DE3613913A1 - Monolithisch integrierbare telefonschaltung fuer die versorgung einer teilnehmer-fernsprechleitung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Telefonschaltungen für die Versorgung einer Teilnehmer—Fernsprechleitung, insbesondere solche Telefonschaltungen, die in eine monolithisch integrierte Telefonschaltung einer Schnittstelle zwischen der Teilnehmerleitung und den Einrichtungen im Vermittlungsamt eingefügt werden können.

• / 15 In den derzeit noch in Betrieb befindlichen, elektromechanisch arbeitenden Vermittlungsämtern, in denen die Steuerorgane die Einrichtungen der Leitung durch induktive Kopplung durchsteuern, wird eine Teilnehmer-Fernsprechleitung im allgemeinen durch eine zwei' identische Widerstände R enthaltende Schaltung gespeist, welche die Adern der Leitung jeweils über einen Widerstand an die beiden Anschlußklemmen einer Versorgungsspannungsquelle V_narp ankoppelt. Diese Spannungsquelle besteht in den Telefonnetzen zum größten Teil aus einer 48-Volt-Batterie.

Die an die Teilnehmer-Fernsprechleitung angelegte Spannung V als Funktion des Leitungsstroms I_r , welcher

L Lj

durch die Last der Leitung bestimmt wird, ergibt sich daher zu

^VL - ^VBAT - ^2RDC ¹L-

Diese Beziehung definiert die äußere Strom/Spannungskennlinie der Versorgungsschaltung an den mit der Leitung verbundenen Anschlußklemmen.

Die Kennlinie der Schaltung, die ih einem kärtesischen Koordinatensystem, in welchem die Werte des Leitungsstroms I_T auf der Abszisse und die Werte der ah die Leitung angelegten Spannung \7 auf der Ordinate aufge-

Lj

tragen sind, dargestellt wird, ist foithin eine gerade Linie für positive Werte auf der Abszisse und auf der Ordinate entsprechend der oben angegebenen Gleichung; Die Kennlinie hat den in Fig. 1 als gestrichelte Linie "1" dargestellten Verlauf* Bei einem Leituhgsstrom Null ergibt sich als Spannung V die Batteriespa'nnung V_Β»_τ·

Die Steigung der Kennlinie "1" bezüglich der Abszisse bestimmt sich durch den Öesamtwert 2R -« der Widerstände, über die die Leitung an die Anschlußklemmen der Versorgungsspannungsquelle V jl_ angeschlossen ist» Durch Auswählen oder Entwerfen einer bestimmten Strom/Spannungs-Kennlinie für eine Telefonschaltung, die sich für die Versorgung einer Teilnehmer-Fernsprechleitüng eignet, bei der die Last Ri mit zunehmender Lange größer wird, läßt sich zweierlei erreichen! Zunächst kann man die Impedanz der Schaltung, betrachtet Von der Leitung her, bestimmen, um zu garantieret!, daß der Leitungsstrom I_r als Funktion unterschiedlicher für das Telefonnetz zulässiger Leitungslängeh einen Wert aufweist, der innerhalb vorgegebener Wertgrenzen liegt * zudem kann man exakt die Werte der ih dem Vermittlungsamt verbrauchten Energie als Funktion der Leitungslänge vorherbestimmen. Die Kennlinie "1" ergibt sich nicht nur genau angepaßt an die normalen Forderungen bei einem Telefonnetz, um mit einer sehr einfachen Schaltung realisiert zu werden, sondern die Kennlinie führt auch direkt zu der vorteilhafteren externen Kennlinie für eine Versorgungs-Telefonschaltung_t weil sie die vollständige Ausnutzung der vori der Versorgungsspahnungsquelle gelieferten Spannung ^V _BAT für maximale

Leitungslängen ermöglicht.

