-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Datenübertragungsvorrichtung, bei
welcher sich ein über eine Übertragungsleitung
zu übertragendes
Ausgangssignal aus einem Sendesignal und einer DC-Speisespannung
zusammensetzt.
-
Datenübertragungsvorrichtungen
müssen bestimmte
Anforderungen bezüglich
der elektrischen Eigenschaften an ihren Anschlußklemmen erfüllen.
-
Derartige
Anforderungen sind beispielsweise in "ETSI Technical Report ETR 080", September 1995,
European Telecommunications Standards Institute, Sophia-Antipolis,
France, beschrieben. Gemäß diesem
Dokument wird für
eine ISDN-Uk0-Zweidrahtübertragung
mit 2B1Q-Codierung (d.h. zwei Bits ergeben ein Quaternärsymbol)
beispielsweise festgelegt, daß das
Sendesignal der Datenübertragungsvorrichtung
beim Senden von +3-Impulsen an einem Widerstand von 135Ω eine Spannung
von 2,5V±5% erzeugen
muß. Zwischen
den Klemmen der Datenübertragungsvorrichtung
muß zudem
in einem Frequenzband von 10kHz–40kHz
bei dem Widerstand von 135Ω eine
Reflexionsdämpfung
von mehr als 20dB gegeben sein. Dies entspricht einem Eingangswiderstand
von 110,5Ω–165Ω. Für eine ISDN-Uk0-Zweidrahtübertragung
mit 4B3T-Codierung (d.h. vier Bits ergeben drei Tertiärsymbole),
wie sie beispielsweise im Telekommunikationsnetz der Deutschen Telekom
AG vorgesehen ist, wird gefordert, daß das Sendesignal der Datenübertragungsvorrichtung
beim Senden von +1-Impulsen an einem Widerstand von 150Ω eine Spannung
von 2V±10% erzeugen
muß. Zwischen
den Klemmen der Datenübertragungsvorrichtung
muß zudem
bei dem Widerstand von 150Ω eine
Reflexionsdämpfung
von mehr als 16dB gegeben sein. Dies entspricht einem Eingangswiderstand
von 109Ω–206Ω.
-
Diese
Anforderungen werden bei bekannten Datenübertragungsvorrichtungen dadurch
erfüllt, daß ein niederohmiges
Ausgangssignal erzeugt und ein präziser Längswiderstand an den Ausgängen der Datenübertragungsvorrichtung
verwendet wird.
-
Eine
derartige bekannte Datenübertragungsvorrichtung
ist beispielhaft in 3 dargestellt. Von einer Sendesignal-Erzeugungseinrichtung 1 wird
ein digitales Sendesignal generiert, welches von einem Digital/Analog-Wandler 2 in
ein analoges Sendesignal umgesetzt und einem Ausgangstreiber 3 zugeführt wird.
Von dem Ausgangstreiber 3 wird das analoge Sendesignal
in Form zweier Teilsignale über zwei
Adern einer Übertragungsleitung übertragen, wobei
die wechselstrommäßige Differenz
der beiden Teilsignale dem gewünschten
Sendesignal entspricht. Der Längswiderstand
Ri, welcher dem Innenwiderstand der Datenübertragungsvorrichtung
entspricht, wird normalerweise aus Symmetriegründen auf zwei Widerstände 4 aufgeteilt,
wobei jeweils ein Widerstand einer Leitungsader bzw. einem der differentiellen
Ausgänge
des Ausgangstreibers 3 zugeordnet ist. Über einen Übertrager oder Transformator 13 wird
unabhängig
von dem Sendesignal eine zwischen Klemmen C und D anliegende Speisespannung
für den
Empfänger
des Sendesignals eingekoppelt, so daß an den Klemmen A und B der
Datenübertragungsvorrichtung
das mit der Speisespannung überlagerte
Sendesignal auftritt.
-
Neben
den zuvor beschriebenen Datenübertragungsvorrichtungen,
welche mit Übertragern
arbeiten und vorzugsweise in breitbandigen Datensystemen zum Einsatz
kommen, sind insbesondere in analogen Sprachsystemen übertragerlose
elektronische Lösungen üblich, die
sogenannte Teilnehmerschnittstellen- oder SLIC-Schaltungen ("Subscriber Line Interface Circuits") als Schnittstelle
zur Übertragungs-
oder Telefonleitung verwenden. Über
diese SLICs erfolgt auch die in analogen Systemen erforderliche
DC-Speisung für
den jeweiligen Teilnehmer oder Empfänger.
-
Bei
derartigen gattungsgemäßen Datenübertragungsvorrichtungen
mit SLIC-Schaltungen wird die DC-Speisespannung nicht über einen Übertrager 13 nach
den ausgangsseitigen Längswiderständen 4 eingekoppelt,
sondern von dem Ausgangstreiber zusammen mit dem Sendesignal ausgegeben.
