jen tehdy, je-li napětí mezi linkami nejméně 75V. Kromě toho, další tranzistor T_s9, který je zapojen mezi báze dvojčinných tranzistorů T_s? a T_sa, dostává proud pro bázi z anody Zinerovy diody Z přes další 10V Zinerovu diodu Z . Tranzistor T vypne proud v obvodu okénka, když napětí mezi linkami je zvýšeno dalšími diodami D a D52 s hodnotami 15V až 90V. Diody D a D jsou zde zahrnuty z důvodu zabránění proudu téci v obráceném směru.

Proud tekoucí přes obvod okénka vyvolává napětí na odporu R_gχ. a tento .signál je předán do testovacího tranzistoru T_ss přes nízkofrekvenční filtr, vytvořený kondenzátorem C , odporem R a diodou D , zapojenou paralelně s R . Jestliže jednotkou prochází vyzváněcí signál, je na odporu R_si vyvolán sled unipolárních pulsů o krátkém trvání. Oproti uspořádání popsaném na obr.2 a 4, jsou pulsy generovány na klesající části vyzváněcího signálu, jako doplněk generace na stoupající části

Účelem diody D__₃ je umožnit, aby se kondenzátor C_sl vybil rychleji než je nabit, když na nízkofrekvenční filtr působí sled pulsů, čímž se omezuje napětí vzniklé na kondenzátoru C na 0.7V. Časovači kondenzátor C_s2 a odpor R_S3 jsou spojeny přes hradlo zdroje testovacího řídícího transistoru T₅₅, a odděleny od nízkofrekvenčního filtru diodou D , která umožňuje

4 časovacímu kondenzátoru se nabít, ale omezuje vybíjecí cestu k odporu R_s3. Je zařazen podobný filtr a časovači obvod pro přivedení vzniklého signálu na odporu R' obvodu okénka, k testovacímu a řídícímu tranzistoru T'_ss spínacího obvodu 2'.

Paralelní spínací obvod zahrnuje triak Ul, který je zapojen mezi linky a a b , a jehož hradlo je spojeno s linkou přes Zenerovy diody se vzájemným zatížením D_ss a D_s<s a odpor omezujícím proud R₅₄, za účelem přepěťové ochrany proti transientům atd., které přesahují zenerovo napětí.

Testovací a spínací obvod obsahuje PNP transistor T_eo, který může být zapnut, přesáhne-li přivedené napětí zenerovo napětí Zenerovy diody Z_s<a (75V). Další PNP transistor Τ_6χ zkratuje přenos bázového emitoru transistoru T_eo a tím ho vypne, jestliže vzniklé napětí přesáhne kombinované zenerovo napětí Zenerovy diody Ζ_ξλ a další 15V Zenerovy diody Z_ss připojené k bázi transistoru T . Tak vzniklé napětí +75V až +90V způsobí,

X že proud poteče přes transistor T_eo a na na odporu R_._s vznikne napětí, tento signál je odfiltrován nízkofrekvenčním filtrem vytvořeným z kondenzátorů C_s3, odporu R_se a diody D_ss, aby se tak zabránilo škodlivému přepojování paralelního spínače.

Napětí, které se objevuje na bázi transistoru T₆₂, a které zapíná transistory T a T a žhaví triak U Do obvodu je vložen kondenzátor C_S4, aby zabránil svodovému proudu nakrátko zapnout transistor T, což by způsobilo zapnutí triaku v době, kdy je napětí akumulátoru ústředny prvně přivedeno do obvodu.

Triak použitý v obvodu by měl mít maximální a udržovací proud na hradle 5mA. To ovlivňuje maximální hodnotu odporu linky, který může být měřen, jelikož vyšší hodnoty zabrání triaku se uzavřít. Je-li napětí okénka od 75V do 90V, a aktivační napětí je 90V, pak napětí 90V může poklesnout o 15V vlivem odporu linky, aby mohl triakový spínač ještě fungovat.

To se rovná maximálnímu odporu linky, který se dá měřit , tedy 15V/5mA = 3ΚΩ.

Odpojení účastníka se dá provést použitím napětí -75V až -90V na lince, k otevření dvou sériových spínačů 2 a 2'.

Spínače zůstanou otevřené po dobu určenou hodnotou časovacího transistoru C_s2 a odporu R_S3, za účelem provedení různých testů. Obrácením polarity napětí na + 75V až +90V přepne se paralelní spínací obvod a umožní se provést test zpětnou smyčkou. Odpor smyčky se měří omezením testovacího napětí na SOV, aniž by se smyčka přerušovala, a měřil se proud proudící do smyčky. Jakmile je je proud proudící triakem odstraněn pomocí odstranitelného testovacího napětí, paralelní spínač MTU se znovu zapojí do normální činnosti.

Obvod má tu výhodu, že počáteční strmost křivky I-V obvodu okénka je mnohem strmější, jak je znázorněno na obr.6 (křivka A), při porovnání s křivkou jednotky znázorněné na obr.2 (křivka Β), čímž dává přesnější napětí, při kterém se sériové spínače otevírají. Jak je možné vidět, konkrétní bod křivky B, u kterého se proud obvodu okénka zvedl k hodnotě, která otevírá spínače, není jasný. Zvýšená strmost křivky A, při spínacím napětí (75V), je způsobena zvýšením proudu Zinerových diod Z a Z transistory T a T . Kromě toho změna (odchylka) proudu v rámci napětí okénka 75V až 90V, je omezena s tím výsledkem, že změny v nabíjení časových kondenzátorů C_s2 a C' , a následně časové úseky, po nichž jsou sériové spínače otevřené, jsou rovněž omezeny. Za určitých okolností, může být rozsah napětí okénka větší, například mezi HOV a 130V (považované za napětí okénka 120V, to znamená okolo středního bodu) užitečný. Umožňuje to provádět testy při 100V (to znamená o 10 - 20V méně než je napětí okénka, což závisí na šířce okénka.), a výsledkem je, že žádný šum (snad okolo IV) nebude mít za následek snížení procenta omylu. Stojí za zmínku, že dosavadní technika podle Om Ahuje zahrnuje měření při 10V, při kterých šum na lince měl za následek neočekávaně velké procento omylů. Dříve se považovalo za nemožné měřit vysoké impedance při nízkém napětí, vzhledem k problémům se šumem.