Damit, daß in Telefonnetze teilweise oder vollständig elektronisch arbeitende Ventdttlungsäntter eingefügt wurden, in welchen mit Hilfe von elektronischen Schaltkreisen, die in die an die Teilnehmerleitungen in Serie angeschlossenen Schnittstellenschaltungen eingefügt wurden. Funktionen wahrgenommen wurden, die zuvor im Teilnehmerin Fernsprechgerät durchgeführt wurden, entstand jedoch das Problem, über die Teilnehmerleitung auch diese elektronischen Schaltungen zu versorgen. Eine elektronische Schaltung erfordert in der Tat eine minimale Aroeitsspannung, deren Betrag unter anderem mit zunehmender Stärke des in der Schaltung fließenden Stroms ansteigt. Wenn daher in dem Vermittlungsamt zu einer Teilnehmer-Fernsprechleitung elektronische Schaltungen in Reihe geschaltet sind, muß dafür Sorge getragen werden, daß ein Anteil V der Versorgungsspannung V ,._, entsteht, der nicht der Leitung zuteilbar ist, da er

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für die Funktion solcher Schaltungen unerlässlich ist. Derzeit werden sowohl elektronische Schaltungen entwickelt, die in Serie an eine Teilnehmer-Fernsprechleitung anzuschließen sind, als auch Versorgungsschaltungen für elektronische Vermittlungsämter, welche die Besonderheit aufweisen, daß die Möglichkeit besteht, für solche Versorgungsschaltungen eine noch geradlinige Kennlinie beizubehalten, wobei die Impedanz so groß ist wie bei einer Leitung einer nicht-elektronischen Schaltung für elektromechanisch arbeitende Vermittlungsämter. Hierbei ist man bestrebt, die unvermeidbare Spannung V₁^_n so weit wie möglich herabzusetzen. Und zwar verwendet man eine Kennlinie der in Fig. 1 durch die Zahl "2" gekennzeichneten Art. Diese Kennlinie läuft parallel zu der Kennlinie""!" und liegt dieser möglichst nahe.

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Auch wenn dadurch der Gesamtaufwand für die Projektierung größer wird, gestattet eine solche kennlinie "2" die Schaffung elektronischer Versorguhd/sschaltungeh, die im Hinblick auf die Leitung kompatibel ist mit nicht-elektronischen Schaltungen. Wenn der Strom I der

Lj

Leitung Null ist, ergibt sich folgende, ah die Löituhg angelegte Spannung V :

Lt

^VL - ^VBAT - ^VDROP·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monolithisch integrierbare Telefonschaltung eur Versorgung einer Fernsprech-Teilnehmerleitung 2u schaffen» die in eine monolithisch integrierte Schnittstellen-Schaltung zwischen einer Teilnehmerleitung und Steuereinrichtungen im Vermittlungsamt eingefügt werden kann, und die im Hinblick auf solche elektronischen Schaltungen eine im Vergleich zum Stand der Technik Verbesserte Kompatibilität mit nicht-elektronischen Fernsprechsyötemeh aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben ι

Im folgenden werden Ausführungsbeisbiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigent

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Strom/Spah-

nungs-Kennlinie der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung sowie der oben erläuterten Kennlinien ,

Fig. 2 eine Schaltungsskizze einer erfindungsgetnäßen

Versorgungsschaltung für eine Teilnehmerleitung*

In Fig. 1 ist die äußere Strom/Spannungs-Kennlinie einer erfindungsgemäßen Versorgungs-Telefonschaltung durch eine ausgezogene Linie dargestellt. Die gestrichelt eingezeichneten Linien sind die oben erläuterten Kennlinien "1" und "2".

Die drei Kennlinien beziehen sich sämtlich auf denselben Versorgungsspannungswert V und auf die gl chen Forderungen für den Teilnehmeranschluß.

Die Kennlinie der erfindungsgemäßen Schaltung besteht aus zwei geradlinigen Abschnitten unterschiedlicher Steigung. Der erste Linienabschnitt mit geringerer Steigung verbindet den Ordinatenpunkt V - V _R mit einem Punkt, der einen vorbestimmten Abszissenwert I

sowie einen Ordinatenwert besitzt, der dem der Kennlinie "1" für eine solche Stromstärke entspricht. Der zweite Linienabschnitt fällt mit der Kennlinie "1" zusammen, und zwar zwischen dem Abszissenpunkt I _ bis

L X

zu einem Abszissenpunkt I_T.._f in welchem die Linie "1"

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die Abszisse schneidet.

