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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Widerstandsmessung für eine Teilnehmeranschlussschaltung mittels
einer Schutzschaltung.
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Das
technische Gebiet der Erfindung betrifft Leitungskarten (Line Card
Systems) bzw. Teilnehmeranschlussschaltungen, deren wesentliche
Funktion ist es, die encodierten Sprachsignale einer digitalen PCM-Schnittstelle
auf die Leitung (und vice versa) zu übertragen. Dabei ist die Leitung,
bestehend aus Tip-Ader und Ring-Ader bzw. A-Ader und B-Ader, mit
programmierbaren Spannungen tiefer Frequenzen zu betreiben.
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Des
Weiteren hat die Leitungskarte die Funktion, die Signale auf der
Leitung und externe Schaltungen ohne den Einsatz einer eigens vorzusehenden
Testeinheit zu überwachen.
Beispielsweise ist ein Ziel, den unbekannten Widerstand zwischen
der Ring-Ader und Masse (oder zwischen der Tip-Ader und Masse oder
zwischen der Tip-Ader und der Ring-Ader) mit einer vordefinierten
Präzision
zu messen (typischerweise 10%). Bei bekannten Verfahren zur Messung
des Widerstandes zwischen Ring-Ader
und Masse (für
Messungen des Widerstandes zwischen Ring-Ader und Tip-Ader und zwischen Tip-Ader
und Masse gilt analoges) ist die Leitungskarte in einen definierten
Messmodus zu setzen, in welchem beispielsweise an die Ring-Ader
ein vordefiniertes Potenzial (beispielsweise –50 V) angelegt wird. In einem
nächsten
Schritt wird der Strom, der zwischen Ring-Ader und Masse fließt, durch
eine Steuereinheit der Leitungskarte gemessen. Aus dem Quotienten der
vorbestimmten Spannung und des gemessenen Stromes wird der Widerstand
zwischen Ring-Ader und Masse berechnet.
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Ein
Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass ein kritisches Signal-Rauschverhältnis für die Strommessung
entsteht, falls der zu messende Widerstand größer als 2 MΩ ist. Bei einem vordefinierten
Potenzial von –50
V wäre
der zu messende Strom dann 25 μA.
Diese Stromstärke
ist aufgrund des entstehenden hohen Signal-Rauschverhältnisses
zu gering, um mit einer genügenden
Genauigkeit gemessen werden zu können.
Eine Abweichtoleranz von 10% könnte
mitunter nicht mehr gewährleistet
werden. Eine solche Abweichtoleranz von höchstens 10% ist aber von den
Telekommunikationsgesellschaften einiger Länder (z. B. Telekom Italia)
gefordert.
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Oben
genanntes Problem könnte
durch den Einsatz größerer Transistoren
für die
Teilnehmeranschlussschaltung, welche bekanntermaßen bessere Signal-Rauschverhältnis-Eigenschaften
aufweisen, gelöst
werden. Aber der Einsatz größerer Transistoren
würde die
Chipfläche
der Leitungskarte deutlich vergrößern, was
einer notwendigen Hochintegration der Bauteile für die Teilnehmeranschlussschaltung
nicht entsprechen würde.
