DD205797A1

DD205797A1 - Elektronische teilnehmeranschlussschaltung

Info

Publication number: DD205797A1
Application number: DD24135682A
Authority: DD
Inventors: Ingomar Krahl; Gerhard Krause; Ulrich Manicke
Original assignee: Ingomar Krahl; Gerhard Krause; Ulrich Manicke
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1982-07-02
Publication date: 1984-01-04

Abstract

ELEKTRONISCHE TEILNEHMERANSCHLUSSSCHALTUNG ZUM EINSATZ IN DIGITALEN FERNSPRECHVERMITTLUNGS- UND UEBERTRAGUNGSANLAGEN ZUR SPANNUNGSGEREGELTEN GLEICHSTROMSPEISUNG VON FERNSPRECHENDAPPARATEN UND ZUR NF-2-DRAHT/4-DRAHT-UMSETZUNG. ES WIRD EINE OEKONOMISCH GUENSTIGE SCHALTUNGSANORDNUNG ANGEGEBEN, DIE DURCH DIE SCHALTUNGSSTRUKTUR VERBESSERTE ZUVERLAESSIGKEIT UND ERHOEHTE LEBENSDAUER ERZIELT. DABEI WIRD AUGABENGEMAESS SOWOHL DIE GLEICHSTROMSPEISUNG BEI GERINGEM VERLUSTLEISTUNGSUMSATZ ALS AUCH DIE NF-2-DRAHT/4-DRAHT-UMSETZUNG DURCH GEMEINSAME AUSNUTZUNG EINER AUS STROMSPIEGELSCHALTUNGEN BESTEHENDEN EINGANGSSCHALTUNG MIT EINFACHEN SCHALTUNGSMITTELN REALISIERT, SO DASS DIE AUSFUEHRUNG IN MONOLITHISCHER TECHNIK MOEGLICH IST. DIE SPANNUNGSREGLUNG ERFOLGT UEBER EINEN SCHALTREGLER, DIE NF-2-DRAHT-UMSETZUNG WIRD UEBER EINEN OPERATIONSVERSTAERKER VORGENOMMEN, DER MIT MASSEBEZOGENER NF-SPANNUNG ANGESTEUERT WIRD, SO DASS GABELUEBERTRAGER UND KOPPELKONDENSATOREN ENTFALLEN KOENNEN.

Description

Berlin, den 18. 06. 1982 mr-scht 29170/ r^

Anmelder Dipl.-Ing. Ingomar Krahl Dipl.-Ing. Gerhard Krause Dipl.-Ing. Ulrich Manicke

Elektronische Teilnehmeranschlußschaltting Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Teilnehmeranschlußschaltung für digitale Pernsprechvermittlungs- und iibertragungsanlagen zur spannungsgeregelten Gleichstromspeisung von Pernsprechendapparaten und zur KP-2-Draht/4-Draht-ümsetzung.

Um die Grundfunktionen des Fernsprechens aus Sicherheitsgründen unabhängig vom Stromversorgungsnetz zu gewährleisten, werden die Pernsprechendapparate von einer Batterie in der Vermittlungszentrale ferngespeist. Die Gleichstromspeisung erfolgt über eine zweidrähtige Teilnehmerleitung von einer Teilnehmeranschlußschaltung, die u. a. auch die Aufgabe hat, die HP-Information vom und

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zum Teilnehmer zu übertragen. In modernen Yermittlungs- und Übertragungsanlagen werden Teilnehmeranschlußschaltungen in zunehmendem Maße als integrierte Schaltungen realisiert, die eine hohe Packungsdichte ermöglichen, sofern der Leistungsumsatz gering gehalten werden kann· Der Leistungsumsatz im Speisestromkreis ist im v/esentlichen vom Endapparatewiderstand, von der Länge der Teilnehmerleitung und von der Speisespannung abhängig. Bei einem maximalen Leitungswiderstand Rmax = 1,5 k-A^ und einem Endapparatewiderstand Ra = 30Oj^ ergibt sich bei einem typischen Speisestrom I = 25 mA eine Ausgangsspannung der Teilnehmeranschlußschaltung U = 45 Y. In der Mehrzahl der praktisch vorkommenden Fälle ist jedoch der Leitungswiderstand R <: 1000X1-, so daß eine wichtige Aufgabe darin besteht, die Speisespannung den Teilnehmerleitungslängen anzupassen, um erhöhten Leistungsumsatz bei kurzen Leitungslängen in der Teilnehmeranschlußschaltung zu vermeiden. Weiterhin wird angestrebt, die einzelnen Baugruppen der Teilnehmeranschlußschaltung, insbesondere auch für die ID?-2-Draht/4~Draht-Uissetzung, durch integrierbare Bauelemente zu einem hochintegrierten Schaltungskomplex zusammenzufassen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die Gleichstromspeisung des Endapparates über Konstantstromzweipole vorzunehmen und die Yersorgungsspannung über Transverter zu regeln und sie somit der Leitungslänge anzupassen, vgl. DE-OS 3 043 907, H 04 M - 19/00. Diese Schaltungsanordnung umfaßt nur die Gleichstromspeisung, während die HP-2-Draht/4-Draht-Umsetzung unabhängig davon mittels Übertragergabel erfolgt. Nachteilig bei der Anwendung von Transvertern ist der Einsatz von aufwendigen Wickelgütern und der durch den zu verarbeitenden breiten Leistungsbereich bedingte

