DE3722583A1 - Teilnehmerleitung-schnittstellenschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Teilnehmerleitung-Schnittstel­ lenschaltung (SLIC) nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1. Eine solche Schaltung ist insbesondere für die Verwendung in einem elektronischen Schaltsystem ge­ eignet.

Eine Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung wird zur Kopplung eines Teilnehmeranschlusses, insbesondere eines Teilnehmer- oder Telefonapparates mit einer Vermittlungs­ stelle (elektronische Vermittlungsstelle, insbesondere digitale Vermittlungsstelle) benutzt.

Die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung ist mit einem Telefonapparat (Teilnehmeranschluß) und einer Ver­ mittlungsstelle gekoppelt und nimmt Batterieversor­ gungs- oder Stromversorgungs-(B), Überwachungs(S)- und Gabel- bzw. Hybrid (A)-Funktionen vor. Die Überwachungsfunktion speist einen Gleichstrom zu dem mit einer Telefonleitung (oder einer Teilnehmerleitung) gekoppelten Telefonapparat und überwacht den Status des Hörers des Telefonapparates. Das heißt, die Überwachungsfunktion überwacht, ob der Hörer aufgelegt oder abgenommen ist. Die Batteriezufuhr­ funktion speist einen Gleichstrom in den Telefonapparat, um eine Tonvermittlung für Telefon-Nachrichtenübertra­ gungen anzusteuern. Die Hybridfunktion ist eine sog. 2-nach-4/4-nach-2-Drahtumsetzfunktion, welche die Tele­ fonleitung mit einer komplexen Impedanz abschließt, die an die Impedanz der Telefonleitung angepaßt ist, welche weiterhin ein Nachrichtenübertragungssignal aus dem Tele­ fonapparat in die Vermittlungsstelle auszieht und welche schließlich ein Nachrichtenübertragungssignal bzw. Kommuni­ kationssignal von der Schaltvorrichtung der Vermittlungs­ stelle zu dem Telefonapparat über eine Nachrichtenüber­ tragungsleitung bzw. Kommunikationsleitung überträgt. Die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung mit diesen Funk­ tionen wird gelegentlich als "BSH-Schaltung" bezeichnet.

Wie oben erläutert wurde, ist es erforderlich, einen kon­ stanten Gleichstrom zu einem Telefonapparat über eine Telefonleitung zu speisen, und gleichzeitig fließt ein Ton- oder Sprachsignal durch die gleiche Telefonleitung. Um das eine Wechselstromkomponente aufweisende Ton- oder Sprachsignal von dem konstanten Gleichstrom zu trennen und um zu verhindern, daß die Wechselstromkomponente dem Gleich­ strom überlagert wird, ist eine herkömmliche Teilnehmer­ leitung-Schnittstellenschaltung, die eine Hybridspule bzw. einen Gabelübertrager und einen Schaltstrom aufweist, mit einer großen Impedanz versehen, welche in Reihe zu einer Gleichstromquelle liegt. Bei einem derartigen Auf­ bau wird der Gleichstrom zu dem Telefonapparat über das Induktivitätselement gespeist. Um zu verhindern, daß der Gleichstrom auf die Telefonleitung ausstreut und um so zu unterbinden, daß die Gleichstromkomponente dem Ton- oder Sprachsignal überlagert wird, liegt ein Kondensator mit einer Kapazität von etwa 2 µF in Reihe zu jeweils einem Telefonleitungspaar, so daß das Ton- oder Sprachsignal über diesen Kondensator zu der Hybrid- oder Gabelschal­ tung für eine 2-nach-4/4-nach-2-Drahtumsetzung übertra­ gen wird.

Jedoch benötigt die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung dieser Art ein relativ großes Induktivitäts­ element und einen relativ großen Kondensator. In dieser Hinsicht ist die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nicht geeignet, die elektronische Vermittlungs­ stelle kompakt zu gestalten, die Herstellungskosten für die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung zu verringern oder deren Großintegration zu verwirklichen.

In Berechnung oder Konstruktion der Schaltung wird die Leitungsimpedanz der Telefonleitung insbesondere mit 600 Ohm angesetzt. Ein üblicher Telefonapparat ist so aufgebaut, daß er die beste Nebenton- oder Rückhör­ charakteristik aufweist, wenn er mit einer Teilnehmer­ leitung-Schnittstellenschaltung über eine Telefonlei­ tung gekoppelt ist, deren Länge derart eingestellt ist, daß ein Leitungsverlust von 5 dB auftritt. Bei einer Nebenstellenanlage (PBX) hat die Telefonleitung jedoch eine relativ kurze Länge, und ihr erlaubter Leitungs­ verlust kann auf 2 dB oder darunter vermindert werden. Da eine Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung in einer derartigen Nebenstellenanlage verwendet wird, müßte deren Anschlußimpedanz und/oder Abgleichnetz­ impedanz eine komplizierte Charakteristik aufweisen, die auch die Kabelcharakteristik der Telefonleitung einschließen sollte.

Wie oben erläutert wurde, muß die herkömmliche Teilnehmer­ leitung-Schnittstellenschaltung eine große Induktivität und/oder einen großen Kondensator aufweisen, um eine vor­ bestimmte Impedanz zu erzielen, so daß diese Einschrän­ kung beträchtlich die Realisierung einer kompakten Ver­ mittlungsstelle behindert. Um dieses Problem zu überwinden, wurde bereits daran gedacht, die Funktionen der her­ kömmlichen Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung mit­ tels einer elektronischen Schaltung zu verwirklichen. Je­ doch muß diese elektronische Schaltung eine Anzahl von Schaltungselementen aufweisen, und sie ist daher nicht wirksam für die Verringerung der Abmessung und der Her­ stellungskosten der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung.

Ein Beispiel einer derartigen elektronischen Teilnehmer­ leitung-Schnittstellenschaltung ist in der JP-Patentver­ öffentlichung (Kokai) 58-104558 beschrieben. Beispiels­ weise zeigt Fig. 3 dieser Veröffentlichung eine Reihen­ schaltung eines Anschlußwiderstandes (31) und eines Kon­ densators (32) einer Teilnehmerleitung, was einen vorbe­ stimmten Wert für die Impedanz der Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung, von der Seite des Teilnehmer­ anschlusses aus gemessen, ergibt. Das System mit einer derartigen Reihenschaltung erfordert, daß der Kondensator ein großes Volumen oder eine große Abmessung aufweisen sollte. Dies steht dem Ziel einer Verringerung der Abmessung des Systems (der Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung) entgegen. Zusätzlich sollte in der herkömmlichen Schaltung ein Widerstand 52 in Fig. 3 oder ein Widerstand 68 in Fig. 4 obiger JP-Patentveröffent­ lichung einen äußerst genauen Absolutwert besitzen, und er sollte durch ein diskretes Element gebildet sein, um die notwendige Genauigkeit sicherzustellen. Da der obige Kondensator und obige Widerstände durch diskrete Elemente gebildet sind, können bei einem Versuch nicht alle wichtigen Elemente der herkömmlichen Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung in einer Schaltung integriert werden. Aus diesem Grund ist eine Vergrößerung des gesamten Vermitt­ lungssystemes nicht zu vermeiden.

Die Anzahl der verwendeten Teilnehmerleitung-Schnittstel­ lenschaltungen nimmt mit der Anzahl der Leitungen zu, welche in der Vermittlungsstelle verarbeitet werden. Dies bedeutet, daß eine Verminderung in Abmessung und Herstel­ lungskosten des gesamten Vermittlungssystemes nicht reali­ siert werden kann, ohne die Abmessung und die Herstellungs­ kosten der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung selbst herabzusetzen.

Wie oben erläutert wurde, benötigt eine herkömmliche elek­ tronische Schaltung große und zahlreiche Elemente und außerdem eine komplexe Steuerung, um die Schaltung mit den für eineTeilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung notwendigen Eigenschaften der Anschlußimpedanz und/oder verschiedener Funktionen, wie beispielsweise der Strom­ einspeisung, Überwachungs- und Hybridfunktionen zu ver­ sehen.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, eine Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung zu schaffen, die die Notwendigkeit für die Verwendung großer Elemente ausschließt und die eine Großintegration (LSI) sowie eine Verminderung in Abmessung und Herstellungs­ kosten sicherstellt, um so zu einer Verringerung der Ab­ messung und des Herstellungsaufwandes des gesamten Ver­ mittlungssystems beizutragen.

Diese Aufgabe wird bei einer Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung hat also ein Paar bzw. zwei Teilnehmerknoten, ein Paar bzw. zwei Empfangsknoten und ein Paar bzw. zwei Sendeknoten, eine Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit, eine erste und eine zweite Addiereinheit, ein erstes und ein zweites Impedanzelement, einen invertierenden Ver­ stärker und ein Rückkopplungselement. Die Teilnehmer­ knoten sind mit einem Teilnehmeranschluß über eine Teil­ nehmerleitung gekoppelt, und die Empfangs- und Sende­ knoten sind mit einer Vermittlungsstelle über eine ein­ seitige Empfangsleitung bzw. eine einseitige Sendeleitung verbunden. Die Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit speist einen Gleichstrom zum Teilnehmeranschluß und steuert den Strom. Die erste Addiereinheit addiert die Spannung zwischen den Teilnehmerknoten und die von dem Empfangs­ knoten eingespeiste Spannung. Das erste Impedanzelement hat eine Impedanz entsprechend einer reellzahligen Multi­ plikation der Impedanz zwischen den Teilnehmerknoten, von der Seite der Teilnehmerleitung aus gesehen, und wird mit der Ausgangsspannung der ersten Addiereinheit beaufschlagt. Der invertierende Verstärker wird mit dem Ausgangssignal des ersten Impedanzelementes versorgt. Das zweite Impe­ danzelement, das in die Rückkopplungsstrecke des inver­ tierenden Verstärkers eingefügt ist, hat eine Impedanz entsprechend einer reellzahligen Multiplikation der Impe­ danzen der Teilnehmerleitung und des Teilnehmeranschlusses, von der Seite der Teilnehmerknoten aus gesehen. Das Rückkopplungselement speist in die Strom- bzw. Leistungs­ versorgungseinheit ein Signal entsprechend dem durch das erste Impedanzelement fließenden Strom als ein Steuer­ signal. Die zweite Addiereinheit addiert die Ausgangs­ spannung des invertierenden Verstärkers, die Ausgangs­ spannung der ersten Addiereinheit und die zum Empfangs­ knoten gespeiste Spannung und gibt das sich ergebende Signal an den Sendeknoten ab.

Ein praktisches Beispiel der Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit, die einen Gleichstrom zu dem Teilnehmeranschluß von einem Paar der Teilnehmerknoten L₁ und L₂ über die Teilnehmer­ leitung speist. Diese Strom- bzw. Leistungsversorgungs­ einheit kann den Ausgangsstrom abhängig von einem Steuer­ signal steuern. Die Spannung zwischen den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ und die empfangene Spannung V _RX , die zu dem Empfangsknoten von der Vermittlungsstelle über die Empfangs­ leitung gespeist ist, werden jeweils einer Gewichtung unter­ worfen und dann zusammenaddiert. Die sich ergebende Spannung V _P wird zu dem ersten Impedanzelement mit einer komplexen Impedanz NZ _T gespeist. Die komplexe Impedanz NZ _T ist gleich dem N-fachen (N reellzahlig) der Impedanz Z _T der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung; von der Seite der Teilnehmerknoten aus gemessen. Das erste Impedanzele­ ment ist mit dem invertierenden Eingangsknoten eines Puf­ ferverstärkers gekoppelt, der mit einer Gegenkopplung (negative Rückkopplung) durch das zweite Impedanzele­ ment mit einer Impedanz MZ _B versehen ist. Diese Impedanz MZ _B ist gleich dem M-fachen (M reellzahlig) der Impedanz Z _B des Teilnehmeranschlusses, von der Seite der Teilneh­ merleitung-Schnittstellenschaltung aus gemessen. Der durch das erste und das zweite Impedanzelement fließende Strom ist zu der Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit als ein Steuersignal rückgekoppelt. (Da die Eingangsimpedanz des Pufferverstärkers ausreichend groß ist, stimmt der durch das zweite Impedanzelement fließende Strom mit dem durch das erste Impedanzelement fließenden Strom überein.)

Gemäß der erfindungsgemäßen Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung kann die Abmessung oder die Anzahl der Schaltungselemente beträchtlich verringert werden, indem ein Laststrom von dem auf der Eingangsseite des Puffer­ verstärkers vorgesehenen Impedanzelement oder von dem Impedanzelement, das die Rückkopplungsstrecke des Puf­ ferverstärkers bildet, erfaßt wird. Da überdies die Werte dieser Impedanzelemente jeweils reellzahlige Vielfache der Anschlußimpedanz sind, ist der Wert des in jedem Impedanz­ element enthaltenen Kondensators ein reellzahliger Bruch­ teil der Anschlußimpedanz. Dies bedeutet, daß ein kleiner Kondensator für jedes Impedanzelement ausreichend ist. Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Teilnehmerlei­ tung-Schnittstellenschaltung der erfaßte Gleichstrom zu der Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit ohne Umsetzung in eine Spannung rückgekoppelt werden. Wenn der erfaßte Gleichstrom ohne jegliche Umsetzung in die Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit rückgekoppelt wird, so folgt aus obigen Erläuterungen, daß es nicht erforderlich ist, einen Widerstand mit einem genauen Absolutwert zu ver­ wenden, der durch ein diskretes Element gebildet werden sollte, wenn die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschal­ tung in eine Schaltung integriert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A und 1B Diagramme zur Erläuterung der Hybrid- oder Gabelfunktion der Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Prinzips der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm mit dem Aufbau der Teilnehmer­ leitung-Schnittstellenschaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das entsprechend dem anhand der Fig. 2 erläuterten Prinzip arbeitet,

Fig. 4 ein Blockdiagramm mit dem Aufbau einer Teilnehmer­ leitung-Schnittstellenschaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Stromversor­ gungsfunktion einer Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung,

Fig. 6 ein Blockdiagramm als Beispiel für den Aufbau einer Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit, die in der Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung nach der Erfindung verwendet wird,

Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Aufbaus einer Strom- bzw. Leistungsversorgungseinheit, die bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ver­ wendet wird,

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ange­ wandten Stromerfassungsschaltung, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild mit dem Aufbau einer Teil­ nehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im folgenden wird eine Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung näher erläutert.

Zu Beginn werden die Hybrid- oder Gabelfunktion und der Impedanzabgleich in einer Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung zusammengefaßt.

Anhand der Fig. 1A wird weiter unten eine 4-nach-2-Draht­ umsetzung beschrieben.

Die 4-nach-2-Drahtumsetzung ist eine Funktion, die in einem Ton- oder Sprachfrequenzband (0,3 kHz-3,4 kHz) (a) die scheinbare Impedanz der Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung (die rechte Seite der Strich­ linie in Fig. 1A) von der Seite eines Teilnehmers aus gemessen (die linke Seite der Strichlinie in Fig. 1A) den Wert Z _T annehmen läßt, die weiterhin (b) bewirkt, daß ein Empfangssignal V _RX von einem Codec (Coder- Decoder) einer Vermittlungsstelle einen Pegel

{Z _B ′/(Z _T +Z _B ′)} V _RX

hat und zu der Teilnehmerseite übertragen wird, und die (c) verhindert, daß das empfangene Signal V _RX in ein Sendesignal V _TX gemischt wird (d. h., es wird im Sendeknoten V _RX =0 eingestellt).

Anhand der Fig. 1B wird im folgenden die 2-nach-4-Draht­ umsetzung näher erläutert.

Die 2-nach-4-Drahtumsetzung ist eine Funktion, die in dem obigen Ton- bzw. Sprachfrequenzband (d) die scheinbare Impedanz der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung, von der Teilnehmerseite aus gemessen, einen vorbestimmten Wert Z _T annehmen läßt, der von außen einstellbar ist, und die (e) verhindert, daß eine Signalspannung V _R von dem Teilnehmeranschluß (die durch ein von einem Teilnehmer vorgenommenes Sprechen erzeugt sein kann) als ein Sende­ signal V _TX zu dem Code der Vermittlungsstelle übertragen wird.

Im folgenden wird das Prinzip der Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung nach dem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung, das die Bedingungen (a) bis (e) erfüllt, anhand der Fig. 2 näher erläutert.

Die in Fig. 2 gezeigte Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung umfaßt Stromquellen 1 und 2, Pufferverstärker 3 bis 8, Addierer 9 und 10 und Impedanzelemente 11 und 12.

