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Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Leitungsinterface für eine Datenzugriffseinrichtung
(DAA). Insbesondere betrifft sie einen adaptiven netz- oder leitungsgespeisten
Codec.
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Hintergrund des Standes der
Technik
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Viele
portable Computervorrichtungen benutzen Modems und andere Datenvorrichtungen zum
Kommunizieren über
eine Telefonleitung. In derartigen Vorrichtungen sind die Batteriegröße und das Gewicht
wichtige Gesichtspunkte. Zwischen der Größe und dem Gewicht der Gesamtvorrichtung,
die im wesentlichen durch die Wahl der Batterie vorgegeben werden,
und der akzeptablen Betriebsdauer zwischen Ladevorgängen muss
ein Ausgleich erzielt werden.
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Obgleich
Computer für
eine akzeptable Dauer betrieben werden, wenn typische Anwendungsprogramme
ablaufen, nutzen die Modems und andere Datenkommunikationsvorrichtungen
eines portablen Computers bedauerlicherweise ein großes Maß an elektrischer
Leistung, wenn sie über
eine Telefonleitung kommunizieren. Die Batteriestromquelle, die sowohl
die portable Computervorrichtung als auch deren Modem mit Strom
versorgt, ist typischerweise für
allgemeine Computeranwendungen ausgelegt und läuft rasch leer, wenn über ein
Modem aktiv über eine
Telefonleitung kommuniziert wird. Portable Computervorrichtungen
wie persönliche
digitale Assistenten (PCAs), in der Hand gehaltene PCs (HPC), PCMCIA-Modems
und portable Datenterminals sind konstruiert, um mehrere Stunden
mit einer Batterieladung zu arbeiten, aber arbeiten lediglich Bruchteile einer
Stunde mit einer einzelnen Batterieladung, wenn sie über ein
Modem kommunizieren. Obgleich portable Computervorrichtungen für kurze
Datenübertragungen über ein
vollständig
durch eine Batterie mit Strom versorgtes Modem für eine hinreichende Zeitdauer
betrieben werden, benötigen sie
daher typischerweise, dass externe Wechselstromleistung angewendet
wird, um einen längeren
Gebrauch des Modems zu ermöglichen.
Es ist daher für
batteriegespeiste Computervorrichtungen mit einem Modem wünschenswert,
zusätzlich
zu der eingebauten Batterie elektrische Leistung von einer sekundären Stromquelle
zu beziehen.
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Die
einer Telefonleitung innewohnende Gleichstromleistung bietet eine
bequeme Leistungsquelle, aber es gibt häufig Begrenzungen und Einschränkungen,
die die Fähigkeit
eines Modems, Leistung aus der Telefonleitung abzuleiten, begrenzen. Beispielsweise
sind die gegenwärtigen
Rechtsvorschriften in den Vereinigten Staaten dergestalt, dass ein
signifikanter Strom nur dann aus der Telefonleitung entnommen werden
darf, wenn sich das Telefon oder das Modem in einem Aushängezustand
befindet. Um die Telefonleitung in einem Aushängezustand zu halten, muss
ein Strom im Bereich von ungefähr
13 Milliampère
(mA) bis zu 150 mA gezogen werden. Daher ist die maximale Menge
des aus einer Telefonleitung gezogenen Stroms begrenzt.
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Es
sind Modems bekannt, die konstruiert sind, um ausschließlich aus
der Telefonleitung mit Strom versorgt zu werden, aber diese Konstruktionen leiden
entweder an einem extrem beschränkten
Leistungsbudget, oder sie gehen verschwenderisch mit dem verfügbaren Strom
um. Darüber
hinaus sind Modems im Allgemeinen ebenfalls Gegenstand von durch
die Regierung auferlegten Beschränkungen; beispielsweise
FCC Teil 68 – Anforderungen
für Telefone
in den Vereinigten Staaten – und
von Beschränkungen
hinsichtlich von Wirkungen und von Rauschen, die auf die Telefonleitung
zurückgegeben
werden können,
was weitere Beschränkungen
für den Gebrauch
von Leistung aus der Telefonleitung auferlegt.
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Ein
exemplarisches, aus der Leitung mit Strom versorgtes Modem ist im
US-Patent 6,421,430 beschrieben.
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Eine
Datenzugriffseinrichtung (DAA) liefert das physikalische Interface
zwischen einer Datenquelle wie einem Modem und einer Telefonleitung. Die
DAA ist für
das Präsentieren
eines sauberen Gleichstromabschlusses und für saubere Wechselstrommodulationscharakteristika
gegenüber
der Telefonleitung verant wortlich. Beispielsweise muss die DAA einen
minimalen Gleichstrom ziehen, wenn sie sich im Aushängezustand
befindet, um die Telefonleitung in einem Aushängezustand zu halten, aber gleichzeitig
darf sie nicht mehr als ein Maximalmaß an Strom ziehen, während sie
in dem Aushängezustand
ist. Daher muss der Gleichstromabschluss oder die Last innerhalb
vorgeschriebener Grenzen entsprechend den anwendbaren Telefonnormen
des Landes, in dem die DAA verwendet wird, liegen. Demgemäß darf das
Modern nicht mit mehr als dem aus einer Telefonleitung in dem besonderen
Land, in dem die DAA verwendet wird, verfügbaren Maximalstrom betrieben
werden.
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In
der heutigen globalisierten Wirtschaft ist es wünschenswert, Produkte für den Gebrauch
in irgendeinem beliebigen Land aus einer Mehrzahl verschiedener
Länder
zu konstruieren und herzustellen, nicht nur für ein einzelnes Land. Die Rechtsvorschriften
hinsichtlich des minimalen und maximalen Maßes an Strom, das die Ausrüstung in
den Räumen des
Kunden ziehen muss (d. h. die Gleichstromlast), um die Aushänge-Spezifikationen
zu erfüllen,
variieren jedoch stark in den unterschiedlichen Ländern. Daher
muss eine in einem Land verwendete DAA Kennwerte gegenüber einer
Telefonleitung bieten, die gegenüber
den Kennwerten, die durch eine in einem anderen Land verwendete
DAA präsentiert
werden, vollständig
verschieden sein können
und es oft auch sind. Demgemäß stellen
Hersteller herkömmlicherweise
unterschiedliche DAAs einschließlich
unterschiedlicher physikalischer Komponenten für jedes der verschiedenen Länder her,
oder sie stellen eine DAA mit Abschlusskomponenten her, die auf
der Grundlage der Erfordernisse in dem besonderen Land, in dem die
Vorrichtung verwendet wird, ein- bzw. ausgeschaltet werden. Die
Herstellung unterschiedlicher DAAs für unterschiedliche Länder und/oder
die Herstellung von DAAs mit schaltbaren Komponenten zur Verwendung
in verschiedenen Ländern
erhöht
die Gesamtkosten des Lieferns derartiger DAAs auf einem globalen
Markt. Darüber
hinaus kann die Zuverlässigkeit
infolge der größeren Anzahl
von Teilen verschlechtert werden.
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EP-A-0 367 270 offenbart
eine Ausrüstung zum
Abschließen
eines Stromkreises mit einer angeschlossenen Stromquellenvorrichtung.
Aus einer Telefonleitung entnommene Leistung wird der Schaltungsabschlussausrüstung zugespeist.
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Es
besteht ein Bedarf für
eine kosteneffektive und zuverlässige
DAA, die in der Lage ist, mindestens teilweise durch den durch die
verschiedenen Länder
gebotenen Leitungsstrom mit Strom versorgt zu werden.
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Die Erfindung in Kürze
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren nach Anspruch 1 vorgesehen.
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Gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfasst ein leitungsgespeister Codec
einen leitungsgespeisten Analog-Digital-Konverter und einen leitungsgespeisten
Digital-Analog-Konverter. Ein Gleichstrom-Strommessungsmodul ist eingerichtet,
um ein Maß an
zum Gebrauch verfügbaren
Stroms aus einer Telefonleitung in einem Aushängezustand zu bestimmen. Der
Analog-Digital-Konverter und der Digital-Analog-Konverter sind beide
eingerichtet, in einem Rücksetzzustand
belassen zu werden, wenn das Gleichstrom-Strommessmodul feststellt, dass ein
unzureichender Strom aus der Telefonleitung im Aushängezustand
verfügbar
ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten aus der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich
werden, in denen:
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1 eine
vereinfachte Beispiels-Systemstruktur für einen leitungsgespeisten
Codec mit erweiterter Gleichstrom-Rückkopplungssteuerung gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 den
resultierenden Leitungsstrom zeigt, nachdem das System aus
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1 in
den Aushängezustand
versetzt ist, in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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3 die
resultierende Leitungsspannung zeigt, nachdem das System aus
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1 in
den Aushängezustand
versetzt wurde, in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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4 ein
Blockdiagramm eines leitungsgespeisten Codec mit einem Niederstromteil
und mit einem Teil hohen Stromes eines leitungsgespeisten Codec
in Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 ein
Zeitsteuerungsdiagramm zeigt, welches zum Erläutern des Betriebs des leitungsgespeisten
Codec, wie in 4 gezeigt, während einer Anrufbrücke oder
einer anderen Unterbrechung des a/b-Schnittstellenstroms während eines
Aushängezustands
nützlich
ist.