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schlechte Wirkungsgrad. Außerdem läßt die Übertragergabel eine Schaltungsintegration nicht zu. Weiterhin ist es möglich, durch Umschalten unterschiedlicher Batteriespannungen, zum Beispiel 30 7, 48 V, die Versorgungsspannung dem Leitungswiderstand anzupassen, vgl. DE-AS 2 551 916, H 04 M- 19/00. Auch hier erfolgt die IIP-2-Draht/4-Draht-Umsetzung in einem separaten Schaltungsteil. Von Nachteil sind die erforderlichen unterschiedlichen Batteriespannungen in der Zentrale und der für die Umschaltung notwendige hohe Schaltungsaufwand .

Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung, vgl. US-PS 4 272 656, H 04 B - 1/58, wird zwar die EF-2-Draht/ 4-Draht-Umsetzung elektronisch gelöst und ist Teil einer größeren integrierten Schaltung, jedoch erfolgt die Gleichstromspeisung über gesteuerte Konstantstromzweipole, so daß bei den praktisch in der Mehrzahl auftretenden kurzen· Teilnehmerleitungen die für die Speisung nicht benötigte Leistung in den Konstantstromzweipolen in Wärme umgesetzt werden muß. Somit wird die erwünschte große Packungsdichte der integrierten Teilnehmeranschlußschaltungen durch die auftretenden Übertemperaturen begrenzt.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine ökonomisch günstige Schaltungsanordnung anzugeben, wobei durch die Schaltungsstruktur verbesserte Zuverlässigkeit und erhöhte Lebensdauer bei vergrößertem Einsatzbereich erzielt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Teilnehmeranschlußschaltung anzugeben, die sowohl eine Gleich-

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stromspeisung mit geringem Verlustleistungsumsatz bei unterschiedlichen Anschlußbedingungen, wie Teilnehmerle it tmgs länge und Batteriespannungen in der Zentrale, als auch eine 10?-2-Draht/4-Draht-Umsetzung bei Verzicht auf Koppelkondensatoren und Gabelübertrager ermöglicht. Die Schaltung soll integrationsfreundlich und in monolithischer Technik realisierbar sein· Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu einem ersten Konstantstromzweipol zwischen a-Ader der Teilnehmerleitung und negativem Pol einer Speisespannungsquelle eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand und einer ersten Stromspiegelschaltung und zu einem zweiten Konstantstromzweipol zwischen b-Ader der Teilnehmerleitung und Masse eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand und einer zweiten Stromspiegelschaltung parallel geschaltet ist und daß der Ausgang der zweiten Stromspiegelschaltung mit dem Eingang einer dritten Stromspiegelschaltung und ein erster Ausgang der ersten Stromapiegelschaltung einerseits mit einem ersten Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung und andererseits mit dem Eingang eine Auswerte- und Ansteuerschaltung verbunden sind und daß ein zweiter Ausgang der ersten Stromspiegelschaltung sowohl an einen zweiten Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung als auch an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers geschaltet ist, der außerdem über einen Widerstand mit einer Kompensationsspannungsquelle und parallel über einen weiteren Widerstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers, der gleichzeitig Ausgang der elektronischen EF-2-Draht/4-Draht-Umsetzung ist, verbunden ist und daß der Ausgang der Auswerte- und Ansteuerschaltung an den Steuereingang eines Schaltreglers geschaltet ist, dessen Eingang mit dem negativen Pol einer Batterie in der Vermittlungsζentrale verbunden ist, und dessen Ausgang negativer Pol der Speisespannungsquelle des Speisestromkreises ist.

