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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)
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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.
Andernfalls würden beide
Receiver und beide Transmitter verbunden werden und es käme keine
Kommunikation zustande.
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In
vielen Anwendungen ist es wünschenswert,
die Schnittstelleneigenschaften möglichst spät festzulegen, also in vielen
Fällen
erst nach Auslieferung des Gerätes
bei der Installation. Bei kostengünstiger Realisierung kann auf
die Produktion von verschiedenen Gerätetypen für unterschiedliche Schnittstellen
verzichtet werden, da diese einfach auf die erforderlichen Schnittstelleneigenschaften
konfiguriert werden können.
Andererseits ist es nicht immer wünschenswert eine vollständig softwaregesteuerte
Konfiguration der Schnittstelleneigenschaften vorzunehmen, da hierfür der Installateur
die Software bedienen können
muss und auch zur Installation ein portabler PC notwendig ist.
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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.
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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 und zeigt lediglich eine Umschaltung leitungsseitig
von den Transformatoren.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, Konfigurationsschaltungen für ISDN-Schnittstellen zu
entwickeln, die äußerst kostengünstig eine Schnittstellenkonfiguration
durch wenig geschultes Personal bei der Installation (sozusagen
im Feld) zulässt.
Zusätzlich
soll die Erfindung die Notwendigkeit verschiedener Gerätetypen
für die
unterschiedlichen Schnittstellenszenarien überflüssig machen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass durch Kodier-Stecker oder -Buchsen zwischen verschiedenen ISDN-Schnittstellen und
verschiedenen ISDN-Schnittstellen-Modi umgeschaltet wird und für S0 und
Up eine passive Empfängerschaltung
zwischen ISDN-Transformator und ISDN-Chip angeordnet ist. Hierbei
wird also nicht elektronisch oder durch den Einsatz von einzelnen Steckbrücken (Jumpern)
die entsprechende Konfiguration eingestellt, sondern ein einziges
zu steckendes Element ist für
die Konfiguration bestimmend. Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass für
die Sendeschaltung für
S0 und Up ein Transformator mit einem Übertragungsverhältnis von
1:2 verwendet wird. Durch die Verwendung einer gemeinsamen Empfängerschaltung
wird der Aufwand weiter minimiert. Da hier keine aktiven Verstärker benutzt
werden, ist die erreichbare Übertragungsreichweite
allerdings etwas geringer als bei Verwendung der optimalen Empfängerschaltung. Durch
Verwendung eines 1:2 Transformators für S0 und Up wird die Sendeamplitude
für die
Up-Schnittstelle etwas geringer als normkonform und auch die Übertragungsreichweite
wird etwas reduziert. Für
die weitaus meisten Anwendungen sind jedoch Reichweiten von bis
zu 1 km völlig
ausreichend, so dass hier kein in der Praxis relevantes Problem
entsteht.
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Natürlich sind
durch zusätzliche
elektronische oder mechanische Umschalter auch völlig normgerechte Verhältnisse
für die
Up-Schnittstelle erreichbar, was den Aufwand aber etwas erhöht. Mit der
hier gezeigten Konfiguration kann zwischen S0-TE, S0-NT, Up-NT und Up-TE umgeschaltet
werden. Ferner sind Terminierungen einschaltbar und alle Modi werden
mit der entsprechenden Speisung betrieben. Ferner wird für die TEs
eine normgerechte Überspannungsfestigkeit
(1,5 kV Spannungspuls) erreicht, die in den anderen Modi nicht nötig ist.