Zur Verdeutlichung ist der zweite Linienabschnitt in der Zeichnung durch zwei benachbarte Linien, von denen eine ausgezogen und die andere gestrichelt ist, dargestellt, in Wirklichkeit jedoch fallen die beiden Linien zusammen. Eine erfindungsgemäße Versorgungs-Telefonschaltung mit dem oben angegebenen Kennlinienverlauf stellt für die versorgte Fernsprechleitung eine Impedanz dar, die für Leitungsstromstärken zwischen Null und I einen ersten vorbestimmten Wert aufweist,

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und die für Leitungsstromstärken zwischen I und I_{r M}

LT LM

einen zweiten, höheren Wert aufweist, welcher der Impedanz entspricht, welche eine nicht-elektronische 'Versorgungs-Telefonschaltung für die Leitung darstellt.

« W * M # « It β ρ, «

«Λα*

Auch in diesem Fall wird der Wert V-.,--, der ih Fig* durch die Kennlinie "2" gegeben ist, derart ausgewählt, daß ein ordnungsgemäßer Betrieb sichergestellt ist für alle elektronischen Schaltungen, die in dem Vermittlungsamt in Reihe an die Teilnehmer-Fernspreuhleitüng angeschlossen sind, welche vdn der erf ibdürtgsgemäßer» Schaltung gespeist wird. Bei gleichem Wert voh V_ß- _ gewährleistet die Kennlinie der erfindungsgemäßen Versorgungs-Telefonschaltung jedoch im degensatz zu der Kennlinie "2" höhere Spannungswerte V_f und Sttomwerte I in der gleichen Teilnehmerleitung* t)ies idt von Bedeutung insbesondere dann, wenn es sich um eine lange Leitung handelt und sich deshalb ein vertihdfetter Leitungsstrom I ergibt.

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Darüber hinaus ergibt die erfindungsgemäße Versorgungsschaltung , _: deren Strom/Spannungs-Kennlinie teilweise mit der Kennlinie "1" zusammenfällt und dieser deshalb ähnlicher ist als die dortige Kennlinie "2% abgesehen von einem vernachlässigbaren Impedanz-Uhterschied, eine bessere Kompatibilität der aktuellen elektronischen Versorgungsschaltungen mit Telefonsystemen, die nicht vollständig elektronisch ausgerüstet sind.

Eine erfindungsgemäße Versorgungs-Telefanschaltung besitzt gemäß Fig. 2 eine durch einen rechteckigen Block dargestellte Stromspiegelschaltung k. mit eitlem Eingangszweig sowie einem ersten und einem zweiten Ausgangszweig. Der Eingangszweig ist durdh einen Kreis kenntlich gemacht.

Der in dem ersten Ausgangsz'weig fließende Strom ist entsprechend einer Proportionalitätskohstante "n" proportional zu dem in den Eingangskreis fließehden Strom, dem der in dem zweiten Ausgangskreis fließende Strom gleicht.

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• *

¹P ί

Außerdem enthält die Versorgungsschaltung einen Operationsverstärker A und einen NPN-Bipolar-Transistor T.. Der Eingangszweig der Stromspiegelschaltung M. ist an den Kollektor des Transistors T angeschlossen, dessen Basis an den Ausgang des Operationsverstärkers A₁ angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors ist über einen Schaltungsknoten A an den invertierenden Eingang "-" des Operationsverstärkers A. angeschlossen. Dieser Eingang liegt über einen Widerstand R_ an einer Bezugsspannungsquelle

Der nicht-invertierende Eingang " + " des Operationsverstärkers A₁ ist über eine Konstantspannungs-Quelle V₁ an die Bezugsspannungsquelle V angeschlossen.

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Der erste und der zweite Ausgangszweig der Stromspiegel schaltung M sind an den invertierenden Eingang "-" des Operationsverstärkers A₁ bzw. über einen Widerstand R_ an die Bezugsspannungsquelle V-^^ angeschlossen. Eine erfindungsgemäße Versorgungs-Telefonschaltung enthält außerdem Anschlußelemente für den Anschluß der zu versorgenden Telefonleitung an eine Versorgungsspannungsquelle (V_narp) . Diese für den Anschluß vorgesehenen Schaltungsmittel sind in der Zeichnung durch einen Block CM dargestellt. Der Block besitzt einen ersten und einen zweiten Anschluß zum Anschließen an den positiven Pol +^v _rc bzw. an den negativen Pol -V_rr der Versorgungsspannungsquelle (bei der es sich typischerweise um eine 48-Volt-Spannung V handelt). Außerdem sind ein erster und ein zweiter Ankoppelanschluß zum Anschließen an die Teilnehmerleitung vorgesehen. Die Teilnehmerleitung ist in der Zeichnung symbolisch durch eine gestrichelte Linie und eine Last R_r dargestellt.

Die Ankoppelschaltung CM besitzt eine Spannungsquelle

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»a φ

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V, die gesteuert wird durch die Klemmenspannung V_rt an dem Widerstand R .

wie in der Fig. angedeutet ist, gilt die Beziehung V = V . Der Widerstand R und der Block CM sind symbolisch enthalten in einem gestrichelten Block C, Welcher noch andere Schaltungsteile enthält, die dem Fachmann bekannt sind, aber in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Im Inneren des Blocks CM sind die Schaltüngsteile in ihrem Aufbau durch gestrichelte Linien in einfachster Weise angedeutet, um zu verdeutlichen _h wie die Ankoppelschaltungen theoretisch angeordnet sein könnten* Diese Teile sind in der Praxis bekanntlich durch relativ komplexe Schaltungen realisiert, da diese zahlreiche Funktionen erfüllen.

Die Ankoppelschaltung CM ist gemäß Fig* 2 an einem Schaltungsknoten B mit dem EingangszWeig^ der Stromspiegelschaltung M. verbunden. Diese Schaltungen bestimmen in dem Schaltungsknoten B mittels an Sich Gekannter und hier nicht dargestellter Strom-Utiisetzschaltungen einen Ausgangsstrom I = I./Κ» der entsprechend der Proportionalitätskonstanten 1/K proportional zu dem auf die Leitung gegebenen Strom I_t ist*

Es soll nun die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaltung erläutert werden. Der durch den Transistor T. fließende Strom sei mit I₁ bezeichnet, der durch den Widerstand R„ fließende Stiiom sei mit I_? bezeichnet, und der in den Eingangszweig der Stromspiegelschaltung M₁ fließende Strom sei mit I-. bezeichnet» 35

Während des Betriebs des Operationsverstärkers A₁

gleicht das Potential am invertierenden Eingang demjenigen am nicht-invertierendenEingang, und man erhält

Legt man die in der Figur eingezeichneten Stromrichtungen zugrunde, so ergeben sich an den Knoten A und B gemäß der Kirchhoff'sehen Regel:

¹I ^{+ n X}3 - ^X2 -""!ζ- ⁽¹⁾

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich also

^J3 ^{+ n 1}S = TT ⁺ ""Κ"

3 " 1+n R₀ 1+n * K
^Z

Man kann also die Spannung V ausdrücken als Funktion des Leitungsstroms I :

Lj

^V0 - ^R0* ¹S ^'Tk ⁺ ITTTTnT-¹L ⁽³⁾

Die Spannung V_ hat bei einem Leitungsstrom I von Null vj L

den Wert
V.

g₀ DROP R₂ 1 + η *

Dieser Wert ist vorbestimmbar durch beliebiges Auswählen der Widerstände R und R₂, der Spannung V. und der Verstärkung η der Stromspiegelschaltung M .

Die Beziehung (3) gilt jedoch nur für den Fall, daß der Transistor T. leitet. Leitet der Transistor T. nicht,

* 4 e β s k>

Ir- -Ϊ (J

gilt also die Beziehung I₁ * 0, so ergibt sich am Knoten B

- Ip . O

Hieraus erhält man direkt

V= R_n . T =-^ ' 'r <⁴>

\j vJ «J Ia Lj

Der Wert I._ des Leitungsstroms I , in desseh Abhängig-

Lj i Lj

keit der Transistor T₁ aufhört_k zu leiten» ergibt sich durch Auflösen der Beziehungen (3) und (4);

Durch Kombinieren der beiden Gleichungen erhält man

1 , O ₁ .Jo-.,.