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Die erste und die dritte StromspiegeIschaItung sind als Zweifachstromquellen mit npn-Transistoren ausgeführt, die zweite Stromspiegelschaltung besteht aus zwei pnp-Transistoren. Die für die Regelung vorgesehene Ansteuer- und Auswerteschaltung besteht im wesentlichen aus einer Reihenschaltung zweier Komparatoren. Der Schaltregler wird bei großen Batteriespannungen in der Vermittlungszentrale als Abwärtsregler, bei geringen Batteriespannungen als Aufwärtsregler ausgeführt. In beiden Varianten besteht er im wesentlichen aus Schalttransistor, Freilaufdiode, Drossel und Speicherkondensator.

Die Wirkungsweise der erfinderischen Lösung beruht darauf, daß mit einer symmetrischen Meßschaltung im Eingang der Teilnehmeranschlußschaltung die Gleich- und Wechselspannung über den in den a/b-Adern der Teilnehmerleitung liegenden Konstantstromzweipolen gemessen, aufsummiert und zwei getrennten gleichberechtigten Ausgängen zugeführt wird. Somit liefert vorteilhafterweise die Meßschaltung, die aus drei Stromspiegelschaltungen besteht, sowohl eine Eingangs spannung für die Aus-werte- undvAnsteuerschaltung des Schaltreglers als auch für die HF-2-Draht/4-Draht-Umsetzung. Im Sollzustand liegt die Eingangsspannung für die Auswerte- und Ansteuerschaltung auf Massepotential, ebenso steht die !JP-Spannung massebezogen,, zur Verfügung, so daß sich eine integrationsfreundliche Schaltung ohne Gabelübertrager und Koppelkondensatoren realisieren läßt.

Ausführungsbeispiel

Die Teilnehmeranschlußschaltung, ihre Wirkungsweise und ihre mögliche weitere Ausgestaltung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

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In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine Teilnehmeranschlußschaltung mit Gleichstromspeisung, N3?-2-Draht/4-Draht-Umsetzung und Schaltregler als Abwärtsregler,

Pig. 2 ein Schaltregler als Aufwärtsregler.

Gemäß Pig. 1 besteht eine Teilnehmeranschlußschaltung aus einem ersten Schaltungsteil für die spannungsgeregelte Gleichstromspeisung, bestehend aus zwei Konstantstromzweipolen Ia und Ib, einer Empfangsschaltung mit den Stromspiegelschaltungen S1,S2 und S3 sowie einer Auswerte- und Ansteuerschaltung AS, die aus zwei Komparatoren 72 und 73 besteht, und einem Schaltregler SR mit Treibertransistor T2, Schalttransistor T1, Preilaufdiode D1, Drossel L1 und Speicherkondensator C1. Der zweite Schaltungsteil sur UP-2-Draht/4-Draht-Umsetzung besteht aus einem Operationsverstärker 71 und den Widerständen R4,R5 und Rö«

Zur Messung der Spannung an der Teilnehmerleitung TL werden die Spannungen zwischen a-Ader und negativem Pol der Speisespannungsquelle -übo und zwischen b-Ader und Masse durch die dazu jeweils parallel liegenden Widerstände E1 und R2 in den Stromspiegelschaltungen S1 und S2 in Ströme gewandelt. Durch Zwischenschaltung der Stromspiegelschaltung S3 werden die Ströme summiert, und der am Ausgang der Stromspiegelschaltung liegende Widerstand R3 wird so gewählt, daß an diesem Widerstand im Sollzustand als Eingangsspannung Ue1 der Auswerte- und Ansteuerschaltung AS annähernd Massepotential auftritt.

Während des RegeIvorganges wird die Eingangsspannung Ue1 am invertierenden Eingang des Komparators 72 mit Masse verglichen und die Abweichung mit einem 7erstärkungs-

RT faktor 7^4 verstärkt und dem Komparator 73 züge-

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führt. Dort wird diese Spannung mit einer estern zugeführten Sägezahnspannung Us konstanter Frequenz verglichen, und der Komparator V3 liefert somit am Ausgang eine pulsbreitenmodulierte Spannung Ur. Sie dient dem Schaltregler SR als Eingangsspannung und wird über einen Treibertransistor T2 dem Schalttransistor T1 zugeführt, der mit der Preilaufdiode D1 und der Drossel L1 einen Abwärtsregler bildet. Der Speicherkondensator C1 dient der Glättung der Ausgangsspannung -Ubo des Schaltreglers. Durch das unterschiedliche Tastverhältnis der pulsbrextenmodulierten Eingangsspannung Ur des Schaltreglers SR wird die Batteriespannung -Ub so geregelt, daß dem Speisestromkreis eine dem jeweiligen Leitungswiderstand angepaßte Speisespannung -Ubo zur Verfügung steht. Der Wirkungsgrad des Schaltreglers SR beträgt bei. optimaler Dimensionierung ¹^ =80 ... 90 %, so daß eine verlustleistungsarme Gleichstromspeisung möglich ist. Durch den Einsatz einer billigen, geometrisch kleinen Spule als Drossel L1 wird außerdem der Schaltungsaufwand für den Schaltregler SR gering. Damit die EP-Eingangsspannung den Schaltregler SR nicht beeinflußt, ist der Komparator V2 mit einem Integrationskondensator C2 beschaltet.