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Die
Druckschrift
US 6,434,232
B1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen
der Impedanz von Teilnehmerschleifen-Schnittstellenleitungen. Dabei
beinhaltet das Messen der Schleifenimpedanz ein Laden und Entladen
eines Kondensators unter Verwendung eines Stromes, welcher von dem
Schleifenstrom und von der Schleifenspannung abgeleitet wird. Das
Ladezeitintervall des Kondensators kann dabei eine Information über die
Schleifenimpedanz bereitstellen. Eine Nachschlagetabelle in einer
Teilnehmeranschlussschaltung kann berechnete Impedanzwerte entsprechend
der jeweiligen Entladezeit beinhalten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein einfaches
und kostengünstiges
Verfahren zur Widerstands- messung für eine Teilnehmeranschlussschaltung
bereitzustellen, mit welchem auch große Widerstände mit hoher Präzision messbar
sind.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im Wesentlichen
darin, ein Verfahren zur Ermittlung eines Widerstandswertes zwischen
einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt einer Teilnehmeranschlussschaltung
bereitzustellen, wobei zwischen beiden Kontakten eine Schutzschaltung
zum Schutz der Teilnehmeranschlussschaltung vor Überspannungen vorgesehen ist,
die aus einer Parallelschaltung eines Schutzkondensators mit zwei über einen
Knoten seriell verschalteten Widerständen besteht, wobei der Knoten
mit einem dritten Kontakt der Teilnehmeranschlussschaltung verbunden
ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Anlegen einer vorbestimmten Ladespannung
an den Schutzkondensator;
- b) Berechnen einer Schwellwertspannung in Abhängigkeit
der Widerstandswerte der beiden Widerstände und der angelegten Ladespannung;
- c) Messen einer an einem der beiden Widerstände abgegriffenen Messspannung
während
der Entladung des Schutzkondensators;
- d) Vergleichen der Messspannung mit der berechneten Schwellwertspannung;
- e) Ermitteln einer Zeitdauer, zwischen Beginn des Entladens
des Schutzkondensators und der Zeit, wenn die Messspannung gleich
der Schwellwertspannung ist; und
- f) Berechnen des Widerstandswertes mittels der ermittelten Zeitdauer
und der Widerstandswerte der beiden Widerstände.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch das erfinderische
Messverfahren auch große
Widerstände
mit hoher Präzision
messbar sind, da kein kritisches Signal-Rauschverhältnis für dieses Messverfahren entsteht.
Demnach ist das erfinderische Messverfahren hochsensibel und kann
auch für
Signalisierungszwecke genutzt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung sind über
den ersten Kontakt eine Tip-Ader und über den zweiten Kontakt eine
Ring-Ader an die
Teilnehmeranschlussschaltung verbunden, so dass der Widerstandswert
zwischen der Ring-Ader und der Tip-Ader bestimmt wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind über den ersten Kontakt die
Ring-Ader und über
den zweiten Kontakt Masse an die Teilnehmeranschlussschaltung verbunden,
so dass der Widerstandswert zwischen der Ring-Ader und Masse bestimmt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind über den ersten Kontakt die
Tip-Ader und über den
zweiten Kontakt Masse an die Teilnehmeranschlussschaltung verbunden,
so dass der Widerstandswert zwischen der Tip-Ader und Masse bestimmt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Berechnen der Schwellwertspannung
mittels einer internen Steuereinrichtung der Teilnehmeranschlussschaltung
oder einer externen Steuereinrichtung durchgeführt.
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Ein
Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung ist, dass für das Berechnen
der Schwellwertspannung sowohl interne Ressourcen der Teilnehmeranschlussschaltung
als auch externe Ressourcen genutzt werden können.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Anlegen der vorbestimmten
Ladespannung an den Schutzkondensator von der internen Steuereinrichtung
gesteuert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Ermitteln der Zeitdauer
mittels der internen Steuereinrichtung durchgeführt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Berechnen des Widerstandswertes
mit der internen Steuereinrichtung der Teilnehmeranschlussschaltung
durchgeführt
und der berechnete Widerstandswert wird zu der externen Steuereinrichtung übertragen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die ermittelte Zeitdauer
von der internen Steuereinrichtung zu der externen Steuereinrichtung übertragen,
von welcher im folgenden das Berechnen des Widerstandswertes durchgeführt wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein Interrupt von der Teilnehmeranschlussschaltung
generiert, wenn die Messspannung gleich der Schwellwertspannung
ist, wobei der Interrupt zu der externen Steuereinrichtung übertragen
wird, von welcher die Zeitdauer ermittelt und damit der Widerstandswert
berechnet wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Ladespannung mittels
der internen Steuereinrichtung oder der externen Steuereinrichtung
vorbestimmt.