Dies hat zur Folge, daß über die
Längswiderstände 4 nicht
nur der Signalstrom, sondern auch der Speisestrom fließt, was
an den Längswiderständen 4 einen
entsprechenden DC-Spannungsabfall zur Folge hat.
-
Bei
verschiedenen Telekommunikationsnetzbetreibern wird ein maximaler
DC-Spannungsabfall spezifiziert, der bei dem maximal möglichen
Speisestrom abfallen darf. Durch diesen Wert des maximal zulässigen DC-Spannungsabfalls
wird der Wert der Längswiderstände 4 nach
oben begrenzt. Insbesondere wird durch diese Forderung ein kleinerer
Wert Ri/2 für die Längswiderstände 4 gefordert, als
es für die
geforderte Reflexionsdämpfung
notwendig wäre. So
ist beispielsweise im Bereich der Deutschen Telekom AG ein Spannungsabfall
von maximal 3V zugelassen. Der Spannungsabfall beträgt jedoch
bei einem geforderten Speisestrom von mindestens 45mA an einem 150Ω-Längswiderstand 6,75V, was mehr als
dem Doppelten des zulässigen
Spannungabfalls entspricht.
-
Aus
der
DE 199 16 635
C1 , welche lediglich Stand der Technik gemäß § 3(2) Nr.
1 PatG darstellt, ist eine gattungsgemäße Datenübertragungsvorrichtung bekannt,
bei welcher sich das über
die entsprechende Übertragungsleitung
zu übertragende
Ausgangssignal aus einem Sendesignal und einer DC-Speisespannung zusammensetzt.
Das Sendesignal ist wiederum durch die wechselstrommäßige Differenz
von zwei Teilsignalen gebildet, welche jeweils über eine Ader der zweiadrigen Übertragungsleitung übertragen
werden. Zur Unterdrückung
von Gleichtaktanteilen in den Teilsignalen wird eine Kalibrierung
derart durchgeführt,
daß über jede
Ader der Übertragungsleitung
im wesentlichen derselbe Ausgangspegel abgegeben wird.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine übertragerlose
Datenübertragungsvorrichtung
bereitzustellen, bei der auch die an den maximal zulässigen DC-Spannungsabfall
gestellten Anforderungen erfüllt
werden können.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Datenübertragungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben
jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
-
Erfindungsgemäß wird ein
Regelkreis oder eine Regelschleife verwendet, welche dafür sorgt, daß die ausgangsseitige
DC-Spannung nicht
abnimmt, was bezüglich
des DC-Signals einem negativen Eingangswiderstand (in etwa in der
Größenordnung
des jeweiligen Längswiderstands)
entspricht. Der Regelkreis umfaßt
dabei eine Spannungsmeßeinrichtung
zum Messen des DC-Spannungabfalls und
eine Addiereinrichtung, um den erfaßten DC-Spannungsabfall dem
Sendesignal hinzuzuaddieren.
-
Da
bei der SLIC-Technologie am Ausgang der Datenübertragungsvorrichtung sowohl
die Speisespannung als auch die Spannung des eigentlichen Sendesignals
auftritt, wird vorzugsweise eine Filtereinrichtung verwendet, die
aus der gemessenen Ausgangsspannung der Datenübertragungsvorrichtung die
DC-Spannung zur
weiteren Verarbeitung abtrennt. Als Filtereinrichtung kann hierfür beispielsweise
eine digitale Tiefpaßfiltereinrichtung
verwendet werden. Durch die Anwendung einer digitalen Filterung
mit programmierbaren Filterkoeffizienten kann mit Hilfe der Systemsoftware
beispielsweise die Größe des negativen
Innenwiderstands sowie die Grenzfrequenz variabel eingestellt und
somit das System optimal an die Anforderungen verschiedener Netzbetreiber
angepaßt
werden, ohne daß hierzu Änderungen
an der Systemhardware erforderlich sind.
-
Die
zuvor kurz beschriebene Erfindung wird vorzugsweise in Form einer
vollintegrierten Lösung realisiert,
wobei die Summation der erfaßten DC-Spannung
zu dem Sendesignal digital oder analog erfolgen kann. Durch die
Vollintegration kann ein minimaler Chip-Flächenaufwand erzielt werden.
Alternativ kann die Erfindung auch in Form einer Analogschaltung
realisiert werden, wobei der Schaltungsaufwand im Vergleich zu der
vollintegrierten Lösung
jedoch erheblich größer ist.
Insbesondere ist im Fall einer Analogschaltung die Verwendung großer Zeitkonstanten
erforderlich, wofür
entsprechend auszulegende diskrete Bauteile, wie insbesondere große Kapazitäten, benötigt werden,
um die geforderten Genauigkeiten einzuhalten.