Durch die Doppelung der Ausgänge der Stromspiegelschaltungen S1 und S3, die gemeinsam über einen Widerstand R4 an einer positiven Spannung +Ub1 liegen, ist es möglich, die HP-Empfangsspannung am invertierenden Eingang Ue2 des als invertierenden Verstärker arbeiten Operationsverstärkers V1 massebezogen bereitzustellen und vorteilhafterweise die HP-2-Draht/4-Draht-Umsetzung ohne Gabelübertrager und Koppelkondensatoren zu realisieren. Über den Widerstand R5 wird dem Operationsverstärker V1 die Kompensationsspannung Uk zugeführt. Die Kompensationsspannung Uk wird von der zum Teilnehmer gesendeten HP-Spannung abgeleitet und hat die Aufgabe, diese HP-Spannung am Eingang des Operationsverstärkers V1 zu

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kompensieren, so daß am Ausgang des Operationsverstärkers V1 ausschließlich die vom Teilnehmer gesendete HF-Spannung erscheint und damit eine Rückkopplung ausgeschlossen wird. Durch die Wahl des Widerstandes R6 erfolgt die Yerstärkungseinstellung. Ausgehend von einer festgelegten Ruhespannung über den Konstantstromzweipolen Ia und Ib, beispielsweise jeweils U = 3Y, wird je nach Leitungswiderstand zwischen den a/b-Adern die Speisespannung -Ubο derart eingestellt, daß sowohl die Eingangsspannung Ue1 der Auswerte- und Ansteuerschaltung AS als auch die Eingangsspannung Ue2 der BP-2-Draht/4-Draht-Umsetzerschaltung annähernd Massepotential haben und damit erreicht wird, daß einerseits die Speisespannung -Ubo nur die erforderliche Mindestgröße hat und andererseits mit einfachen Schaltungsmitteln die UP-2-Draht/4-Draht-Umsetzung ohne Koppel- · kondensatoren und Wickelgüter vorgenommen wird. Somit wird eine Realisierung beider Schaltungskoniplese in monolithischer Technik möglich.

Gemäß Fig. 2 besteht ein Schaltregler SR als Aufwärtsregler aus einem Schalttransistor T1, einer Drossel L1, einer Freilaufdiode D1 und einem Speicherkondensator C1.

Diese SchaltungsVariante wird verwendet, wenn eine niedrige Batteriespannung -üb in der Zentrale vorhanden ist. Der Schalttransistor T1 wird direkt von der pulsbreitenmodulierten Ausgangsspannung Ur der Auswerte- und Ansteuerschaltung AS angesteuert. Die weitere Wirkungsweise entspricht der gemäß Fig. 1.

Claims

241356 Erfindungsanspruch

1. Elektronische Teilnehmeranschlußschaltimg für digitale Pernsprechvermittlungs- und Übertragungsanlagen zur spannungsgeregelten Gleichstromspeisung von Ferasprechendapparaten mittels Konstantstromzweipolen über Zweidraht-Teilnehmerleitungen und zur elektronischen HF-2-Draht/4-Draht-Umsetzung, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem ersten Konstantstromzweipol (Ia) zwischen a-Ader der Teilnehmerleitung (TL) und negativem Pol einer Speisespannungsquelle (-Ubo) eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (R1) und einer ersten Stromspiegelschaltung (S1) und zu einem zweiten Konstantstromzweipol (Ib) zwischen b-Ader der Teilnehmerleitung (TL) und Massepol der Speisespannungsquelle eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand (R2) und einer zweiten Stromspiegelschaltung (S2) parallel geschaltet ist und daß der Ausgang der zweiten Stromspiegelschaltung (S2) mit dem Eingang einer dritten Stromspiegelschaltung (S3) und ein erster Ausgang der ersten Stromspiegelschaltung (S1) einerseits mit einem ersten Ausgang der dritten Stromspiegelschaltung (S3) und andererseits mit dem Eingang einer Auswerte- und Ansteuerschaltung (AS) verbunden sind und daß weiterhin ein zweiter Ausgang der ersten Stromspiegelschaltung (S1) sowohl an einen zweiten Ausgang der dritten Strom- _: spiegelschaltung (S3) als auch an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers (71) geschaltet ist, der außerdem über einen Widerstand (R5) mit einer Kompensationsspannungsquelle (Uk) und über einen weiteren Widerstand (R6) mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (71), der gleichzeitig Ausgang (Ua) der elektronischen KF-2-Draht/4-Draht-Umsetzung ist, verbunden ist und daß der Ausgang der Auswerte- und Ansteuerschaltung (AS) an den Steuereingang (Ur) eines Schaltreglers (SR) geschaltet ist, dessen Eingang mit dem nega-