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6 ein
Zeitsteuerungsdiagramm zeigt, das zum Erläutern der Niedrigstrom-Inbetriebnahme-Zeitsteuerung
des leitungsgespeisten Codec in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
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7 ein
Blockdiagramm eines anderen Modems in Übereinstimmung mit einem anderen
Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
veranschaulichender Ausführungsformen
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Ein
Codec für
eine Datenzugriffseinrichtung (DAA) wird offenbart, die adaptiv
einen Betrieb mit durch eine Telefonleitung gelieferter elektrischer
Leitung erlaubt, wenn es die Bedingungen zulassen, wobei gleichzeitig
die relevanten Erfordernisse zahlreicher Länder erfüllt werden.
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Insbesondere
wird ein Codec offenbart, der fähig
ist, teilweise und adaptiv aus einem Telefonleitungsstrom mit elektrischer
Energie versorgt zu werden, soweit es die Bedingungen zulassen.
Herkömmlicherweise
haben verschiedene mit leitungsgespeisten Codec verknüpfte Probleme
die Entwicklung eines Codec begrenzt oder verhindert, der teilweise durch
Strom aus der Telefonleitung gespeist wird. Beispielsweise erlauben
unterschiedliche Rechtsvorschriften in verschiedenen Ländern, dass
der Strom und/oder die Spannung kurzzeitig verschwinden darf/dürfen, wodurch
die Stromquelle für
einen leitungsgespeisten Codec unterbrochen wird. Daher muss ein
leitungsgespeister Codec in der Lage sein, sich aus Rücksetzzuständen zu
erholen, während
er gleichzeitig Rechtsvorschriften wahrt, die durch das spezielle
Land gesetzt sind. Herkömmliche
leitungsgespeiste Codecs kehren nach einem Rücksetzvorgang in einen Standardzustand
zurück.
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Wenn
ein leitungsgespeister Codec zum Gebrauch in einem einzelnen Land
konstruiert ist, kann der Standardzustand entsprechend dem Land
eingestellt werden, was die Befolgung aller Rechtsvorschriften während des
Rücksetzprozesses
sicherstellt. Wenn jedoch derselbe Codec dann in einem anderen Land
eingesetzt wird, könnten
die Standard-Rücksetzeinstellungen
des Codec die lokalen Rechtsvorschriften (beispielsweise Wechselstrom- und/oder
Gleichstrom-Impedanzerfordernisse)
nicht erfüllen,
der Codec wird wahrscheinlich aus der Erfüllung mindestens für die kurze
Zeit nach dem Rücksetzvorgang
herausfallen, und der Codec kehrt zu seinen Standardzuständen zurück. In den
meisten Ländern
ist dies nicht akzeptabel.
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Daher
sind leitungsgespeiste Codecs herkömmlicherweise konstruiert worden,
um die Rechtsvorschriften eines einzelnen Landes zu befolgen. Um einen
leitungsgespeisten Codec in mehr als einem Land zu vermarkten, müsste ein
Hersteller eine entsprechende Anzahl von Modellen seines leitungsgespeisten
Codec konstruieren und bevorraten. Unglücklicherweise erhöhen mehrere
Modelle eines Produktes die Kosten und verursachen, dass Produkte,
die die leitungsgespeisten Codecs nutzen, zwischen Ländern unflexibel
sind.
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Die
offenbarten leitungsgespeisten Codecs überwinden die mit der Leitungsspeisung
eines zur Konfiguration für
ein jegliches aus einer Mehrzahl von Ländern fähigen Codecs verknüpften Fragen.
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Der
leitungsgespeiste Codec überwindet
insbesondere mindestens die folgenden Fragen, die andernfalls hinsichtlich
herkömmlicher
leitungsgespeister Modems problematisch sind: (a) Aufrechterhalten kundenindividueller
landesspezifischer Registereinstellungen (z. B. Einstellungen von
Wechselstrom-Impe danzwerten) über
einen Leistungsausfall des leitungsgespeisten Teils des leitungsgespeisten Codec
hinweg. (b) Beibehalten eines Aushängezustands während eines
Leistungsausfallzyklus eines leitungsgespeisten Codec durch Aufrechterhalten von
Registerinhalten während
einer Anrufbrücke;
(c) Verhindern einer Oszillation in der Telefonleitung, die durch
wiederholtes Herunterfahren und Wiederanlaufen eines leitungsgespeisten
Codec infolge eines Zustands mit niedrigerem Strom, der unzureichend ist,
um den leitungsgespeisten Codec vollständig mit Strom zu versorgen,
bedingt ist; und (d) Verteilen einer verfügbaren Stromentnahme unter
den aus der Leitung gespeisten Komponenten eines Codec über Eingehängt-/Ausgehängt-Übergänge oder
Ausgehängt-/Eingehängt-Übergänge im Lichte
der stark unterschiedlichen Mengen verfügbaren Leitungsstroms während Einhänge- oder
Aushänge-Zuständen.
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Eine
exemplarische Hochfahrprozedur für
einen internationalen leitungsgespeisten Codec wird unter Nutzung
bestimmter Registereinstellungen, beispielsweise landesspezifischer
Registereinstellungen, offenbart, die durch die Niederspannungsseite
des leitungsgespeisten Codec mit Strom versorgt und aufrecht erhalten
werden (beispielsweise von der PC- oder Modem-Seite). Durch Stromversorgung einschlägiger Register
von der Niederstromentnahmeseite (d. h. der "Niederspannungsseite") des leitungsgespeisten Codec kann
der programmierte Zustand des leitungsgespeisten Codec sogar während einer
Anrufbrücke
aufrecht erhalten werden, bei der das Telefon für bis zu 400 Millisekunden
(ms) keine Leistung erhält.
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Eine
Anrufbrücke
ist eine vorübergehende Unterbrechung
des Leitungsstroms von der Vermittlungsstelle zu dem Telefonapparat
und kann bis zu 400 ms dauern. Telefon-Rechtsvorschriften spezifizieren,
dass Telefone innerhalb von 15 ms, nachdem die Vermittlungsstelle
die Leistungseinspeisung in die Telefonleitung wiederhergestellt
hat, eine Aushänge-Stromentnahme
wiederhergestellt haben müssen.
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Durch
Aufrechterhalten der Stromversorgung für Register auf einen Rücksetzvorgang
infolge eines Leistungsausfalls in der Telefonleitung hin kehrt
der leitungsgespeisten Codec nicht notwendigerweise in einen Standardzustand
zurück.
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Interface-Codecs
werden in digitalen Datenzugriffseinrichtungen (DAAs) eingesetzt,
um unter anderem Digital-Analog- und Analog-Digital-Umwandlung zwischen
analogen Signalen auf einer Telefonleitung und den digitalen Komponenten
wie einem Prozessor (beispielsweise einem digitalen Signalprozessor
(DSP)) in einem Modem oder in einer die DAA nutzenden anderen Anwendungsvorrichtung
zu bewerkstelligen.
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Um
internationale Normen zu erfüllen,
muss eine Terminal-Ausrüstung
(Modem) die Leitung belegen und gemäß der landesspezifischen Strom-/Spannungs-Lastlinie
(VI) den passenden Strom einstellen. Dies muss innerhalb von 20
Millisekunden (ms) bewerkstelligt werden, um die Erfordernisse der
meisten Länder
zu erfüllen.
Um den Strom derartig schnell einzustellen, muss der Gyrator, der den
Gleichstrom und die Spannung einstellt, vorgeladen werden. Dies
wird typischerweise durch diverse externe Komponenten bewerkstelligt,
die verschiedene Vorladefilter und eine elektronische Drossel bilden.
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Darüber hinaus
sollte der leitungsgespeiste Codec nicht eingeschaltet werden, wenn
der Leitungsstrom zu gering ist, um einen Betrieb zu unterstützen.
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Herkömmliche
Modem-Codecs gehen derartige Probleme durch Verwenden externer Komponenten
an, welche auf der Grundlage der Erfordernisse des spezifischen
Landes ein- und ausgeschaltet werden können. Unglücklicherweise erhöhen die
für dieses
Verfahren der Hardware-Programmierbarkeit erforderlichen externen
Komponenten die Kosten ganz erheblich.
