DE102004032206A1 - Anordnung zur Einspeisung von Frittstrom in zumindest ein Leitungspaar - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß ist zumindest ein Leitungspaar über zumindest eine Diode mit zumindest einer von Masse galvanisch getrennten Spannungs- oder Stromquelle verbunden oder verbindbar.

Description

• In der aktuellen Kommunikationstechnologie sind die Teilnehmer über aus zumindest einem Leitungspaar bestehenden Teilnehmeranschlussleitungen an eine Multiplexereinrichtung – auch als DSLAM, Digital Subscriber Line Access Multiplexer bezeichnet – angeschlossen, welcher mit einem übergeordneten Kommunikationsnetz verbunden.
• Ein grundsätzliches Problem von Telefonleitungen besteht darin, dass sie an Kontakten und Spleißstellen mit der Zeit zum Oxydieren neigen. Die Oxydschicht behindert die Übertragung, weil durch sie die Leitung an der Oxydschicht hochohmig wird. Man kann diesen Effekt beseitigen, indem man einen Gleichstrom über die Leitung fließen lässt. Der Gleichstrom verhindert die Oxydation, bestehende Oxydschichten werden durchbrochen, weil sich an der hochohmigen Schicht per Spannungsteilung eine Spannung aufbaut, die zum Überschlag führt.
• Bei herkömmlichen Telefonleitungen (POTS, ISDN) tritt dieses Problem nicht zutage, weil durch den Speisestrom von POTS bzw. ISDN regelmäßig die entstandenen Oxydschichten durchbrochen werden. XDSL-Systeme verwenden auch Telefonleitungen und benötigen deshalb ebenso Lösungen für diesen Effekt. Bei bestehenden ADSL-Systemen wird ein Datensignal gleichzeitig mit dem herkömmlichen POTS- bzw. ISDN-Signal übertragen. Es fließt daher bei bestehendem ADSL auch der Speisestrom des Telfonsystems und das Problem der Oxydation ist gelöst.
• Bei der Internettelefonie (Voice over IP) wird das Telefonsignal als Teil des Datensignals einer Datenverbindung wie ADSL übertragen. Es gibt dann bei einer solchen ADSL-Verbindung kein paralleles separates Telefonsignal mehr. Dieses ADSL ohne paralleles separates Telefon ist in den ITU-T- Standards G.992.3 Annex I und J sowie G.992.5 Annex I und J unter der Bezeichnung „All digital mode ADSL" beschrieben. Bei „All digital mode ADSL" ist ein zusätzlicher kleiner Gleichstrom definiert, der vom ATU-C (ADSL-Linecard in der Vermittlungsstelle) über die Telefonleitung zum ATU-R (CPE beim Teilnehmer) fließt. Dieser Gleichstrom wird als „Frittstrom" (engl. „wetting current") bezeichnet und verhindert die Oxydation der Leitung.
• Die gleiche Problematik besteht bei herkömmlichen ADSL- oder VDSL-Verbindungen, bei denen die parallele POTS- oder ISDN-Verbindung entfallen ist (manche Betreiber lassen die Telefonverbindung absichtlich weg). Es fehlt dann der Speisestrom, der die Oxydschichten verhindert bzw. entfernt. Ebenso tritt das Oxydationsproblem bei SHDSL-Verbindungen auf, da SHDSL eine reine Datenverbindung ohne parallele Telefonverbindung ist. In diesen Fällen ist dann ein Frittstrom erforderlich.
• Der Frittstrom soll in Europa im Bereich von 0,2 mA ... 3 mA und in Nordamerika im Bereich von 1 mA ... 20 mA liegen.
• Da der Frittstrom auf die Teilnehmerleitung (Telefonleitung) gespeist wird, muss die Speiseschaltung dieselben Belastungen aushalten wie die sonstige Eingangsschaltung der Linecard. Harte Belastungen für die Linecard sind vor allem die Überspannungen und Überströme, die auftreten können und die die Eingangsschaltung überstehen muss. Diese Anforderungen sind im ITU-T-Standard K.20 festgelegt. Die meisten europäischen Betreiber verlangen die Einhaltung dieses Standards für ihre Systeme.
• Die bisher bestehenden Speiseschaltungen für den Frittstrom halten entweder ITU-T K.20 nicht ein oder sind äußerst platz- und kostenaufwendig. Das Problem besteht darin, eine Speiseschaltung zu finden, die sowohl alle Überspannungs- und Überstromanforderungen der ITU-T K.20 einhält als auch preis günstig ist und wenig Fläche auf der Linecard benötigt. Das Ziel ist eine Lösung, die auf einer kostenoptimierten ADSL-Linecard mit wenig freier Fläche auf der Karte zum Einsatz kommen kann.
• Das bisherige Konzept wird auf den SHDSL-Linecards verwendet und wurde von früheren analogen Sprachvermittlungsstellen übernommen. Dort wurde der Frittstrom mit hochohmigen Widerständen von der Batteriespannung und Masse eingespeist. 1 zeigt beispielhaft die Realisierung auf einer 32-Port SHDSL-Linecard – auch als Teilnehmeranschlußeinheit bezeichnet – einer Multiplexereinrichtung (z. B. DSLAM der Firma Siemens, „XpressLink").
• Kurze Beschreibung:
• • Frittstrom wird von -48 V Batteriespannung und RTN (zugehörige Masse) eingespeist
• • Speiseschaltung besteht aus den Speisewiderständen von -48 V und RTN auf die Adern
• • Stromhöhe wird durch Wert der Widerstände bestimmt
• • Überspannungsfall: Über Speisewiderstände besteht ein Strompfad nach Masse (RTN) ⇒ Überspannungsschutz nach Masse notwendig (200V-Trisils, 35V-Trisils, 2.7Ω Leistungswiderstände)
• • Überspannung: Spannung über Speisewiderständen beträgt maximal 530 V (s. Trisil-Datenblatt) ⇒ großer Frittstrom würde Hochlast-Widerstände erfordern (große Bauform, Kosten) ⇒ nur sehr kleiner Frittstrom ist wirtschaftlich machbar Nachteile
• • Viele und große Bauteile nötig für Gleichtakt- (Common Mode)-Überspannungsschutz (hohe Kosten, Platzbedarf)
• • Schutz gegen Gleichtaktüberspannungen (Spannung von beiden Adern gegen Masse) nötig wegen Gleichstrompfad von a/b-Adern nach Masse
• • Bei Frittströmen größer als 0,5 mA kann ITU-T K.20 nicht mehr eingehalten werden, wenn der verfügbare Platz auf der Linecard sehr begrenzt ist (wie es z.B. bei einer 64-Port ADSL-Linecard von XpressLink der Fall ist). Für einen größeren Frittstrom müssen die Speisewiderstände niederohmiger sein; beim „Unterfahren" (Spannung wird so eingestellt, dass Schutzelemente gerade noch nicht zünden, vorgeschrieben in K.20) beim Power Induction-Test werden die Speisewiderstände sehr stark belastet: Entweder müssen große Hochlast-Widerstände verwendet werden oder die Widerstände werden überlastet und beschädigt. Große Hochlast-Widerstände kosten viel und benötigen viel Platz auf der Baugruppe, daher sind sie für platz- und kostensensitive Anwendungen wie eine ADSL-Linecard nicht geeignet. Also sind mit dieser Lösung bei Einhaltung der ITU-T K.20 nur Frittströme unterhalb 0,5 mA möglich
• • Im Gleichtaktüberspannungsfall fließen hohe Ströme durch die a/b-Adern. Um Beschädigungen zu vermeiden, müssen die Leiterbahnen der a/b-Adern breit gehalten werden ⇒ ernste Probleme im Layout ⇒ a/b-Adernstecker mit kleinem Pinabstand (würde höhere Integration auf der Baugruppe ermöglichen) kann nicht verwendet werden ⇒ Gleichtaktüberspannungsschutz verschlechtert das System und ist möglichst zu vermeiden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Probleme zu beseitigen. Die Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruch 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
• Der wesentliche Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung zur Einspeisung von Frittstrom in zumindest ein Leitungspaar be steht darin, dass das zumindest eine Leitungspaar über zumindest eine Diode mit zumindest einer von Masse galvanisch getrennten Spannungs- oder Stromquelle verbunden oder verbindbar ist.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
• 2 zeigt ein einem Blockschaltbild eine beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung.
• Kurze Beschreibung:
• • Teilnehmerleitungen mit Dioden und Entkopplungswiderständen an Spannungsquelle (speist Frittstrom) angeschlossen
• • Spannungsquelle wird per zentralem Relais an Entkopplungswiderstände angeschaltet/abgetrennt
• • Bei geschlossenen Relaiskontakten: Spannungsquelle wird sanft über Rampe an- und ausgeschaltet
• • Spannungsquelle ist galvanisch von Masse getrennt
• • Quelle speist alle Teilnehmerleitungen gleichzeitig
• • Frittstrom wird nur kurze Zeit täglich gespeist (z.B. 2 Minuten). Während restlicher Zeit wird Quelle per zentralem Relais weggeschaltet
• • Schutz gegen Überspannungen, indem Quelle meiste Zeit des Tages weggeschaltet ist ⇒ Speisezustand kann (in Absprache mit dem Prüflabor) als nicht-relevanter Betriebszustand definiert werden ⇒ dann muss dieser Zustand nicht bzgl. Überspannungsfestigkeit geprüft werden ⇒ reduzierter Testaufwand
• • Um Diskussionsbedarf bzgl. relevanten Betriebszuständen zu verringern, sollte die Spannungsquelle so aufgebaut werden, dass sie 1,5 kV zwischen den Ausgängen für die a/b-Adern aushält
• • Spannungsquelle galvanisch von Masse getrennt ⇒ Schutz gegen Gleichtaktbeeinflussungen (bezogen auf Masse). Be dingung: Spannungsquelle muss Überspannung zwischen jedem der Ausgänge einerseits und Masse andererseits aushalten. Aber da kein Strom fließt, werden keine Bauteile beschädigt
• • Teilnehmerleitungen voneinander entkoppelt durch 1,5 kV-feste Dioden. Entkopplung der Teilnehmerleitungen voneinander ist durch ITU-T K.20 vorgeschrieben
• • Leistungsverbrauch reduziert durch kurze Einspeisezeit (⇒ auch großer Frittstrom möglich)
• • Einfache Implementierung der galvanisch entkoppelten Spannungsquelle durch Erweiterung der bestehenden Spannungsversorgungsmodule
• • Da kein Strompfad nach Masse besteht, kann der Überspannungsschutz auf der Linecard auf den differentiellen Schutz (differential mode) begrenzt werden ⇒ einige Linecardtypen, z.B. SU:SHDSL, können vereinfacht werden (Leistungswiderstände und Trisils weglassen) ⇒ Kostenreduktion
• • Unterschiedliche Längen der Teilnehmerleitungen (Leitungswiderstände unterschiedlich) werden durch die Entkopplungswiderstände kompensiert (sind gegenüber größtmöglichem Leitungswiderstand hochohmig) ⇒ Größe des Frittstroms durch Entkopplungswiderstände bestimmt ⇒ Quelle ist Spannungsquelle.
• • Einfache Realisierung: – Geringer Flächenaufwand auf der Baugruppe – Geringe Kosten der Einspeisedioden und -widerstände – Geringer Realisierungsaufwand der galvanisch getrennten Spannungsquelle: Einfache Modifikation des auf der Baugruppe vorhandenen Spannungswandlermoduls
• • ITU-T K.20-Forderungen werden eingehalten: – Kein Stromfluss bei Common Mode-Überspannungen wegen galvanisch getrennter Spannungsquelle ⇒ keine Beeinflussung der Baugruppe, kein Schaden – Bei Differential Mode-Überspannungen liegt Überspannung zwischen Ausgängen der Spannungsquelle (ist 1500V-fest) ⇒ kein Schaden – Entkopplung der Teilnehmerleitungen gegeneinander durch 1500V-feste Dioden (Entkopplung ist wegen ITU-T K.20 notwendig)
• • Auch große Frittströme sind möglich: – Frittströme größer als 0,5mA können problemlos gespeist werden (kleiner als 0,5mA natürlich auch) – Höhe des Frittstroms wird von Einspeisewiderständen bestimmt und ist unabhängig von Länge und Querschnitt der Teilnehmerleitung – Da der Frittstrom nur über kurze Zeit gespeist wird (z.B. einige Minuten täglich), wird nur wenig Gesamtenergie benötigt ⇒ hohe Frittströme führen nicht zu hoher Dauerbelastung der Stromversorgung
• • Geringer Aufwand im Überspannungsschutz: – Kein Common Mode-Überspannungsschutz notwendig: Durch galvanisch getrennte Spannungsquelle gibt es keinen Strompfad von den a/b-Adern nach Ground ⇒ bei Common Mode-Beeinflussung (Fremdspannung von Ader nach Ground) kann kein Strom fließen – Spannungsquelle nur kurze Zeit an irgendeine Teilnehmerleitung angeschaltet bzw. meiste Zeit getrennt ⇒ Wahrscheinlichkeit der Beeinflussung der Speiseschaltung durch Überspannung ist sehr gering
• • Standardkonformes Ein- und Ausschalten: – Sanftes, nicht abruptes Ein- und Ausschalten der Spannungsquelle mittels Rampe verhindert Beeinflussung des xDSL-Signals und gehorcht dem Standard (G.992.3 (07/2002), Kapitel I.4.1) – Zentrales Relais erlaubt komplettes Abschalten des Frittstroms auf Wunsch des Betreibers

Claims (5)

1. Anordnung zur Einspeisung von Frittstrom in zumindest ein Leitungspaar, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Leitungspaar über zumindest eine Diode mit zumindest einer von Masse galvanisch getrennten Spannungs- oder Stromquelle verbunden oder verbindbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Schaltmittel vorgesehen sind, durch welche die zumindest eine Spannungs- oder Stromquelle mit dem zumindest einem Leitungspaar elektrisch leitend verbindbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel derart ausgestaltet sind, daß die zumindest eine Spannungs- oder Stromquelle für einen vorgebbaren Zeitraum mit dem zumindest einem Leitungspaar elektrisch leitend verbindbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel durch zumindest ein Relais ausgestaltet sind.
5. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung in zumindest einer Teilnehmeranschlußeinheit.