DE4222401C2 - Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Telefon-Tonrufsignalen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Telefon-Tonrufsignalen beschrieben, bei welcher über eine Telefonleitung eintreffende Wechselsignale über einen weiten Frequenzbereich umgesetzt werden in Taktsignale mit begrenztem Taktfrequenzbereich. Besondere Vorteile ergeben sich für Anordnungen, bei welchen neben einer Signalinformation auch Leistung zu einer nachfolgenden Auswerteschaltung potentialfrei übertragen werden soll.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Telefon- Tonrufsignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie beispiels­ weise aus der DE 37 28 230 A1 bekannt ist.

Rufsignale auf Telefonleitungen werden als Wechselsignale bestimmter Fre­ quenz und Amplitude zum Teilnehmerapparat übertragen. Die Erkennung der Tonrufsignale im Teilnehmergerät kann durch andere auf der Leitung evtl. vor­ handene Signale und Störungen erschwert sein.

Aus der DE 37 28 230 A1 ist beispielsweise eine Schaltungsanordnung für ein Fernsprechgerät bekannt, bei dem ein Wechselsignal von einem Signaleingang über einen Trennkondensator und einen Serienwiderstand zu einem Steueraus­ gang übertragen wird, über den ein als Optokoppler ausgeführtes Koppelelement nach Maßgabe des Wechselsignals angesteuert wird. Das Ausgangssignal des Optokopplers wird einem Mikroprozessor zur Auswertung und Erkennung von Tonrufsignalen zugeführt. Die Schaltungsanordnung weist im Eingangskreis eine Zenerdiode auf, die gewährleistet, daß vom Optokoppler nur Wechselsignale mit einer einen Schwellwert überschreitenden Signalamplitude übertragen werden. Wechselsignale, deren Signalamplituden unterhalb des Schwellwerts liegen, gelten als Störsignale und werden daher nicht ausgewertet.

Aus der EP 190 806 A2 ist eine Schaltungsanordnung für ein Fernsprechgerät bekannt, die einen Mikroprozessor als Tonrufschaltung zur Erkennung von Ton­ rufsignalen und eine angegliederte Telefonschaltung als Sprechkreis aufweist. Hierbei können sich durch die galvanische Verbindung von Tonrufschaltung und Sprechkreis Probleme durch Verkopplungen ergeben.

Bei der galvanischen Trennung von Tonruf-Eingangschaltung und Auswerte­ schaltung ist sicherzustellen, daß der für eine zuverlässige Auswertung und Er­ kennung eines Tonrufsignals wesentliche Signalinhalt und bei aus der Leitung versorgtem Teilnehmergerät auch die notwendige Betriebsleistung potentialfrei übertragen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verar­ beitung von Telefon-Tonrufsignalen anzugeben, die diese Anforderungen erfüllt.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthal­ ten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt bei der Umsetzung der am Schaltungseingang anliegenden Wechselsignale in ein Taktsignal sicher, daß echte Tonrufsignale von anderen Signalen und Störungen auch in dem Taktsi­ gnal zuverlässig unterschieden werden können. Durch die Signalumsetzung wird die Tonruferkennung in einem nachfolgenden Prozessor oder dergleichen bei weitgehend beliebiger Signalform (Rechteck, Dreieck, Sinus) des auf der Leitung übertragenen Wechselsignals gewährleistet.

Darüberhinaus ermöglicht die Erfindung in Verbindung mit einem induktivem Übertrager eine hohe Leistungsübertra­ gung. Dabei kann durch den einfachen Aufbau der Schal­ tungsanordnung der eigene Leistungsverbrauch gering gehal­ ten werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge­ hend erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Frequenzzuordnung zwischen Wechselsignal und Taktsignal

Fig. 2 eine Schaltungsskizze

Im Diagramm der Fig. 1 ist die Frequenz ft des Taktsignals über der Frequenz fw des Wechselsignals aufgetragen. Als Frequenz des Wechselsignals sei dabei die Grundfrequenz des dominierenden Signalanteils, der im wesentlichen die Nulldurchgänge des Wechselsignals bestimmt, innerhalb ei­ nes Wechselsignals mit mehreren Signalanteilen und/oder Oberwellen angesehen.

Für die Tonrufsignale ist eine zulässige Frequenzspanne bfw von fwu bis fwo festgelegt. Wechselsignale außerhalb dieser Frequenzspannung werden nicht als Tonrufsignale an­ gesehen. Von tiefen Frequenzen fw des Wechselsignals bis zu einer Grenzfrequenz fwg steigt die Frequenz ft des Taktsignals monoton an, so daß eine eindeutige Zuordnung zwischen fw und ft besteht. Der Frequenzspanne bfw des Wechselsignals entspricht dann ein Rufton-Taktfrequenzband bft. Eine nachfolgende Anordnung zur Ruftonerkennung prüft daher, ob die Frequenz eines Taktsignals im Taktfrequenz­ band bft liegt. Außerhalb dieses Taktfrequenzbandes bft liegende Taktsignale werden nicht als Ruftonsignale gewer­ tet.