Der Teilnehmeranschluß, wie beispielsweise ein Teilnehmer- Telefonapparat, ist mit Teilnehmerknoten L₁, L₂ über eine Teilnehmerleitung gekoppelt. In Fig. 3 ist die linke Seite der Teilnehmerknoten L₁ und L₂ die Teilnehmerseite (die Teilnehmerleitung und der Teilnehmeranschluß), während die rechte Seite die Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung ist. Die Wechselspannung zwischen den Teil­ nehmerknoten L₁ und L₂ beträgt V₀, die Äquivalentimpedanz (Last) der Teilnehmerseite, von den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ aus gemessen, beträgt Z _B ′, und die Wechselspannung, wie beispielsweise ein Sprechsignal, das durch den Teilnehmer­ anschluß (oder durch das Teilnehmer-Sprechen) erzeugt ist, beträgt V _R . Wechselstromkomponenten H · i der Ströme, die von den Stromquellen 1 und 2 in den Pfeilrichtungen in Fig. 2 erzeugt sind, fließen durch die Teilnehmerleitung. (Die Ausgangsströme dieser Stromquellen können gesteuert werden.) Der Strom H · i ist auf das H-fache des Wechsel­ stromes i eingestellt, der durch ein (weiter unten näher erläutertes) Impedanzelement 12 mit einem Wert MZ _B , d. h. dem M-fachen der Abgleichimpedanz, fließt, wobei M eine reelle Zahl ist. Die Verstärkungsfaktoren (Gewichtungs­ koeffizienten) der Pufferverstärker 3 bis 8 (die Gewich­ tungsschaltungen sind) betragen jeweils A₁ bis A₅.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, sind ein Empfangs­ knoten RX und ein Sendeknoten TX mit der Vermittlungs­ stelle über eine einseitige Empfangsleitung bzw. eine einseitige Sendeleitung gekoppelt. Eine Empfangsspan­ nung V _RX wird in den Empfangsknoten RX von der Ver­ mittlungsstelle eingegeben, während eine Sendespan­ nung V _TX zu der Vermittlungsstelle von dem Sende­ knoten TX ausgegeben wird.

Die Spannung V₀ zwischen den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ wird über den Pufferverstärker 3 zu der Addierschaltung 9 gespeist, die mit der Spannung V _RX von dem Empfangs­ knoten RX über den Pufferverstärker 4 mit einem Verstär­ kungsfaktor A₂ versorgt ist. Folglich führt die Addier­ schaltung 9 eine Addition (oder eine Subtraktion) an den Spannungen V₀ und V _RX vor, die einer Gewichtungs­ operation unterworfen sind. Das heißt, die Spannungen V₀ und V _RX , die jeweils durch die Verstärkungsfaktoren der Pufferverstärker 3 und 4 gewichtet wurden, werden addiert (oder voneinander subtrahiert), um so eine Span­ nung V _P zu liefern. Diese Spannung V _P liegt an dem inver­ tierenden Eingangsknoten des Pufferverstärkers 8 über ein Impedanzelement 11, das eine komplexe Impedanz NZ _T hat, welche das N-fache (N reellzahlig) der Impedanz Z _T der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung; von der Seite des Teilnehmeranschlusses aus gemessen, beträgt. Das Impe­ danzelement 12, das eine komplexe Impedanz MZ _B gleich dem M-fachen der Nennimpedanz Z _B der Teilnehmeranschlußseite hat, ist zwischen dem invertierenden Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten des Pufferverstärkers 8 vorgesehen, um so eine Rückkopplungsstrecke zu bilden. Der Strom i, der durch das Impedanzelement 12 fließt, ist zu den Strom­ quellen 1 und 2 rückgekoppelt, um diese so zu steuern, daß ein Strom, der das H-fache des Stromes i beträgt, zu dem Teilnehmeranschluß gespeist ist. Das Ausgangs­ signal des Pufferverstärkers 8 wird zu der Addierschal­ tung 10 über den Pufferverstärker 7 mit einem Verstär­ kungsfaktor A₅ gespeist. Die Addierschaltung 10 ist auch mit der Spannung V _RX über den Pufferverstärker 5 mit dem Verstärkungsfaktor A₃ und mit der Spannung V _P über den Pufferverstärker 6 mit dem Verstärkungsfaktor A₄ versorgt. Als Ergebnis führt die Addierschaltung 10 eine Addition (oder eine Subtraktion) der Ausgangsspannung des Puffer­ verstärkers 8, der Spannung V _RX und der Spannung V _P durch, die jeweils durch die Verstärker 7, 5 bzw. 6 gewichtet wurden. Die sich ergebende Spannung wird in den Sende­ knoten TX als eine Sendespannung V _TX eingespeist.

Die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung mit dem obigen Aufbau zeichnet sich durch die Erfassung des Last­ stromes i durch die Rückkopplungsstrecke des Pufferver­ stärkers 8 aus. Dieses Merkmal wird weiter unten näher erläutert.

(I) [4-nach-2-Drahtumsetzung/Senden]

Zunächst soll das Senden der am Empfangsknoten RX empfangenen einseitigen Empfangsspannung V _RX zu den Teilnehmer­ knoten L₁ und L₂ (Spannung V₀) näher erläutert werden. Dabei soll die vom Teilnehmer ausgehende Signalspannung V _R =0 vorliegen.

Ausgehend von der Spannung V₀ und dem Strom i wird mit­ tels der tatsächlichen Wechselstromimpedanz Z _B ′ auf der Teilnehmerseite folgende Gleichung erhalten:

V₀=-H · i · Z _B ′ (1)

Durch Umformen von Gleichung (1) entsteht:

i=-V₀/H · Z _B ′ (2)

Mittels der komplexen Impedanz Z _T des Anschlusses entsteht:

A₁V₀+A₂V _RX =i · NZ _T (3)

Durch Einsetzen von Gleichung (2) in Gleichung (3) wird erhalten:

A₁V₀+A₂V _RX =-(V₀/H · Z _B ′) NZ _T

Durch Umformen dieser Gleichung entsteht:

Durch Einsetzen von A₁=-A₂ und A₂H=-N folgt:

Somit ist die Impedanz der Teilnehmerseite, von den Teil­ nehmerknoten L₁ und L₂ aus gemessen, durch Z _T gegeben. (Das heißt, die obigen Bedingungen (a) und (b) sind er­ füllt.)

Im folgenden soll das Senden der am Empfangsknoten RX empfangenen einseitigen Empfangsspannung V _RX zu der ein­ seitigen Sendespannung V _TX am Sendeknoten TX betrachtet werden.

Die Sendespannung V _TX wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Durch Einsetzen von Gleichung (5) in Gleichung (6) folgt:

Mittels A₂=-A₁ aus der für die Gewinnung der Gleichung (5) verwendeten Beziehung wird die folgende Gleichung er­ halten:

Mittels

A₄=-A₅
A₁·A₄=A₃ (14)

und Einsetzen der obigen Bedingungen in Gleichung (7) wird erhalten:

Es sei nun angenommen, daß M=N vorliegt und der Impedanz­ abgleich gegeben ist, d. h. Z _B =Z _B ′. (Die Nennimpedanz Z _B der Teilnehmeranschlußseite ist gleich der tatsächlichen Impedanz Z _B ′.) Dann gilt

V _TX =0,

was bedeutet, daß das Mischen der Empfangsspannung V _RX in die Sendespannung V _TX unterdrückt werden kann. (Die obige Bedingung (c) ist daher erfüllt.)

(II) [2-nach-4-Drahtumsetzung/Abgleich]

Zunächst sei das Senden der Signalspannung V _R (das Ausgangs­ signal des Teilnehmeranschlusses) zu der Sendespannung V _TX am Sendeknoten TX betrachtet.

Das Einsetzen von V _RX =0 in Gleichung (6) liefert:

Auch sind die folgenden Beziehungen erfüllt:

V₀=V _R -Z _B ′ · Hi A₁V₀=NZ _T · i (10)

Durch Eliminieren des Termes i aus Gleichung (10) und Auflösen der Gleichung nach V₀ wird erhalten:

Aus Gleichungen (11) und (4) folgt:

Daher kann die Eingangsimpedanz der Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung, von der Teilnehmerseite aus ge­ messen, zur Zeit des Signalsendens bzw. der Signalüber­ tragung auf Z _T eingestellt werden. (Dies bedeutet, daß die obige Bedingung (d) erfüllt ist.) Durch Einsetzen von Gleichung (11) in Gleichung (9) folgt:

Indem nun die obige Gleichung (4) und die folgenden Gleichungen (14) und (15) in Gleichung (13) eingesetzt werden, damit V _TX =V _R vorliegt, wird erhalten:

A₁·A₄=A₃=1 (15)

Hieraus folgt:

selbst wenn Z₀≠Z _T vorliegt.