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Ein
Vorteil dieser bevorzugten Weiterbildung ist, dass das Vorbestimmen
der Ladespannung von verschiedenen Steuereinrichtungen durchgeführt werden
kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer ersten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes;
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2 das
erfindungsgemäße Messverfahren über den
Entladevorgang des Schutzkondensators mittels eines U-t-Diagramms;
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3 ein
Blockschaltbild einer zweiten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes zwischen der Ring-Ader der Teilnehmeranschlussschaltung
und Masse;
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4 ein
Blockschaltbild einer dritten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes zwischen der Tip-Ader der Teilnehmeranschlussschaltung
und Masse; und
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5 ein
Blockschaltbild einer vierten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes zwischen der Tip-Ader und der Ring-Ader der
Teilnehmeranschlussschaltung.
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In
allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche
Elemente – sofern
nichts anderes angegeben – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung nachfolgend mit Bezug auf Teilnehmeranschlussschaltungen
bzw. Teilnehmeranschlusssysteme beschrieben wird, ist sie darauf
nicht beschränkt,
sondern auf vielfältige
Weise einsetzbar.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer ersten Messanordnung zum erfindungemäßen Messen
des Widerstandswertes.
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Der
zu messende Widerstandswert ist mit dem Bezugszeichen Z bezeichnet.
In diesem und allen folgenden Blockschaltbildern bezeichnet Bezugszeichen 1 ersatzweise
den unbekannten Widerstand, welcher den Widerstandswert Z aufweist.
Der zu messende Widerstand 1 ist mittels eines ersten Kontaktes 2 und
eines zweiten Kontaktes 3 einer Teilnehmeranschlussschaltung 4 an
die Teilnehmeranschlussschaltung 4 verbunden.
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Parallel
zu dem Widerstand 1 ist ein Schutzkondensator 5 geschaltet.
Ein Spannungsteiler 6, der einen ersten Widerstand 7 mit
einem ersten Widerstandswert R1 und einen
zweiten Widerstand 8 mit einem zweiten Widerstandswert
R2 in Serie geschaltet aufweist, ist parallel
zu dem Schutzkondensator 5 geschaltet.
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Der
Schutzkondensator 5 und der dazu parallel geschaltete Spannungsteiler 6 bilden
eine Schutzschaltung 9 aus.
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Das
Schutzschaltung 9 und der dazu parallele Widerstand 1 sind
wie jedes RC-Glied mittels einer Zeitkonstanten T charakterisierbar,
wobei die Zeitkonstante T durch das Produkt des Gesamtwiderstandswertes Rtot und der Kapazität C des Schutzkondensators 5 ausgebildet
ist. T = Rtot·C
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Dabei
berechnet sich der Gesamtwiderstandswert R
tot der
Schutzschaltung
9 und des dazu parallelen Widerstandes
1 wie
folgt:
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Zwischen
den seriell verschalteten Widerständen (7, 8)
ist ein Knoten K, welcher an den dritten Kontakt 10 der
Teilnehmeranschlussschaltung 4 verbunden ist. So ist die
an dem zweiten Widerstand 8 abfallende Messspannung UM zwischen dem dritten Kontakt 10 und
dem zweiten Kontakt 3 messbar.
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Mittels
oben beschriebener Messanordnung ist das folgende erfindungsgemäße Messverfahren durchführbar:
In
einem ersten Schritt wird an den Schutzkondensator 5 eine
vorbestimmte Ladespannung ULade angelegt. Beispielsweise
beträgt
die Kapazität
des Schutzkondensators 5 15nF (C = 15nF) und die Ladespannung
ULade beträgt beispielsweise – 50V (ULade = – 50V).
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In
einem zweiten Schritt wird eine Schwellwertspannung UTH abhängig von
dem ersten Widerstandswert R1, dem zweiten
Widerstandswert R2 und der angelegten Ladespannung
ULade berech net. Die Berechnung der Schwellwertspannung
UTH erfolgt abhängig von der Geometrie der
Messanordnung nach 1 mittels unten stehender Formel.
Dabei ist zu beachten, dass die Schwellwertspannung UTH der
Messspannung UM entspricht, wenn die Zeit
t der Zeitkonstanten T der Schutzschaltung 9 entspricht.
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Beispielsweise
ergibt sich für
typische Werte wie R1 = 10 MΩ, R2 = 47 kΩ und
UL = – 50V
ein Wert von – 86,05
mV für
die Schwellwertspannung UTH.