R₂ 1+n ⁺ K ( 1 +n) L " K L

R₀ (1₊n)- R₀ ^ R_{0 4} V₁

K (1+n) L R₂ 1+n

- 1
¹L ~ R₂ · η ~ ¹LT

KV
Der Wert I_T_ = —= ergibt sich in vorbestimmter

Weise, wenn der Wert V^^,^ Vorbestimmt iöt und die

DKUF ι

Proportionalitätskonstante 1/K zwischen den Strömen I und I ausgewählt ist.

Li

Die Spannung V_r , die an die Teilhehmer-Fernsprechleitung angelegt wird, welche an die Ankoppelschaltuhg CM angeschlossen ist, gleicht der Versorcjungsspannung

V_RÄ_ zwischen den beiden Polen +V-« und ^V^- der Ver-sorgungsspannungsquelle, abzüglich der Spannung V * V die von der in der Ankoppelschaltung CM enthaltenen¹ Spannungsquelle geliefert wird*

Die Kennlinie bezüglich des Stroms I gegenüber der

Lj

Spannung V ergibt sich somit in exakt derjenigen Form,

Lj

die in Fig. 1 gezeigt ist.

Der erste Abschnitt der Kennlinie zwischen I=O und

Lj

I. = I_Trn entspricht einer Geradengleichung

L Ll

^RO

^VL ." ^VBAT ^VDROP K(Hn) '¹L 10

Dies erhält man aus der Gleichung (3). Der zweite Kennlinienabschnitt entspricht hingegen der Geraden" gleichung

V=V — ι

L BAT K ' L

Diese Beziehung erhält man aus der Gleichung (4).

Die unterschiedlichen Neigungen der beiden Kennlinien-Abschnitte, denen zwei verschiedene Impedanzwerte für die Leitung entsprechen, bestimmen sich lediglich aus dem Proportionalitätsfaktor 1/(1+n).

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Aus- ■ führungsbeispiel beschränkt. Der Transistor T. kann ■beispielsweise ein anderer Transistor-Typ sein, und indem man die Spannungs-Polaritäten vertauscht, werden sämtliche Stromrichtungen gegenüber den in der Figur angezeichneten Stromrichtungen umgekehrt. 30

Die Widerstände R_ und R können an verschiedene Bezugsspannungsquellen angeschlossen sein.

Für ein vollkommenes elektrisches Gleichgewicht der Teilnehmerleitung kann man außerdanin die Ankoppelschaltung CM zwischen der Telefonleitung und der Versorgungschaltung

symmetrisch zu der bereits eingezeichneten Spannungsquelle eine zweite Spannurigsquelle V einfügen, die gesteuert wird durch die Klemmenspannung V des Widerstands R_n. In diesem Fall muß selbstverständlich die gesamte in den zwei untereinander identischen Spannungsquellen erzeugte Öpannung so groß seih wie diejenige, die von der einzigen Spannühgsquelle geliefert wird. 10

Schließlich kann man, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, einen einen bestimmten Schwellenwert aufweisenden Strombegrenzer einsetzen, um die Kennlinie, bevor diese die Stromstärke I „ erreicht_v abzuschneiden*

Claims (3)

Θ β * «fr KU NKER SCHMITT MLSON HIRSCH * J L.„ , . fi W IV Ί"!"■ 1 Λ I'M Γ»· 1I I Al I^ Π* K 30 402SM/6 SGS MICROELETTRONICA SpA 24. April 1986 Monolithisch integrierfcare Telefonschaltung für die Versorgung einer Teilnehmer-FernsprechIeituhg Patentansprüche