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Im
Gegensatz dazu liefert die vorliegende Erfindung einen Codec in
einer digitalen Datenzugriffseinrichtung (DAA), der fähig ist,
programmierte Einstellungen sogar über einen Rücksetzzustand hinweg beizubehalten,
ohne Notwendigkeit, externe Bauelemente auszuwechseln oder zu schalten
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1 zeigt
eine vereinfachte Beispielssystemtopologie für einen leitungsgespeisten
Codec mit erweiterter Gleichstrom-Rückkopplungssteuerung in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Einzelheiten wie
ein Vollwellen-Gleichrichter (d. h. eine Polaritätssicherung), Blitzschutz-Schal tungen
und andere Details sind in 1 aus Gründen der
Einfachheit der Erläuterung nicht
dargestellt.
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Insbesondere
stellt in 1 ein leitungsgespeister Codec 100 in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung die Basis für eine DAA
zwischen einem digitalen Signalprozessor (DSP) 102 von
beispielsweise einem Modem und einer Telefonleitung aus einer Vermittlungsstelle 140 dar.
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In
der offenbarten Ausführungsform
gibt es auf der Leitungsseite des adaptiven netzgespeisten Codec 100 zwei
miteinander parallelgeschaltete Schaltungen über die a/b-Anschlüsse [(Tip/Ring)]
an die Telefonleitung von der Vermittlungsstelle 140. Die Vermittlungsstelle 140 liefert
eine Menge an Leitungsstrom durch eine charakteristische Impedanz der
Telefonleitung wie durch die bildlich dargestellte Reihenschaltung
einer Spannungsquelle 132 (beispielsweise 50 V) und einem
Widerstand (beispielsweise 600 Ω).
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Die
erste Parallelschaltung auf der Leitungsseite des leitungsgespeisten
Codec 100 beinhaltet eine Reihenschaltung einer Stromquelle 120,
eines Nebenschlusswiderstands 122, eines Transistors 124 und
eines Widerstands 126. Die Stromquelle 120, der
Nebenschluss-Widerstand 122 sowie der Transistor 124 liefern
eine Technik für
eine programmierbare Impedanz. Die Impedanz der Einrichtungen im
Kundenbereich einschließlich
des leitungsgespeisten Codec 100 wird durch den leitungsgespeisten
Codec 100 in Übereinstimmung
mit den Werten passender durch den DSP 102 eingestellter
Register gesteuert. Der Widerstand 126 erlaubt, dass ein Strom
in dieser ersten Parallelschaltung gemessen werden kann.
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In Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung umfasst eine zweite
Parallelschaltung auf der Leitungsseite des leitungsgespeisten Codec 100 einen
Bezugskondensator 130 (Cref) in Reihe mit einem Bezugswiderstand 128 (Rref). Cref
und Rref setzen einen Impedanz-Bezugspegel.
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Der
netzgespeiste Codec 100 beinhaltet einen Analog-Digital-Wandler
(A/D) 106 in einem Empfangspfad sowie einen Digital-Analog-Wandler
(D/A) 110 in einem Sendepfad. Zusätzlich ist ein Standardstrom-Steuerungsmodul 108 zu
einem Sendepfad an einem Aufsummierungspunkt hinzugefügt, um die Steuerung
des Maßes
an aus der Telefonleitung gezogenem Strom bildlich darzustellen.
Die Standardstromstärke
kann beispielsweise 10 mA betragen.
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Ein
Gleichstrom-Modul 114 stellt das Maß des durch die Stromquelle 120 auf
der Telefonleitung generierten Stroms ein.
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Ein
Nebenschluss-Steuerungsmodul 116 erzeugt eine Spannung,
die ausreichend ist, um den Codec zu betreiben.
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Ein
Gleichstrom-Messmodul 118 erlaubt die Messung des Stroms
und der Spannung der zur Verfügung
stehenden Leistung auf der Telefonleitung.
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Ein
Stromqualifizierungsmodul 112 stellt fest, wenn das Maß an durch
das Gleichstrom-Messmodul 118 gemessenem Strom ausreicht,
um den leitungsgespeisten Betrieb der leitungsgespeisten Komponenten
des Codec 100 zu erlauben.
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2 zeigt
den resultierenden Leitungsstrom, nachdem das System aus 1 in
den Aushängezustand
gebracht worden ist. In 2 zeigt die X-Achse die Zeit
(in Millisekunden (ms)), und die Y-Achse zeigt den Strom auf der
b-Ader [(Tip)] in Milliampère
(mA).
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3 zeigt
die resultierende Leitungsspannung, nachdem das System aus 1 in
den Aushängezustand übergeht.
In 3 zeigt die X-Achse die Zeit (ms), wohingegen
die Y-Achse die Spannung auf der b-Ader [(Tip)] (Volt) zeigt.
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Die
Einschalt-Prozedur des leitungsgespeisten Codec 100 wird
im Hinblick auf dessen Betrieb am besten durch vier Zustände beschrieben,
nachdem der leitungsgespeiste Codec 100 in einen Aushängezustand übergeht
und die Telefonleitung belegt. Die vier Zustände sind hierin willkürlich als
Zustand A, Zustand B, Zustand C sowie Zustand D bezeichnet und sind
in jeder der 1, 2 und 3 gezeigt.
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Der
erste Zustand (beispielsweise Zustand A) betrifft den anfänglichen
Augenblick, nachdem das Telefon ausgehängt wird, und während welchem
der leitungsgespeiste Codec in einem Rücksetz-Zustand verbleibt. Der
zweite Zustand (beispielsweise Zustand B) betrifft die Zeit der
Instabilität
gewisser leitungsgespeister Komponenten in dem Codec 100, und
während
welcher ein Kondensator einen anfänglichen Stromstoß zieht.
Der dritte Zustand (beispielsweise C) betrifft den Punkt, an dem
die leitungsgespeisten Komponenten des leitungsgespeisten Codec 100 stabil
werden und das wiederaufladbare Element Strom zurück an die
leitungsgespeisten Komponenten des leitungsgespeisten Codec 100 liefert. Der
leitungsgespeiste Codec 100 wird stabil, nachdem der dritte
Zustand (Zustand C) vervollständigt
ist (d. h. das bildend, was als vierter Zustand D bezeichnet werden
kann). Der Zustand D betrifft den endgültigen Zustand, der das Ende
der Einschaltprozedur anzeigt.
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Der
Betrieb der Zustände
A bis C wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 3 in
mehr Einzelheiten diskutiert werden.
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Zustand A: (beispielsweise 0 bis 1 ms)
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Anfänglich sorgt
das Modem (einschließlich des
DSP 102) dafür,
dass der leitungsgespeiste Codec 100 in den Aushängezustand
geht und beginnt, nahezu einen Kurzschlussstrom aus der Leitung
zu ziehen. In diesem Zustand (d. h. im Zustand A) wird die Mehrheit
der Komponenten des Codec 102, d. h. die leitungsgespeisten
Komponenten des Codec, im Rücksetzzustand
sein. Dies ist bildlich dargestellt durch einen symbolischen Schalter
nach Masse in Element 147. Der Schalter 147 liegt über der
Stromquelle 120. Selbstverständlich dient das Element 147 lediglich
Erläuterungszwecken
und es konstituiert nicht notwendigerweise einen tatsächlichen
Schalter nach Masse. Die Absicht des Schalters 147 ist
es, die Stromquelle 120 zeitweise kurzzuschließen, um
einen hohen Wert von IT zu Beginn der Aushänge-Einschaltprozedur
zum Fließen
zu bringen.
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Die
leitungsgespeisten Komponenten des Codec 102 sind vorab
ausgewählt,
so dass ihre Leistungsaufnahme in Einhängezuständen weniger Strom als der
maximal erlaubte Strom aus der Telefonleitung in irgendeinem Land
des Ein satzes ist, beispielsweise kleiner als 200 Mikroampère (μA) an Strom
aus der Telefonleitung.
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Während des
Zustands A wird die Spannung an der b-Ader [(Tip)] auf einem Minimalpegel
gehalten, beispielsweise 5 V, während
der Vermittlungsstelle 140 nahezu ein Kurzschluss präsentiert
wird. Bei dem gegebenen Beispiel wird der Codec-Strom in der b-Ader
[(Tip)] (IT) beispielsweise 80 mA betragen.
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In Übereinstimmung
mit diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung misst das Gleichstrom-Strommessmodul 118 des
Codec 100 den Strom in der b-Ader [(Tip)], um festzustellen,
ob das verfügbare
Maß an
Strom groß genug
ist, um den Betrieb der leitungsgespeisten Komponenten des Codec 100 zu
unterstützen.
Das Stromqualifizierungsmodul 112 verbildlicht eine Komparatorschaltung oder ähnliche
Schaltung oder einen digitalen Prozess, um festzustellen, wenn ein
hinreichender Strom aus der Telefonleitung gezogen wird.
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Wenn
das Stromqualifizierungsmodul 112 feststellt, dass nicht
ausreichend Strom verfügbar
ist, wird der leitungsgespeiste Codec 100 im Rücksetz-Zustand,
d. h., im Zustand A, verbleiben. Wenn jedoch das Stromqualifizierungsmodul 112 feststellt, dass
das Maß an
aus der Telefonleitung gezogenem Strom nach einer gegebenen Zeitdauer
ausreichend ist, um den Betrieb der leitungsgespeisten Komponenten
des Codec 100 zu unterstützen, wird der nächste Zustand
(beispielsweise Zustand B) beschritten. In der gegebenen Ausführungsform
beträgt der
ausreichende aus der Telefonleitung zum Unterstützen des Netzbetriebes des
Codec gezogene Strom mindestens 10 mA nach 1 ms an Meßzeit.
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Zustand B: (zum Beispiel 1 ms bis 6 ms)
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Nachdem
der Zustand A erfolgreich feststellt, dass es in der Telefonleitung
ausreichend Strom zum Speisen des leitungsgespeisten Codec 100 gibt,
tritt der Codec 100 in den zweiten Zustand, zum Beispiel
Zustand B, über.
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Im
Zustand B ist der anfängliche
Rücksetz-Zustand
(Zustand A) zurückgenommen,
und der normale Betrieb der leitungsgespeisten Komponenten des Codec 100 beginnt.
Dieses schließt
das Öffnen
des Schalters 147 ein. An diesem Punkt wird der Leitungsstrom
(das heißt,
der Strom in der a-Ader [(Tip)]) auf einen geeigneten Standardwert
eingestellt, zum Beispiel auf 10 mA, wie durch das 10 mA-Steuerungsmodul 108 bildlich
dargestellt.
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In Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird eine Impedanz 128 und 130 während des
Zustandes B belastet, wie insbesondere in 2 dargestellt.
In der offenbarten Ausführungsform
besteht die Impedanz 128, 130 aus einer Reihenschaltung
eines Bezugskondensators 130 (Cref) und eines Bezugswiderstandes 128 (Rref).
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Wegen
der anfänglichen
Ableitung der Belastung der Impedanz 128, 130 wird
der Standardstrom (zum Beispiel 10 mA, eingestellt durch das Steuerungsmodul 108)
für eine
gewisse Zeitdauer nicht erreicht werden. Daher wird der Zustand
B für eine
gewisse Zeitspanne fortgesetzt, die ausreichend ist, um die Stabilisierung
der Last der Impedanz 128, 130 zu ermöglichen.
Die Last an der Impedanz 128, 130 kann als stabilisiert
angesehen werden, wenn sie, wie in 2 dargestellt,
beispielsweise 90% ihres Endwertes erreicht.
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Wie
in 2 dargestellt, beträgt ein exemplarisches Maß an Zeit,
welches ausreicht, um die offenbarte Impedanz 128, 130 zu
belasten, 5 Millisekunden (ms). Diese Stabilisierungszeit (zum Beispiel 5
ms) gibt auch den Analogschaltungen und Filtern (zum Beispiel Digitalsignalprozessor(DSP)-Filtern)
in der DAA Zeit, sich zu stabilisieren.
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Nachdem
es den DAA-Komponenten erlaubt worden ist, sich zu stabilisieren
(zum Beispiel nach der 1 ms des Zustandes A und den 5 ms des Zustandes
B), wird der Zustand C erreicht.
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Zustand C: (6 ms bis 20 ms)
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Im
Zustand C beginnt der Betrieb einer erweiterten Gleichstrom-Rückkopplung
in einem den Codec unterstützenden
geeigneten Prozessor (zum Beispiel ein digitaler Signalprozessor
(DSP)). In Übereinstimmung
mit dem erweiterten DC-Rückkopplungs-Merkmal
der vorliegenden Erfindung modelliert der unterstützende Prozessor
(zum Beispiel DSP 102) einen veränderlichen Widerstand.
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Um
sich als ein veränderlicher
Widerstand zu verhalten, misst der DSP 102 unter Verwendung
des A/D-Wandlers 106 die Spannung an der b-Ader [(Tip)].
Basierend auf dem Wert der Spannung an der b-Ader [(Tip)] wird der
DSP 102 den Wert des Stromes in der b-Ader [(Tip)] durch
Einstellen der Ausgangsspannung des Digital-Analog(D/A)-Wandlers einstellen.
Daher liefert der DSP 102 eine erweiterte oder zusätzliche
DC-Rückkopplung
an die Telefonleitung, die sicherstellt, dass eine beliebige Lastvorgabe
aus einer Vielzahl von Länder-V/ls
innerhalb der gewünschten
Zeitdauer, zum Beispiel innerhalb 20 ms, erreicht werden wird.
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Daher
wird der Strom in der b-Ader [(Tip)] (IT) des Telefons unter Verwendung
der Unterstützung
einer erweiterten DC-Rückkopplung
auf einen Wert größer als
der minimale akzeptable Leitungsstrom für das bestimmte Land konvergieren.
Idealerweise wird diese Konvergenz so rasch wie möglich eintreten,
ohne Instabilitäten
zu verursachen.
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Obgleich
ein Minimum von 20 ms als die Bestimmungen der meisten Länder von
gegenwärtigem Interesse
erfüllend
beschrieben ist, sind der spezifische Leitungsstrom und die Konvergenzzeit
bevorzugterweise programmierbar durch Softwareparameter in dem DSP
gesteuert, was eine Verwendung des leitungsgespeisten Codec 100 in
vielen Ländern
erlaubt.
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Zustand D: (20 ms bis zur Anrufdauer)
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Nach
dem Zustand D (das heißt,
während
eines nachfolgenden Zustandes D) werden die Parameter des Systems
erreicht worden sein. Bevorzugterweise wird die Gleichstrom-Lastlinie
gegenüber Störungen durch
Wechselstromsignale geschützt sein.
Zu diesem Zweck ist der DSP befähigt,
die DC-Rückkopplung
einzustellen, sodass das System gegenüber der Telefonleitung als
eine große
Drossel erscheint.
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Mit
anderen Worten, die Rückkopplungs-Transferfunktion
des leitungsgespeisten Codec
100 der DAA wirkt als ein
Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz so dicht am Gleichstrom wie
möglich. Dies
gilt, weil rasche Änderungen
des Gleichstromwertes nicht länger
erforderlich sind. Eine geeignete Beschreibung dessen, wie ein digitaler
Signalprozessor (DSP) betrieben werden kann, um eine große Drossel
zu emulieren, ist im
US-Patent
Nr. 6665403 vorgesehen.
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Zusätzlich zu
den Angelegenheiten im Umkreis des korrekten Hochfahrens eines leitungsgespeisten
Codec, wie hier vorstehend beschrieben, wird ein leitungsgespeister
Codec offenbart, der in der Lage ist, einen Aushängezustand während eines Anrufes
sogar über
einen unerwarteten Leistungszusammenbruch des leitungsgespeisten
Codec infolge eines Zustandes niedrigen Stromes oder niedriger Spannung
der versorgenden Telefonleitung hinweg aufrechtzuerhalten. Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung erlauben es einem
leitungsgespeisten Codec, an Niederstrom-Telefonleitungen betrieben
zu werden und Zulassungsprüfungen
zu bestehen.
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Zahlreiche
Länder
der Welt spezifizieren, dass die a/b-Spannung während eines Telefonanrufes
auf 0 Volt zusammenbrechen kann, und dass der kollabierte Spannungspegel
für bis
zu 400 ms bei 0 Volt andauern kann. Danach, wenn der sonst normale
a/b-Spannungspegel wiederhergestellt wird, muss der Strom auf der
Telefonleitung auf einen größeren Wert
als ein bestimmter Pegel ansteigen, zum Beispiel auf 15 mA innerhalb
einer vorbeschriebenen Zeitdauer, zum Beispiel innerhalb 15 ms,
um den zuvor errichteten Telefonanruf fortzusetzen. Während diese
Werte Worst-Case-Szenarien für
zahlreiche Länder
betreffen, sind diese Werte selbstverständlich lediglich exemplarisch,
da jedes einzelne Land unterschiedliche Spezifikationen dafür haben
kann, wie lange die Span nung bei 0 Volt bleiben darf, wie schnell
die Vorrichtung (zum Beispiel das Modem) antworten muss, wenn die
Spannung zurückkehrt usw.
und so fort.
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Um
einen Telefonanruf aufzubauen, beinhaltet ein herkömmlicher
Codec typischerweise mehrere programmierbare Register, die programmiert
sind, um den Verstärkungsfaktor
einzustellen, Anfahr-Zeitgeber zu steuern und in den Aushängezustand
zu gehen. Dies stellt jedoch für
einen leitungsgespeisten Codec ein Problem dar, welcher in dem Abschnitt
einer hohen Spannung eines Modems (das heißt, auf der Leitungsseite)
angeordnet ist.
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Wenn
beispielsweise die Spannung auf der Leitung (das heißt, zwischen
den a/b-Adern) zusammenbricht, zum Beispiel auf im Wesentlichen
0 Volt, wird ein leitungsgespeister Codec zum Rücksetzen gebracht. Danach,
wenn von der Vermittlungsstelle die Leistung wieder an die Telefonleitung
angelegt wird, wird der leitungsgespeiste Codec wieder hochfahren
und in seinen Standardzustand, das heißt, in einen aufgelegten Zustand,
gelangen.
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Dies
führt zu
einem schwierigen Synchronisationsproblem für die Steuerung des Modems
(zum Beispiel für
den DSP), weil die herkömmliche
Steuerung keinerlei Kenntnisse darüber hat, wann die Spannung
auf der Leitung (das heißt,
die Spannung über
die a/b-Adern [(Tip/Ring)]) wieder hergestellt worden ist, und sie
kann daher unfähig
sein, den leitungsgespeisten Codec schnell genug zurück in dessen
vorhergehenden Aushängezustand
zu bringen, um die Erfordernisse des bestimmten Landes zu erfüllen, zum
Beispiel auf 15 mA innerhalb von 15 ms.
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In Übereinstimmung
mit diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Anrufbrücke (das heißt, die
Spannung über
die a/b-Adern [(Tip/Ring)] bricht auf 0 V Gleichspannung zusammen)
auf eine Art und Weise aufrechterhalten werden, die die Erfordernisse
von zahlreichen Ländern
erfüllt,
ohne Notwendigkeit, dass zusätzliche
länderspezifische
Komponenten ein- und ausgeschaltet werden müssen.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm eines leitungsgespeisten Codecs mit einem Niederstrom-Teil und
einem Teil für
einen hohen Strom von einem leitungsge speisten Codec in Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Insbesondere
beinhaltet in 4 der leitungsgespeiste Codec
sowohl einen Niederstromteil 402 als auch einen Teil für einen
hohen Strom 404. Der Niederstromteil 402 und der
Teil für
einen hohen Strom 404 werden getrennt mit Leistung versorgt. Der
Teil für
einen hohen Strom 404 wird vollständig durch die aus der Telefonleitung
abgeleitete Leistung gespeist. Es ist jedoch wichtig, dass der Niederstromteil 402 Leistung
aus der Niederspannungsseite des leitungsgespeisten Codec 400 erzielt
(das heißt,
von der Modem-Seite). Eine angemessene Isolation kann für zwischen
dem Niederstromteil 402 und dem Teil mit hohem Strom 404 übergebene
Signale verwendet werden.
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Der
Teil hohen Stromes 404 enthält die meisten Schaltungen
des leitungsgespeisten Codec 400 mit Ausnahme jener Register
und Zeitgeber 420, welche über einen Rücksetzzustand des leitungsgespeisten
Codec 400 aufrechterhalten werden sollen, der während eines
Leitungszusammenbruches verursacht wird. Der Einfachheit halber
sind in dem leitungsgespeisten Codec 400 aus 4 nur
die für
die Stromoffenbarung relevanten Schaltungen gezeigt. Relevant für die vorliegende
Erörterung
ist eine Spannungs- und Stromdetektionsschaltung 422.
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Die
Register und Zeitgeber 420 werden stets von der Niederspannungsseite
(das heißt,
von der linken Seite in 4) des leitungsgespeisten Codec 400 mit
Strom versorgt, das heißt,
aus einer Ladungsspeichervorrichtung 171, wie etwa einem
aufgeladenen Kondensator und nicht aus der Telefonleitung. Andererseits
werden die Komponenten, die Leistung aus dem Teil hohen Stromes 404 auf
der Seite hoher Spannung (das heißt, der rechten Seite in 4)
des leitungsgespeisten Codec 400 ableiten, immer durch
die Telefonleitung von der Vermittlungsstelle 140 mit Strom
versorgt.
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Die
Spannungs- und Stromdetektionsschaltung 422 tastet den
Strom- und Spannungspegel auf der Telefonleitung während eines
Rücksetzzustandes
des leitungsgespeisten Codec 400 ab. Wenn durch die Spannungs-
und Stromdetektionsschaltung 422 ein ausreichender Strom
und eine ausreichende Span nung detektiert werden, dann wird ein
Aktivierungssignal an die sachgerechte Zustandsmaschinenlogik (oder
an den sachgerechten Prozessor) geliefert, um ein Hochfahren des
Teils hohen Stromes 404 des leitungsgespeisten Codec 400 zu
erlauben.
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Die
Ladungsspeichervorrichtung 171 (zum Beispiel ein aufgeladener
Kondensator) wird von einer sachgerechten Quelle auf der Niederspannungsseite
des leitungsgespeisten Codec 400 aufgeladen. In der offenbarten
Ausführungsform
wird der Taktausgang (zum Beispiel ein differenzielles Taktausgangssignal)
verwendet mit sachgemäßen Dioden,
um eine Ladungspumpe zu bilden, die die Ladungsspeichervorrichtung 171 hochlädt, wenn
das Taktsignal aktiv ist.
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Während des
Betriebes befindet sich der leitungsgespeiste Codec 400 in
einem Aushängezustand,
zum Beispiel wenn die Modemsteuerung 102 ein besonderes
Aushänge-Steuerungsbit
in ein sachgemäßes Register 420 in
dem Niederstromteil 402 des leitungsgespeisten Codec 400 schreibt.
An diesem Punkt wird ein externer Gabelschalter (in 410) geschlossen,
und es fließt
Strom aus der Telefonleitung in den leitungsgespeisten Codec.
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Das
Spannungs-/Strom-Detektionsmodul 422 innerhalb des Teiles
mit hohem Strom 404 des leitungsgespeisten Codec 400 überwacht
die Spannung und den Strom auf der Leitung (das heißt, die Spannung
zwischen den a/b-Adern [(Tip/Ring)] und dem Strom). Wenn sowohl
die Spannung als auch der Strom hoch genug sind, dass die Komponenten in
dem Teil hohen Stromes 404 des leitungsgespeisten Codec 400 betrieben
werden können,
wird ein sachgemäßes Signal
an den Niederstromteil 402 des leitungsgespeisten Codec 400 übermittelt,
was eine Aktivierung einer Hochfahr-Zeitgeber-Sequenz, basierend
auf den Zeitgebern 420, in dem Niederstromteil 402 auslöst.
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Nachdem
der leitungsgespeiste Codec 400 hochgefahren und in Betrieb
ist, erlauben verschiedene Ländervorschriften,
dass die Spannung und/oder der Strom auf der Telefonleitung von
der Vermittlungsstelle 140 unterbrochen wird. in diesem Fall,
wenn die Spannung und/oder der Strom von der Vermittlungsstelle 140 unterbrochen
sind, wird die Spannungs- und Stromdetektionsschaltung 422 auslösen und
die Hochfahr-Ablaufsteuerung, basierend auf den Zeitge bern 420,
in dem Niederstromteil 402 aktivieren, welche wiederum
die Analogschaltung und andere Schaltungen in dem Teil hohen Stromes 404 aktivieren
wird. Während
dieser Leistungsunterbrechung werden an die Modemsteuerung 102 übertragene
Daten in einen Rücksetzzustand
gebracht, zum Beispiel werden alle auf Null gesetzt.
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In
diesem Rücksetzzustand
werden die Digitalschaltungen in dem Niederstromteil 402 des
leitungsgespeisten Codec 400 einen sehr kleinen Strom ziehen.
In Übereinstimmung
mit diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Strom, der zum Aufrechterhalten
der Register in dem Niederstromteil 402 des leitungsgespeisten
Codec erforderlich ist, für die
notwendige Zeitdauer, zum Beispiel für bis zu 400 ms, von der Niederspannungsseite
des leitungsgespeisten Codec 400 geliefert werden.
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Die
Modemsteuerung 102 liefert die erforderliche Leistung beispielsweise
durch Ladungspumpen von zum Beispiel einem Taktsignal oder einem
anderen oszillierenden Signal und einem externen Kondensator. Die
Ladungspumpe ermöglicht,
dass während
der Anrufbrücke
ein sehr viel kleinerer und praktischerer Ladungsspeicherkondensator 171 zum
Versorgen der Niederstromseite 402 verwendet werden kann.
Eine geeignete Beschreibung einer exemplarischen Ladungspumpe ist
in der US-Anmeldung Nr. 09/192,651, die am 16. November 1998 unter
dem Titel "Combination
Clock and Charge Pump for Line Powered DAA" von T. E. Fuehrer, K. E. Hollenbach, D.