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Erfindungsgemäß kann sowohl
ein Stecker als auch eine Buchse als steckbares Kodierelement verwendet
werden. Hier ist es vorteilhaft, wenn alle oder aber auch nur Teile
der folgenden Signale dort aufgelegt sind:
- a)
jeweils 2 Anschlüsse
des Receive- und Transmit-Tranformators
- b) 4 Anschlüsse
zur ISDN-Leitung
- c) 2 Anschlüsse
für die
Speisezuführung
für S0
- d) 2 Anschlüsse
für die
Speisezuführung
für Up
- e) 2 Anschlüsse
für die
Terminierung
- f) 2 Anschlüsse
der Spannungsquelle für
die Speisung
- g) mindestens 2 Anschlüsse
für die
Erkennung des Kodiersteckers (Key-Kontakte)
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a)
und b) ermöglichen
die Zuordnung zwischen Transformatoren und der ISDN-Buchse. Diese ist
für S0-TE
und S0-NT unterschiedlich, da immer RX <-> TX-Verbindungen zustande
kommen müssen und
extern Kabel ohne Leiterverdrehung eingesetzt werden. Für Up werden
die beiden S0-Transformatoren parallel geschaltet.
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Da
die Speisezuführung
für S0
und Up höchst
unterschiedlich ist, sind auch jeweils 2 verschiedene Anschlüsse (c)
und d)) hierfür
vorgesehen.
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Für die S0-NT-Schnittstelle
wird üblicher Weise
eine Terminierung der Leitung mit 2 mal 100 Ohm vorgesehen. Diese
kann über
die Anschlüsse
e) verbunden werden. Hierdurch kann auch verhindert werden, dass
für eine
S0-TE-Schnittstelle überhaupt eine
Terminierung eingeschaltet werden kann.
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Auf
den Anschlüssen
f) liegen die Anschlüsse
der Spannungsquelle für
die Speisung der Schnittstelle. Dabei wird davon ausgegangen, dass
die selbe Spannungsquelle für
die Speisung für
S0 und Up verwendet wird. Dieses ist möglich, da für S0 maximal 42 V zulässig sind
und für
Up 48 V +/– 9V,
so dass eine Spannung von 39-42
V hier sinnvoll ist. Entsprechend dem Anspruch 10 ist es aber auch möglich durch
Einbau einer Z-Diode in die S0-Speisung eine höhere Spannung für die Up-Speisung
zu verwenden und durch besagte Z-Diode die Speisespannung für S0 entsprechend
zu reduzieren. Ebenfalls möglich
ist die Verwendung von zwei unterschiedlichen Spannungsquellen,
wobei dann allerdings u.U. zusätzliche
Anschlüsse
auf dem Kodierstecker nötig
sind.
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Zusätzliche
Merkmale, die entweder alle oder auch nur einzeln genutzt werden,
verbessern die Anwendbarkeit der Erfindung. Es handelt sich hierbei:
- aa) durch unbelegte Steckkontakte wird eine normgerechte Überspannungsfestigkeit
zwischen den Schnittstellensignalen und der Speisespannung erreicht,
- bb) der Kodier-Stecker oder -Buchse ist als zweireihiger Pfostenstecker
ausgebildet,
- cc) der Kodier-Stecker oder -Buchse ist 20-polig,
- dd) Kodier-Stecker und -Buchse sind durch entsprechende mechanische
Kodierung verdreh- und verschiebesicher ausgeführt, so dass die Verbindung
nur eindeutig hergestellt werden kann,
- ee) der Kodier-Stecker oder -Buchse ist mit einem Rastermaß von 1
mm oder 1,27 mm ausgeführt,
- ff) die Verbindungen auf dem zu steckenden Element werden mit
einer kleinen Leiterplatte vorgenommen.
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Nach
aa) wird durch nicht benutzte Kontakte zwischen den Signalen, die
mit der ISDN-Leitung in Verbindung stehen, und denen, die z.B. die
Speisespannung liefern, eine normgerechte Überspannungsfestigkeit erreicht,
Nach bb) wird der Stecker als zweireihiger Stecker/Buchse realisiert,
um preiswerte handelsübliche
Stecksysteme benutzen zu können.
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Nach
cc) wird ein 20-poliges Steckverbindersystem benutzt, da 20 Pole
eine gängige
Größe für 2-reihige
Steckverbinder darstellt. Dadurch wird der Preis weiter gesenkt.