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tiven Pol einer Batterie (-Ub) in der Terraittlungszentrale verbunden ist und dessen Ausgang negativer PoX der Speisespannungsquelle (-Ubo) des Speisestromkreises ist.

2· Elektronische !Eeilnehmeranschlußschaltung: Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stronr- ' spiegelschaltung (S1) als Zweifachstromquelle aus npk-Transistoren besteht, daß die zweite Stromspiegelschaltung; (S2) aus pnp-QIransistoren besteht und dritte Stromspiegelschaltung (S3) als Zweifachst rain*; quelle aus npn-£ransistoren besteht _f, deren dem negativen Pol einer Spannungsquelle (-den sind und deren Zweifachausgange getrennt' über einen, Widerstand (R3,E4) am positiven Pol, Spannungsquelle (^GbI) liegen· , "„''-;?^:

3* Elektronische !BeilnehmeraimchluBsclialtuiig na Punkt 1, dadurch gekennzeichnet/ daB €ie Anateuersciialtung {.ÄS j im -wesentlichen, aiis der schaltung zweier Komparatoren CV2,Tr3") besteh%,. wa

der Schaltungseingang Cöet) äeT: invertierende des ersten. Soaparators (?2) und der₅Sc5iaXtungsaua—'% gang XlJr) _t Ausgang des zweiten Ssmpasators (J3) daß der Ausgang des ersten .Kos^ai^tcäis^Cir^) xcit vertierendezi .Eingang das iweitezt'lTDapfiraitoi'S" ("73)

bunden'ist und daß ä.e^ nichtiaVertierende längaag'desv ersten Kos^arators- (¥2) an Masse, vuäc^&se.jdn s Somparators (O) an-eine 'Sägezahns^^Bsmgsquelle *{\ geschalte%ist twsL daß zwischen, inyeriiareiideza """" xm& Ausgang²*ties' ersten Soiaparatsrs ^ÄXY2) ^ ^ ~ CB?,C2) ,liegt. ?ßt^:,

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4. Elektronische Teilnehmeranschlußschaltung nach den Punkten 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Anwendung des Schaltreglers (SR) als Abwärtsregler die Basis eines Schalttransistors (T1), dessen Emitter am negativen Pol der zu regelnden Batteriespannung (-Ub) liegt, mit dem Kollektor eines Treibertransistors (T2) verbunden ist, wobei dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis an den Ausgang eines Komparators (Y3) geschaltet ist und daß der Kollektor des Schalttransistors (T1) in Reihe mit einer Drossel (L1) an den negativen Pol der Speisespannungsquelle (-Ubo) des Speisestromkreises geschaltet ist, wobei vor der Drossel (L1) am Kollektor des Schalttransistors (T1) eine Freilaufdiode (D1) in Sperrichtung gegen Masse und hinter der Drossel (L2) ein Speicherkondensator (C1) ebenfalls gegen Masse geschaltet ist.

5· Elektronische Teilnehmeranschlußschaltung nach den Punkten 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Anwendung des Schaltreglers·(SR) als Aufwärtsregler, die Basis eines SchaIttransistors (T1), dessen Emitter an Masse liegt, mit dem Ausgang eines Komparators (73) verbunden ist und daß der Kollektor in Reihe mit einer Drossel (11) an den negativen Pol der zu regelnden Batteriespannung (-üb) und parallel dazu in Reihe mit einer Freilaufdiode (D1), deren Katode am Kollektor des Schalttransistors (T1) liegt, an den negativen Pol der Speisespannungsquelle (-Ubo) des Speisestromkreises geschaltet ist und daß zwischen Anode der Freilaufdiode (D1) und Masse ein Speicherkondensator (C1) liegt.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen,