DE102006028183B4

DE102006028183B4 - Electronic switching of ISDN interfaces

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Publication number: DE102006028183B4
Application number: DE200610028183
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2026-06-17
Also published as: DE102006028183A1

Abstract

Elektronische Umschaltung von ISDN-Schnittstellen dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Analogschalter zwischen mindestens einem der Transformatoren und ISDN-IC angeordnet sind, wobei für die normgerechte Hochohmigkeit der S0-Schnittstelle im nicht stromversorgten Zustand der Schnittstelle eine Hilfsspannung zur Versorgung der Analogschalter aus der angelegten Signalspannung erzeugt wird.Electronic switching of ISDN interfaces, characterized in that electronic analog switch between at least one of the transformers and ISDN IC are arranged, for the standard-compliant high impedance of the S0 interface in the non-powered state of the interface generates an auxiliary voltage for supplying the analog switch from the applied signal voltage becomes.

Description

In der ISDN-Technik kennt man für den sog. Basisanschluss drei verschiedene Schnittstellen:

a) Uk0-Schnittstelle mit Echo-Unterdrückung; 2-drähtig.
b) S0-Schnittstelle; 4-drähtig mit getrennten Aderpaaren für die Sende-(TX) und Empfangs-Richtung (RX); international als S/T-Schnittstelle bezeichnet.
c) Up-Schnittstelle mit Zeitgetrenntlageverfahren (Ping-Pong); 2-drähtig. Je nach möglicher Kabellänge unterscheidet man hier UpN oder Up0. Auch die Bezeichnungen UpE und Up200 sind gebräuchlich. (In dieser Beschreibung wird Immer der Begriff „Up” benutzt).

In ISDN technology, three different interfaces are known for the so-called basic connection:

a) Uk0 interface with echo suppression; 2-wire.
b) S0 interface; 4-wire with separate wire pairs for the transmit (TX) and receive (RX) directions; internationally referred to as S / T interface.
c) Ping-Pong Up interface; 2-wire. Depending on the possible cable length, a distinction is made between UpN or Up0. The terms UpE and Up200 are also common. (In this description, the term "Up" is always used).

Ferner unterscheidet man, insbesondere bei S0-Schnittstellen, zwischen TE (Terminal Equipment) und NT (Network Termination). Diese Unterscheidung ist bei einer 4-Draht-Schnittstelle wie der S0-Schnittstelle besonders wichtig, da hier getrennte Sende- und Empfangsleitungspaare verwendet werden. Bei Verbindung der TE- und NT-Schnittstelle werden Receiver mit Transmitter verbunden und so eine Datenkommunikation erst ermöglicht wird. Andernfalls würden beide Receiver und beide Transmitter verbunden werden und es käme keine Kommunikation zustande.Furthermore, a distinction is made between TE (Terminal Equipment) and NT (Network Termination), in particular in the case of S0 interfaces. This distinction is particularly important in a 4-wire interface such as the S0 interface, since separate transmit and receive line pairs are used. When connecting the TE and NT interface, receivers are connected to transmitters and data communication becomes possible in the first place. Otherwise, both receivers and both transmitters would be connected and there would be no communication.

In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, die Schnittstelleneigenschaften nicht durch die Schaltung fest zu verdrahten, sondern eine automatische, oder zumindest durch Software einstellbare, Änderung der Schnittstelleneigenschaften zu erreichen.In many applications, it is desirable not to wire the interface properties through the circuit, but to achieve automatic, or at least software settable, change in interface properties.

Nach dem Stand der Technik gibt es bereits mehrer integrierte Schaltungen (IC), die zumindest chipintern eine Umschaltung zwischen S0- und Up-Schnittstelle ermöglichen, so z. B.:

– VIP/DELIC von der Fa. Infineon,
– XHFC-Serie von der Fa. Cologne Chip.

According to the prior art, there are already several integrated circuits (IC), which allow at least on-chip switching between S0 and Up interface, such. B .:

- VIP / DELIC from Infineon,
- XHFC series from the company Cologne Chip.

Ferner ist aus der Druckschrift DE 10 2004 005 089 A1 bekannt, wie eine kombinierte Anschaltung von S0- und Up unter Verwendung von nur zwei S0-Transformatoren realisiert werden kann. Diese Lösung benutzt allerdings Schalter (Jumper) zur Umschaltung der verschiedenen Schnittstellen-Modi.Furthermore, from the document DE 10 2004 005 089 A1 It is known how a combined connection of S0 and Up can be realized using only two S0 transformers. However, this solution uses switches (jumpers) to switch the various interface modes.

Aus den Druckschriften WO 00/73806 A1 und DE 69224401 T2 sind aufwändige Schaltungsanordnungen bekannt, die durch Analogschalter Schnittstellencharakteristika von Uk-Schnittstellen umschalten.From the pamphlets WO 00/73806 A1 and DE 69224401 T2 elaborate circuit arrangements are known which switch interface characteristics of Uk interfaces through analog switches.

Besondere Probleme sind gerade bei der normgerechten Realisierung einer S0-Schnittstelle die hohen Anforderungen an die Impedanz und die Hochohmigkeit der Schnittstelle, sogar im nicht stromversorgten Zustand. Diese sind deswegen nötig, da es sich bei der S0-Schnittstelle um eine Bus-Schnittstelle handelt und abgeschaltete Geräte ohne Versorgungsspannung die Kommunikation auf dem Bus nicht beeinträchtigen dürfen.Especially in the standard-compliant implementation of an S0 interface, the high demands placed on the impedance and the high-resistance of the interface, even in the non-powered state, are particular problems. These are necessary because the S0 interface is a bus interface and disconnected devices without supply voltage must not interfere with communication on the bus.

Aufgebe der vorliegenden Erfindung ist es, Schaltungsanordnungen zu entwickeln, die mit Hilfe elektronischer Schalter normgerecht ISDN-Schnittstellen umschalten können.Aufgebe of the present invention is to develop circuits that can switch with the help of electronic switches standard ISDN interfaces.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass elektronische Analogschalter zwischen Transformator und ISDN-IC angeordnet sind. Hierbei werden sinnvoller Weise niederohmige (< 10 Ohm) MOS-Analogschalter verwendet, die sich durch sehr geringe Versorgungsströme und geringe Signalverzerrungen auszeichnen. Da diese Analogschalter nur für geringe Versorgungsspannungen (unter 6 V) ausgelegt sind, werden sie zwischen Transformator und ISDN-IC angeordnet, da hier eventuelle hohe Überspannungen von der ISDN-Leitung bereits abgeleitet sind. Ferner muss dafür gesorgt werden, dass eventuelle Überspannungen, die den Transformator zur Chipseite hin passiert haben, noch vor den Analogschaltern abgeleitet werden.This object is achieved in that electronic analog switch between the transformer and ISDN IC are arranged. This makes sense to use low-resistance (<10 ohm) MOS analog switches, which are characterized by very low supply currents and low signal distortion. Since these analogue switches are only designed for low supply voltages (below 6 V), they are arranged between the transformer and ISDN-IC, since any high overvoltages from the ISDN line are already derived there. It must also be ensured that any overvoltages that have passed the transformer to the chip side are discharged before the analogue switches.

Wie bereits geschildert, müssen für eine normgerechte S0-Schnittstelle hohe Anforderungen an die Hochohmigkeit der Schnittstelle gerade im nicht versorgten Zustand gestellt werden. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die normgerechte Hochohmigkeit der S0-Schnittstelle im nicht stromversorgten Zustand der Schnittstelle eine Hilfsspannung zur Versorgung der Analogschalter aus der angelegten Signalspannung erzeugt wird.As already described, high demands must be placed on the high-resistance of the interface, especially in the non-supplied state, for a standard-compliant S0 interface. This problem is inventively solved in that for the standard-compliant high resistance of the S0 interface in the non-powered state of the interface, an auxiliary voltage for supplying the analog switch from the applied signal voltage is generated.

Die Hochohmigkeit der S0-Schnittstelle wird normgerecht durch eine sinusförmige Wechselspannung von 1,2 Vp (Scheitelwert) bei 96 kHz geprüft; wobei ein maximaler Strom von nur 0,6 mA fließen darf. Bei einem 1:2-Transformator stehen dann chipseitig 2,4 Vp zur Verfügung. Diese können durch einen Brückengleichrichter in eine Gleichspannung umgewandelt werden, die ausreichend hoch ist, um die Analogschalter so zu versorgen, dass diese hochohmig bleiben. Verzichtet man auf diese Hilfsspannungsversorgung, dann wird durch die Schutzdioden an allen Eingängen der Analogschalter-ICs ein Stromfluss ermöglicht, der den Normbereich überschreitet. Die Hilfsspannung selbst wird auf Grund der sehr geringen Stromaufnahme üblicher Analogschalter nur minimal belastet.The high resistance of the S0 interface is tested in accordance with the standard by a sinusoidal AC voltage of 1.2 Vp (peak value) at 96 kHz; where a maximum current of only 0.6 mA is allowed to flow. For a 1: 2 transformer, the chip side will have 2.4 Vp available. These can be converted by a bridge rectifier into a DC voltage which is sufficiently high to supply the analog switches so that they remain high-impedance. If one waives this auxiliary voltage supply, then a current flow which exceeds the normal range is made possible by the protective diodes on all inputs of the analog switch ICs. The auxiliary voltage itself is only minimally loaded due to the very low current consumption of conventional analog switches.

Die ISDN-Schnittstellen S0 und Up unterscheiden sich nicht nur in der Anzahl der Leitungen (4 anstatt 2) und der Signalpegel, sondern auch darin wie die Speisespannung der Schnittstelle übertragen wird. Bei der S0-Schnittstelle wird die Speisung als sog. Phantomspeisung zwischen den Leitungspaaren für Receive und Transmit angelegt. Diese wird dann typisch über die beiden Mittelanzapfungen der S0-Transformatoren zu- oder abgeführt. Bei der 2-drähtigen Up-Schnittstelle liegt die Speisung direkt überlagert zu den Signalspannungen zwischen den beiden Adern. Auf Grund der üblichen Belegungen der Schnittstellen auf einem Western-Stecker (RJ45, 8-polig) liegt im Fall der Up-Schnittstelle zwischen den Anschlusspunkten 4 und 5 die volle Speisespannung, während im Fall der S0-Schnittstelle hier überhaupt keine Gleichspannung anliegt. Dadurch ist es entsprechend Anspruch 2 möglich, dass durch Messen der Speisespannung der Schnittstelle durch einen Spannungssensor detektiert wird, ob eine S0- oder Up-Schnittstelle angeschlossen ist.The ISDN interfaces S0 and Up differ not only in the number of lines (4 instead of 2) and the signal level, but also in it how the supply voltage of the interface is transmitted. In the case of the S0 interface, the supply is created as a so-called phantom supply between the line pairs for receive and transmit. This is then typically added or removed via the two center taps of the S0 transformers. In the case of the 2-wire Up interface, the supply is directly superimposed to the signal voltages between the two wires. Due to the usual assignment of the interfaces on a Western plug (RJ45, 8-pin) is in the case of the Up interface between the connection points 4 and 5, the full supply voltage, while in the case of S0 interface here no DC voltage applied. This makes it possible according to claim 2, that is detected by measuring the supply voltage of the interface by a voltage sensor, whether an S0 or Up interface is connected.

Ist durch den Spannungssensor klar, welcher Schnittstellenmodus vorliegt, so reicht es nicht aus, einfach die höchste zur Verfügung stehende Spannung als Spannungsquelle zu nutzen. Insbesondere im Fall eines ISDN-Endsystems (TE) darf bei einer S0-Schnittstelle kein Leitungsabschluss geschaltet werden, während bei einer Up-Schnittstelle ein Leitungsabschluss zwingend erforderlich ist. Ferner muss in diesem Fall dafür gesorgt werden, dass der Speisestrom nicht durch den S0-Transformator fließt, da dieser nur geringste Differenzströme aushält bevor er in die Sättigung geht. Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 3 dadurch gelöst, dass je nach detektierter Schnittstelle die Speisespannung der Schnittstelle zur Stromversorgung des ISDN-Gerätes geschaltet wird und dadurch auch der für den Up-Interface-Modus notwendige Leitungsabschluss aktiviert wird.If it is clear by the voltage sensor which interface mode is present, it is not sufficient simply to use the highest available voltage as the voltage source. Particularly in the case of an ISDN end system (TE), no line termination may be switched in an S0 interface, while a line termination is mandatory in the case of an Up interface. In addition, care must be taken in this case that the supply current does not flow through the S0 transformer, since it can withstand only the smallest differential currents before it goes into saturation. This problem is solved according to claim 3, characterized in that depending on the detected interface, the supply voltage of the interface to the power supply of the ISDN device is switched and thereby also necessary for the up-interface mode line termination is activated.

Die Umschaltung zwischen einer S0-TE- und einer S0-NT-Schnittstelle ist nach dem Stand der Technik nur durch Umsetzen diverser Jumper möglich. Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 4 dadurch gelöst, dass eine S0-Schnittstelle durch elektronisches Vertauschen der chipseitigen Anschlüsse der beiden Transformatoren zwischen TE- und NT-Mode umschaltet.Switching between a S0-TE and a S0-NT interface is possible in the prior art only by converting various jumpers. This problem is solved according to claim 4, characterized in that an S0 interface switches by electronic interchanging the chip-side terminals of the two transformers between TE and NT mode.

Die für die Erzeugung der Hilfsspannung eingesetzte Schaltung aus Dioden oder Brückengleichrichtern kann für den Schutz der Schnittstelle und insbesondere der Analogschalter mitbenutzt werden. Dieses wird entsprechend Anspruch 5 dadurch erreicht, dass die Schaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung durch Ergänzung eines Überspannungsableiters gleichzeitig als Überspannungsschutzschaltung dient. Als einfacher Überspannungsableiter kann eine Z-Diode benutzt werden.The used for the generation of the auxiliary voltage circuit of diodes or bridge rectifiers can be shared for the protection of the interface and in particular the analog switch. This is achieved according to claim 5, characterized in that the circuit for generating the auxiliary voltage by supplementing a surge arrester simultaneously serves as overvoltage protection circuit. As a simple surge arrester, a Zener diode can be used.

In vielen Fällen sind bei den S0-Transformatoren chipseitig auch die Mittelanzapfungen angeschlossen. Im nicht stromversorgten Zustand der Schaltung kann durch die Schutzbeschaltung des ISDN-ICs ein Strompfad nach Masse gebildet werden, der die Mittelanzapfung nach Masse zieht, was dann wieder an den anderen Anschlüssen des Transformators zu unzulässigen Strompfaden führt. Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 6 dadurch gelöst, dass eine Verbindung zur Mittelanzapfung eines Transformators durch ein zusätzliches Schaltelement abgeschaltet wird oder diese so hochohmig ausgelegt wird, dass kein spezifikationswidriger Strom fließen kann.In many cases, the S0 transformers on the chip side, the center taps are connected. In the non-powered state of the circuit can be formed by the protective circuit of the ISDN ICs a current path to ground, which pulls the center tap to ground, which then leads back to the other terminals of the transformer to impermissible current paths. This problem is solved according to claim 6, characterized in that a connection to the center tap of a transformer is switched off by an additional switching element or this is designed so high impedance that no inaccurate flow can flow.

Bei verschiedenen Schnittstellen muss je nach gewählter Schnittstellenkonfiguration ein Leitungsabschluss (Terminierung) zugeschaltet werden. Hier ist es gängige Praxis bei der S0-NT-Schnittstelle 100 Ohm-Widerstände leitungsseitig zuzuschalten. Um die oben schon beschriebene Überspannungsproblematik zu umgehen, wird nach Anspruch 7 dieses Problem so gelöst, dass eine Terminierung nicht leitungsseitig sondern chipseitig vom Transformator mit einem Analogschalter eingeschaltet wird. Bei einem Transformator mit einem Übertragungsverhältnis von 2:1 ist chipseitig dann ein Widerstand von 400 Ohm einzuschalten, da der Transformator den Widerstand mit dem Quadrat des Wicklungsverhältnisses transformiert.Depending on the selected interface configuration, a line termination (termination) must be activated for different interfaces. Here it is common practice in the S0-NT interface to turn on 100 ohm resistors on the line side. In order to avoid the overvoltage problem already described above, this problem is solved according to claim 7 such that termination is not switched on the line side but on the chip side of the transformer with an analog switch. For a transformer with a transfer ratio of 2: 1, a resistor of 400 ohms must be switched on the chip side as the transformer transforms the resistor with the square of the winding ratio.

Bei Benutzung von Transformatoren mit einem Übertragungsverhältnis von 1:2 und einer Betriebsspannung von 3,3 V können nur Sendeamplituden von etwa 1,6 V erreicht werden, was im Fall der Up-Schnittstelle nicht normgerecht ist; eine Amplitude von 2 V wäre hier normkonform. Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 8 dadurch gelöst, dass durch chipseitige Ansteuerung nur einer Hälfte eines Transformators die Sendeamplitude erhöht wird. Die dann asymmetrische Ansteuerung wird möglich, wenn auf einen Kondensator an der chipseitigen Mittelanzapfung des Transformators verzichtet wird. Durch die geringe Zeltkonstante der Kopplungskondensatoren zur Empfängerschaltung und das Zeitgetrenntlageverfahren kann beim Empfänger durchaus die gesamte Amplitude des Receivesignals chipseitig am Transformator benutzt werden.When using transformers with a transmission ratio of 1: 2 and an operating voltage of 3.3 V, only transmission amplitudes of about 1.6 V can be achieved, which is not standard in the case of the Up interface; an amplitude of 2 V would be standard compliant here. This problem is solved according to claim 8, characterized in that the transmission amplitude is increased by chip-side control of only one half of a transformer. The then asymmetric control is possible when dispensing with a capacitor on the chip-side center tap of the transformer. Due to the low cell constant of the coupling capacitors to the receiver circuit and the time separation method can be used at the receiver quite the entire amplitude of the receive signal on the chip side of the transformer.

Mögliche Realiserungen der Erfindung werden in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellt.Possible realizations of the invention will become apparent in the drawings 1 and 2 shown.

1: S0-TE-NT-Umschaltung mit einschaltbarer Terminierung chipseitig; Zuschaltung der Speisung über Relais. 1 : S0-TE-NT switching with switchable termination on the chip side; Connection of the supply via relay.

2: Automatische Umschaltung zwischen einer Up- und S0-Schnittstelle mit reduzierten Reichweiteanforderungen für Up. 2 : Automatic switching between an Up and S0 interface with reduced range requirements for Up.

Claims

Electronic switching of ISDN interfaces, characterized in that electronic analog switch between at least one of the transformers and ISDN IC are arranged, for the standard-compliant high impedance of the S0 interface in the non-powered state of the interface generates an auxiliary voltage for supplying the analog switch from the applied signal voltage becomes.

Electronic switching of ISDN interfaces according to claim 1 for switching between a S0 interface and an Up interface using only two S0 transformers, characterized in that it is detected by measuring the supply voltage of the interface by a voltage sensor, whether an S0 or Up interface is connected.

Electronic switching of ISDN interfaces according to one of claims 1 or 2, characterized in that, depending on the detected interface, the supply voltage of the interface to the power supply of the ISDN device is switched and thereby also necessary for the up-interface mode line termination is activated.

Electronic switching of ISDN interfaces according to one of claims 1 to 3, characterized in that an S0 interface switches by electronic swapping the chip-side terminals of the two transformers between TE and NT mode.

Electronic switching of ISDN interfaces according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circuit for generating the auxiliary voltage by supplementing a surge arrester simultaneously serves as an overvoltage protection circuit.

Electronic switching of ISDN interfaces according to one of claims 1 to 5, characterized in that a connection to the center tap of a transformer is switched off by an additional switching element or this is designed so high impedance that no ineffective current can flow.

Electronic switching of ISDN interfaces according to one of claims 1 to 6, characterized in that a line termination is switched not on the line side but on the chip side of the transformer with an analog switch.

Electronic switching of ISDN interfaces according to one of claims 1 to 7, characterized in that the transmission amplitude is increased by chip-side control of only one half of a transformer.