Laturell und S. B. Witmer eingereicht worden ist, vorgesehen.
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An
diesem Punkt behalten alle Register 420 in dem Niederstromteil 402 des
leitungsgespeisten Codec 400 ihre zuvor aufrechterhaltenen
Werte, auf die sie aus ihren Standardwerten heraus programmiert
worden sind, einschließlich
zum Beispiel eines Bit oder mehrerer Bits, das oder die einen Aushängezustand
einstellen, der eine Anrufbrücke
zu dem Zeitpunkt, an dem die Leitungsversorgung unterbrochen worden
war, errichtet hat.
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Nach
der Leitungs-Stromversorgungsunterbrechung und nachdem die Vermittlungsstellen-Spannung
innerhalb einer erlaubten Zeitdauer, zum Beispiel innerhalb von
400 ms, zurückkehrt,
wird die Spannungs- und Stromdetektierschal tung 420 ein sachgerechtes
Aktivierungssignal an die Zustandsmaschinenlogik ausgeben, zum Beispiel
von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel, und die ursprüngliche
Hochfahr-Sequenz wird wiederholt, basierend auf den aufrechterhaltenen
Zeitgebern und Registern 420, jedoch mit der Erkennung,
dass, obgleich die einen hohen Strom ziehenden Schaltungen infolge
des Leistungsverlustes in einem Rücksetzzustand sind, die Aktivierung
der Hochfahr-Sequenz nicht die auf der Niederspannungsseite des leitungsgespeisten
Codec 100 zurücksetzen
wird, zum Beispiel der Register und Zeitgeber-Werte in den Registern
und Zeitgebern 420 in dem Niederstromteil 102 des
leitungsgespeisten Codec. Durch Belassen der Register an Ort und
Stelle, ohne zurückgesetzt
zu werden während
eines Leistungszyklus der Seite hoher Spannung des leitungsgespeisten
Codec 100 kann der Anrufstatus (zum Beispiel ein Aushängezustand)
aufrechterhalten werden.
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Nachdem
die a/b-Leistung [(Ring/Tip)] wiederhergestellt worden ist, kann
der leitungsgespeiste Codec 400 sofort wieder mindestens
das minimale Maß an
Strom, zum Beispiel mindestens 15 mA innerhalb zum Beispiel 15 ms,
ziehen, ohne Interaktion von der Modemsteuerung 102 zu
erfordern. Falls Interaktion durch die Modemsteuerung 102 erforderlich wäre, würde die
erforderliche Geschwindigkeit für das
Wiederherstellen des Stromflusses (das heißt, die 15 mA) ernsthaft gefährdet werden.
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5 zeigt
ein Zeitsteuerungsdiagramm, das zum Erläutern des Betriebes des leitungsgespeisten
Codec, wie er in 4 gezeigt ist, nützlich ist,
während
einer Anrufbrücke
oder einer anderen Unterbrechung des a/b-Stromes [(Ring/Tip)] während eines
Aushängezustandes.
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In
dem Beispiel aus 5 kollabiert insbesondere die
Spannung aus der Vermittlungsstelle 140 für eine Periode
von weniger als 400 ms, wie in Wellenform (a) gezeigt. Die Wellenform
(b) zeigt das Aktivierungssignal, das von der Spannungs- und Stromdetektionsschaltung 422 ausgegeben
wird. Die Wellenformen (c) und (d) zeigen, dass ein Anruf vor der
Spannungsunterbrechung in Teil 502 errichtet worden war
und dass die im Teil hohen Stromes 404 des leitungsgespeisten
Codec 400 mit Leistung versorgten Komponenten in einen
Aushänge-Leerlaufzustand 504 bei
geringer Leistung eintreten werden, wobei die Hochstromkomponenten
in einem Rücksetzzustand
gehalten werden. An diesem Punkt wird die Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422 die Telefonleitung
erkunden, um entweder ein einkommendes Läutesignal und/oder wenn ausreichende Spannung
auf die Telefonleitung zurückgekehrt
ist, zu detektieren.
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Nachdem
der Spannungspegel von der Vermittlungsstelle 140 zurückkehrt,
wird eine Anfahrsequenz 506 in Abhängigkeit von dem Aktivierungssignal
wie in Wellenform (b) gezeigt initiiert, basierend auf den Zeitgeberwerten
und Registerwerten, die in den Registern/Zeitgebern 420 in
dem Niederstromteil 420 des leitungsgespeisten Codec 400 aufrechterhalten
werden. Dann, sehr schnell vor der maximalen zugeteilten Zeit, zum
Beispiel 15 ms, zieht der Aushängezustand
der Komponenten in dem Teil hohen Stromes 404 des leitungsgespeisten
Codec 400 wiederum den erforderlichen Strom aus der Telefonleitung
und setzt den Betrieb fort, als ob die Unterbrechung nicht wie in
Wellenform (d) aus 5 dargestellt, eingetreten wäre.
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Der
leitungsgespeiste Codec 400 wird selbstverständlich hochfahren
und den Betrieb aufnehmen, wenn es einen hinreichenden Strom auf
der Telefonleitung gibt, welcher es dem leitungsgespeisten Codec 100 erlaubt,
dies zu tun. Der leitungsgespeiste Codec 100 darf jedoch
während
Niedrigstrom-Zuständen
nicht hochfahren, um Leistungsentnahme-Schwingungen auf der Telefonleitung
zu vermeiden, die anderenfalls durch ein wiederholtes Hochfahren
und Herunterfahren eines herkömmlichen
leitungsgespeisten Codec infolge einer ungenügenden Menge an Leistung aus
der Vermittlungsstelle 140 verursacht werden würden. In Übereinstimmung
mit den Prinzipien eines Aspektes der vorliegenden Erfindung bestimmt
der offenbarte leitungsgespeiste Codec 100, bevor er den
vollen Strom (zum Beispiel 7 mA) aus der Telefonleitung entnimmt, ob
dort genügend
Strom zur Verfügung
steht, um dies zu tun.
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Zahlreiche
Länder
rund um die Welt spezifizieren, dass der a/b-Strom [(Tip/Ring)]
während
eines Aushängezustandes
irgendwo in einem Bereich von 300 μA bis 5 mA liegen kann. Dieser
Strom ist im Allgemeinen zu gering, um einen Modemanruf unter Verwendung
moderner Schaltungen zu unterstützen.
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Beispielsweise
zeigt das Verhältnis
des Vermittlungsstellen-Stroms in Wellenform (e) hinsichtlich des
Aushänge-Signals
in Wellenform (a), des Spannungsdetektionssignals in Wellenform
(b), des Stromdetektionssignals in Wellenform (c) und des Eingehängt/Ausgehängt-Zustandes
des leitungsgespeisten Codec 100. Die Codec-Stromdetektierung bleibt
niedrig, was anzeigt, dass der Leitungsstrom für einen sauberen Modembetrieb
unzureichend ist, und der Abschnitt hohen Stromes 404 des
Codec wird im Rücksetz-Zustand
gehalten.
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Das
relevante Verwaltungsgremium spezifiziert Vorschriften, dass die
in das Modem blickende Impedanz niedrig genug sein muss, um während dieser
Niedrigstromverbindung für
einige Hundert ms als ein Kurzschluss zu erscheinen. Die Vorschriften erfordern
auch, dass die Spannung an der Leitung (das heißt, die a/b-Spannung [(Tip/Ring)])
nicht oszilliert. Herkömmliche
leitungsgespeiste Codecs könnten
oszillieren, wenn sie aus der Telefonleitung gespeist werden, derartige
Vorschriften verletzend.
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Da
die aktiven Schaltungen eines typischen Modems mehr als 5 mA ziehen
werden, wird beispielsweise ein einfaches Einschalten des Modems dazu
führen,
dass die Spannung auf der b-Ader [(Tip)] zusammenbricht, was dazu
führt,
dass die aktiven Schaltungen des Modems abgeschaltet werden. Sobald
die aktiven Schaltungen abgeschaltet sind, wird die Spannung wieder
ansteigen. Dann, wenn die Leitungsspannung wiederum hoch genug wird,
um die Modemschaltungen wieder einzuschalten, würde dieser Startprozess sich
wiederholen und als eine Oszillation erscheinen, die Vorschriften
verletzend.
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Eine
herkömmliche
Lösung
des Oszillationsproblems besteht darin, alle Schaltungen, die einen signifikanten
Strom ziehen, auf die Niederspannungsseite des Modems (das heißt, auf
die PC-gespeiste Seite) zu legen. Unglücklicherweise erfordert diese
herkömmliche
Lösung
zusätzliche
Bauelemente und zusätzlich
hohe-Spannung-zu-niedriger-Spannung-Isolationsvorrichtungen, die
andernfalls nicht erforderlich werden würden, falls die Komponenten von
der Leitung gespeist werden könnten.
Diese zusätzlichen
Bauelemente und Isolationsvorrichtungen resultieren in einer teureren
und potenziell weniger zuverlässigeren
Vorrichtung als wenn die Vorrichtung direkt von der Leitung gespeist
werden würde.
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In Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können, wie in 7 gezeigt, individuelle
Bauteile oder Schaltungen innerhalb des leitungsgespeisten Codec 100 eingestellt
werden, Leistung entweder von einem Leistung von der Telefonleitung
auf dem Teil hohen Stromes 804 ziehenden Leistungsbus oder
an einen Leistung von der Niederspannungsseite, das heißt, von
der Modemsteuerung 102 Leistung entnehmenden Leistungsbus
zu ziehen.
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Insbesondere
beinhaltet ein leitungsgespeister Codec 100, wie in 7 gezeigt,
Schaltungen, welche stets Leistung von der Niederspannungsseite des
leitungsgespeisten Codec 100 ziehen, zum Beispiel die Register
und Zeitgeber 420, sowie Schaltungen, die stets Leistung
von der Seite hoher Spannung (das heißt, der Seite der Telefonleitung)
des leitungsgespeisten Codec 100 ziehen, zum Beispiel die Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422.
Andere Schaltungen 832, welche andernfalls durch die Telefonleitung
mit Leistung versorgt werden, werden umgeschaltet zwischen Stromversorgung
von der Telefonleitung (zum Beispiel Verwenden einer 2,7 Volt Stromversorgungsschiene,
die von der Telefonleitung abgeleitet ist) und von der Modemsteuerung 102 (zum
Beispiel Verwenden einer 5 Volt Stromversorgungsschiene, die von
der Modemsteuerung 102 gespeist wird). Diese Umschaltung
ist durch den in 7 gezeigten Schalter 834 verbildlicht.
Wie in 7 (und in 4) gezeigt,
kann eine Zener-Diode über
die Ladungsspeichervorrichtung 171 verwendet werden, um
den Spannungspegel der Ladungsspeichervorrichtung 171 zu
begrenzen.
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Zu
Beginn der Aushänge-Hochfahrprozedur verursacht
der leitungsgespeiste Codec 100, dass die externen Komponenten 410 so
viel Strom wie möglich
von der Vermittlungsstelle ziehen (das heißt, soweit als möglich resultierend
in einen Kurzschluss), während
zur selben Zeit nur jene Vorrichtungen an der Stromversorgungsschiene
im Teil hohen Stromes 804 des leitungsgespeisten Codec 100 mit
Strom versorgt werden. Beispielsweise wird die Spannungs-/Strom-Detektierschaltung 422 weiter aus
der Telefonleitungleistung versorgt. Bevorzugterweise sind zu diesem
Zeitpunkt nur Module, die wenig Strom ziehen, in dem leitungsgespeisten
Codec 100 eingeschaltet, wodurch es ermöglicht wird, dass die Mehrheit
des verfügbaren
Stromes an dem leitungsgespeis ten Codec 100 vorbeigeführt wird
und durch die Spannungs-/Stromdetektierschaltung 422 gemessen
wird.
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Der
Strom, der an dem leitungsgespeisten Codec 100 vorbeigeführt wird,
wird durch den Stromdetektierungsteil der Spannungs-/Strom-Detektierungsschaltung 422 überwacht.
Wenn der überwachte
Strom zu niedrig ist, um den leitungsgespeisten Codec 100 einzuschalten
und zu betreiben, wird der Ausgang der Stromdetektionsschaltung 422 inaktiv (niedrigerer
Pegel) bleiben, und die Vorrichtung wird in diesem Zustand mit niedriger
Leitungsimpedanz verharren, bis sie durch die Steuerung 102 angewiesen
wird, den Anrufversuch zu beenden und in den Auflegezustand zurückzugehen.
Wenn jedoch ausreichend Strom und Spannung zum Ermöglichen
des Betriebes des leitungsgespeisten Codec aus der Leitung detektiert
wird, dann wird der Ausgang der Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422 aktiviert werden,
zum Beispiel er wird von 0 auf 1 gehen, anzeigend, dass es genügend Spannung
zum Betrieb des leitungsgespeisten Codec 100 gibt. Danach
wird die unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erörterte Hochfahrprozedur
befolgt, um die Modemverbindung herzustellen.
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Die
Sequenz des Abtastens der Stromkapazität der Telefonleitung ermöglicht es
einem leitungsgespeisten Codec, der mehr als 5 Milliampere (mA) an
Strom während
des normalen Betriebes zieht, die relevanten Niedrigstrom-Stabilitätstests
zu bestehen.
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Nicht
nur ist die Verteilung des aus der Telefonleitung gezogenen Stromes
während
Zuständen niedrigen
Stromes von Bedeutung, wie soeben beschrieben; die Verteilung des
aus der Telefonleitung gezogenen Stromes ist auch während Übergängen vom
Einhängezustand
zum Aushängezustand
sowie vom Aushängezustand
zum Einhängezustand
bedeutend.
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Bevor
sie in den Aushängezustand
wechselt, schreibt die Modemsteuerung 102 im Betrieb bestimmte
Steuerungswerte in eines oder mehrere Register 420 in dem
leitungsgespeisten Codec 100, um einen Telefonanruf einzustellen.
Dies kann beispielsweise beinhalten das Einstellen von Verstärkungsfaktoren,
Hochfahr-Zeitgeberwerten und/oder Initiieren eines Aushänge-Sequenzers,
basie rend auf den Zeitgebern 420 in dem Niederstromteil 802 des
leitungsgespeisten Codec 100.
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Um
dies zu bewerkstelligen, müssen
zahlreiche Schaltungen in dem leitungsgespeisten Codec 100 eingeschaltet
werden. Beispielsweise müssen eine
serielle Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung (SIO), ein Daten- und Taktempfänger, ein
Datensender, Zeitgeber, etc. eingeschaltet werden, um eine Modemverbindung
einzurichten. Wenn diese Schaltungen eingeschaltet werden, kann
die Gesamtstromentnahme der zusammengenommenen Module mehrere hundert
Mikroampere betragen.
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Dies
mag problemlos sein, wenn das Modem noch in einem Einhängezustand
ist, da die meisten Länder
es erlauben, dass mindestens 500 μA
von der Vermittlungsstelle während
Signalisierungszuständen
gezogen werden. Daher kann ein ausreichender Strom durch Einschalten
von zum Beispiel einem 100 K Widerstand über die a/b-Adern [(Tip/Ring)]
bezogen werden, wenn es erforderlich ist. Die a/b-Spannung [(Tip/Ring)]
ist typischerweise während
eines Einhängezustandes
größer als
50 Volt. Daher wird reichlich Strom, zum Beispiel 500 μA an Strom,
zum Gebrauch beim Speisen des Codecs zur Verfügung stehen.
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Wenn
der Codec jedoch in einen Aushängezustand
wechselt, kann die a/b-Spannung [(Tip/Ring)]
abnehmen, zum Beispiel auf 6 Volt. Dies würde weniger als zum Beispiel
60 μA zum
Gebrauch durch die digitale Schaltung übriglassen. Darüber hinaus
wird die Anrufdetektierung während
eines Einhängezustandes
durchgeführt.
Alle der vorgenannten Digitalschaltungen werden in dem leitungsgespeisten
Codec 100 benötigt,
zusätzlich
zu einer Bandlücke,
Bezugsschaltungen, Vorspannungsschaltungen und/oder Analog-Digital(A/D)-
und Digital-Analog(D/A)-Wandlern. Viele von diesen Schaltungen werden
auch benötigt,
wenn das Modem in einem Aushängezustand
wechselt.
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Um
die Schaltungen zum Funktionieren zu bringen, würden die Schaltungen herkömmlicherweise
dupliziert werden müssen
und für
den Betrieb entweder in einen Einhängezustand oder in einen Aushängezustand
eingestellt werden müssen.
Unglücklicherweise
würde die
Verdoppelung der Schaltungen, welche benötigt wird, während Einhänge- und
Aushängezuständen, ein
signifikantes Maß von
Fläche
in dem Silizium einer integrierten Schaltung erfordern, was in Ineffizienz
resultieren würde.
Eine weitere herkömmliche
Lösung
bestünde
darin, soviel Schaltungen wie möglich
auf die Kleinleistungsseite (zum Beispiel PC oder nicht-leitungsgespeist)
des a/b-Interfaces [(Tip/Ring)] zu platzieren. Eine derartige Lösung würde jedoch
zusätzliche
und verdoppelte Komponenten erfordern, um einwandfrei mit den Schaltungen
auf der Seite hohen Stromes, die von der Telefonleitung gespeist
wird, zu arbeiten, was die Gesamtkosten des Systems signifikant
erhöhen
würde.