Svodový proud při vypnutém stavu a pod nízkým napětím okénka (jmenovitě pod 110V ve shora zmíněném rozsahu), by mohl být 1-3 micro amps, zatímco ve vypnutém stavu nad rozsahem, t.j. 130V, by to mohlo být okolo 100 micro amps, s růstem v závislosti na napětí. Z tohoto důvodů je rozumnější používat vyšší napětí okénka, jelikož může být použito vyšší testovací napětí, zatímco existuje stále menší svodový proud. Pro testovací napětí okolo 100V, by se dávala přednost napětí okénka okolo 120V, před napětím okolo 85V ( rozsah 75-90V), které bylo uvedeno v popisu, pro testovací napětí okolo 100V.

/V 33^9-99

Claims (14)

1. Spínací zařízení, které může být zapojeno do komunikačního kanálu, který má dvojici linek mezi soustavou koncových zařízení, vyznačující se tím, že zahrnuje:

i) detekční obvod okénka se stejnosměrným napětím, který je zapojen mezi linkami, a který reaguje na napětí mezi linkami, a ii)jeden nebo více spínacích obvodů zapojených mezi linkami, které mohou být aktivovány detekčním obvodem okénka tehdy a jenom tehdy, je-li napětí mezi linkami v předem určeném pásmu, kde jeden, nebo více spínacích obvodů, může být dálkově ovládáno stejnosměrným signálem na lince, přičemž toto zařízení zahrnuje nízkofrekvenční filtr spojený s jedním nebo s více spínacími okruhy, které mají mezní kmitočet dostatečné nízký, aby zabránil aktivaci spínacích obvodů vyzváněcím signálem v komunikačním kanálu.

2. Spínací zařízení, které může být zapojeno do komunikačního kanálu, který má dvojici linek mezi přístroji koncového zařízení, vyznačující se tím, že zahrnuje:

i) detekční obvod okénka se stejnosměrným napětím , který je zapojen mezi linky, a který umožňuje proudu téci těmito linkami tehdy a jenom tehdy, je-li napětí mezi linkami v předem určeném pásmu, a ii) jeden nebo více spínacích okruhů zapojených mezi linkami, které mohou být aktivovány proudem procházejícím detekčním obvodem okénka, tak, že jeden nebo více spínacích okruhů, může být aktivováno stejnosměrným signálem na lince, přičemž toto zařízení zahrnuje nízkofrekvenční filtr spojený s jedním nebo každým spínacím obvodem, který má mezní kmitočet dostatečně nízký k tomu, aby zabránil aktivaci spínacích okruhů vyzváněcím signálem v komunikačním kanále.

3. Spínač podle nároku 1 nebo 2,vyznačující se tím, že detekční obvod okénka má Zenerovu diodu, která nastavuje nižší mez napěťového pásma,v jehož rámci bude proud procházet.

4. Spínač podle nároku 1 až 3,vyznačující se tím, že obsahuje sériový spínací obvod zapojený do každé linky.

5. Spínač podle nároku 4,vyznačující se tím, že sériový spínací obvod se otevře, bude-li zatížen nadproudem v linkách.

6. Spínač podle nároku 5, vyznačující se tím, že sériový spínací obvod v každé lince má spínací transistor, jehož napětí báze nebo hradla je řízeno prvkem řízení nadproudu, přičemž se tento prvek spíná, je-li spínací okruh zatížen nadproudem, a tím vypíná spínací tranzistor.

7. Spínač podle nároku 6,vyznačující se tím, že každý sériový okruh má prvek řízení testu, který rovněž řídí napětí báze a hradla spínacího prvku, přičemž se testovací řídící transistor zapíná, prochází-li obvodem okénka proud, a tím se spínací transistor vypíná.

8. Spínač podle kteréhokoliv nároku 5 až 7, vyznačující se tím, že každý sériový spínací okruh je schopný zůstat otevřený, po jistou dobu, po ukončení aktivačního stejnosměrného signálu.

9. Spínač podle nároku 8, vyznačující se tím, že každá sériový spínací okruh má kondenzátor zapojený na vstupním terminálu testovacího řídícího transistoru, přičemž se kondenzátor během aktivace spínacího okruhu nabíjí stejnosměrným signálem, a drží spínací obvod otevřený, po určitou dobu, po skončení stejnosměrného aktivačního signálu.

10.Spínač podle kteréhokoliv nároku 1 až 9, vyznačující se tím, že obsahuje paralelní spínací obvod zapojený mezi linky, nebo mezi každou linku a zem.

11.Spínač podle nároku 10,vyznačující se tím, že paralelní spínací obvod se zavře, je-li zatížen přepětím.

12.Spínač podle nároku 10 nebo 11,vyznačující se tím, že jeden nebo každý paralelní spínací obvod obsahuje triak.

13.Spínač podle nároku 12,vyznačující se tím, že triak má hradlo, které je spojeno s detekčním obvodem okénka tak, že proud procházející detekčním obvodem okénka triak přepne.

14.Spínač podle kteréhokoliv nároku 1 až 13, vyznačující se tím, že detekční obvod okénka je zapojen do jednoho nebo každého spínacího okruhu přes optoelektronické propojovací zařízení.