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Nach
dd) kann durch Kombination zweier mechanisch auf einander abgestimmter
Steckelemente eine verdrehsichere Verbindung hergestellt werden.
Gerade bei ungeschultem oder wenig geschulten Personal ist die eindeutige,
verdrehsichere Steckverbindung sehr wichtig. Zur Realisierung bieten
sich Wannenstecker, die einen Kunststoffkragen haben und einer mit
einer Nase kodierten Buchse als Steckverbindung an. Durch den Wannenstecker
ist eine verschiebesichere Verbindung gewährleistet; die Kodierungsnase
verhindert das umgekehrte Einstecken.
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Benutzt
man nach ee) Steckverbinder, die einen deutlich kleineren Rasterabstand
als die gängigen
2,54 mm oder 2 mm haben, so kann man den Kodierstecker so ausführen, dass
er in der Breite kleiner oder etwa gleich groß wie eine RJ45-Buchse ist. RJ45-Buchsen
werden üblicherweise
als Verbindungsstecksystem für
ISDN-Anschlüsse benutzt.
Damit können
die RJ45-Buchsen und die Kodierstecker direkt nebeneinander angereiht
werden.
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Nach
ff) ist es sinnvoll die für
die Konfiguration notwendigen Verbindungen auf einer kleinen Leiterplatte
zu realisieren, die direkt mit dem Stecker oder der Buchse verbunden
ist. Diese Leiterplatte kann so ausgeführt werden, dass das zu steckende Element
ergonomisch geformt ist. Eine deutliche, augenfällige Beschriftung sollte es
auch dem ungeschulten Personal ermöglichen, das richtige Element zu
stecken.
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Wenn
nun die Schnittstelle richtig durch ein Steckelement konfiguriert
ist, so muss in der Regel auch der entsprechende Schnittstellenmodus
per Software eingestellt werden. Dies führt in der Regel zu entsprechenden
Einstellungen in Registern des ISDN-Chips. Hierfür muss es dem steuernden Computersystem
ermöglicht
werden, über
entsprechende Leitungen die Konfiguration der Schnittstelle abzufragen.
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Hierfür werden
nach Anspruch 5 Key-Kontakte benutzt, so dass durch Beschaltung
der Key-Kontakte, z.B. mit der Speisespannungsquelle, die eingesteckte
Konfiguration gemeldet wird und diese Konfiguration an das steuernde
Computersystem weitergeleitet wird.
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Da
die Speisespannung für
die Schnittstelle in der Regel erdfrei, meist auch massefrei ist,
würde die
Abfrage der Key-Kontakte zu einer Durchbrechung der galvanischen
Trennung führen.
Dieses kann entsprechend Anspruch 6 dadurch verhindert werden, dass
durch die Verwendung von Opto-Kopplern auch bei erdfreier Speisespannung
die Beschaltung der Key-Kontakte an das Computersystem weitergeleitet
wird.
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Für die Zuführung der
Speisung muss bei der S0-Schnittstelle dafür gesorgt werden, dass die
beiden Transformatorhälften
jeweils in der Mitte zusammengeschaltet werden. Dieses wird wechselspannungsmäßig durch
einen Kondensator erreicht. Gleichspannungsmäßig kann man anstatt einer
richtigen Zusammenschaltung auch dafür sorgen, dass der Speisestrom
auf beide Transformatorhälften
in gleicher Weise aufgeteilt wird. Dieses wird entsprechend Anspruch
7 dadurch erreicht, dass die Speisespannungszuführung für die S0-Schnittstelle über Dioden-Paare
in der Mitte der Wicklungshälften
der S0-Tranformatoren erfolgt.