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In
einem folgenden Schritt wird der Schutzkondensator 5 entladen,
gleichzeitig ein Zeitgeber für
die Ermittlung der Zeitdauer Δt
gestartet und die aufgrund des Entladevorgangs des Schutzkondensators 5 an dem
zweiten Widerstand 8 abfallende Messspannung UM gemessen.
Die Zeitdauer Δt
wird zwischen Beginn des Entladens des Schutzkondensators 5 und
der Zeit, wenn die Messspannung UM gleich
der Schwellwertspannung UTH ist, gemessen.
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Der
Widerstandswert Z wird aus dem ersten Widerstandswert R
1,
dem zweiten Widerstandswert R
2 und der erfassten
Zeitdauer Δt
mittels der beiden unten stehenden Formeln berechnet, wobei die
Zeitkonstante T der gemessenen Zeitdauer Δt gleich zu setzen ist:
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2 zeigt
das erfindungsgemäße Messverfahren über den
Entladevorgang des Schutzkondensators mittels eines U-t-Diagramms.
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Die
x-Achse des U-t-Diagramms nach 2 zeigt
die Zeit t zur Ermittlung der Zeitdauer Δt, welche mit dem Beginn des
Entladens des Schutzkondensators 5 gestartet wird.
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Die
y-Achse des U-t-Diagramms nach 2 zeigt
die Messspannung UM(t) in ihrem zeitlichen
Verlauf.
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Zur
Zeit t = 0, beträgt
die Messspannung U
M:
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Mit
Starten des Entladevorgangs des Schutzkondensators 5, der
die Kapazität
C aufweist, verringert sich der Betrag der Messspannung UM abhängig
von der Exponentialfunktion exp(– t/T). Erreicht der Betrag der
Messspannung UM den Betrag der Schwellwertspannung
UTH, so wird die Zeitdauer Δt erfasst.
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Wie
in 1 gezeigt, berechnet sich der Widerstandswert
Z aus der erfassten Zeitdauer Δt,
dem ersten Widerstandswert R1 und dem zweiten
Widerstandswert R2.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer zweiten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes zwischen der Ring-Ader der Teilnehmeranschlussschaltung
und Masse.
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Mit
Bezug auf 3 bezeichnet das Bezugszeichen 11 die
Ring-Ader der Teilnehmeranschlussschaltung 4 und das Bezugszeichen 13 bezeichnet
Masse.
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Über den
ersten Kontakt 2 ist die Ring-Ader 11 an die Teilnehmeranschlussschaltung 4 und über den zweiten
Kontakt 3 ist Masse 13 an die Teilnehmeranschlussschaltung 4 verbunden,
so dass der Widerstandswert Z zwischen der Ring-Ader 11 und
Masse 13 mittels des oben beschriebenen Verfahrens ermittelt
wird.
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Die
Teilnehmeranschlussschaltung 4 weist eine interne Steuereinrichtung 14 auf,
mit welcher die Schwellwertspannung UTH berechnet
wird, mit welcher das Laden den Schutzkondensators 5 mit
der vorbestimmten Ladespannung ULade gesteuert
wird, mit welcher das Erfassen der Zeitdauer Δt durchgeführt wird und mit welcher der
Widerstandswert Z berechnet wird.
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Des
Weiteren weist die Teilnehmeranschlussschaltung 4 einen
Multiplexer 16 auf, welcher die Funktion hat, jeweils die
entsprechende Leitung an die interne Steuereinrichtung 14 durchzuschalten.
Die interne Steuereinrichtung 14 steuert den Multiplexer 16 über eine
Steuerleitung 17 mittels des Steuersignals CTRL.