-
Mit
Hilfe der vorliegenden Erfindung können sowohl die Anforderungen
an den maximal zulässigen
DC-Spannungsabfall als auch die Anforderungen an den AC-Längswiderstand
bzw. AC-Innenwiderstand,
d.h. an die Reflexionsdämpfung,
erfüllt werden.
Die Erfindung löst
somit erstmals das mit der Verwendung von SLIC-Schaltungen mit fester
Speisespannung verbundene und eingangs beschriebene Problem.
-
Die
Erfindung kann allgemein überall
dort eingesetzt werden, wo an eine Übertragungs- oder Telefonleitung
eine Fernspeisespannung angelegt werden soll und zugleich ohne Verwendung
eines Übertragers
Sendesignale auf die Übertragungsleitung
gegeben werden sollen. Dies gilt insbesondere für Übertragungssysteme mit zweiadrigen Übertragungsleitungen,
bei denen die über
die beiden Adern der Übertragungsleitung übertragenen
Teilsignale mit hoher Genauigkeit zwar gleich groß, jedoch
zueinander invers sein sollen. Die Erfindung eignet sich somit besonders
für den
Einsatz an ISDN-Telefonleitungen ("Integrated Services Digital Network"). Allgemein eignet
sich die Erfindung beispielsweise für die folgenden Signalübertragungsverfahren:
2B1Q-Codierung , 4B3T-Codierung, Up0/UPN-ISDN, S0-ISDN, MDSL ("Multirate Digital
Subscriber Line"),
SDSL ("Single Pair
Of Symmetric Digital Suibscriber Line"), VDSL ("Very High Bit Rate Digital Subscriber
Line"), ADSL ("Asynchronous Digital
Subscriber Line")
etc..
-
Bei
Anwendung der Erfindung in Datenübertragungsvorrichtungen
für zweiadrige Übertragungsleitungen
kann eine gemeinsame Regelung für
die beiden Leitungsadern vorgesehen sein, wodurch der Chip-Flächenaufwand
weiter reduziert werden kann. Ebenso ist für jede Leitungsader auch eine
separate Regelung möglich,
wobei die erfindungsgemäße Regelschaltung
in diesem Fall für
niederfrequente Gleichtaktsignale (mit einer Frequenz von beispielsweise
16,6Hz oder 50Hz) einen minimalen Innenwiderstand darstellt, so
daß die
Empfindlichkeit der Datenübertragung
gegenüber
Gleichtaktsignalen der Übertragungsleitung
reduziert werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
1 zeigt
eine Datenübertragungsvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
-
2 zeigt
eine Datenübertragungsvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und
-
3 zeigt
eine bekannte Datenübertragungsvorrichtung,
bei der die Speisespannung über einen Übertrager
eingekoppelt wird.
-
Die
in 1 gezeigte Datenübertragungsvorrichtung umfaßt eine
Sendesignal-Erzeugungseinrichtung 1 zur Erzeugung eines
digitalen Sendesignals. Das digitale Sendesignal wird in Form zweier digitaler
Teilsignale erzeugt, wobei die wechselstrommäßige Differenz der beiden Teilsignale
dem Sendesignal entspricht. Jedes Teilsignal wird über einen
Digital-Analog-Wandler
(D/A-Wandler) 8 einem entsprechenden Ausgangstreiber 3 zugeführt, wobei
jeder Ausgangstreiber 3 einer Ader einer zweiadrigen Telefon-
oder Übertragungsleitung
zugeordnet ist. Die beiden Ausgangstreiber 3 arbeiten gegensinnig im
Push-Pull-Betrieb,
wodurch sichergestellt ist, daß jedes
Teilsignal dem jeweils zugeordneten Ausgangstreiber 3 sowie
der jeweils zugeordneten Leitungsader zugeführt wird.
-
Die
beiden Ausgangstreiber liegen auf unterschiedlichen Spannungsniveaus.
Der der Klemme A zugeordnete Ausgangstreiber 3 gibt eine
Spannung zwischen VDDhigh und VSShigh aus, während der der Klemme B zugeordnete
Ausgangstreiber 3 eine Spannung zwischen VDDlow und VSSlow
ausgibt. Die an den Ausgangstreibern 3 anliegende Spannungsdifferenz
ist in beiden Fällen
VDD, d.h. VDDhigh – VSShigh
= VDDlow – VSSlow
= VDD, wobei VDD beispielsweise bis zu 6V (in der Regel 5,5V) betragen
kann und somit im Bereich üblicher
Versorgungsspannungen für
CMOS-Halbleiterbauelemente liegt.
Die Spannungsdifferenz zwischen VDDhigh und VSSlow kann beispielsweise
110V betragen.