1. Monolithisch integrierbare Telefonschaltung für die Versorgung einer Teilnehmer-Fernsprechleitung, mit einem ersten und einem zweiten Anschluß 2um Anschließen an eine erste (+V _) bzw. an eine zweite (^V-^) Anschlußklemme einer Versorgungsspannungöquelle (V_ßAT> sowie mit einem ersten und einem zweiten Ahkoppelanschluß zum Ankoppeln an eine erste und eine zweite Ader der Leitung,

dadurch gekennzeichnet ,

daß sie für die Teilnehmer-Fernsprechleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Ankoppelanschlüß eine Impedanz darstellt, die für Werte des in die Lfeitung eingespeisten Stroms (I₁.), die unter einem vorbestimmten

J-I

Stromwert (I_LT) liegen, einen ersten vorbestimmten Wert und für wenigstens einen Bereich der Werte des in die Leitung eingespeisten Sroms (t^)t die über dem vorbestimmten Stromwert (I* J) liegen»

einen zweiten vorbestimmten Wert, der höher ist als der erste vorbestimmte Wert,aufweist, und daß sie in dem Bereich von Stromwerten über dem vorbestimmten Stromwert zwischen dem ersten und dem zweiten Ankoppelanschluß elektrisch äquivalent ist einer Spannungsquelle, die der Versorgungsspannungsquelle (^V _BAT) gleicht, zu der in Serie nur elektrische Widerstands-Schaltungselemente geschaltet sind.

2. Monolithisch integrierbare Telefonschaltung für die Versorgung einer Teilnehmer-Fernsprechleitung, dadurch gekennzeichnet,
daß sie enthält: eine Stromspiegelschaltung (M1) mit einem Eingangskreis sowie einem ersten und einem zweiten Ausgangskreis, einen Transistor (T.), der einen ersten und einen zweiten Anschluß sowie einen Steueranschluß besitzt, und einen Operationsverstärker (A.) mit einem ersten (+) und einem zweiten (-) Eingang sowie einem Ausgang, daß der Eingangskreis der Stromspiegelschaltung (M ) an den zweiten Anschluß des Transistors (T₁ ) angeschlossen ist, dessen Steueranschluß an den Ausgang des Operationsverstärker (A.) angeschlossen ist und dessen erster Anschluß an den zweiten Eingang (-) des Operationsverstärkers (A₁) sowie über einen ersten Widerstand (R,,) an eine Bezugsspannungsquelle (V_Dr<E))

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angeschlossen ist, daß der erste Eingang (+) des Operationsverstärkers (A ) an die Bezugsspannungsquelle (V_nc,_) über eine Spannungsquelle (V₁) angeschlossen

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ist, daß der erste und der zweite Ausgangskreis der Stromspiegelschaltung (M ) an den zweiten Eingang (-) des Operationsverstärkers (A.) bzw. über einen zweiten Widerstand (R₀) an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, daß außerdem eine Ankopplungsschaltung (CM) vorgesehen ist für die Ankopplung der Teilnehmer-Fernsprechleitung an eine Versorgungsspannungsquelle

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(V), daß die Ankopplungsschaltung einen ersten Und einen zweiten Anschluß zum Anschließen an eine erste (+V) bzw. eine zweite (-V^.-,) Anschlußklemme der Versorgungsspannungsquelle (V_Rftrr) sowie einen ersten und einen zweiten Ankoppelänschluß zum Ahkoppeln an eine erste und eine zweite Ader der Leitung aufweist, und daß die Ankopplungsschaltuhg (CM) mindestens eine Spannungsquelle (V) enthält, die Von der ah den An-Schlüssen des zweiten Widerstands (R_n) resultierenden Spannung (V_Q) gesteuert wird, und außerdem eine Stromübertragungseinrichtung enthält, die zwischen zumindest einen der beiden Anschlüsse zum Ankoppeln an die Teilnehtnei>Fern~ sprechleitung und den Eingängskreis der Öttomspiegelschaltung (M..) eingefügt isti

3. Monolithisch integrierbare Teleforisdhaltung einer Schnittstellenschaltung zwischen den Steuereinrich-»- tungen einer Telefonzentrale und der Teilnehmerleitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Telefonschaltung für die Versorgung der Teilnehmer-Fernsprechleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist·