DE3042608A1 - Schaltungsanordnung fuer die stromversorgung von anschlussleitungen in fernsprechanlagen - Google Patents

Description

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Schaltungsanordnung fur die Stromversorgung vor Anschlußleitungen in Fernsprech-anlagen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Stromversorgung von Anschlußleitungen τη- Fernsprechanlagen .

Bekannte Schaltungsanordnungen für die Stromversorgung von Anschlußleitungen verwenden einen mit zwei Primärwicklungshälften versehenen Übertrager, deren Außenanschlüsse mit der Anschlußleitung und deren Innenanschlüsse mit einer Stromversorgungsquelle verbunden und mittels eines Kondensators gekoppelt sind. Dies ist lästig, vom Energieverbrauch her gesehen unwirtschaftlich und führt zu Schwierigkeiten, wenn Anschlußleitungen verschiedener Länge mit Speisestrom zu versorgen sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die wirtschaftlicher arbeitet und die den mit den verschiedenen Längen der Anschlußleitungen verbundenen Schwierigkeiten wirksam begegnet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles erstes Ausführungsbeispiel in vereinfachter Form, bei dem eine sogenannte programmierbare Spannungsquelle in Reihe mit der Anschlußleitung benutzt wird,

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Fig. 2 ein der Fig. 1 ähnliches Ausführungsbeispiel,

bei dem aber die programmierbare Spannungsquelle zwischen den Leitungsadern liegt,

Fig. 3 eine das Prinzip der Fig. 1 verkörpernde, detaillierte Schaltungsanordnung,

Fig. 4 eine das Prinzip der Fig. 2 verkörpernde, detaillierte Schaltungsanordnung, Fig. 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, die den Prinzipien der Fig. 1 oder 2 folgen, und

Fig. 7, 8, 9 und 10 Schaltungseinzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele.

Die Schaltungsanordnung in Fig. 1 vermeidet die Notwendigkeit eines Leitungsübertragers und benutzt zwei Widerstände Rl, R2 zur Leitungssymmetrierung. Diese beiden Widerstände bilden den Leitungsabschluß und sorgen für die notwendige Erdsymmetrierung der Leitung. Somit ist die Abschlußimpedanz der Anschlußleitung gleich dem Wert dieser beiden Widerstände. Die Abschlußimpedanz kann, wenn erforderlich, durch Verbinden anderer Komponenten mit den Widerständen Rl, R2 komplex gemacht werden.

Der Speisestrom für die Anschlußleitung wird mittels einer programmierbaren Spannungsquelle PVSl erzeugt, die im Zuge der einen Leitungsader B liegt. Der Ausdruck "programmierbar" bedeutet, daß die erzeugte Spannung gemäß den angelegten Steuersignalen einstellbar ist, wobei diese Steuersignale den aktuellen Leitungszustand beinhalten. Diese Spannungsquelle erzeugt jede erforderliche Gleichspannung, die zur Speisung der Anschlußleitung L nötig ist, und besitzt eine dynamische negative Rückkopplung mit hoher Verstärkung, so daß die Ausgangsspannung

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konstant gehalten wird. Ferner hat die Spannungsquelle eine vernachlässigbare Impedanz gegenüber der Wechselspannung und damit gegenüber der Sprechspannung, vorausgesetzt, daß genUgend Verstärkung im Rückkoplungsweg vorhanden ist. Das dieser Spannungsquelle zugrundeliegende Prinzip wird später in Verbindung mit Fig. 8 näher beschrieben. Die Spannungsquelle PVSl wird so gesteuert, daß eine Spannung von etwa 4 V an der Parallelschaltung der Widerstände Rl, R2 und der Konstantstromschaltung CC auftritt.

Die Konstantstromschaltung CC lenkt den Leitungsstrom derart, daß er nicht zu den Widerständen Rl, R2 fließt, so daß durch diese Widerstände bedingte erhebliche Verluste vermieden werden. Diese programmierbare, d.h. einstellbare Konstanstromschaitung ist hochohmig gegenüber Sprachsignalen ausgebildet. Das ihr zugrundeliegende Prinzip wird später in Verbindung mit Fig. 7 näher erläutert.

Da die Spannungsquelle PVSl so gesteuert wird, daß nur 4 V an der Konstantstromquelle CC und den Widerständen Rl, R2 abfallen, beträgt das Potential der Ader A gegenüber Erde -2 V. In gleicher Weise beträgt das Potential der Ader B gegenüber Erde (-V_Q+2) V, wobei \1 die Ausgangsspannung der Spannungsquelle PVSl ist. Da Die Spannung V_Q immer größer als als 4 V ist, besitzen die Adern A und B immer ein negatives Potential gegenüber Erde. Dadurch werden Probleme vermieden, die sich durch galvanische Korrosion in der Vermittlungsanlage ergeben könnten.

Das von einer aktiven Gabelschaltung G kommende Sprachsi-

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gnal wird durch Modulation des Konstantstroms der Konstantstromschaltung CC zur Anschlußleitung L übertragen. Das dieser Modulation zugrundeliegende Prinzip wird später in Verbindung mit Fig. 10 näher erläutert. Aus dieser Erläuterung geht hervor, daß ein einzelner Treibertransistor einen symmetrischen Sprechstrom erzeugt, der aus einer Quelle mit einer Quellenimpedanz von 2R. (wobei R. der Wert des Widerstandes Rl oder R2 ist) stammt. Im Prinzip ist es auch möglich, die Sprachsignale durch Modulation des Konstantstroms in der Spannungsquelle PVSl zur Anschlußleitung zu übertragen. Aber dadurch würde der Sprechstrom unsymmetrisch sein, was aus der Sicht des Nebensprechens nicht wünschenswert wäre.

Die aktive Gabelschaltung G verwendet als aktive Komponenten Operationsverstärker. Die von der Anschlußleitung ankommenden Sprachsignale werden durch einen Eingangsverstärker verstärkt, der eine hohe Eingangsimpedanz aufweist und parallel zur Reihenschaltung der Widerstände Rl, R2 liegt. Aufgrund der benutzten Schaltungskonfiguration betragen die Potentiale an diesem Punkt nur wenige Volt gegenüber Erde; diese Potentiale sind daher kompatibel mit der niedrigen Spannung elektronischer (integrierter) Schaltungen, ungeachtet der hohen Spannung (von bis zu etwa 80 V), die mittels der Spannungsquelle PVSl zur Leitungsspeisung erzeugt wird.

In der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung wird die Leitungssymmetrie durch die Symmetrierungswiderstände R3, R4 erreicht, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt dieser Widerstände über einen Kondensator mit Erde, d.h. mit dem das negative Potential -48 V führenden Anschluß der vermittlungseigenen Spannungsquelle, verbunden ist. Der Wert jedes Widerstandes R3, R4 liegt im Bereich von 20 kOhm,

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wobei der Wert so gewählt ist, daß keine wesentlichen Gleichstromverluste oder Wechselstromverluste durch diese Widerstände entstehen. Die zwischen den Leitungsadern angeordnete, programmierbare Spannungsquelle PVS2 besitzt eine dynamische Rückkopplung, so daß sie damit als Konstantstromschaltung ausgebildet ist und eine hohe Impedanz gegenüber Sprachsignalen aufweist. Das Prinzip dieser Spannungsquelle PVS2 wird später in Verbindung mit Fig. 9 näher erläutert. Da der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände R3, R4 mit dem negativen Pol der vermittlungseigenen Spannungsquelle gekoppelt ist, betragen die Potentiale der Leitungsadern gegenüber Erde: A-Ader: -48 V + V_Q,
B-Ader: -48 V - V_Q,

so daß die Potentiale dieser Adern immer negativ sind, vorausgesetzt, daß die Ausgangsspannung V_n der Spannungsquelle PVS2 einen niedrigeren Wert als 96 V hat. Das gibt genügend Spielraum, um sehr lange Leitungen mit Speisestrom zu versorgen, und es gibt keine Schwierigkeiten mit der galvanischen Korrosion in der Vermittlungsanlage.

Da ein Trennkondensator Cl vorhanden ist, wird der Übertrager T nicht von Gleichstrom durchflossen. Daher kann dieser Übertrager räumlich klein ausgebildet werden. Somit wird eine vollständige galvanische Trennung vorgesehen, so daß keine Beschränkung in der Verwirklichung der an die Sekundärwicklung des Übewrtragers T angeschlossenen Leitungsabschlußimpedanz Z_T vorhanden ist. Die Gabelschaltung G kann aus Operationsverstärkern gebildet sein.

Wie im Fall der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 können die zur Anschlußleitung zu übertragenden Sprachsignale

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über die programmierbare Spannungsquelle PVS2 laufen, sofern es gewünscht wird. Dadurch wird ein symmetrierter Sprechstrom erreicht, weil die Spannungsquelle PVS2 parallel zur Leitungsabschlußimpedanz liegt. Die Fig. 3 und 4 zeigen für die Schaltungsanordnungen der Fig. 1 und 2 vorgesehene Ergänzungen, damit jede gewünschte Leitungs-Speisungscharakteristik verwirklicht werden kann. In beiden Figuren ist ein Spannungsfühler HIM hoher Impedanz zwischen den Leitungsadern angeschlossen. Dieser Spannungsfühler spricht auf Leitungszustände an und steuert die Spannungsquelle PVSl oder PVS2 über eine Zwischensteuerschaltung C. In Fig. 3 wird die Konstantstromquelle CC ebenso gesteuert. Beide Schaltungen können entweder als Konstantspannungsq.uelle oder als Konstantstromquelle für die Leitungsspeisung arbeiten, bei der die Leitungsspannung sich bei offener Leitungsschleife im Bereich von 15 bis 20 V bewegt. Dieses ergibt bedeutend weniger Leitungsableitung als mit einer festen 48 V-Batterie. Da der Handapparat des Teilnehmers zumeist aufgelegt ist und da in einer Fernsprechvermittlung mehr Anschlußleitungen im Frei- als im Besetztzustand sind, sorgt dies für eine nützliche Verminderung des Stromverbrauchs.

In den beiden Fig. 3 und 4 überwachen die Spannungsfühler HIM die Leitungsspannung und/oder den Leitungsstrom, und die Steuerschaltung C hat eine derartige Zeitkonstante, daß ihr Ausgang nicht Leitungssprachsignale weitergibt, so daß sie nur Leitungsgleichstrom- und Leitungsgleichspannungspegel steuert.

Nun werden die Fig. 5 und 6 beschrieben, die zeigen, wie eine die Prinzipien der Fig. 1 und 3 verkörpernde Schaltungsanordnung in eine vollständige Leitungsschaltung in-

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tegriert werden kann.

In Fig. 5 wird ein Netzwerk aus Relaiskontakten dazu verwendet, um den Rufstrom der Anschlußleitung L zuzuführen und die Anschlußleitung L mit der Prüfsammelleitung (Prüf-Bus) zu verbinden. Diese Relais werden von einer Anpassungssteuerschaltung CI gesteuert, die selbst wieder über die vom Rest der Vermittlungsanlage kommenden Verbindungen gesteuert wird. Die Gabelschaltung 6 besteht in bekannter Weise aus drei Operationsverstärkern OAl, 0A2 und 0A3. Die Arbeitsweise der Relais R, T, I und RV und dessen Steuerung mittels der Anpassungssteuerschaltung CI werden nicht beschrieben, weil sie klar aus der Fig. 5 hervorgeht.

Der Spannungsfühler HIM steuert die Konstantstromschal tung und Spannungsquelle PVSl über eine Rückkopplungssteuerschaltung FC: diese führt die Funktionen der Zwischensteuerschaltung C in Fig. 3 aus und übt auch einen Einfluß auf die Anpassungssteuerschaltung CI aus, so daß die letztere durch die Leitungszustände beeinflußt wird.

In Fig. 6 ist das Relaiskontaktnetzwerk der Fig. 4 durch einen Schalterchip SC ersetzt, der eine Anzahl von Hochspannungs-DMOS-Schaltern aufweist. Diese Schalter werden von einem logischen Steuerchip CLC gesteuert, der auch als Zwischensteuerschaltung mit dem Rest der Vermittlungsanlage zusammenarbeitet. Die Speisesteuerschaltung, die in Fig. 5 den Spannungsfühler HIM, die Rückkopplungssteuerschaltung FC, die Konstantstromschaltung CC und die Spannungsquelle PVSl umfaßt, und die Gabelschaltung G sind auf einem anderen Chip GC realisiert, der mit dem Schalterchip SC zusammenarbeitet. So ist ist der die Spannungsquelle PVSl steuernde Transistor einer von einer

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Gruppe von Hochspannungstransistoren auf dem DMOS-Chip SC. Ähnliche Schaltungen wie die der Fig. 5 und 6 können von den Fig. 2 und 4 abgeleitet werden. Sie sind aber nicht gezeigt, um die Zeichnungen nicht unnötig kompliziert zu gestalten.

Fig. 7 zeigt einen einfachen Weg, um eine Konstantstromschaltung mit einem Operationsverstärker 0A4 und einem bipolaren Transistor BT zu realisieren. Der Augenblickswert des Ausgangsstroms I wird durch eine Referenzspannung V_DCC: mitbestimmt, die selbst durch die Zwischensteuerschaltung C in Fig. 3 gesteuert wird.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Spannungsquelle PVSl, wobei eine dynamische Rückkopplungsschleife gezeigt ist, in der die Ausgangsspannung zwischen An-Schlüssen 1 und 2, die von einer "Energiepumpenschaltung" aus einem Kondensator C2, einer Diode Dl, einem Übertrager T2 und einem Feldeffekttransistor FETl stammt, mit der Referenzspannung V_REF verglichen wird. Der Ausgang des Komparators 0A5 wird dazu benutzt, die an die Energiepumpenschaltung gelieferte Impulsenergie so zu steuern, daß die Ausgangsspannung durch die Referenzspannung V_Rpp gesteuert wird. Der Betrag der an die Energiepumpenschaltung gelieferten Energie wird durch verschiedene Maßnahmen gesteuert, z.B. durch Änderung der Frequenz oder der Breite der dem Gatter Gl zugeführten Impulse.

Fig. 9 zeigt das Prinzip der Schaltung der Fig. 8, angewendet auf die Spannungsquelle PVS2, wobei die Ausgangsspannung an den Anschlüssen 3 und 4 erscheint. Hier wird die Spannung an einem Widerstand R6 abgenommen, die dem Ausgangsstrom der Energiepumpenschaltung proportional ist. Damit steuert die Steuerschaltung wie in Fig. 8 die

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Ausgangsspannung durch Steuern des Werts der Referenzspannung Vnrp·

Fig. 10 zeigt, wie die Konstantstromschaltung der Fig. 7 modifiziert werden kann, so daß das Sprachsignal den an die Leitungsschleife gelieferten Ausgangsstrom I modulieren kann.

In allen beschriebenen Schaltungen kann die Leitungsspannung verhältnismäßig niedrig gehalten und gemäß den Leitungsbedingungen einschließlich der Leitungslänge eingestellt werden.

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Claims (9)

1. Patentanwalt
   Dip!.-Phys. Leo Thul
   Kurze Straße 8
   Stuttgart 30

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   INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

   Schaltungsanordnung fur die Stromversorgung von Anschlußlei tungen in Fernsprechanlagen

   Patentansprüche

   ΛJ. Schaltungsanordnung für die Stromversorgung von Anschlußleitungen in Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) zwischen den Leitungsadern (A, B) eine hohe Ausgleichsimpedanz (R3, R4) angeordnet ist, deren Mittelabgriff für Sprechsignale geerdet ist,

   b) eine veränderbare Spannungsquelle (PVSl, PVS2) vorgesehen ist, die von der vertni tt 1 ungsei genen Spannungsquelle versorgt und über deren Ausgang die Anschlußleitung (L) gespei st wird,

   c) ein Spannungsfühler (HIM) hoher Impedanz zwischen den Adern (A, B) der Anschlußleitung (L) zur Überwachung der Spannung an diesen Adern angeordnet ist,

   d) eine Steuerschaltung (C) mit ihrem Eingang an den Ausgang des Spannungsfühlers (HIM) und mit ihrem Ausgang an die veränderbare Spannungsquelle (PVSl, PVS2) angeschlossen ist und mit Hilfe einer Referenzspannungsquelle (V_DCC) eine derartige Steuerspannung erzeugt, daß die Spannungsquelle Änderungen der Anschlußleitungsbedingungen durch Änderungen der Anschlußleitungsspeisung kompensi ert.

   ZT/Pl-Krü, 27.10.80 -/-

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2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Spanungsquelle (PVSl) im Zuge einer Leitungsader (B) angeordnet ist und daß zwischen den Leitungsadern eine Konstantstromschaltung (CC) parall zur Symmetrierungsimpedanz (Rl, R2) liegt, wobei die Konstantstromschaltung abhängig von den Anschlußleitungsbedingungen durch die Steuerschaltung (C) gesteuert wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anschlußleitung (L) zu übertragenden Spachsignale der Konstantstromschaltung (CC) zugeführt werden und damit den Leitungsstrom modulieren.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Spannungsquelle (PVS2) parallel zur Symmetrierungsimpedanz (R3, R4) liegt und auch als Konstantstromschaltung ausgebildet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Anschlußleitung (L) zuzuführenden Sprachsigna- Ie der veränderbaren Spannungsquelle (PVS2) zur Modulation des Leitungsstroms zugeleitet werden.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Spannungsquelle (PVSl, PVS2) einen Kondensator (C2) aufweist, dessen Spannung geändert wird und mit dessen Spannungsänderung sich die Ausgangsspannung (V„) der veränderbaren Spannungsquelle ändert.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Spannungquelle (PVSl, PVS2) einen Komparator (0A5) aufweist, der die Spannung der Anschlußleitung mit der genannten Referenzspannung vergleicht, der-

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   art, daß die Frequenz oder Breite der dem Kondensator zugeführten Impulsen verändert wird.
8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschaltung eine aktive Gabelschaltung (G) aufweist, die den Zweidrahtweg der Anschlußleitung (L) in einen Vierdrahtweg verzweigt.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die aktive Gabelschaltung einen ersten Operationsverstärker (OAl), an dessen Eingang die Anschlußleiturvg (A, B) über Widerstände zur Erhöhung der Eingangimpedanz des
   Verstärkers angeschlossen ist, einen zweiten Operationsverstärker (0A2), an dessen einem Eingang der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (OAl) angeschlossen ist und dessen Ausgang den abgehenden Vierdrahtweg bildet, einen dritten Operationsverstärker (0A3), der den ankommenden Vierdrahtweg mit der Zweidrahtleitung verbindet, und einen Ausgleichswiderstand aufweist, der zwischen dem Ausgang des
   dritten Operationsverstärkers (0A3) und dem anderen Eingang des zweiten Operationsverstärkers (0A2) angeordnet ist.

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