-
Jeder
der beiden Ausgangstreiber 3 ist ausgangsseitig über einen
ersten Widerstand 4 und einem zweiten Widerstand 11 mit
der Klemme A bzw. B der entsprechenden Ader der zweiadrigen Übertragungsleitung
verbunden. Die Werte der beiden Widerstände 4 sind aus Symmetriegründen gleich
groß und
entsprechen jeweils dem halben Wert des Innenwiderstands Ri der Datenübertragungsvorrichtung. Die
Werte R2/2 der beiden Widerstände 11 sind
ebenfalls aus Symmetriegründen
gleich groß.
Die Widerstände 11 dienen
zur Realisierung der gewünschten Eingangsimpedanz
und unterstützen
eine leichtere Schutzbeschaltung.
-
Von
den Ausgangstreibern 3 wird nicht nur das die eigentliche
Nutzinformation enthaltene Sendesignal ausgegeben, sondern zusätzlich auch
ein Speisestrom, welcher zur Fernspeisung des jeweiligen Teilnehmer-Endgeräts dient.
Durch diesen Speisestrom kommt es an den Längswiderständen 4 und 11 zu
einem DC-Spannungsabfall,
der einen von dem jeweiligen Netzbetreiber vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten
darf.
-
Um
sowohl die Anforderungen an den maximal zulässigen DC-Spannungsabfall als auch die Anforderungen
an den Innenwiderstand Ri, d.h. an die Reflexionsdämpfung,
erfüllen
zu können,
wird bei der dargestellten Datenübertragungsvorrichtung
der DC-Ausgangspegel, welcher dem Offset des Sendesignals entspricht,
derart nachgeführt,
daß an
den Klemmen A und B die DC-Spannung nicht abnimmt. Dies entspricht
für das
DC-Signal einem negativen Eingangswiderstand (in etwa in der Größe R1/2 des Längswiderstands 4).
Aus Stabilitätsgründen sollte dieser
negative Eingangswiderstand im Rahmen seiner Reproduzierbarkeit
(Toleranz) so gewählt
werden, daß er
betragsmäßig nicht
größer als
der minimale externe Widerstand ist. Die Toleranzfenster dieser
beiden Widerstandswerte dürfen
sich somit nicht überlappen.
-
Zur
Nachführung
des DC-Ausgangspegels ist für
jeder der beiden Leitungsadern bzw. für jeden Ausgangstreiber 3 ein
ent sprechender Regelkreis vorgesehen. Jeder Regelkreis mißt zunächst den Ausgangsstrom,
indem die an dem jeweiligen Längswiderstand 4 abfallende
Spannung erfaßt
und mit Hilfe eines A/D-Wandlers 5 in ein entsprechendes
digitales Meßsignal
umgesetzt wird. Anschließend
erfolgt mit Hilfe einer digitalen Tiefpaßfiltereinrichtung 6 eine
digitale Tiefpaßfilterung
des digitalen Meßsignals,
wodurch der DC-Offset vom eigentlichen Sendesignal abgetrennt wird.
Der somit in Form der digitalen Ausgangssignale der digitalen Tiefpaßfiltereinrichtung 6 vorliegende
DC-Offset wird mit Hilfe von digitalen Addierern 7 dem
Sendesignal bzw. den einzelnen Teilsignalen hinzuaddiert.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
für die
beiden differentiellen Ausgänge
A und B eine gemeinsame Tiefpaßfilterung
in Form einer voll-differentiellen Regelung vorgesehen. Selbstverständlich kann
jedoch auch für
jeden Ausgang A, B eine individuelle digitale Tiefpaßfilterung
vorgesehen sein.
-
In 1 sind
zusätzlich
Kapazitäten
oder Kondensatoren 9 und 10 dargestellt, welche
optional zur Unterdrückung
von DC-Spannungsdifferenzen verwendet
werden können.
-
Bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt eine
digitale Summation des DC-Offsets zu dem Sendesignal.
-
In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem die Summation analog erfolgt, wobei diejenigen
Komponenten, welche den in 1 gezeigten
Komponenten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Bezüglich
dieser Komponenten wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die
obigen Ausführungen
zu 1 verwiesen.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die digitalen
Ausgangssignale der digitalen Tiefpaßfiltereinrichtung 6 mit
Hilfe eines D/A-Wandlers 8 in entsprechende analoge Signale umgesetzt,
welche dann über
analoge Addierer 7 dem Sendesignal bzw. den jeweiligen
Teilsignalen, welche von der Sendesignal-Erzeugungseinrichtung 1 generiert
und über
einen D/A-Wandler 2 ausgegeben werden, hinzuaddiert werden.
-
In 2 sind
weitere Kapazitäten
oder Kondensatoren 12 dargestellt, welche optional zur
Unterdrückung
von DC-Spannungsdifferenzen
verwendet werden können.
Selbstverständlich
können
diese Kondensatoren 12 auch zwischen der Sendesignal-Erzeugungseinrichtung 1 und
dem D/A-Wandler 2 angeordnet sein.