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Soll
wie nach 3 der Widerstandswert Z zwischen
der Ring-Ader 11, angeschlossen über den ersten Kontakt 2,
und Masse 13, angeschlossen über den zweiten Kontakt 3,
gemessen werden, schaltet der Multiplexer 16 vorerst die
Ring-Ader 11 und Masse 13 zur internen Steuereinrichtung 14 durch,
welche das Anlegen der vorbestimmten Ladespannung ULade an
den Schutzkondensator 5 steuert. Um dann die an dem zweiten
Widerstand 8 abfallende Messspannung UM,
zu messen, wird anstatt der Ring-Ader 11 die Leitung, die
an den dritten Kontakt 10 verbunden ist, von dem Multiplexer 16 an
die interne Steuereinrichtung 14 durchgeschaltet.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild einer dritten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes zwischen der Tip-Ader der Teilnehmeranschlussschaltung
und Masse.
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Die
Schutzschaltung 9 ist an die Tip-Ader 12, welche
an den ersten Kontakt 2 der Teilnehmeranschlussschaltung 4 verbunden
ist, und an den zweiten Kontakt 3 der Teilnehmeranschluss schaltung 4,
welcher mit Masse 13 verbunden ist, angeschlossen. In dem
Ausführungsbeispiel
nach 4 hat der Multiplexer 16 die Funktion,
die Tip-Ader 12 während
des Aufladevorgangs des Schutzkondensators 5 der Schutzschaltung 9 an
die interne Steuereinrichtung 14 durchzuschalten.
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Mit
dem Start des Entladevorgangs des Schutzkondensators 5 wird
analog wie in 3 die Leitung, welche über den
dritten Kontakt 10 angeschlossen ist, mittels des Multiplexers 16 an
die interne Steuereinrichtung 14 durchgeschaltet.
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Des
Weiteren ist in dem Ausführungsbeispiel
nach 4 die interne Steuereinrichtung 14 der
Teilnehmeranschlussschaltung 4 zu einer externen Steuereinrichtung 15 verbunden.
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Mittels
der externen Steuereinrichtung 15 kann wie mit der internen
Steuereinrichtung 14 der Teilnehmeranschlussschaltung 4 die
Schwellwertspannung UTH berechnet werden.
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Oder
die interne Steuereinrichtung 14 generiert nur einen Interrupt,
falls die erfasste Messspannung UM der Schwellwertspannung
UTH entspricht, wobei dann dieser Interrupt
zu der externen Steuereinrichtung 15 übertragen wird, von welcher
die Zeitdauer Δt
und damit der Widerstandswert Z zwischen der Tip-Ader 12 und Masse 13 ermittelt
werden.
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Die
Ladespannung ULade kann entweder von der
internen Steuereinrichtung 14 der Teilnehmeranschlussschaltung 4 oder
der externen Steuereinrichtung 15 vorbestimmt werden.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild einer vierten Messanordnung zum erfindungsgemäßen Messen
des Widerstandswertes Z zwischen der Tip-Ader und der Ring-Ader
der Teilnehmeranschlussschaltung.
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5 unterscheidet
sich zu dem Ausführungsbeispiel
nach 4 nur darin, dass das Schutzschaltung 9 nicht
wie in 4 zwischen der Tip-Ader 12 und
Masse 13 verbunden ist, sondern dass die Schutzschaltung 9 zwischen
der Tip-Ader 12 und der Ring-Ader 11 verbunden
ist, so dass der Widerstandswert Z zwischen Tip-Ader 12 und
Ring-Ader 11 messbar ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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- 1
- zu
ermittelnder Widerstand
- Z
- Widerstandswert
- 2
- erster
Kontakt
- 3
- zweiter
Kontakt
- 4
- Teilnehmeranschlussschaltung
- 5
- Schutzkondensator
- 6
- Spannungsteiler
- 7
- erster
Widerstand
- R1
- erster
Widerstandwert
- 8
- zweiter
Widerstand
- R2
- zweiter
Widerstandwert
- 9
- Schutzschaltung
- 10
- dritter
Kontakt
- 11
- Ring-Ader
- 12
- Tip-Ader
- 13
- Masse
- 14
- interne
Steuereinrichtung
- 15
- externe
Steuereinrichtung
- 16
- Multiplexer
- 17
- Steuerleitung
- K
- Knoten
- Δt
- Zeitdauer
- T
- Zeitkonstante
der Schutzschaltung
- UM
- Messspannung
- UTH
- Schwellwertspannung
- ULade
- Ladespannung
- CTRL
- Steuersignal