Wechselsignale mit Frequenzen höher als fwg werden in Taktsignale umgesetzt, deren Taktfrequenzen innerhalb ei­ nes durch eine maximale Taktfrequenz ftm und eine mittlere Taktfrequenz ftl begrenzten Taktfrequenzbereichs (schraf­ fiert) liegen. Die untere Bereichsgrenze ftl liegt höher als die für Tonrufsignale akzeptierte höchste Taktfrequenz fto, so daß höherfrequente Wechselsignale zuverlässig von den Ruftonsignalen anhand der umgesetzten Taktsignale un­ terschieden werden können. Durch die Begrenzung der Takt­ frequenzen auf maximal ftm kann eine nachfolgende Ruftonerkennungsschaltung einfacher ausgeführt werden.

Der in Fig. 2 skizzierte Schaltungsaufbau veranschaulicht einige der vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung und zeigt insbesondere die Realisierbarkeit der Erfindung in einem aufwandsarmen Aufbau.

Ein von einer Zweidraht-Telefonleitung an den Eingangsan­ schlüssen A und B der Schaltungsanordnung über Serienwi­ derstand RV und Kapazität C anliegendes Wechselsignal w liefert über ein Gleichrichterbrücke G eine Betriebs­ gleichspannung für die Anordnung. Das Wechselsignal w ist über Widerstände R1, R2 gegenphasig an zwei durch Transi­ storen T1, T2 gebildete Komporatorstufen gelegt, an deren Kollektorausgängen zwei Rechtecksignale mit der Frequenz des Wechselsignals entsprechend je einem Halbwellensignal des Wechselsignals zur Verfügung stehen. Diese beiden Rechtecksignale liegen an dem R- bzw. S-Eingang eines RS- Flip-Flops FF.

Die komplementären Ausgänge Q, NQ des Flip-Flops FF sind mit zwei gleichwertigen Eingängen S1, S2 einer Kippschal­ tung K, die z. B. ein weiteres RS-Flip-Flop mit zwei Set- Eingängen sein kann, verbunden.

Die so durch aus dem Wechselsignal abgeleitete Rechtecksi­ gnale angesteuerte Kippschaltung K liefert an ihrem Aus­ gang NQ ein Taktsignal t mit Taktimpulsen und Taktpausen. Mit jedem Flankenwechsel (Nulldurchgang) des Wechselsi­ gnals w wird eine Taktpause des Taktsignals t eingeleitet. Zur Umschaltung der Kippschaltung K in den Impulszustand des Taktsignals ist eine Zeitschaltung τ vorgesehen, wel­ che nach Ablauf einer vorgegebenen Pausenlänge τp ein Um­ schalten der Kippschaltung auslöst, z. B. durch Anlegen ei­ nes Umschaltsignals an einen Reset(R)-Eingang der Kipp­ schaltung K. Der nächste Flankenwechsel des Wechselsignals w beendet den Taktimpuls und leitet eine neue Taktpause ein. Die den Beginn einer Taktpause bestimmende Flanke im Taktsignal oder wie skizziert im komplementären Ausgangs­ signal (Q) der Kippschaltung K startet die Zeitschaltung τ.

Vorzugsweise weisen die Taktimpulse eine Mindestlänge τi auf, wozu wiederum die Zeitschaltung τ ein Signal abgibt, welches für die Dauer τi nach Beginn eines Taktimpulses die Wirkung an den Ausgängen des Flip-Flops FF abgegebener Schaltsignale auf die Kippschaltung sperrt. Bei einer sol­ chen Wirkungsweise ergibt sich zwischen der Grenzfrequenz fwg und den Zeiten τp und τi der Zusammenhang 2(τp + τi) = 1/fwg und für Wechselsignale mit Frequenzen fw ≦ fwg ist ft = 2fw. Für höhere Frequenzen des Wechselsignals liegen die dazu in der Umsetzerschaltung erzeugten Taktsignale im Taktfrequenzbereich zwischen ftm = 2 fwg und ftl = ftm/2 und streben mit zunehmendem fw insgesamt gegen ftm (strichpunktierte Linie in Fig. 1).

Die Umsetzung der am Eingang anliegenden Wechselsignale in Taktsignale mit konstanter Pausenlänge und einer Minde­ stimpulsdauer ist besonders vorteilhaft für Anordnungen, bei welchen neben der Information über die Frequenz eines anliegenden Wechselsignals auch gleichzeitig Leistung zum Betrieb einer nachfolgenden Auswerteschaltung, z. B. einem Mikroprozessor P, potentialfrei übertragen werden soll. Die Leistung und die Frequenzinformation können dann vor­ teilhafterweise über einen induktiven Übertrager U als ge­ meinsames Koppelelement übertragen werden, indem während der Dauer der Taktimpulse der Übertrager mit einem gegen­ über der Taktfrequenz hochfrequentem Schaltsignal als Gleichspannungswandler betrieben wird. Hierfür ist ein Schaltfrequenzgenerator GS zur Erzeugung des hochfrequen­ ten Schaltsignals s vorgesehen. Das Schaltsignal gelangt über ein während Taktimpulsen des Taktsignals t geöffnetes Tor P auf einen elektronischen Schalter Sch, der die Pri­ märwicklung des Übertragers U im Takt des Schaltsignals s mit einer aus dem Wechselsignal über die Gleichrichter­ brücke G gespeisten Gleichspannungsquelle verbindet. Das hochfrequente Schaltsignal wird vorteilhafterweise auch als Zeittaktsignal der Zeitschaltung τ zugeführt, welche zur Ableitung der Zeitintervalls τp, τi voreingestellte Zähler als Frequenzteiler enthalten kann.

Bei der gleichzeitigen Übertragung von Frequenzinformation und Betriebsleistung über den gemeinsamen Übertrager U in der beschriebenen Weise mit Ansteuerung durch mit dem Schaltsignal modulierten Taktimpulsen ist die Beschränkung der Taktfrequenz gemäß der Erfindung von besonderem Vor­ teil. Beispielsweise ist die konstante Pausendauer von Vorteil in der Hinsicht, daß zur Detektion des Taktsignals auf Prozessorseite eine Mindestpausendauer erforderlich ist, andererseits zur Vermeidung eines unnötig großen Ver­ sorgungs-Speicherkondensators auf Prozessorseite zur Über­ brückung der Taktpausen deren Länge nicht beliebig ausge­ dehnt werden kann. Die Mindestlänge der Taktimpulse ist vor allem von Vorteil, um sicherzustellen, daß der prozes­ sorseitige Speicherkondensator während eines Taktimpulses ausreichend aufgeladen wird. Die Mindestlänge der Taktim­ pulse ist vorzugsweise deutlich größer als die Pausen­ länge.

Das Koppelelement kann, wenn keine Leistungsübertragung gefordert ist, auch beispielsweise ein Optokoppler sein. Die hochfrequente Modulation ist in diesem Fall nicht not­ wendig.

Die Erfindung ist nicht auf die skizzierte, besonders vor­ teilhafte Ausführung der Schaltungsanordnung beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in verschiedener Weise realisierbar.

Weitere, zum Verständnis der Erfindung nicht wesentliche Baugruppen, wie z. B. Versorgungsspannungsstabilisierung, Amplitudendiskriminator etc. können Bestandteile der Schaltungsanordnung sein, ohne explizit beschrieben zu sein.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Telefon-Ton­ rufsignalen mit einem Signaleingang zum Empfang eines Wechselsignals und einem Steuerausgang zur Ansteuerung ei­ nes Koppelelements nach Maßgabe des Wechselsignals, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Umsetzerschaltung aus dem Wechselsignal am Signaleingang ein Taktsignal für den Steuerausgang frequenzabhängig derart erzeugt, daß

• a) für Frequenzen (fw) des Wechselsignals bis zu ei­ ner Grenzfrequenz (fg) die Taktfrequenz (ft) des Taktsignals bis zu einer maximalen Taktfrequenz (ftm) monoton mit der Frequenz des Wechselsignals steigt, wobei der unterhalb der Grenzfrequenz (fwg) liegenden für die Tonrufsignale zulässigen Frequenzspanne (bfw) ein Rufton-Taktfrequenzband (bft) entspricht, und
• b) für Frequenzen des Wechselsignals über der Grenz­ frequenz die Taktfrequenz des Taktsignals auf einen Taktfrequenzbereich (ftm, ftl) oberhalb des Rufton-Taktfrequenzbandes (bft) bis zu der maxima­ len Taktfrequenz beschränkt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Taktpausen des Taktsignals konstante Länge aufweisen und die Länge der Taktimpulse nach Maßgabe des Wechselsignals variiert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Flankenwechsel des Wechselsignals eine Taktpause einleitet.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Taktimpulse einen Mindestwert nicht unterschreitet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Oszillator zur Erzeugung eines gegenüber dem Taktsignal hochfrequenten Schaltsignals.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Taktpausen und die Mindest­ länge der Taktimpulse aus dem hochfrequenten Schaltsignal abgeleitet sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Taktimpulse mit dem Schaltsignal modu­ liert sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Koppelelement ein induktiver Übertrager ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine von dem Wechselsignal oder einem daraus abgeleiteten Signal angesteuerte Kippschaltung zur Erzeugung des Taktsignals.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein R-S-Flip-Flop, dessen R- bzw. S-Eingang von je einem Halbwellensignal des Wechselsignals beaufschlagt sind und dessen invertiertes und nichtinvertiertes Aus­ gangssignal die Kippschaltung ansteuern.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem R- und S-Eingang des Flip-Flops je eine Komporatorstufe angeordnet ist.