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Falls
zu irgendeiner Zeit die Spannung und/oder der Strom von der Vermittlungsstelle 140 abfällt (was
während
einer Anrufbrücke
passieren könnte,
bei der die a/b-Spannung [(Tip/Ring)] für bis zu 400 ms auf 0 Volt
fällt),
wird die Schaltung, welche benutzt wird, um mit der Modemsteuerung 102 zu kommunizieren,
unter Verwendung des Schaltmechanismus 834 umgeschaltet,
um Leistung von einer Stromversorgung von der Kleinleistungsseite
(zum Beispiel von einer 5 Volt Niederstrom-Versorgung) zu ziehen,
geliefert durch die Ladungsspeicherungsvorrichtung 171.
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Danach,
wenn der Strom von der Vermittlungsstelle 140 auf einen
geeigneten Pegel zurückkehrt,
wird der Inbetriebnahmeprozess wiederholt. Der Inbetriebnahmeprozess
wird durch ein von der Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422 der
Ablaufsteuerungslogik im Niederstromteil 802 des leitungsgespeisten
Codec 100 bereitgestelltes Aktivierungssignal aktiviert.
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Im
Betrieb wird der leitungsgespeiste Codec 100 in einen Aushängezustand
gebracht, wenn die Modemsteuerung 102 einen passenden Steuerungswert
in ein passendes Registerbit oder in Registerbits in dem Codec schreibt.
An diesem Punkt ist ein externer Gabelschalter geschlossen, und
Strom fließt
aus der Telefonleitung in den leitungsgespeisten Codec 100.
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Relevante
Analogschaltungen (zum Beispiel Bandlücke und/oder Vorspannungs-Schaltungen) werden
dann auf eine Stromversorgungsschiene geschaltet, die durch die
Telefonleitung gespeist wird, zum Beispiel auf eine 2,7 Volt-Stromversorgungsschiene.
Zu dieser Zeit werden jedoch Schaltungen, die vorzugsweise höhere Ströme ziehen,
zum Beispiel Schaltungen, die Takt und Da ten empfangen und Daten
senden, noch nicht umgeschaltet, um von der 2,7 Volt Stromversorgungsschiene
gespeist zu werden.
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Dies
wird gemacht, da der Strom aus der Vermittlungsstelle 140 nicht
hoch genug sein darf, um die Schaltungen, die einen höheren Strom
ziehen, zu unterstützen,
zum Beispiel die Analogschaltungen, die benötigt werden, um die Kommunikation
mit der Modemsteuerung 102 aufrechtzuerhalten. Anstelle dessen überwacht
die Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422 innerhalb
des leitungsgespeisten Codec 100 den Spannungspegel und
den Pegel des verfügbaren
Stromes in der Leitung an den a/b-Adern [(Tip/Ring)]. Wenn sowohl
Spannung als auch Strom als zum Speisen des Betriebes des leitungsgespeisten
Codec 100 ausreichend detektiert werden, wird ein Aktivierungssignal
von der Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422 an den
Niederstromteil 802 des leitungsgespeisten Codec 100 ausgegeben,
um die Aktivierung der Inbetriebnahme-Zeitsteuersequenz zu erlauben.
Zu dieser Zeit werden die Stromversorgungsschienen der Blöcke 832 und 836 durch 834 umgeschaltet,
um durch die Telefonleitung unter Verwendung des 2,7 Volt Leistungsbus
innerhalb des Codec 100 gespeist zu werden.
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In
einem besonderen gegebenen Beispiel kann der leitungsgespeiste Codec 100 vier
oder mehr Stromversorgungsschienen enthalten.
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Permanente
Stromversorgungsschienen können
sowohl für
die Niederspannungsseite als auch für die Seite hoher Spannung
des leitungsgespeisten Codec 100 eingerichtet werden.
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Beispielsweise
kann eine erste Stromversorgungsschiene (zum Beispiel VDDA) mit
einen hohen Strom ziehenden Vorrichtungen verknüpft werden, welche lediglich
für den
Betrieb erforderlich sind, sobald die volle Leistung durch die Telefonleitung
bereitgestellt wird, zum Beispiel mit einem A/D-Wandler, einem D/A-Wandler
und anderen analogen und/oder digitalen Schaltungen mit hohem Strom. Die
Spannungs-/Strom-Detektionsschaltung 422 kann ebenfalls
an die erste Stromversorgungsschiene VDDA gebunden werden, sodass
sie ihre Erkundungsoperationen während
Zuständen
niedriger Leistung von der Telefonleitung durchführen kann. Die erste Stromversorgungsschiene
VDDA kann kon stant verbunden sein, um Leistung von der Telefonleitung
zu ziehen, wenn das Modem ausgehängt ist.
Als ein Beispiel kann die erste Stromversorgungsschiene VDDA auf
2,7 Volt einjustiert sein, obgleich andere Spannungspegel implementiert
werden können.
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Eine
zweite Stromversorgungsschiene (zum Beispiel VDDM) kann mit den
Registern und Zeitgebern 420 verknüpft sein, die erforderlich
sind, um einen gegebenen Zustand des leitungsgespeisten Codec über einen
Stromausfall-Rücksetzzustand
hinweg aufrechtzuerhalten. Die zweite Stromversorgungsschiene VDDM
kann konstant verbunden sein, um Leistung aus der Niederspannungsseite
des leitungsgespeisten Codec 100 zu ziehen, zum Beispiel aus
der Ladungsspeicherungsvorrichtung 171. Die zweite Stromversorgungsschiene
VDDM kann auf 5,0 Volt (zum Beispiel unter Verwendung einer Zener-Diode 189)
eingeregelt werden, obgleich andere Spannungspegel implementiert
werden können.
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Zusätzlich zu
den permanenten Stromversorgungsschienen können eine oder mehrere schaltbare
Stromversorgungsschienen in dem leitungsgespeisten Codec 100 implementiert
werden, um die Leistungsversorgung zugehöriger Vorrichtungen sowohl
auf der Niederspannungsseite als auch auf der Seite hoher Spannung
des leitungsgespeisten Codec 100 zu erlauben. Beispielsweise
kann eine dritte Stromversorgungsschiene (zum Beispiel VDDBG) schaltbar
angeordnet werden, um Betriebsleistung entweder aus der ersten Stromversorgungsschiene VDDA
oder aus der zweiten Stromversorgungsschiene VDDM zu ziehen, abhängig von
dem verfügbaren Strom
aus der Telefonleitung. Beispielsvorrichtungen in dem leitungsgespeisten
Codec 100, welche durch die dritte Stromversorgungsschiene
VDDBG gespeist werden können,
beinhalten zum Beispiel Bandlücken-Bezugsschaltungen,
Spannungsbezugsschaltungen im Allgemeinen und andere Vorrichtungen,
die einen relativ niedrigen Strom ziehen.
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In ähnlicher
Weise kann eine vierte Stromversorgungsschiene (zum Beispiel VDDAM)
schaltbar angeordnet werden, um Betriebsleistung entweder von der
ersten Stromversorgungsschiene VDDA oder aus der zweiten Stromversorgungsschiene VDDM
zu ziehen. Die vierte Stromversorgungsschiene VDDAM kann zum Beispiel
verknüpft
werden mit Schaltungen, die ein Interface mit der Modemsteuerung 102 und/oder
anderer einen hohen Strom ziehender Vorrichtungen aufweisen.
-
In
einem Einhängezustand
sind sowohl die dritte Stromversorgungsschiene VDDBG als auch die vierte
Stromversorgungsschiene VDDAM geschaltet oder verbunden mit der
zweiten Stromversorgungsschiene VDDM. In Abhängigkeit von der Detektion
eines Aushängezustandes
wird die dritte Stromversorgungsschiene VDDBG auf die erste Stromversorgungsschiene
VDDA umgeschaltet. An diesem Punkt bleibt die vierte Stromversorgungsschiene
VDDAM mit der zweiten Stromversorgungsschiene VDDM verbunden, da
der leitungsgespeiste Codec 100 an diesem Punkt nicht weiß, ob ausreichend
Strom und Spannung aus der Telefonleitung gezogen werden kann, um
die mit der vierten Stromversorgungsschiene VDDAM verbundenen Vorrichtungen
ausreichend mit Leistung zu versorgen. Danach, sobald der Strom und
die Spannung auf der Telefonleitung als vollständig den leitungsgespeisten
Codec 100 speisend bestimmt sind, wird die vierte Stromversorgungsschiene
VDDAM auf die erste Stromversorgungsschiene VDDA umgeschaltet.
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Während diese
Erfindung unter Bezugnahme auf die exemplarischen bevorzugten Ausführungsformen
derselben beschrieben worden ist, werden die Fachleute in der Lage
sein, verschiedene Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung vorzunehmen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.