Wenn daher der Impedanzabgleich erreicht ist, d. h. wenn Z _B =Z _B ′ vorliegt, gilt V _TX =V R, so daß beispielsweise ein Sprechsignal von dem Teilnehmer auf der einseitigen Sendeleitung von dem Sendeknoten TX ohne lineare Ver­ zerrung übertragen wird. (Dies erfüllt die Bedingung (e).) Es ist beabsichtigt, daß die Nennimpedanz Z _B gleich der tatsächlichen Impedanz Z _B ′ ist, jedoch ist es in der Praxis nicht immer möglich, in dem Ton- oder Sprach­ frequenzband die Beziehung Z _B =Z _B ′ einzustellen. Aus diesem Grund werden die Nennimpedanz und die tatsäch­ liche Impedanz mittels der Bezugszeichen Z _B und Z _B ′ von­ einander unterschieden. Wenn keine Verzerrungskompensa­ tion durch den Impedanzausgleich vorgenommen wird, was bedeutet, daß Z _B =0 angenommen wird (Z _B kann nicht in einer tatsächlichen Schaltung auf 0 eingestellt werden), dann gilt:

Folglich tritt wie im Fall einer gewöhnlichen Abgleich­ schaltung keine lineare Verzerrung ein, wenn Z _T =Z _B ′ vorliegt; jedoch liegt ein Signalübertragungsverlust vor. Wenn Z _T *Z _B ′ gilt, so tritt die lineare Verzer­ rung auf.

Wie oben erläutert wurde, können bei der in Fig. 2 ge­ zeigten Schaltung mittels einer Impedanz, die das N- fache der angenommenen notwendigen Anschlußimpedanz be­ trägt, und mittels Abgleichen der Impedanz, um die Ver­ stärkungsfaktoren (Gewichtungskoeffizienten A₁-A₅) ein­ zustellen, wie dies oben erläutert wurde, die in diesen Impedanzen enthaltenen Kapazitäten das 1/N-fache der sonst notwendigen Werte haben, und die komplexe Anschluß­ impedanz sowie die Hybridfunktion, die für die Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung notwendig sind, können auch erzielt werden. Da zusätzlich der Strom i, der durch das Impedanzelement 12 mit der Impedanz MZ _B fließt, zu den Stromquellen 1 und 2 rückgekoppelt ist, können die komplexe Anschlußimpedanz und die Hybridfunktion gleich­ zeitig realisiert werden.

Anhand der Fig. 3 wird im folgenden eine Teilnehmerlei­ tung-Schnittstellenschaltung nach dem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert, das aufgrund des oben beschriebenen Prinzips aufgebaut ist.

Zum leichteren Verständnis und auch zur Vereinfachung werden die in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen auch in Fig. 3 herangezogen, um entsprechende oder im wesent­ lichen gleiche Elemente zu kennzeichnen. Der durch die Pufferverstärker 3 und 4 und die Addierschaltung 9 in Fig. 2 gebildete Schaltungsabschnitt besteht in Fig. 3 aus einem Pufferverstärker 21, Widerständen 22-27 und einem Kondensator 28. Der durch die Pufferverstärker 5-7 und die Addierschaltung 10 in Fig. 2 gebildete Schaltungs­ abschnitt besteht in Fig. 3 aus einem Pufferverstärker 31 und Widerständen 32-36.

Um die Verstärkungsfaktoren A₁-A₅ der Pufferverstärker 3-7 so einzustellen, daß sie die durch die Gleichungen (4), (14) und (15) ausgedrückten Bedingungen erfüllen, während die Anzahl der tatsächlich notwendigen Puffer­ verstärker soweit als möglich vermindert ist, müssen diese Verstärkungsfaktoren beispielsweise wie folgt eingestellt werden:

A₁=A₃=A₄=1 und A₂=A₅=-1

Da die Phase der Sende- bzw. Übertragungsspannung V _TX unter funktionellen Gesichtspunkten nicht so bedeutend ist, kann die Anzahl der Pufferverstärker weiter vermin­ dert werden, indem eine Spannung -V _TX anstelle von V _TX ausgegeben wird, um so A₃=A₄=-1 und A₅=1 zu setzen. Die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung von Fig. 3 ist auf diese Weise aufgebaut. Die Widerstandswerte der Widerstände 22-27, 32-34 und 36 betragen R, und der Widerstandswert des Widerstandes 35 beträgt 2R. Die Ele­ mente dieser Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung sind in Fig. 3 angeordnet, um einfacher Entsprechungen mit in Fig. 2 gezeigten Verstärkungsfaktoren (Gewich­ tungskoeffizienten) zu erläutern. Weiterhin gilt H=M=N =100 und Z _B =Z _B ′. Da ein Gleichstrom in einer tatsäch­ lichen Teilnehmerleitung fließt, ist ein Kondensator 28 auf der Ausgangsseite des Pufferverstärkers 21 vorge­ sehen, um die Gleichstromkomponente zu entfernen. Für diesen Zweck können anstelle des Kondensators 28 Kon­ densatoren jeweils zwischen dem Widerstand 22 und den Teilnehmerknoten L₁ und zwischen den Widerstand 23 und den Teilnehmerknoten L₂ eingesetzt werden. Jedoch muß ein Kon­ densator dieser Art mit hoher Haltespannung groß sein, so daß es umso besser ist, je weniger derartige Kondensatoren vorliegen. Die Schaltung von Fig. 3 ist so ausgelegt, daß diese Bedingung erfüllt ist, und benötigt daher einen der­ artigen Kondensator 28 nur in der gezeigten Stellung. Die Teilnehmerknoten L₁ und L₂ sind jeweils mit den strom­ gesteuerten Stromquellen 1 und 2 gekoppelt. Der Teilneh­ merknoten L₁ ist mit dem nichtinvertierenden Knoten bzw. Eingang des Pufferverstärkers 21 über den Widerstand 22 gekoppelt. Ein Ende jedes Widerstandes 24 und 26 ist ge­ meinsam mit dem nichtinvertierenden Knoten bzw. Eingang des Pufferverstärkers 21 gekoppelt, während das andere Ende des Widerstandes 24 an ein gemeinsames Potential (Masse) und das andere Ende des Widerstandes 26 an ein gegebenes, festes Potential angeschlossen sind. Der Teil­ nehmerknoten L₂ ist mit dem invertierenden Eingangs­ knoten des Pufferverstärkers 21 über den Widerstand 23 gekoppelt. Ein Widerstand 25 liegt zwischen dem Ausgangs­ knoten und dem invertierenden Eingangsknoten des Puffer­ verstärkers 21, und ein Widerstand 27 liegt zwischen dem invertierenden Eingangsknoten des Pufferverstärkers 21 und dem Empfangsknoten RX. Der Ausgangsknoten des Puffer­ verstärkers 21 ist über den Kondensator 28 mit einem Ende des ersten Impedanzelementes 11 mit einer N-fachen Anschluß­ impedanz (NZ _T ) gekoppelt. Das andere Ende des Impedanzele­ mentes 11 ist mit dem invertierenden Eingangsknoten des Pufferverstärkers 8 gekoppelt. Das zweite Impedanzelement 12 mit M-facher Abgleichimpedanz (MZ _B ) ist zwischen dem Ausgangsknoten und dem invertierenden Eingangsknoten des Pufferverstärkers 8 angeschlossen. Der nichtinvertierende Eingangsknoten des Pufferverstärkers 8 ist mit einem ge­ meinsamen Potential (Masse) verbunden.

Der einseitige Empfangsknoten RX ist über den Widerstand 32 mit dem invertierenden Eingangsknoten des Pufferver­ stärkers 31 gekoppelt. Der Ausgangsknoten des Pufferver­ stärkers 31 ist mit dem einseitigen Sendeknoten TX ge­ koppelt, und der invertierende Eingangsknoten des Puffer­ verstärkers 31 ist über den Widerstand 33 mit dem Verbindungsknoten zwischen dem Kondensator 28 und dem ersten Impedanzelement 11 gekoppelt. Ein Widerstand 36 liegt zwischen dem Ausgangsknoten und dem invertieren­ den Eingangsknoten des Pufferverstärkers 31. Der nicht­ invertierende Eingangsknoten des Pufferverstärkers 31 ist über den Widerstand 35 mit dem Ausgangsknoten des Pufferverstärkers 8 und weiterhin über den Widerstand 34 mit einem gemeinsamen Potential (Masse) verbunden.

Im folgenden wird beschrieben, daß die Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung von Fig. 3 gemäß dem oben er­ läuterten Prinzip arbeitet.

Zunächst werden die erwähnten Bedingungen (a) und (b) näher betrachtet.

Unter der Annahme, daß V _R =0 vorliegt, wird die Übertra­ gung bzw. das Senden einer einseitigen Empfangsspannung V _RX zur Spannung V₀ zwischen den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ betrachtet. Aus Fig. 3 werden die folgenden beiden Gleichun­ gen gewonnen:

V₀=-Z _B ·100 · i (18)

Durch Auflösen der Gleichungen (17) und (18) nach V₀ wird erhalten:

Daher beträgt die Impedanz der Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung, von der Teilnehmerseite aus gemessen, Z _T .

