DE2942440A1

DE2942440A1 - Geraet zur ueberwachung des linienstromes in einer telefonleitung

Info

Publication number: DE2942440A1
Application number: DE19792942440
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Erne
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1979-10-20
Publication date: 1980-05-08
Also published as: CH635216A5; DE2942440C2; GB2035753B; FR2439998A1; SE7908436L; FR2439998B1; GB2035753A

Description

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Gerät zur Ueberwachung des Linienstromes in einer Telefonleitung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Ueberwachung des Linienstromes in einer Telefonleitung mittels eines in die Telefonleitung geschalteten Reihen-Messwiderstandes.

Es ist oft erwünscht, den Linienstrom in einer Telefonleitung beim Telefonapparat eines Teilnehmers, also beispielsweise zwischen dem Amtsleitungsanschluss und dem Telefonapparat des Teilnehmers, überwachen zu können, d.h. eine Information zu erhalten, ob der Handapparat vom Telefonapparat abgenommen und die galvanische Verbindung mit der Amtsleitung hergestellt ist oder nicht. Dieses Kriterium wird in zunehmendem Mass für Zusatzgeräte eines Teilnehmeranschlusses benützt, beispielsweise für elektronische Telefonnummernwähler, automatische Telefonanrufbeantworter usw.

Es ist bekannt, zur Ueberwachung des Linienstromes in den einen Draht einer Telefonleitung einen Messwiderstand in Reihe zu schalten und an diesen Messwiderstand den durch den Linienstrom verursachten Spannungsabfall als Ueberwachungssignal zu benützen. Einer solchen Massnahme stehen aber verschiedene

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Bedingungen im Betrieb eines Telefonnetzes entgegen. Einmal muss der Reihen-Messwiderstand einen sehr kleinen Wert haben, der gemäss neueren Vorschriften höchstens 10 -O- betragen darf. Des weitern fordern Vorschriften eine hohe Spannungsfestigkeit, einen hohen Isolationswiderstand und eine geringe kapazitive Kopplung zwischen dem in die Telefonleitung eingreifenden Messteil und einem an diesen angeschlossenen Verarbeitungsteil für das am Messwiderstand gewonnene Ueberwachungssignal. Zudem muss dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der Linienstrom in beiden Richtungen fliessen kann. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Ueberwachung des Linienstromes nur kurzzeitig vorzunehmen und dann den Reihen-Messwiderstand beispielsweise mittels eines Relaiskontaktes zu überbrücken. Dies hat aber den Nachteil, dass eine Verminderung des Linienstromes auf einen tiefen Wert bzw. auf null, d.h. die Unterbrechung der Telefonverbindung, nicht festgestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Messung des Telefonlinienstromes mit vernachlässigbarem, permanenten Eingriff in die Telefonleitung ohne Umschaltung für Linienströme beider Richtungen erlaubt, einen definierten Arbeitspunkt der Messung des Linienstromes hat, eine galvanische Trennung mit hoher Spannungsfestigkeit und hohem Isolationswiderstand zwischen den An-

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Schlüssen für die Telefonleitung und den Anschlüssen für eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, und welches ohne Eingriff in den Telefonapparat an die Telefonleitung anschliessbar ist.

Erfindungsgemäss ist das Gerät dadurch gekennzeichnet, dass es zwei an den Messwiderstand anschaltbare Komparatoren aufweist, deren Referenzpotentiale von einem an eine Speisegleichspannung angeschlossenen Spannungsteiler abgegriffen sind und welche zur getrennten Messung positiver und negativer Linienströme geschaltet sind, dass die Ausgänge der beiden Komparatoren mit einem Optokoppler zur isolierten Uebertragung des Messignals an eine Verarbeitungseinrichtung verbunden sind und dass zur Erzeugung der Speisegleichspannung ein mit einer hochfrequenten Wechselspannung zu speisender Transformator vorhanden ist, an dessen von der Primärwicklung galvanisch isolierte Sekundärwicklung eine Gleichrichteranordnung geschaltet ist.

Anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Schaltbildes wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gerätes nachstehend näher erläutert.

Eingangsklemmen 1 und 2 des Gerätes sind an einen Messwiderstand 3 angeschlossen, der in den einen Draht 4 einer zwei-

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drähtigen Telefonleitung eines Teilnehmeranschlusses geschaltet ist- Der Messwiderstand 3 hat einen Widerstandswert von 1 ... 6-O, ,so dass er nach der Herstellung der galvanischen Verbindung zwischen dem Telefonapparat und der Telefonleitung bloss einen vernachlässigbaren Gleichspannungsabfall bewirkt und auch die Sprechströme nicht dämpft.

Im Gerät sind die Eingangsklemmen 1 und 2 mit einer Schutzschaltung für Ueberspannungen verbunden, nämlich zwei gegenpolig parallelgeschalteten Dioden 5 und einem parallelgeschalteten Kondensator 6. Ferner sind die Eingangsklemmen 1, 2 mit den Eingängen zweier Spannungskomparatoren 7 und 8 verbunden, von welchen der eine zur Erfassung positiver und der andere zur Erfassung negativer Linienströme im Draht 4 der Telefonleitung geschaltet ist. Hierzu ist die Eingangsklemme 1 über einen Vorwiderstand 9 mit dem negativen Eingang des !Comparators 7 und einen Vorwiderstand 10 mit dem positiven Eingang des ^Comparators 8 verbunden. Die Eingangsklemme ist mit einem Fusspunkt 11 eines Spannungsteilers 12 verbunden, der vier in Reihe geschaltete Widerstände 13, 14, 15, umfasst und an eine positive und negative Speisespannungsleitung 17 bzw. 18 angeschlossen ist. Der positive Eingang des !Comparators 7 und der negative Eingang des !Comparators 8 sind über je einen Vorwiderstand 19 bzw. 20 an weitere Abgriffe des Spannungsteilers 12 angeschlossen, um diese Komparator-

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eingänge auf ein Referenzpotential zu legen. Die Speisung der als integrierte Schaltung ausgebildeten Komparatoren 7, 8 erfolgt über die Speiseleitungen 17 und 18. Die Ausgänge der beiden Komparatoren 7, 8 sind miteinander verbunden und stehen zudem über eine je einen hochohmigen Widerstand 21 bzw. 22 enthaltende Rückführleitung mit dem jeweiligen positiven Eingang der Komparatoren in Verbindung. Dadurch wird ein Hysterese-Verhalten der Komparatoren erzielt.

An die Ausgänge der Komparatoren 7, 8 ist eine Leuchtdiode 23 eines Optokopplers 24 angeschlossen, die zudem über einen Widerstand 25 mit der positiven Speiseleitung 17 verbunden ist. Ein Phototransistor 26 des Optokopplers 24 liegt mit Emitter und Kollektor an zwei Ausgangsklemmen 27 und 28 des Gerätes, wobei die Ausgangsklemme 27 zur Verbindung mit Masse und die Ausgangsklemme 28 zur Abgabe eines Ueberwachungssignals TEL des Linienstromes im Draht 4 der Telefonleitung bestimmt ist. Die Gleichstromspeisung des Phototransistors 26 erfolgt über einen Widerstand 29, der einerseits an eine weitere Klemme 30 des Geräts, an welche eine Speisegleichspannung angelegt wird, und andererseits an den Kollektor des Phototransistors 26 angeschlossen ist. Ein den Kollektor des Phototransistors 26 mit seiner Basis verbindender Miller-Kondensator 31 bewirkt eine Verzögerung der Schaltzeit des Phototransistors 26, d.h. geneigte Ausgangssignalflanken, bei seiner Aussteuerung durch die Leuchtdiode 23.

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Die Erzeugung einer Speisegleichspannung von etwa 5 V für den Spannungsteiler 12, die Komparatoren 7, 8 und die Leuchtdiode 23 des Optokopplers 24 erfolgt mittels eines an eine weitere Klemme 32 des Geräts angelegten hochfrequenten Signals HF. Zur galvanisch getrennten Uebertragung des hochfrequenten Signals ist ein Kleinsttransformator 33 vorgesehen, der getrennte Primär- und Sekundärwicklungen 34 bzw. 35 aufweist. Das hochfrequente Signal ist der Primärwicklung 34 von der Klemme 32 über einen Trenn- und Verstärkungstransistor 36 zugeführt, dessen Kollektor über die Primärwicklung 34 an die Klemme 30 der positiven Speisegleichspannung angeschlossen ist. Ein Kondensator 37 dient der Ableitung der hochfrequenten Spannung von der Klemme 30, ein weiterer Kondensator 38 einer stark gedämpften Resonanzabstimmung des Ausgangskreises des Transistors 36 und Vorwiderstände 39 der Strombegrenzung. An die Sekundärwicklung 35 ist eine Gleichrichterbrücke

40 angeschlossen, deren Gleichspannungsanschlüsse mit den Speiseleitungen 17, 18 sowie einem Lade- und Siebkondensator

41 verbunden sind.

Das der Klemme 32 zugeführte hochfrequente Signal UT kann eine Frequenz von einigen MHz, z.B. etwa 3,5 MHz, haben und ist in zahlreichen Fällen direkt aus der Verarbeitungseinrichtung, welcher das an der Klemme 28 auftretende Ueberwachungssignal TEL zugeführt wird, also beispielsweise aus einem Telefon-

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nummernwähler direkt ableitbar, da solche Zusatzgeräte üblicherweise einen Taktoszillator mit einer im genannten Hochfrequenzbereich liegenden Frequenz aufweisen. Statt dessen kann auch ein mit geringem Aufwand herstellbarer selbstschwingender Oszillator vorgesehen werden. Auch die an die Klemmen 30 und 27 zu legende Speisegleichspannung für den Phototransistor 26 und den Trenn- und Verstärkungstransistor 36 kann dieser Verarbeitungseinrichtung entnommen werden.

Für die genannte Speisefrequenz des hochfrequenten Signals kann der Transformator 33 einen kleinen Ferrit-Ringkern aufweisen, der je eine Primär- und Sekundärwicklung 34 bzw. 35 mit weniger als 10 Windungen, z.B. 4 bis 6 Windungen, trägt. Ein solcher Transformator ist wegen der geringen Windungszahl nicht nur klein und billig herstellbar, sondern ermöglicht auch ohne besonderen Aufwand eine hohe Isolation zwischen der Primär- und Sekundärwicklung. Auch der Ladekondensator 41 kann natürlich wegen der geringen benötigten Kapazität klein dimensioniert werden.

Im Betrieb des beschriebenen Geräts wird je nach Stromflussrichtung im Draht 4 der Telefonleitung die am Messwiderstand 3 liegende Spannung entweder durch den Komparator 7 oder den Komparator 8 mit der am betreffenden Komparator liegenden, durch den Abgriff am Spannungsteiler 12 bestimmten Referenzspannung verglichen. Steigt demnach die Spannung am negativen

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Eingang des Komparators 7 über einen bestimmten positiven Wert bzw. sinkt sie am positiven Eingang des Komparators 8 unter einen bestimmten negativen Wert bezüglich des Fusspunktes 11, so gibt der Komparator 7 bzw. 8 einen konstanten, durch die Leuchtdiode 23 des Optokopplers 24 fliessenden Strom ab. Sinkt die Spannung am negativen Eingang des Komparators 7 ern'eut unter einen anderen bestimmten Wert bzw. steigt sie am positiven Eingang des Komparators 8 über einen anderen bestimmten Wert, so verschwindet der Ausgangsstrom des betreffenden Komparators. Durch entsprechende Wahl der Widerstände 13, 14, 15, 16 des Spannungsteilers 12 kann ein vollständig symmetrisches Verhalten beider Komparatoren 7, erzielt werden, wobei für das erwähnte Hysterese-Verhalten die jeweilige Signalrückführung über den Widerstand 21 bzw. 22 massgebend ist. Als Beispiel sei angeführt, dass der Komparator 7 bei einer Spannung von +24 mV an seinem negativen Eingang bzw. der Komparator 8 bei einer Spannung von -24 mV an seinem positiven Eingang einschaltet und die Komparatoren bei einer Spannung von +12 mV bzw. -12 mV ausschalten. Das Hysterese-Verhalten ist von Vorteil, weil dadurch vermieden wird, dass bei einem nicht durch eine Unterbrechung verursachten Absinken des Linienstromes eine solche Verbindungsunterbrechung angezeigt wird.

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Somit überträgt der Optokoppler 24 ein digitales Ausgangssignal, das unabhängig von der Richtung des Linienstromes für einen definierten Wert des Linienstromes erzeugt wird, auch bei Schwankungen des Linienstromes konstant vorliegt und erst wieder den Wert 0 annimmt, wenn der Linienstrom unter einen ebenfalls definierten unteren Grenzwert gesunken ist.

Die Schaltzeit des Phototransistors 26 des Optokopplers 24 ist mittels des Miller-Kondensators 31 verzögert, so dass sich beim Ausschalten der Leuchtdiode 23 am Kollektor des Phototransistors 26 ein linearer Spannungsabfall mit einer durch den Kapazitätswert des Kondensators 31 bestimmten Zeitkonstanten ergibt. Ein solcher Verlauf des Ueberwachungssignals TEL trägt dem Umstand Rechnung, dass der Linienstrom im Draht 4 der Telefonleitung kurzzeitig unterbrochen sein kann, ohne dass dies eine Unterbrechung der Verbindung bedeuten würde. In gewissen Telefonnetzen wird beispielsweise durch die Zentrale der Linienstrom in bestimmten Zeitpunkten umgepolt, was eine Unterbrechung des Linienstromes während etwa einer Sekunde zur Folge hat.

Der Kondensator 31 bewirkt auch einen verzögerten Anstieg des Ueberwachungssignals TEL beim Detektieren eines Linienstromes im Draht 4 der Telefonleitung. Dadurch können kurzzeitige Störströme in der Telefonleitung vom eigentlichen Linienstrom unterschieden werden.

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Auch der Optokoppler 24 ermöglicht eine hohe Spannungsfestigkeit des eigentlichen Messteiles mit den Komparatoren 7, 8 gegenüber dem Speise- und Verarbeitungsteil mit den Anschlussklemmen 27, 28, 30, 32, so dass gesamthaft längs der in der Figur eingezeichneten Trennlinie 42 insgesamt eine Spannungsfestigkeit von typisch 2500 V, nötigenfalls bis zu 5000 V, ein Isolationswiderstand von grosser als 100 M -CX und eine Kopplungskapazität von weniger als 10 pF ohne Aufwand erzielbar sind.

Während auf der Telefonleitung 4 vorliegende Sprachsignale am Messwiderstand 3 einen derart kleinen Spannungsabfall hervorrufen, dass am Ausgang der an sich schnell arbeitenden Komparatoren 7, 8 kein einen Linienstrom vortäuschendes Signal auftritt, ist dies für in vielen Telefonnetzen übermittelte Zeitzählimpulse mit einer Frequenz von etwa 10 bis 12 KHz nicht immer der Fall, insbesondere weil für die Sprachsignale eine Eingangsimpedanz von einigen hundert Ohm, für die Zeitzählimpulse jedoch eine wesentlich kleinere Impedanz von etwa 20 bis 50 Ohm vorliegt und die Zeitzählimpulse relativ hohe Amplituden haben. Ein Parallelkondensator zum Messwiderstand 3, wie der dargestellte Kondensator 6, ist wegen des niedrigen Wertes des Messwiderstandes 3 unzweckmässig. Eine Ausfilterung zwischen dem Ausgang der Komparatoren 7, 8 und dem Optokoppler 23 scheitert am Aufwand für die Diskriminierung gegenüber

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Linienstromsignalen· Es hat sich nun überraschend als äusserst wirksam erwiesen, ein Filter zwischen den Referenzspannungsund Messignaleingängen der beiden Komparatoren 7, 8 anzuordnen- Dieses kann, wie in der Figur dargestellt, in einfacher Weise aus je einem Kondensator 21' bzw. 22' bestehen, dessen Kapazität beispielsweise 0,1 Mikrofarad beträgt und demnach keinen nachteilig hohen Wert hat. Durch die Kondensatoren 21', 22' werden am Messwiderstand 3 auftretende Signale von Zeitzählimpulsen wirkungsvoll und ohne nachteilige Einflüsse auf die Wirkungsweise des dargestellten Geräts unterdrückt.

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Claims

Petent.nwäl««

Ur. O.

μ'Ϊ."^' e-^⁸ Hansjörg Erne, 8001 Zürich

U ffietefeld. Herlorder Strafe 17

Patentansprüche

\\ J Gerät zur Ueberwachung des Linienstroines in einer Telefonleitung mittels eines in die Telefonleitung geschalteten Reihen-Messwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zwei an den Messwiderstand (3) anschaltbare Komparatoren (7,8) aufweist, deren Referenzpotentiale von einem an eine Speisegleichspannung angeschlossenen Spannungsteiler (12) abgegriffen sind und welche zur getrennten Messung positiver und negativer Linienströme geschaltet sind, dass die Ausgänge der beiden Komparatoren (7,8) mit einem Optokoppler (24) zur isolierten Uebertragung des Messignals an eine Verarbeitungseinrichtung verbunden sind und dass zur Erzeugung der Speisegleichspannung ein mit einer hochfrequenten Wechselspannung zu speisender Transformator (33) vorhanden ist, an dessen von der Primärwicklung (34) galvanisch isolierte Sekundärwicklung (35) eine Gleichrichteranordnung (40,41) geschaltet ist.
2. Gerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Komparator (7,8) mit Schaltungsmitteln (21,22), z.B. einem Rückführwiderstand, versehen ist, um eine von der Einschaltspannung des !Comparators unterschiedliche Ausschaltspannung zu erzielen.

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3. Gerät nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den an den Messwiderstand (3) angeschlossenen und den mit dem Referenzpotential versehenen Eingang jedes Komparators (7,8) ein Filter (21';22^!), z.B. ein Kondensator, geschaltet ist, um am Messwiderstand (3) auftretende Impulse, z.B. Zeitzählimpulse, zu unterdrücken.
4. Gerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltungsmittel (31), z.B. ein Miller-Kondensator, vorgesehen sind, um die Schaltzeit eines Phototransistors (26) des Optokopplers (24) zu verzögern.
5. Gerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (33) einen Ringkern, z.B. einen Ferrit-Ringkern aufweist, und dass die Windungszahlen der auf den Ringkern aufgebrachten Primär- und Sekundärwicklung (34,35) entsprechend der mehrere MHz betragenden Frequenz der hochfrequenten Wechselspannung weniger als zehn betragen.

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