DE19740256A1 - Verfahren zum Erfassen einer Gleichstromkomponente in einem mit einer Wechselstromkomponente überlagerten Signal - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Gleichstromkomponente in einem mit einer Wechselstromkom­ ponente überlagerten Signal. Insbesondere betrifft die vorlie­ gende Erfindung ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art, um die Betätigung der sogenannten Erdtaste (ground key) eines Te­ lefons sicher erkennen zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des bereits erwähnten be­ vorzugten Anwendungsfalls zur Erkennung der Betätigung der Erd­ taste in einem Telefon beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern ist prinzipiell auf allen Anwendungsgebieten einsetzbar, bei denen eine Gleich­ stromkomponente eines beispielsweise in Folge bestimmter Stör­ einflüsse mit einer Wechselstromkomponente überlagerten Signals erfaßt und erkannt werden soll.

Zur Ermittlung der Gleichstromkomponente eines derartigen mit einer Wechselstromkomponente überlagerten Signals ist die Ver­ wendung von Tiefpaßfiltern bekannt, mit deren Hilfe die stören­ de und unerwünschte Wechselstromkomponente ausgefiltert werden kann. Diese Maßnahme ist auch hinsichtlich des bevorzugten An­ wendungsbereichs der vorliegenden Erfindung, d. h. bei der zu­ verlässigen Erkennung der Betätigung der Erdtaste eines Tele­ fons bekannt.

In Teilnehmerschaltungen von Telefon-Vermittlungsanlagen, z. B. Telefon-Nebenstellenanlagen, soll die Betätigung der sogenann­ ten Erdtaste (ground key) in einem Teilnehmer-Endgerät der Ver­ mittlungsanlage, d. h. in einem Telefon, zuverlässig erkannt werden. Diese Erdtaste ist in der Regel ein analoger Schalter, mit dessen Hilfe die Telefonadern geerdet werden können, um be­ stimmte Aktionen, wie z. B. ein Konferenz oder einen Rückruf, einzuleiten. Das den Ist-Zustand der Erdtaste in einem Telefon beschreibende Signal wird dabei über die Teilnehmerleitung des Telefons übertragen, so daß in Folge von störenden Längsspan­ nungsbeeinflussungen eine Wechselstromkomponente das den Ist-Zustand der Erdtaste beschreibende Gleichstromsignal überla­ gert. Derartige Längsspannungsbeeinflussungen können beispiels­ weise durch benachbart zu der Teilnehmerleitung angeordnete Starkstromkabel hervorgerufen werden und besitzen demzufolge eine Frequenz, die im wesentlichen der Größenordnung der Netz­ frequenz des entsprechenden Starkstromkabels entspricht.

Bisher wurde versucht, diese störenden Längsspannungen in dem relevanten Frequenzbereich von 16 2/3 Hz bis 60 Hz mit analogen Mitteln, wie z. B. mit einem der Entscheidungslogik zur Auswer­ tung des von der Erdtaste gelieferten Signals vorgeschalteten Tiefpaß, soweit wie möglich zu unterdrücken.

Dieser Ansatz besitzt jedoch den Nachteil, daß aufgrund des der eigentlichen Entscheidungslogik bzw. Entscheidungssuche zur Auswertung des Erdtastensignals vorgeschalteten Tiefpaßfilters der Schaltungsaufwand erhöht wird. Des weiteren besitzt ein entsprechendes Tiefpaßfilter Komponenten, wie z. B. insbesondere Kondensatoren, die sich nur schwer oder gar nicht als inte­ grierte Schaltung realisieren lassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen einer Gleichstromkomponente in einem mit einer Wechselstromkomponente überlagerten Signal vorzu­ schlagen, mit dessen Hilfe einerseits das Auftreten einer Gleichstromkomponente sicher erkannt werden kann und zudem eine Realisierung in einer heutzutage üblichen integrierten Schal­ tung möglich ist.

Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren eine zuverläs­ sige Erkennung der Betätigung der Erdtaste eines Telefons er­ möglichen, auch wenn das von der Erdtaste gelieferte Signal von störenden Längsspannungseinflüssen überlagert ist.

Die zuvor beschriebene Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Er­ findung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft gemäß Anspruch 10 zur sicheren Erkennung der Betätigung der Erdtaste eines Telefons eingesetzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Signal, in dem das Auftreten einer Gleichstromkomponente erkannt werden soll, hin­ sichtlich eines Schwellenwertes überwacht. Vorteilhafterweise erfolgt die Überwachung des Signals einerseits hinsichtlich eines positiven Schwellenwerts und andererseits hinsichtlich eines negativen Schwellenwerts. Abhängig von dem Ergebnis die­ ser Überwachung wird der Zählerstand eines Zählers verändert, wobei insbesondere bei Überschreiten des positiven Schwellen­ werts der Zählerstand erhöht und bei Überschreiten des negati­ ven Schwellenwerts der Zählerstand verringert wird. Erreicht der Zählerstand einen positiven oder negativen Zählergrenzwert, wird auf das Vorhandensein einer Gleichstromkomponente in dem überwachten Signal geschlossen.

Die Schwellenwerte können mit Hilfe von zwei Komperatoren, die insbesondere hysteresebehaftet sein können, überwacht werden.

Vorteilhafterweise wird der Zähler mit unterschiedlichen Zähl­ raten betrieben, so daß bei Überschreiten des positiven oder negativen Schwellenwerts der Zähler mit einer ersten Zählrate verändert wird, während der Zähler mit einer zweiten Zählrate, die kleiner als die erste Zählrate ist, betrieben wird, falls das Signal zwischen dem positiven und negativen Schwellenwert liegt. Dabei wird der Zähler im zweitgenannten Fall mit der re­ duzierten Zählrate derart betrieben, daß sich der Zählerstand des Zählers bei Nicht-Überschreiten eines Schwellenwerts der ursprünglichen Ausgangs-Mittellage des Zählers wieder annähert, so daß in diesem Fall der Zählerstand langsam wieder ausge­ glichen wird, um ein beständiges Hochschaukeln des Zählerstands zu vermeiden, so daß tatsächlich auf das Vorhandensein einer Gleichstromkomponente in dem überwachten Signal nur geschlossen wird, wenn der (positive oder negative) Schwellenwert mehrmals überschritten wird. Hat der Zähler wieder seine Ausgangs-Mit­ tellage erreicht, behält er den entsprechenden Ausgangswert bei, bis erneut der (positive oder negative) Schwellenwert überschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet aufgrund der Über­ wachung des Schwellenwerts bzw. der Schwellenwerte lediglich mit JA/NEIN-Entscheidungen, d. h. die Bewertung der Gleichstrom­ komponente erfolgt im Digitalen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Art und Weise als integrierte Schaltung realisiert werden kann. Externe Tiefpaß-Komponenten, wie z. B. Kondensatoren, können entfallen. Die Erkennung des Nutzsignals, d. h. der Gleichstromkomponente, ist zuverlässig und stabil.

Des weiteren kann bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens zur Erkennung der Betätigung der Erdtaste eines Tele­ fons das von der Erdtaste des Telefons gelieferte Signal unge­ filtert der entsprechenden Entscheidungslogik zugeführt werden, so daß der Schaltungsaufwand gegenüber der Verwendung zusätz­ licher Tiefpaß-Komponenten deutlich reduziert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert.

Fig. 1 und 3 zeigen Signalverläufe zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 zeigt ein dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entsprechendes Flußdiagramm, und

Fig. 4 zeigt Signalverläufe zur Erläuterung von Randbedingungen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden sollten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels beschrieben, wobei die Erfindung in einer Tele­ fon-Vermittlungsanlage, z. B. einer Telefon-Nebenstellenanlage, zur Erkennung der Betätigung einer Erdtaste in einem Teilneh­ mer-Endgerät der Telefon-Vermittlungsanlage eingesetzt ist. Wie jedoch bereits zuvor beschrieben worden ist, ist die vorlie­ gende Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt, sondern kann vielmehr in allen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, bei denen die Gleichstromkomponente eines Signals mit einer (Stör-)Wechselstromkomponente überlagert ist, wobei das Auftreten und/oder die Größe der Gleichstromkomponente zuver­ lässig ohne Berücksichtigung der überlagerten Wechselstromkom­ ponente erkannt oder beurteilt werden soll.

Fig. 1a zeigt den Verlauf des von einer Auswertungslogik einer Telefon-Vermittlungsanlage über eine Teilnehmerleitung empfan­ genen und von einer sogenannten Erdtaste (ground key) eines über die Teilnehmerleitung angeschlossenen Telefons gelieferten Longitudinalstroms I_L. Der Verlauf des Longidutinalstromes I_L ist durch die Kurve a angedeutet. Des weiteren ist in Fig. 1a durch die Kurve b der Zustand des Erdschalters des Telefons dargestellt. Der Zustand des Erdschalters entspricht im Ideal­ fall dem von der Entscheidungslogik empfangenen Gleichstrom­ signal. Wie jedoch bereits zuvor erläutert worden ist, wird das von dem Erdschalter des Telefons über die Teilnehmerleitung zu der Telefon-Vermittlungsanlage übertragene Signal von störenden Längsspanungseinflüssen, die beispielsweise durch benachbart vorhandene Starkstromleitungen verursacht werden, überlagert. Daher weist das von der Entscheidungslogik empfangene Signal I_L den in Fig. 1 gezeigten sinusförmigen Verlauf a auf. Die stö­ renden Längsspannungseinflüsse besitzen typischerweise eine Frequenz im Bereich zwischen 16 2/3 Hz und 60 Hz sowie eine Spitzenamplitude von 35 mA bzw. einen Effektivwert von 25 mA. Bei Einschalten des Erdschalters wird - wie in Fig. 1a gezeigt - ist - der von der Entscheidungslogik empfangene Longitudinal­ strom I_L entsprechend verschoben. Aufgrund der Überlagerung des Longitudinalstroms I_L mit der störenden Wechselstromkomponente in Folge von Längsspannungseinflüssen kann beispielsweise nicht allein anhand der in Fig. 1a gezeigten Schwelle S₁ das Ein­ schalten des Erdschalters erkannt werden, da bereits die Wech­ selstromkomponente des Longitudinalstroms I_L, die auch im aus­ geschalteten Zustand des Erdschalters auftritt, gemäß Fig. 1a die Schwelle S₁ überschreitet. Dementsprechend muß ein anderer Weg gefunden werden, um zuverlässig das Einschalten des Erd­ schalters, d. h. das Vorliegen der Gleichstromkomponente des Longitudinalstroms I_L, erkennen zu können.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zweck das empfangene Signal, d. h. der Longitudinalstrom I_L, hinsichtlich eines positiven Schwellenwerts S₁ und eines negativen Schwellenwerts S₄ mit Hilfe eines ersten bzw. zweiten Detektors überwacht. Der erste Detektor überwacht das Über­ schreiten des positiven Schwellenwerts S₁ und liefert ein Hoch­ pegelsignal sobald der Longitudinalstrom I_L dem positiven Schwellenwert S₁ überschreitet. Um Überlagerungen mit Oberwel­ len oder dergleichen auszugleichen, liefert der erste Detektor das in Fig. 1b durch das Bezugszeichen c bezeichnete Hochpegel­ signal solange bis der Longitudinalstrom I_L nach Überschreiten des positiven Schwellenwerts S₁ unter einen weiteren, jedoch niedrigeren positiven Schwellenwert S₂ abgefallen ist. Der zur Überwachung der positiven Schwellenwerte S₁ und S₂ eingesetzte erste Detektor kann demnach beispielsweise durch einen üblichen Komperator mit entsprechender Hysterese gebildet werden.

Der zweite Detektor überwacht hingegen den Longitudinalstrom I_L hinsichtlich des negativen Schwellenwerts S₄ und liefert ein Hochpegelsignal, falls der Longitudinalstrom I_L den negativen Schwellenwert S₄ überschritten hat. Auch der zweite Detektor ist mit einer Hysterese behaftet und liefert demnach nach Über­ schreiten des negativen Schwellenwerts S₄ das Hochpegelsignal solange bis der Longitudinalstrom I_L wieder auf einen weiteren, jedoch betragsmäßig niedrigeren Schwellenwerts S₃ abgefallen ist. Auf diese Weise ergeben sich die in Fig. 1b und 1c darge­ stellten und mit den Bezugszeichen c bzw. d bezeichneten Ver­ läufe der Ausgangssignale der beiden Detektoren.

Erfindungsgemäß wird nunmehr vorgeschlagen, abhängig von der Überwachung des positiven bzw. negativen Schwellenwerts S₁ bzw. S₄ den Zählerstand eines Zählers zu verändern und bei Erreichen eines vorgegebenen Zählergrenzwerts auf das Vorhandensein der Gleichstromkomponente des Longitudinalstroms I_L, d. h. das Ein­ schalten des Erdschalters, zu schießen. Dabei ist im Prinzip nicht die bereits anhand der Fig. 1 erläuterte Überwachung eines positiven und negativen Schwellenwerts S₁ bzw. S₄ notwen­ dig, sondern es ist auch lediglich die Überwachung eines dieser beiden Schwellenwerte abhängig von der Veränderung des empfan­ genen Signals I_L bei Einschalten des Erdschalters (vgl. die in Fig. 1a gezeigte Kurve b) denkbar. So genügt bei dem in Fig. 1a gezeigten Signalverläufen die Überwachung des positiven Schwel­ lenwerts S₁, da bei Einschalten des Erdschalters, d. h. bei Vor­ liegen der Gleichstromkomponente, das Empfangssignal I_L in po­ sitiver Richtung vergrößert bzw. angehoben wird.

Die überwachten Schwellenwerte S₁ und S₄ werden - wie noch nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert wird - abhän­ gig davon gewählt, bei welchem Wert eine zuverlässige Erkennung der Gleichstromkomponente, d. h. des Einschaltens des Erdschal­ ters, gewährleistet sein soll. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist insbesondere ein positiver Schwellenwert S₁ = 20 mA und ein negativer Schwellenwert S₄ = -20 mA sinn­ voll.

Wie bereits zuvor angedeutet worden ist, wird gemäß dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel das Vorliegen der Gleichstromkompo­ nente, d. h. das Einschalten des Erdschalters, abhängig von den Ausgangssignalen der beiden Detektoren beurteilt. Dies soll nachfolgend detaillierter anhand Fig. 2 und 3 erläutert werden, wobei Fig. 2 ein dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens entsprechendes Flußdiagramm und Fig. 3 beispielhafte Verläufe bei der Ausführung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels darstellt.

Fig. 3 zeigt in den ersten beiden Teilen die sich in Folge eines bestimmten Verlaufs des Empfangssignals I_L (vgl. Fig. 1a) ergebenden Verläufe des Ausgangssignals des ersten Detektors, der den in Fig. 1a gezeigten positiven Schwellenwert S₁ über­ wacht, und des zweiten Detektors, der den in Fig. 1a gezeigten negativen Schwellenwert S₄ überwacht. Die sich daraus ergeben­ den Verläufe der Ausgangssignale der beiden Detektoren sind in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen c bzw. d bezeichnet.

In der dritten Zeile von Fig. 3 ist mit der Kurve b der Zustand des Erdschalters dargestellt, wobei der Schalter zunächst aus­ geschaltet ist, dann eingeschaltet und später nach Ablauf eines Einschaltintervalls T_ein wieder ausgeschaltet wird.

Darunter ist in Fig. 3 der Verlauf des Zählerstands des Zählers ausgehend von einer ursprünglichen Mittellage C_M des Zählers dargestellt, wobei der Zählerstand zwischen einem maximalen Zählergrenzwert C_max und einem minimalen Zählergrenzwert C_min schwankt (vgl. die Kurve e in Fig. 3).

In der untersten Zeile von Fig. 3 ist schließlich mit der Kurve f das Erkennen des Einschaltzustands des Erdschalters, d. h. das Auftreten der Gleichstromkomponente in dem empfangenen Longitu­ dinalstrom I_L, dargestellt, wobei die Betätigung des Erdschal­ ters gemeldet wird, falls die in Fig. 3 gezeigte Kurve f den hohen Pegel aufweist.

Die Betätigung des Zählers erfolgt anhand des in Fig. 2 gezeig­ ten Flußdiagramms.

Ausgehend von dem Beginn des Verfahrens (Schritt 100) werden in einem Schritt 101 die in Fig. 1a gezeigten positiven und nega­ tiven Schwellenwerte S₁ bzw. S₄ mit Hilfe der beiden Detektoren überwacht, wobei der erste Detektor ein Hochpegelsignal lie­ fert, falls der positive Schwellenwert S₁ überschritten wird, und der zweite Detektor ein Hochpegelsignal liefert, falls der negativen Schwellenwert S₄ überschritten wird.

In einem Schritt 102 wird geprüft, ob der ersten Detektor ein Hochpegelsignal liefert, d. h. eine logische "1" ausgibt. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt 103 der Zähler mit einer bestimmten Zählrate r bzw. einem entsprechenden Zähltakt er­ höht. Anschließend wird in einem Schritt 104 geprüft, ob der Zähler den maximalen Zählergrenzwert C_max überschritten hat. Ist dies der Fall, wird der Zählerstand auf den maximalen Zählergrenzwert C_max begrenzt und es wird auf das Vorliegen der Gleichstromkomponente, d. h. das Einschalten des Erdschalters, geschlossen (vgl. Schritt 105).

War hingegen im Schritt 102 das Ergebnis der Abfrage negativ, d. h. hat der erste Detektor eine logische "0" ausgegeben, wird in einem Schritt 106 das Ausgangssignal des den negativen Schwellenwert S₄ überwachenden zweiten Detektors abgefragt. Liefert der zweite Detektor ein Hochpegelsignal, d. h. gibt der zweite Detektor eine logische "1" aus, wird ähnlich zu den Schritten 103 bis 105 der Zählerstand des Zählers mit der be­ stimmten Zählrate r, d. h. dem folgenden Zähltakt, verringert (Schritt 107), das Erreichen des minimalen Zählergrenzwerts C_min überwacht (Schritt 108) und gegebenenfalls der Zählerstand auf C_min beschränkt sowie in diesem Fall das Vorliegend der Gleich­ stromkomponente, d. h. das Einschalten des Erdschalters, gemel­ det (Schritt 109).

Mit Hilfe der Schritte 102 bis 109 wird demnach sukzessive der Zählerstand des Zählers abhängig davon, ob der empfangene Lon­ gitudinalstrom I_L die Schwellenwerte S₁ oder S₄ überschreitet, verändert. Dabei ist jedoch vorteilhafterweise darauf zu ach­ ten, daß sich der Zählerstand nicht ständig aufschaukelt, da ansonsten die Betätigung des Erdschalters aufgrund des Errei­ chens des maximalen oder minimalen Zählergrenzwerts C_max bzw. C_min gemeldet werden würde, obwohl tatsächlich ein derartiges Einschalten nicht vorliegt. Zu diesem Zweck ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß bei Nicht-An­ sprechen der beiden Detektoren eine langsame Annäherung des Zählerstands zu seiner ursprünglichen Ausgangslage C_M hin stattfindet.

Demzufolge wird, falls die beiden Detektoren eine logische "0" liefern, d. h. der empfangene Longitudinalstrom I_L zwischen den beiden Schwellenwerten S₁ und S₄ befindlich ist, in einem Schritt 110 überprüft, ob der augenblickliche Zählerstand größer als der ursprüngliche Ausgangszählerstand, d. h. die ur­ sprüngliche Mittellage C_M, ist. Kann der Zähler sowohl positive als auch negative Zählerstände berücksichtigen, entspricht die Mittellage des Zählers, d. h. der ursprüngliche Ausgangsszähler­ wert, in der Regel dem Zählerstand 0. Wurde im Schritt 110 er­ kannt, daß der Zählerstand größer als die Mittellage C_M des Zählers ist, wird in einem Schritt Ill mit einer gegenüber den Schritten 103 und 107 um den Faktor k geringeren Zählrate ab­ wärts gezählt, d. h. der Zählerstand entsprechend verringert. Mit Hilfe dieser geringeren Zählrate r/k ist demnach ein lang­ sames Angleichen des Zählerstands an den ursprünglichen Aus­ gangsszählerwert C_M des Zählers möglich, falls keiner der beiden Schwellenwerte S₁ und S₄ überschritten wird. Wie nach­ folgend noch näher erläutert wird, sollte der Faktor k so ge­ wählt werden, daß bestimmte Randbedingungen eingehalten werden. Für das in den Figuren dargestellte bevorzugte Ausführungsbei­ spiel hat sich jedoch ein Faktor im Bereich 1,5 bis 2, insbe­ sondere ein Faktor von 1,5, als vorteilhaft erwiesen. In diesem Fall erfolgt somit das Auf- bzw. das Abwärtszählen in den Schritten 103 bzw. 107 mit einer 1,5- bis 2-fachen Zählrate als im Schritt 111. Die Zählrate r der Schritte 103 und 107 hängt insbesondere von den in der entsprechenden Schaltung verfügba­ ren Taktraten ab und kann im kHz-Bereich liegen. Je höher die Zählrate r gewählt wird, desto höher ist die Auflösung des Zäh­ lers. Dabei ist jedoch zu beachten, daß mit steigender Auflö­ sung des Zählers der Zähler auch entsprechend größer ausgestal­ tet werden muß.

Ähnlich zu den Schritten 110 und 111 wird in einem Schritt 112 überprüft, ob der augenblickliche Zählerstand des Zählers klei­ ner als der ursprüngliche Ausgangszählerwert C_M des Zählers ist. Falls ja, wird in einem Schritt 113 mit der zuvor be­ schriebenen reduzierten Zählrate r/k der Zählerstand vergrö­ ßert, um den Zählerstand wieder an den ursprünglichen Ausgangs­ zählerwert C_M anzugleichen und somit ein Aufschaukeln des Zäh­ lers zu verhindern.

War das Ergebnis der Abfragen in den Schritten 110 und 112 ne­ gativ, d. h. entspricht der augenblickliche Zählerstand dem ur­ sprünglichen Ausgangszählerstand C_M, wird darauf geschlossen, daß die Gleichstromkomponente nicht mehr vorliegt, d. h. der Erdschalter wieder deaktiviert worden ist.

Die Schritte 101 bis 114 werden während der Dauer des Verfah­ rens sukzessive wiederholt durchlaufen, wobei der Durchlauf eines vollständigen Zyklus und das Starten des nachfolgenden Zyklus mit einer bestimmten Taktrate gesteuert erfolgt.

Bei Anwendung des in Fig. 2 schematisch dargestellten Verfah­ rens auf die in den ersten drei Zeilen der Fig. 3 gezeigten Signalverläufe ergibt sich der im unteren Bereich von Fig. 3 dargestellte Verlauf i des Zählers. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird zunächst der Zählerstand aufgrund der in Folge der überla­ gerten Stör-Wechselstromkomponente von I_L verursachten Impulse des zweiten bzw. ersten Detektors zunächst mit der hohen Zähl­ rate r verringert (beim ersten Impuls des Signals d) und an­ schließend nach Ablauf einer Übergangsphase bei Vorliegen des ersten Impulses des Signals c mit der hohen Zählrate erhöht. Da in der Übergangsphase zwischen den beiden Impulsen der beiden Detektoren keiner der beiden Detektoren anspricht, wird - wie anhand des Schrittes 113 von Fig. 2 beschrieben worden ist - der Zählerstand des Zählers mit der reduzierten Zählrate r/k erhöht, um somit der Zählerstand wieder an den ursprünglichen Ausgangszählerstand C_M anzugleichen. Die reduzierte Zählrate r/k kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, daß der Zähler mit einem um den Faktor k gegenüber der Zählrate r reduzierten Zähltakt betrieben wird und/oder pro Zähltakt der Zähler um einen den Faktor k entsprechenden geringeren Betrag verändert wird.

Mit Einschalten des Erdschalters, d. h. bei Vorliegen der in der dritten Zeile von Fig. 3 gezeigten Gleichstromkomponente (vgl. Kurve b), erhöht sich der Zählerstand des Zählers in Folge der in Fig. 2 wiederholt durchlaufenden Schritte 101 bis 104 konti­ nuierlich, bis zu einem Zeitpunkt t₁ im Schritt 104 erkannt wird, daß der maximale Zählergrenzwert C_max erreicht worden ist. Daher wird gemäß Schritt 105 der Zählerstand auf C_max begrenzt und die Aktivierung des Erdschalters, d. h. das Vorliegen der Gleichstromkomponente in I_L, gemeldet (vgl. die Kurve f).

Wie anhand Fig. 2 erläutert worden ist, wird das Vorliegen der Gleichstromkomponente, d. h. der Einschaltzustand des Erdschal­ ters, solange angenommen, bis der Zählerstand wieder den ur­ sprünglichen Ausgangszählerwert C_M erreicht hat (vgl. Schritt 114 in Fig. 2). Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel geschieht dies zu einem Zeitpunkt t₂, so daß bei Erreichen des Zählerstands C_M das gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Verfahren ausgegebene Ausgangssignal f auf den niedrigen Pegel umgeschal­ tet wird.

Wie anhand Fig. 3 ersichtlich ist, kann das Einschalten des Erdschalters, d. h. das Vorliegen der Gleichstromkomponente in dem Empfangssignal I_L, mit einer geringen Verzögerung zuverläs­ sig und sicher erkannt werden. Die Verzögerung zwischen der Meldung des Einschaltens des Erdschalters zum Zeitpunkt t₁ und dem tatsächlichen Einschalten des Erdschalters ist insbesondere abhängig von den gewählten Zählraten r bzw. r/k. Wie nachfol­ gend anhand Fig. 4 erläutert wird, sollten die Zählraten r bzw. r/k abhängig von bestimmten Randbedingungen dimensioniert wer­ den.

Fig. 4a zeigt ein "worst case"-Szenario für das Nicht-Anspre­ chen bzw. Nicht-Erkennen des Einschaltens des Erdschalters. Dabei sei beispielhaft angenommen, daß eine maximale Longitudi­ nalbeeinflussung, d. h. eine maximale Überlagerung mit der Wech­ selstromkomponente, gegeben ist, wobei die Wechselstromkompo­ nente beispielsweise einen Spitzenwert von 35 mA und einen Ef­ fektivwert von 25 mA besitzt. Die Wechselstromkomponente liegt mit einer minimal möglichen Frequenz von beispielsweise 16 2/3 Hz vor, so daß sich die Periodendauer T = 60 ms der Wechsel­ stromkomponente ergibt. Zudem sei gemäß Fig. 4a ein zusätz­ licher Gleichstrom-Offset I_off von 15 mA angenommen. Der Gleich­ strom-Offset I_off kann beispielsweise durch Isolationsfehler entstehen und darf nicht zum Ansprechen der Erdschaltererken­ nung führen. Als positiver bzw. negativer Schwellenwert S₁ bzw. S₄ ist +20 mA bzw. -20 mA angesetzt.

Die Zählraten des Zählers r bzw. r/k müssen bei dem in Fig. 4a gezeigten Beispiel so gewählt werden, daß - aufgrund des Hoch­ zählens mit der Zählrate r während des Überschreitens des posi­ tiven Schwellenwerts S₁ für eine Zeitdauer T₁ von beispiels­ weise 27,3 ms während des Unterschreitens des Schwellenwerts S₁ für eine Zeitdauer T₂ von beispielsweise 32,7 ms der Zähler mit der reduzierten Zählrate r/k wieder abwärts gezählt wird, um schließlich nach Ablauf einer vollen Periode T optimalerweise wieder den ursprünglichen Zählerwert C_M zu erhalten, da bei dem in Fig. 4a gezeigten Beispiel kein Einschalten des Erdschalters angenommen ist und demnach auch keine entsprechende Meldung von dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgegeben werden soll.

In Fig. 4b ist hingegen ein "worst case"-Szenario für ein sicheres Ansprechen, d. h. eine zuverlässige Meldung des Ein­ schaltens des Erdschalters, dargestellt. Wie in Fig. 4a wird auch hier eine maximale Longitudinalbeeinflussung des empfange­ nen Longitudinalstroms I_L, d. h. eine maximale überlagerte Wech­ selstromkomponente angenommen. Gemäß Fig. 4b liegt diese Wech­ selstromkomponente jedoch mit einer maximal möglichen Frequenz von beispielsweise 60 Hz vor, so daß sich als Periodendauer für die Wechselstromkomponente T = 16,6 ms ergibt. Als positive bzw. negative Schwellenwerte S₁ bzw. S₄ sind wiederum +20 mA bzw. -20 mA angenommen. Zudem wird ein beim Einschalten des Erd­ schalters fließender relativ hoher Einschaltstrom I_E von +20 mA angenommen.

Die Zählraten r bzw. r/k müssen bei dem in Fig. 4b gezeigten Fall derart gewählt werden, daß bei Vorliegen der beim Ein­ schalten des Erdschalters erzeugten Gleichstromkomponente selbst dann eine zuverlässige Einschaltmeldung ausgegeben wird, wenn die in Folge des Einschaltens des Erdschalters erzeugte Gleichstromkomponente einen minimalen Wert besitzt. D.h. wäh­ rend des Überschreitens des positiven Schwellenwerts S₁ für eine Zeitdauer von beispielsweise T₁ = 8,3 ms muß der Zähler­ stand mit der hohen Zählrate r so stark vergrößert werden, daß auf jeden Fall der maximale Zählergrenzwert C_max während einer der folgenden Perioden erreicht wird, auch wenn während des an­ schließenden Intervalls T₂, in dem der positive Schwellenwert S₁ nicht überschritten wird, der Zählerstand mit der reduzierten Zählrate r/k verringert wird.

Aufgrund der gemäß Fig. 4b angenommenen maximalen Frequenz der überlagerten Wechselstromkomponente von 60 Hz wird jedoch der maximale Zählergrenzwert C_max, d. h. der für die Meldung des Ein­ schaltzustands des Erdschalters erforderliche Zählergrenzwert, "stoppend" erreicht.

Die in Fig. 4a und Fig. 4b gezeigten Fallkonstellationen machen deutlich, daß die Zählraten r bzw. r/k abhängig von bestimmten vorgegebenen Randbedingungen gewählt werden sollten, um bei Nicht-Vorliegen der Gleichstromkomponente, d. h. bei Nicht-Ein­ schalten des Erdschalters, ein Nicht-Ansprechen bzw. bei Vor­ liegen der Gleichstromkomponente, d. h. bei Einschalten des Erd­ schalters, ein Ansprechen des erfindungsgemäßen Verfahrens stets zuverlässig zu gewährleisten.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erfassen einer Gleichstromkomponente in einem mit einer Wechselstromkomponente überlagerten Signal (I_L), umfassend die Schritte

• a) Überwachen des Signals (I_L) hinsichtlich mindestens eines Schwellenwerts (S₁, S₄),
• b) Verändern des Zählerstands eines Zählers abhängig von dem Überwachungsergebnis des Schritts a, und
• c) Schließen auf das Vorhandensein einer Gleichstromkompo­ nente in dem Signal, falls der Zählerstand einen bestimmten Zählergrenzwert (C_max, C_min) überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) das Signal (I_L) hinsichtlich eines positiven Schwellenwerts (S₁) und hinsichtlich eines negativen Schwellenwerts (S₄) überwacht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand des Zählers im Schritt b):
b1) mit einer bestimmten ersten Zählrate (r) erhöht wird, solange das Signal (I_L) größer als der positive Schwellenwert (S₁) ist, und
b2) mit der bestimmten ersten Zählrate (r) verringert wird, solange das Signal (I_L) kleiner als der negative Schwellenwert (S₄) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach überschreiten des positiven Schwellenwerts (S₁) der Zählerstand des Zählers mit der bestimmten ersten Zählrate (r) solange erhöht wird, bis das Signal (I_L) unter einen weiteren, kleineren positiven Schwellenwert (S₂) abgefallen ist, und daß nach Unterschreiten des negativen Schwellenwerts (S₄) der Zählerstand des Zählers mit der bestimmten ersten Zählrate (r) solange verringert wird, bis das Signal (I_L) über einen weiteren, größeren negativen Schwellenwert (S3) angestiegen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung des Signals hinsichtlich des positiven Schwellenwerts (S₁) und des negativen Schwellenwerts (S₄) im Schritt a jeweils mit Hilfe eines hysteresebehafteten Kom­ perators erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b), falls das Signal (I_L) weder größer als der positive Schwellenwert (S₁) noch kleiner als der negative Schwellenwert (S₄) ist:
b3) der Zählerstand des Zählers mit einer bestimmten zweiten Zählrate (r/k) verringert wird, die gegenüber der ersten Zählrate (r) um einen bestimmten Faktor (k) geringer ist, falls der Zähler bezüglich seines ursprünglichen Ausgangszustands (C_M) einen höheren Zählerstand besitzt, und
b4) der Zählerstand des Zählers mit der bestimmten zweiten Zählrate (r/k) erhöht wird, falls der Zähler bezüglich seines ursprünglichen Ausgangszustands (C_M) einen geringeren Zählerstand besitzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Wegfall der Gleichstromkomponente des Signals (I_L) geschlossen wird, falls das Signal (I_L) weder größer als der positive Schwellenwert (S₁) noch kleiner als der negative Schwellenwert (S₄) ist und zugleich der Zählerstand des Zählers dem ursprünglichen Ausgangszustand (C_M) des Zählers entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schritten b3) bzw. b4) das Verringern bzw. Erhöhen des Zählerstands mit der gegenüber der ersten Zählrate (r) geringeren zweiten Zählrate (r/k) dadurch realisiert wird, daß der Zählerstand des Zählers mit einer geringeren Taktfrequenz als bei der ersten Zählrate (r) verändert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schritten b3) bzw. b4) das Verringern bzw. Erhöhen des Zählerstands mit der gegenüber der ersten Zählrate (r) geringeren zweiten Zählrate (r/k) dadurch realisiert wird, daß der Zählerstand des Zählers pro Zähltakt um einen geringeren Betrag als bei der ersten Zählrate (r) verändert wird.

10. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden An­ sprüche in einer Telefon-Vermittlungsanlage, um eine Betätigung einer Erdtaste in einem Teilnehmer-Endgerät der Telefon-Vermittlungsanlage zu erkennen,
wobei das Signal (I_L) ein von der Erdtaste des Teil­ nehmer-Endgeräts geliefertes und über eine dem Teilnehmer-Endgerät zugeordnete Teilnehmerleitung übertragenes Signal ist, welches während der Übertragung über die Teilnehmerleitung in Folge von Längsspannungseinflüssen mit der Wechselstromkomponente überlagert wird, und
wobei auf eine Betätigung der Erdtaste des Teilnehmer-Endgeräts geschlossen wird, falls im Schritt c) das Vorhandensein einer Gleichstromkomponente in dem Signal (I_L) erkannt worden ist.

11. Anwendung nach Anspruch 10 eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zählrate (r) in etwa dem 1,5-fachen bis 2-fachen Wert der zweiten Zählrate (r/k) entspricht.