Im folgenden wird die obige Bedingung (c) betrachtet.

Um die Übertragung bzw. das Senden der einseitigen Empfangs­ spannung V _RX zum einseitigen Sendeknoten TX zu betrachten, wird die Übertragungs- bzw. Sendespannung -V _TX am Sende­ knoten TX erhalten.

Durch Einsetzen von Gleichung (19) in Gleichung (20) ent­ steht:

Offenbar tritt daher kein Mischen der Signalspannung V _RX in die Signalspannung V _TX auf.

Es sollen nun die obigen Bedingungen (d) und (e) betrach­ tet werden.

Bezüglich der Übertragung der im Teilnehmeranschluß erzeugten Signalspannung V _R zu dem Sendeknoten TX werden aus Fig. 3 die folgenden beiden Gleichungen abgeleitet:

V₀=100 Z _T /i (21)
V₀=V _R -Z _B ·100 · i (22)

Durch Auflösen dieser beiden Gleichungen (21) und (22) nach V₀ entsteht:

Somit kann die Impedanz der Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung, von der Teilnehmerseite aus gemessen, auf den Wert Z _T eingestellt werden. In diesem Falle wird gemäß Fig. 3 die Spannung -V _TX des Sendeknotens TX durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Aus den Gleichungen (23) und (24) entsteht:

Aus dem Obigen folgt, daß die im Teilnehmeranschluß erzeugte Signalspannung V _R unabhängig von der Phase als Sende- bzw. Übertragungsspannung V _TX gesendet bzw. übertragen wird.

Gemäß der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung von Fig. 3 kann daher die Anschlußimpedanz Z _T beliebig einge­ stellt werden, und die Hybridfunktion kann ebenfalls reali­ siert werden. Im allgemeinen ist jede Anschlußimpedanz Z _T oder Z _B ′ eine Reihenschaltung eines Widerstandes (R₁) und einer Kapazität. Da die M-fache Abgleichimpedanz MZ _B in die Rückkopplungsstrecke des Pufferverstärkers 8 einge­ fügt ist, kann die Gleichstrom-Rückkopplung nicht durch die Rückkopplung einer Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität allein erreicht werden. In dieser Hin­ sicht ist daher tatsächlich ein großer Widerstand (R₂»MR₁, wobei R₂ dessen Widerstandswert ist) parallel zu MZ _B vorgesehen.

Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann durch Setzen von H=N=M=100, d. h. mittels einer M-fachen Impedanz der Impedanz Z _B , die Kapazität auf 1/100 ver­ mindert werden, was die Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung insgesamt kompakt macht, so daß durch Groß­ integration (LSI) die Abmessung sehr vorteilhaft verrin­ gert ist.

Eine Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 4 näher erläutert.

Die Schaltung von Fig. 4 unterscheidet sich von derjeni­ gen von Fig. 3 nur dadurch, daß die Verstärkungsfaktoren der Pufferverstärker auf A₁=1/2, A₂=-2, A₃=-1, A₄=-2 und A₅=2 eingestellt sind. (Die Verstärkungsfaktoren A₁- A₅ können auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden, so­ lange die in den Gleichungen (4), (14) und (15) gegebenen Bedingungen erfüllt sind.) Dies bedeutet, daß die Werte der Widerstände 25, 26 und 33 und der Wert des Widerstan­ des 35 in Fig. 3 einfach auf R/2 bzw. R in Fig. 4 ver­ ändert sind. In dieser Hinsicht werden daher auch in Fig. 4 für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 3. In der Schaltung von Fig. 4 ist der Verstärkungsfaktor A₁ kleiner als derjenige der in Fig. 3 gezeigten Schaltung. Dies beruht darauf, daß in­ folge der zwischen den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ liegen­ den relativ hohen Spannung der dynamische Bereich der folgenden Leitung oder Schaltung berücksichtigt wird.

Im obigen Ausführungsbeispiel hat jeder Widerstand ent­ weder ein ganzzahliges Vielfaches oder einen ganzzahligen bzw. echten Bruchteil eines Standardwertes R. Wenn nämlich eine integrierte Schaltung (IC) verwirklicht wird, ist es einfacher, eine hohe Genauigkeit mittels des gleichen Widerstandswertes für eine Vielzahl von Widerständen zu erreichen. Daher brauchen in der Praxis die Widerstandswerte einer Viel­ zahl von Widerständen in dieser Schaltung nicht in einem ganzzahligen Verhältnis zu stehen; jeder Widerstandswert kann gewählt werden, solange die Stromverstärkungsfak­ toren A₁-A₁₅ mit der notwendigen Genauigkeit erzielt werden.

Die Gleichstromversorgungsfunktion der Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 5 näher erläutert.

Die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung SL umfaßt eine in Fig. 5 nicht gezeigte Strom- bzw. Leistungsver­ sorgungsschaltung. Diese Strom- bzw. Leistungsversor­ gungsschaltung ist vorgesehen, um einen konstanten Strom zu einem Telefonapparat TP zu speisen, der insbesondere als ein Teilnehmeranschluß verwendet wird, welcher über eine Teilnehmerleitung mit Teilnehmerknoten L₁ und L₂ gekoppelt ist, um so einen akustischen Wandler, wie beispielsweise ein in dem Telefonapparat verwendetes Kohlemikrophon, anzusteuern. Der durch die Teilnehmer­ leitung fließende Strom I _L kann bei Bedarf durch eine Bezugsspannung V _ref eingestellt werden, die an der Teil­ nehmerleitung-Schnittstellenschaltung SL 1 über einen Widerstand R _f liegt.

Ein praktisches Beispiel der obigen Strom- bzw. Leistungs­ versorgungsschaltung wird im folgenden anhand der Fig. 6 näher erläutert.

Die Strom- bzw. Leistungsversorgungsschaltung von Fig. 6 hat Verstärker 51-54, Stromerfassungsimpedanzelemente 55 und 56 und Widerstände 57-62. Der Stromversorgungs­ verstärker 52 ist mit einem der Teilnehmerknoten, nämlich dem Knoten L₁, über das Stromimpedanzelement 55 gekoppelt. Der Teilnehmerknoten L₁ ist ebenfalls mit einem Ende der Impedanz Z _B ′ (als eine Last) des Teil­ nehmeranschlusses gekoppelt. Der Stromversorgungsver­ stärker 53, der einen Strom entgegengesetzter Phase zur Phase des vom Verstärker 52 ausgegebenen Stromes liefert, ist mit dem anderen Teilnehmerknoten L₂ über das Stromerfassungsimpedanzelement 56 gekoppelt. Der Teilnehmerknoten L₂ ist auch an das andere Ende der Impedanz Z _B ′ angeschlossen. Eine Reihenschaltung der Widerstände 59 und 58 liegt zwischen dem Ausgangs­ knoten des Verstärkers 52 und dem Teilnehmerknoten L₂, wie dies dargestellt ist. Eine Reihenschaltung der Widerstände 57 und 60 liegt zwischen dem Teilnehmer­ knoten L₁ und dem Ausgangsknoten des Verstärkers 53 (vgl. Fig. 6). Der Verbindungsknoten zwischen den Widerständen 59 und 58 ist mit dem nichtinvertieren­ den Eingangsknoten des Stromerfassungsverstärkers 54 gekoppelt, während der Verbindungsknoten zwischen den Widerständen 57 und 60 an dem invertierenden Eingangs­ knoten des Verstärkers 51 angeschlossen ist. Der inver­ tierende Eingangsknoten des Verstärkers 51 ist weiter­ hin an eine äußere Bezugsspannung V _ref über einen Wider­ stand R _f angeschlossen. Mit anderen Worten, der inver­ tierende Eingangsknoten des Verstärkers 51 ist mit einem Gleichstromsignal I versorgt, das über den Wider­ stand R _f von der äußeren Bezugsspannung V _ref kommt. Ein Rückkopplungswiderstand 61 liegt zwischen dem Ausgangsknoten und dem invertierenden Eingangsknoten des Verstärkers 51. Der Ausgangsknoten des Verstärkers 51 ist weiterhin mit dem Eingangsknoten des Verstärkers 52 sowie dem Eingangsknoten des Verstärkers 53 gekoppelt.