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Bei
der Up-Schnittstelle ist die Speisespannung zwischen den 2 Signalleitungen
angeordnet. Hierbei kann man die Terminierung der Leitung und die
Zuführung
der Speisespannung entsprechend Anspruch 8 so realisieren, dass
die Speisespan nungszuführung
für die
Up-Schnittstelle über
Widerstände
auf die Signalleitungen erfolgt, die gleichzeitig für den Leitungsabschluss
der Schnittstelle sorgen. Hierfür
werden üblicher
Weise zwei Widerstände
von 50 Ohm benutzt, um so den normgerechten Leitungsabschluss von
100 Ohm zu realisieren. Zusätzlich kann
bei höheren
Speiseströmen
entsprechend Anspruch 9 so vorgegangen werden, dass die Widerstände der
Speisespannungszuführung
für die Up-Schnittstelle
zur Verringerung der Verlustleistung mit Induktivitäten überbrückt sind.
Dabei sollten die Induktivitäten
für Gleichstrom
einen sehr viel kleineren Widerstand als 50 Ohm haben. Im Frequenzbereich
der Up-Schnittstellensignale (>384
kHz) sollte die Impedanz deutlich höher als 50 Ohm sein.
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Wie
bereits angesprochen ist der Bereich der zulässigen Speisespannungen für S0 und
Up nur geringfügig überlappend.
Um hier normgerechtere Speisungen zu realisieren kann entsprechend
Anspruch 10 so vorgegangen werden, dass durch ein spannungsreduzierendes
Element in der S0-Speisung dafür
gesorgt wird, dass bei Benutzung der selben Spannungsquelle für S0 und
Up die Speisespannung für
S0 geringer ist als die für
Up. Für
das spannungsreduzierende Element wird üblicher Weise eine Z-Diode
eingesetzt.
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Besonders
attraktiv ist die hier beschriebene Konfiguration, wenn nicht nur
zwischen verschiedenen ISDN-Schnittstellen umgeschaltet werden kann, sondern
zusätzlich
auch analoge Telefone angeschlossen werden können. Hierzu wird entsprechend Anspruch
11 die Konfiguration so erweitert, dass zusätzlich auch eine analoge Telefonschnittstelle
konfiguriert werden kann in dem auf dem Kodier-Stecker oder der
Kodier-Buchse Anschlüsse
für eine
analoge Telefonschnittstelle angeordnet sind. Durch entsprechende
Kodierstecker und eine analoge Telefon-Interfaceschaltung (SLIC)
kann dann auch eine analoge Telefonschnittstelle auf der gleichen
Leiterplatte realisiert werden.
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Um
die eingestellte Konfiguration unmittelbar sichtbar zu machen, wird
nach Anspruch 12 vorgeschlagen, dass die durch Kodier-Stecker oder
-Buchsen eingestellte Konfiguration im oder neben dem RJ45-Steckverbinder
angezeigt werden. Hierfür
können
RJ45-Buchsen verwendet werden, die direkt zwei LEDs eingebaut haben,
wie sie für
die Nutzung in LANs (Local Area Networks) üblich sind. Durch die Nutzung
von 2 LEDs können
4 Konfigurationszustände
angezeigt werden.
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Die
verschiedenen Zeichnungen stellen eine mögliche Implementierung vor:
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1: Übersichtsschaltbild
Konfigurationschaltung bestehend aus:
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1a:
Receive-Schaltung chipseitig entsprechend Anspruch 2
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1b:
Transmit-Schaltung chipseitig entsprechend Anspruch 2
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1c:
Receive-Schaltung leitungsseitig entsprechend Anspruch 7
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1d:
Transmit-Schaltung leitungsseitig entsprechend Ansprüchen 7-9
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1e:
ISDN-Chip-Ansteuerung (Realisierung von Anspruch 12)
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1f:
Kodier-Stecker oder -Buchse mit Meldung der Konfiguration entsprechend
Ansprüchen
1, 3-6
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2a:
Beschaltung des Kodiersteckelements für S0
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2b:
Beschaltung des Kodiersteckelements für Up