Gemäß dieser Schaltung wird ein von der Bezugsspannung V _ref gegebener Gleichstrom I zu den Verstärkern 52 und 53 gespeist, die Ströme entgegengesetzter Phasen über den Verstärker 51 ausgeben. Die Ausgangssignale der Verstärker 52 und 53 sind zu der Teilnehmerseite oder Impedanz Z _B ′ jeweils über Impedanzelemente 55 bzw. 56 gespeist. Zu dieser Zeit werden die Spannungsabfälle in den Impedanzelementen 55 und 56 addiert und durch den Verstärker 54 erfaßt sowie zum Verstärker 51 rück­ gekoppelt. Das heißt, das auf der Addition der Ausgangs­ signale des Verstärkers 54 und des Bezugssignales I (Gleichstrom) beruhende Signal wird zu den Verstär­ kern 52 und 53 rückgekoppelt, so daß ein Strom pro­ portional zu dem Signal I zur Impedanz Z _B ′ gespeist wird. In Fig. 6 wird unter der Voraussetzung, daß die Widerstände 57-60 den gleichen Wert haben und daß die Potentiale an beiden Enden jedes Impedanzelementes 55 und 56 V _a und V _b oder V _c und V _d betragen, wie dies dargestellt ist, die Ausgangsspannung V _e des Ver­ stärkers 54 wie folgt ausgedrückt:

V _e =(V _a -V _b )+(V _c -V _d )=R _M ₁·I _L +R _M ₂·I _L ′

wobei R _M ₁ und R _M ₂ die Impedanzen der Impedanzelemente 55 und 56 sind. Unter der VoraussetzungR _M ₁=R _M ₂=R _M gilt:

V _e =2R _M ·I _L .

Wenn diese Spannung V _e zum Verstärker 51 rückgekoppelt wird und der Verstärkungsfaktor der Rückkopplungsschleife ausreichend groß ist, so ist die Stromversorgung gesteuert, um die folgende Bedingung zu erfüllen:

2R _M ·I _L =V _ref

Als Ergebnis wird der Ausgangsstrom I _L bezüglich der Lastimpedanz Z _B ′ konstant, um so die konstante Strom­ charakteristik bzw. -kennlinie beizubehalten.

Wenn eine Störung gemeinsamer Betriebsart in einer Last oder auf der Teilnehmerseite auftritt, ist die von der Last aus gemessene Impedanz für die gemeinsame Betriebs­ art eine Parallelimpedanz von R _M ₁ und R _M ₂. Dies bedeu­ tet, daß die Teilnehmerleitung mit der Parallelimpedanz abgeschlossen wird. Da in diesem Fall die Impedanzen R _M ₁ und R _M ₂ Widerstandswerte haben, die einige 20 Ohm betragen, ist es nicht erforderlich, eine besondere Schaltung für die Rückkopplung gemeinsamer Betriebsart vorzusehen, wodurch eine Stromversorgungsschaltung ge­ liefert wird, die kaum durch eine äußere Störung beein­ flußt wird.

In Fig. 7 wird die praktische Struktur der Stromversor­ gungsschaltung von Fig. 6 näher erläutert, wenn sie in der Schaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 verwendet wird.

Die in Fig. 7 gezeigten Signalknoten L₁ und L₂ sind je­ weils mit den Widerständen 22 und 23 von Fig. 3 verbun­ den, und die Stromversorgungsschaltung von Fig. 7 dient als stromgesteuerte Stromquellen 1 und 2 von Fig. 3.

Ein Strom i (Wechselstrom) entsprechend dem Rückkopplungs­ strom des Pufferverstärkers 8 von Fig. 3 wird zur Signal­ leitung L₃ gespeist, durch welche der Gleichstrom I fließt, so daß der Strom i zum Gleichstrom I addiert wird. Der Strom i wird in einer Stromerfassungsschaltung (Fig. 8) erzeugt. Demgemäß ist der durch die Lastimpedanz Z _B ′ fließende Strom gegeben durch H · (i+I).

Obwohl die Stromversorgungsschaltung von Fig. 7 die Ver­ stärker 52-54 verwendet, die bei Bedarf mit dem Rück­ kopplungswiderstandswert und dem Eingangswiderstand­ wert versehen sind, liegt im wesentlichen die gleiche Schaltung wie in Fig. 6 vor, die zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung verwendet wird.

In der obigen Weise werden die Erfassung und Einspeisung des durch eine Lastimpedanz Z _B ′ fließenden Stromes aus­ geführt.

Die Stromversorgungsschaltung von Fig. 7 kann selbst auf die Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung ge­ mäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung (vgl. Fig. 4) angewandt werden.

Fig. 8 zeigt eine praktische Schaltung zur Erfassung des durch die Rückkopplungsimpedanz MZ _B des Pufferver­ stärkers 8 fließenden Stromes i und zur Rückkopplung dieses Stromes zur Stromversorgungsschaltung von Fig. 7 über eine Signalleitung L _C .

Eine Ausgangsschaltung einschließlich einer Stromver­ stärkerschaltung CA ist auf der Ausgangsseite des Puf­ ferverstärkers 8 vorgesehen. Die Ausgangsschaltung speist die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers 8 zum Pufferverstärker 31 über den Widerstand 35 sowie zu einem Ende des Impedanzelementes 12, das in der Rückkopplungsschleife liegt. Die Ausgangsschaltung gibt weiterhin vom Knoten T₀ ein Stromsignal ent­ sprechend dem durch das Impedanzelement 12 fließenden Strom ab, ohne die oben erläuterten Funktionen hiervon zu beeinträchtigen.

Die Stromverstärkerschaltung CA umfaßt zwei Transistoren Q₁ und Q₂ und zwei Stromspiegelschaltungen CM₁ und CM₂. Die Stromspiegelschaltungen CM₁ und CM₂ liefern von der Ausgangsseite diejenigen Ströme, die das n-fache der jeweils durch die Transistoren Q₁ und Q₂ (Eingangs­ seite) fließenden Ströme sind. Die Ausgangsschaltung umfaßt weiterhin zwei Transistoren Q₃ und Q₄, zwei über Dioden verbundene Transistoren Q₅ und 16 (Q₆), einen Transistor Q₇, dessen Basis mit dem Ausgangs­ signal des Pufferverstärkers 8 gespeist ist, und eine Stromquelle CS. Die Transistoren Q₁, Q₃ und Q₅ haben gemeinsam gekoppelte Basen, und die Transistoren Q₂, Q₄ und Q₆ sind mit ihren Basen gemeinsam verbunden. Die Transistoren Q₃ und Q₄ sind mit ihren Emittern gekoppelt und mit ihren Kollektoren jeweils an Quellen­ potentiale V _P bzw. V _N angeschlossen. Eine Spannung ent­ sprechend der am Ausgangsknoten des Pufferverstärkers 8 gelieferten Spannung wird an dem Verbindungsknoten zwi­ schen den Widerständen Q₃ und Q₄ erzeugt und zum Puffer­ verstärker 31 über den Widerstand 35 gespeist. Die Strom­ quelle CS, die über eine Diode verbundenen Transistoren Q₅ und Q₆ und die Kollektor-Emitter-Strecke des Tran­ sistors Q₇ liegen in Reihe zwischen den Quellenpoten­ tialen V _P und V _N und legen ein Vorspannungspotential an die Basen der Transistoren Q₁ und Q₂ der Stromverstärker­ schaltung CA. Die Transistoren Q₁ und Q₂ sind mit ihren Emittern gekoppelt und mit ihren Kollektoren jeweils an die Eingangsanschlüsse der Stromspiegelschaltungen CM₁ und CM₂ angeschlossen. Ein Ende des Impedanzelementes 12 ist mit dem Verbindungsknoten zwischen den Emittern der Transistoren Q₁ und Q₂ gekoppelt. Die Ausgangsanschlüsse der Stromspiegelschaltungen CM₁ und CM₂ sind gemeinsam mit einem Ausgangsstromsignal i₀ zum invertierenden Eingangsknoten des Verstärkers 51 der Stromversorgungs­ schaltung vom Knoten T₀ gekoppelt.

Wenn ein Strom i gleich dem durch das Impedanzelement 11 fließenden Strom vom Impedanzelement 12 zum Verbindungs­ knoten der Emitter der Transistoren Q₁ und Q₂ fließt, zieht die Stromverstärkerschaltung CA den Strom i₀=n · i zum Knoten T₀. Wenn der Strom i vom Verbindungsknoten zwischen den Emittern der Transistoren Q₁ und Q₂ gezo­ gen wird, liefert die Stromverstärkerschaltung CA den Strom i₀=n · i vom Knoten T₀. Mit anderen Worten, wenn der von der Teilnehmerseite gemessene Strom i, der durch die Impedanz Z _T fließt, zur Stromverstärkerschaltung CA gespeist wird, die ein Stromverhältnis von n der Strom­ spiegelschaltungen CM₁ und CM₂ aufweist, wird ein Strom i₀=n · i vom Knoten T₀ zum Verstärker 51 der Stromver­ sorgungsschaltung als ein Steuersignal gespeist.

Die Ausgangsschaltung von Fig. 8 kann auch auf die Teil­ nehmerleitung-Schnittstellenschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 4 gezeigt ist angewandt werden.

Eine Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgen­ den anhand der Fig. 9 näher erläutert.

In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Strom i, der durch das Impedanzelement 11 fließt, welches auf der Eingangs­ seite des Pufferverstärkers 8 vorgesehen ist, in der Nähe des Impedanzelementes 11 durch eine Spannung erfaßt und zur Steuerstromquelle rückgekoppelt.

Die in Fig. 9 gezeigte Teilnehmerleitung-Schnittstellen­ schaltung hat Pufferverstärker 8 und 101-110, Impedanz­ elemente 11 und 12, Addierer 111-113, Widerstände 114- 116, einen Kondensator 117 und eine Spannungsquelle 118. Der Pufferverstärker 8 und die Impedanzelemente 11 und12 in Fig. 9 haben die gleiche Anordnung wie diejenigen Elemente, die in den Fig. 3 oder 4 gezeigt sind, mit der Ausnahme, daß die Impedanzelemente 11 und 12 in Fig. 9 die gleiche Impedanz NZ _T aufweisen. Die Verstär­ kungsfaktoren der Pufferverstärker 101 und 102 betragen jeweils 1/10 bzw. -10, und die Verstärkungsfaktoren der Pufferverstärker 103, 105-107 und 110 sind jeweils 1. Die Verstärkungsfaktoren der Pufferverstärker 104, 108 und 109 betragen jeweils A₀, A₁ bzw. -1. Die Widerstände 114, 115 und 116 haben jeweils Widerstandswerte R₁, R₂ bzw. R₃. Die invertierenden und nichtinvertierenden Eingangsknoten des Verstärkers 101 sind jeweils zu den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ gekoppelt. Der Addierer 111 ist mit der Empfangsspannung V _RX versorgt, und er zieht diese Spannung V _RX von der Ausgangsspannung des Verstär­ kers 101 ab, die über den Kondensator 117 empfangen wird. Das Ausgangssignal des Addierers 111 wird zum invertieren­ den Verstärker 102 gespeist, dessen Ausgangssignal an den invertierenden Eingangsknoten des Pufferverstärkers 8 über eine Reihenschaltung aus einem Stromerfassungs­ widerstand 114 und dem Impedanzelement 11 angelegt ist. Der Addierer 112 addiert die Empfangsspannung V _RX und das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 102. Das Aus­ gangssignal des Pufferverstärkers 8 mit der Rückkopp­ lungsimpedanz wird in den Pufferverstärker 103 einge­ speist und zum Ausgangssignal des Addierers 112 addiert. Die sich ergebende Spannung wird als Sende- bzw. Über­ tragungsspannung V _TX ausgegeben. Der Spannungsabfall, der durch den Strom i im Widerstand 114 verursacht ist, wird durch den Pufferverstärker 104 erfaßt, dort verstärkt und zum Addierer 113 gespeist. Der Ausgangsknoten des Puf­ ferverstärkers 109 ist mit dem Knoten L₁ über den Wider­ stand 115 gekoppelt. Der Eingangsknoten des Pufferverstär­ kers 110 ist mit dem Knoten L₂ über den Widerstand 116 gekoppelt. Der Spannungsabfall im Widerstand 115 wird durch den Pufferverstärker 105 erfaßt, und der Span­ nungsabfall im Widerstand 116 wird durch den Puffer­ verstärker 106 erfaßt. Die Ausgangssignale der Puffer­ verstärker 105 und 106 werden im Pufferverstärker 107 addiert, und das sich ergebende Ausgangssignal wird zum Addierer 113 gespeist. Der Addierer 113 subtrahiert die Ausgangsspannungen des Verstärkers 107 und der Spannungs­ quelle 118 von der Ausgangsspannung des Verstärkers 104 und speist die sich ergebende Spannung zum invertierenden Eingangsknoten des Pufferverstärkers 108. Das Aus­ gangssignal des Pufferverstärkers 108 wird zu den Puf­ ferverstärkern 109 und 110 eingegeben.

Unter Berücksichtigung der Verstärkungsfaktoren A₀ und A₁ und mit einem durch den Teilnehmeranschluß fließenden Wechselstrom i _S ergibt sich:

2A₁(A₀iR₁-R₂i _S -R₃i _S )=V₀+(R₂+R₃)i _S

Wenn A₁ den Wert 100 hat, was nahezu ein unendlicher Wert ist, gilt:

A₀iR₁-(R₂+R₃)i _S =0

Somit gilt:

i _S /i=A₀R₁/(R₂+R₃) (25)

Wenn ein Signal von der Vermittlungsstelle empfangen wird, wird die von den Teilnehmerknoten L₁ und L₂ gemessene Aus­ gangsimpedanz der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschal­ tung erhalten. Unter der Annahme, daß lediglich eine Last einer Impedanz Z _B ′ zwischen den Knoten L₁ und L₂ gekoppelt ist, gilt:

-V₀=i _S Z _B ′ (26)

V₀-V _RX =i(R₁+NZ _T ) (27)

Aus den Gleichungen (26) und (27) folgt:

(V _RX /V₀)-1=(i/i _S )(R₁+NZ _T )/Z _B

Wenn nun der Widerstandswert R₁ ausreichend klein im Ver­ gleich zu NZ _T ist, so kann obige Gleichung wie folgt an­ genähert werden:

(V _RX /V₀-1=(i/i _S )(NZ _T /Z _B ′)

Mit A₀/R₁/(R₂+R₃)=N und Einsetzen von Gleichung (25) in obige Gleichung wird erhalten:

(V _RX /V₀)=(Z _T /Z _B ′)+1

Somit gilt:

(V₀/V _RX )=Z _B ′ (Z _B ′/Z _T ) (28)

Daher ist die Ausgangsimpedanz, von den Knoten L₁ und L₂ aus gemessen, gegeben durch:

Z _OUT =Z _T

Zu dieser Zeit wird das Ausgangssignal V _TX ausgedrückt durch:

Unter Vernachlässigung von R₁ wird die folgende Gleichung aus Gleichung (28) erhalten:

Mit Z _B =Z _B ′ gilt:

V _TX =0

Wenn V _RX =0 vorliegt, kann die Eingangsimpedanz Z _IN wie folgt erhalten werden:

Z _IN =V₀/i _S

Mittels Gleichung (27) kann Z _IN wie folgt umgeschrieben werden:

Z _IN =(i/i _S )(R₁+NZ _T )

Wenn nun R₁ ausreichend klein im Vergleich mit NZ _T an­ genommen wird, so wird die folgende Näherung erhalten:

Z _IN =(i/i _S )NZ _T

Mittels A₀R₁/(R₂+R₃)=N und unter Verwendung von Gleichung (25) wird die folgende Gleichung für die Eingangsimpedanz erzielt:

Z _IN =Z _T (29)

Die Sende- bzw. Übertragungsspannung V _TX zu dieser Zeit wird ausgedrückt durch:

V _TX =NZ _B V₀/(R₁+NZ _T )-V₀ (30)

Wenn die Gesamtimpedanz der zwischen die Teilnehmer­ knoten L₁ und L₂ gekoppelten Teilnehmerleitung-Schnitt­ stellenschaltung durch Z _B ′ gegeben ist und das Ausgangs­ signal vom Teilnehmeranschluß den Wert V _R hat, so wird aus Gleichung (29) die folgende Gleichung abgeleitet:

V _R /(Z _B ′+Z _T )=V₀/Z _T

Durch Einsetzen dieser Gleichung in Gleichung (6) und Vernachlässigen von R₁ wird erhalten:

V _TX =-V _R (Z _B +Z _T )/(Z _{B′+Z T ) Mittels Z B =Z B ′ gilt: V TX =V R .}

Claims (9)

1. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung, die mit einem Teilnehmeranschluß und einer Vermittlungsstelle gekoppelt ist, um den Teilnehmeranschluß und die Vermittlungsstelle zu koppeln, gekennzeichnet durch
zwei Teilnehmerknoten (L₁, L₂) zum Koppeln der Teilnehmerleitung- Schnittstellenschaltung mit einem Teilnehmeranschluß über eine Teilnehmerleitung,
zwei Empfangsknoten (RX) und zwei Sendeknoten (TX) zum Koppeln der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung mit der Vermittlungsstelle über eine einseitige Empfangsleitung und einseitige Sendeleitung,
eine Strom- bzw. Leistungsversorgungseinrichtung (1, 2) zum Einspeisen eines Gleichstromes in den Teil­ nehmeranschluß über die Teilnehmerknoten (L₁, L₂) und zum Steuern des Gleichstromes,
eine erste Addiereinrichtung (9; 111) zum Addieren einer Spannung zwischen den Teilnehmerknoten (L₁, L₂) und einer zwischen die beiden Empfangsknoten (RX) ange­ legten Spannung,
eine erste Impedanzeinrichtung (11) mit einer Impe­ danz entsprechend einem reellzahligen Vielfachen einer Impedanz zwischen den Teilnehmerknoten (L₁, L₂), von der Teilnehmerleitung aus gesehen, und zum Empfangen einer Ausgangsspannung der ersten Addiereinrichtung (9; 111),
eine invertierende Verstärkereinrichtung (8), die ein Ausgangssignal von der ersten Impedanzeinrichtung (11) empfängt,
eine zweite Impedanzeinrichtung (12), die eine Impedanz entsprechend einem reellzahligen Vielfachen einer Impedanz der Teilnehmerleitung und des Teilnehmer­ anschlusses hat, von den Teilnehmerknoten (L₁, L₂) aus gesehen, und die in eine Rückkopplungsstrecke der in­ vertierenden Verstärkereinrichtung (8) eingefügt ist,
eine Rückkopplungseinrichtung (CA; 104, 114) zum Einspeisen eines Signals entsprechend dem durch die erste Impedanzeinrichtung (11) fließenden Strom in die Stromversorgungseinrichtung (1, 2) als ein Steuer­ signal, und
eine zweite Addiereinrichtung (10; 103, 112) zum Addieren einer Ausgangsspannung der invertierenden Verstärkereinrichtung (8), einer Ausgangsspannung der ersten Addiereinrichtung (9; 111) und einer zwischen die beiden Empfangsknoten (RX) eingespeisten Spannung und zum Anlegen der sich ergebenden Spannung zwischen die beiden Sendeknoten (TX).

2. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung eine direkte Erfassungseinrichtung (104, 114) zum Erfassen eines durch die erste Impedanzeinrichtung (11) fließenden Stromes umfaßt.

3. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Erfassungsein­ richtung ein Widerstandselement (114), das in Reihe zu der ersten Impedanzeinrichtung (11) liegt, und eine Potentialdifferenz-Erfassungseinrichtung (104) zum Erfassen eines Spannungsabfalles infolge des Wider­ standselementes (114) aufweist.

4. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung eine indirekte Erfassungseinrichtung (CA) zum Erfassen eines durch die zweite Impedanzeinrichtung (12) fließen­ den Stromes aufweist, wobei dieser Strom einem durch die erste Impedanzeinrichtung (11) fließenden Strom entspricht.

5. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die indirekte Erfassungsein­ richtung eine Stromerzeugungseinrichtung (CA) aufweist, die auf einem Ausgangsteil der invertierenden Verstärker­ einrichtung (8) vorgesehen ist, um ein Stromsignal entsprechend dem durch die zweite Impedanzeinrichtung fließenden Strom zu liefern.

6. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung, die mit einem Teilnehmeranschluß und einer Vermittlungsstelle gekoppelt ist, um den Teilnehmeranschluß und die Vermitt­ lungsstelle zu koppeln, gekennzeichnet durch:
zwei Teilnehmerknoten (L₁, L₂) zum Koppeln der Teil­ nehmerleitung-Schnittstellenschaltung mit einem Teil­ nehmeranschluß über eine Teilnehmerleitung,
zwei Empfangsknoten (RX) und zwei Sendeknoten (TX) zum Koppeln der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschal­ tung mit der Vermittlungsstelle über eine einseitige Empfangsleitung und eine einseitige Sendeleitung,
eine Strom- bzw. Leistungsversorgungseinrichtung (1, 2) zum Einspeisen eines Gleichstromes in den Teil­ nehmeranschluß über die Teilnehmerknoten (L₁, L₂) und zum Steuern des Gleichstromes,
eine erste Addiereinrichtung (9) zum Addieren einer Spannung zwischen den beiden Teilnehmerknoten (L₁, L₂) und einer zwischen die beiden Empfangsknoten (RX) ange­ legten Spannung,
eine erste Impedanzeinrichtung (11) mit einer Impe­ danz entsprechend einem reellzahligen Vielfachen einer Impedanz zwischen den Teilnehmerknoten (L₁, L₂), von der Seite der Teilnehmerleitung aus gesehen, und zum Empfangen einer Ausgangsspannung der ersten Addier­ einrichtung (9),
eine invertierende Verstärkereinrichtung (8), die ein Ausgangssignal der ersten Impedanzeinrichtung (11) empfängt,
eine zweite Impedanzeinrichtung (12), die eine Impe­ danz entsprechend einem reellzahligen Vielfachen einer Impedanz der Teilnehmerleitung und des Teilnehmeran­ schlusses aufweist, von den Teilnehmerknoten (L₁, L₂) aus gesehen, und die in eine Rückkopplungsstrecke der invertierenden Verstärkereinrichtung (8) eingefügt ist,
eine Rückkopplungseinrichtung (CA) zum Erfassen eines durch die zweite Impedanzeinrichtung (12) fließenden Stromes, um ein Erfassungssignal zu liefern, und zum Einspeisen des Erfassungssignales in die Stromversorgungseinrichtung (1, 2) als ein Steuer­ signal, und
eine zweite Addiereinrichtung (10) zum Addieren einer Ausgangsspannung der invertierenden Verstärker­ einrichtung (8), einer Ausgangsspannung der ersten Addiereinrichtung (9) und einer zwischen die beiden Empfangsknoten (RX) angelegten Spannung und zum Ein­ speisen der sich ergebenden Spannung zwischen die bei­ den Sendeknoten (TX).

7. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Addier­ einrichtung (9) einen Pufferverstärker (21) aufweist, der einen invertierenden Eingangsknoten, der mit einem der Teilnehmerknoten (L₂) und einem der Empfangsknoten über Widerstände (27) gekoppelt ist, und einen nicht­ invertierenden Eingangsknoten, der mit dem anderen Teilnehmerknoten (L₁) über einen Widerstand gekoppelt ist,aufweist.

8. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Addiereinrichtung (10) eine Gewichtungsaddierschal­ tung mit einem Pufferverstärker (31) ist.

9. Teilnehmerleitung-Schnittstellenschaltung, die mit einem Teilnehmeranschluß und einer Vermittlungsstelle gekoppelt ist, um den Teilnehmeranschluß und die Vermittlungs­ stelle zu koppeln, gekennzeichnet durch:
zwei Teilnehmerknoten (L₁, L₂) zum Koppeln der Teil­ nehmerleitung-Schnittstellenschaltung mit einem Teil­ nehmeranschluß über eine Teilnehmerleitung,
zwei Empfangsknoten (RX) und zwei Sendeknoten (TX) zum Koppeln der Teilnehmerleitung-Schnittstellenschal­ tung mit der Vermittlungsstelle über eine einseitige Empfangsleitung und eine einseitige Sendeleitung,
eine erste Einrichtung (101, 111) zum Addieren einer Spannung (V₀) zwischen den Teilnehmerknoten (L₁, L₂) und einer Empfangsspannung V _RX ,
eine Last R₁+NZ _T (114, 11) an der die durch die erste Addiereinrichtung (101, 111) erhaltene Spannung angelegt ist,
eine zweite Einrichtung (8) zum Verstärken der durch die erste Einrichtung erhaltenen Spannung um einen Fak­ tor NZ _B /(R₁+NZ _T ),
eine dritte Einrichtung (112, 103) zum Subtrahieren der Spannung V _RX von der Summe der Spannung V₀ und der Empfangsspannung V _RX und zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Subtraktionsergebnis und dem verstärkten Ergebnis, um eine Sendespannung V _TX zu liefern,
eine vierte Einrichtung (104) zum Verstärken einer Potentialdifferenz, d. h. der Summe der Spannungen V₀ und V _RX , die durch NZ _T dividiert ist und an einer Last R₁ auftritt, um einen Faktor A₀,
eine fünfte und eine sechste Einrichtung (105, 106) zum Umsetzen der durch die Teilnehmerknoten (L₁, L₂) fließenden Ströme in Spannungen mittels Lasten R₂ bzw. R₃,
eine siebte Einrichtung (107) zum Addieren der durch die fünfte und sechste Einrichtung (105 bzw. 106) erhal­ tenen Spannungen,
eine achte Einrichtung (113, 108) zum Addieren einer durch die siebte Einrichtung (107) erhaltenen Spannung, einer durch die vierte Einrichtung (104) erhaltenen Spannung und einer Bezugsspannung, um den Gleichstrom- Versorgungsstrom zu bestimmen und um eine sich ergebende Spannung um einen Faktor A₁ zu verstärken, und
eine neunte Einrichtung zum Anlegen einer durch die achte Einrichtung erhaltenen Spannung an die Lasten R₂ und R₃.