DE69103634T2

DE69103634T2 - Fernsprechleitungsschaltung.

Info

Publication number: DE69103634T2
Application number: DE69103634T
Authority: DE
Inventors: Donald Scott 229 Ann Street Almonte Ontario K0A 1A0 Mcginn
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2011-06-13
Also published as: KR930701885A; EP0536183B1; JP2562757B2; WO1992000643A1; CN1025270C; CA2082153C; AU8096291A; KR950015094B1; EP0536183A1; ATE110511T1; AU649255B2; CN1059242A; NZ238697A; DE69103634D1; US5333192A; JPH06502046A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik und bezieht sich insbesondere auf Schnittstellenschaltungen zur Lieferung von Speisestrom von einer Leistungsquelle zum Betrieb eines Telefongerätes über eine Telefonleitung und zur Kopplung von Signalen zwischen der Telefonleitung und einer Telefonanlage.

Hintergrund der Erfindung

Einer der Hauptkostenfaktoren in einem Telefonsystem sind die Kosten zur Schaffung einer Leitungsschnittstellenschaltung zum Anschluß der Gesamtheit der Telefonleitungen an eine Vermittlungsamt-Vermittlungseinrichtung oder an eine private Nebenstelleneinrichtung. Bei jedem praktischen Telefonsystem ist es erwünscht, daß die Leitungsschnittstellenschaltung wenig aufwendig und elektrisch im wesentlichen robust ist. Während der Zeiten, während der ein Telefongerät verwendet wird, liefert die zugehörige Telefonleitungs-Schnittstellenschaltung einen Speisegleichstrom für das Telefongerät über Signal- und Ruf- Adern ('tip'- und 'ring'-Adern oder a- und b-Adern) der Telefonleitung. Wenn das Telefongerät im Gebrauch ist, wird es üblicherweise als 'abgenommen' bezeichnet, während, wenn das Telefongerät nicht verwendet wird, es als 'aufgelegt' bezeichnet wird. Die Leitungsschnittstellenschaltung muß weiterhin eine Anzeige dafür liefern, ob das Telefongerät aufgelegt oder abgenommen ist.
Eine Quelle für den Speisestrom ist üblicherweise eine Zentralbatterieversorgung. Die Zentralbatterieversorgung wird dauernd über eine für diesen Zweck vorgesehene Batterieladevorrichtung auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen. Die Batterieladevorrichtung wird aus Netzleistung betrieben, doch soll im Fall einer Unterbrechung der Netzleistung die Zentralbatterieversorgung weiterhin Speisestrom für eine begrenzte Zeit liefern. Die Batterieladevorrichtung schließt in vielen Fällen einen schaltenden Wechselrichter ein, der als Nebenprodukt seines Betriebs elektrische Störungen erzeugt. Typischerweise besteht eine der Funktionen der Leitungsschnittstellenschaltung darin, zu verhindern, daß Störsignale von irgendeiner Quelle die Verbindung zwischen der Zentralbatterieversorgung und der Telefonleitung überqueren. Beispielsweise wird bei dem US-Patent 4 103 112, das am 25. Juli 1978 auf den Namen von V.V. Korsky mit dem Titel 'Telephone Line Circuit With Differential Loop Current Sensing and Compensation' erteilt wurde, eine Telefonleitung an den Signal- und Rufanschlüssen abgeschlossen, die mit den Signalund Rufwicklungen eines Transformators verbunden sind. Speisegleichstrom wird über 200 Ohm-Signal- und Ruf-Speisewiderstände weitergeleitet, die in Serie zwischen der Batterieversorgung und den Signal- und Rufwicklungen angeschaltet sind. Ein 2,16 Mikrofarad-Kondensator ist zwischen den Signal- und Rufwicklungen angeschaltet. Der Kondensator ergibt einen Impedanzpfad für Wechselstrom-Sprachbandsignale, so daß nur ein sehr geringer Anteil der Signalenergie längs der Speisewiderstände verbraucht wird.
Der Wert des Kondensators ist für die Bestimmung der Abschlußimpedanz der Leitungsschnittstellenschaltung wesentlich. In dem US-Patent 4 864 609, das am 5. September 1989 auf den Namen von M.S. Moisin mit dem Titel 'Telephone Line Interface Circuit' erteilt wurde, wird eine Kompensationsschaltung zur Einstellung des Wertes der Betriebsabschlußimpedanz beschrieben, um eine bessere Annäherung an den Wert einer vorgegebenen bevorzugten Abschlußimpedanz zu erzielen. Die Kompensationsschaltung ist so angeschaltet, daß sie eine Wicklung in dem Transformator in einer dem Strom entgegengesetzten Beziehung bezüglich zu einigen der differentiellen Wechselstromsignale in den Signal- und Rufwicklungen ansteuert. Die differentiellen Wechselstromsignale, die speziell genannt werden, sind die Signale in einem unteren Abschnitt des Sprachfrequenzbereiches, für die eine Impedanz des Kondensators in erheblichem Ausmaß durch die Speisewiderstände kurzgeschlossen ist.
Die US-Patente 4 764 956 vom 16. August 1988 auf den Namen R. Rosch, 4 514 595 vom 30. April 1985 auf den Namen S. Rosenbaum et al., 4 484 032 vom 20. November 1984 auf den Namen S. Rosenbaum, 4 539 438 vom 3. September 1985 auf den Namen S. Rosenbaum et al., 4 532 381 vom 30. April 1985 auf den Namen S. Rosenbaum et al. und 4 571 460 vom 18. Februar 1986 auf den Namen S. Rosenbaum et al. beziehen sich alle auf die Erzielung der erforderlichen Abschlußimpedanz über aktive Schaltungseinrichtungen. Im einzelnen werden Signal- und Rufverstärker in Abhängigkeit von einem Schleifengleichstrom und von differentiellen Wechselstromsignalen gesteuert, die längs der Signal- und Ruf-Speisewiderstände festgestellt werden, um die Abschlußimpedanz zu erzeugen und um Wechselstromsignale zur Übertragung über die Telefonleitung an das Telefongerät zu injizieren. Der festgestellte Leitungsstrom wird weiterhin als Quelle für Wechselstromsignale zur Zuführung an eine Gabelschaltung verwendet, in der Signale von dem Telefongerät über die zugehörige Telefoneinrichtung übertragen werden. In der veröffentlichten europäischen Anmeldung 0 022 561 A werden die Wechselspannungssignalfunktionen der Signal- und Rufverstärker in einem einzigen Verstärker ausgeführt, der mit den jeweiligen Signal- und Rufwicklungen transformatorgekoppelt ist. Der Verstärker wird in Abhängigkeit von Stromsignalen gesteuert, die längs der Signal- und Ruf-Speisewiderstände in einer Weise festgestellt werden, die ähnlich der vorstehend beschriebenen ist.
Das Betriebsverhalten dieser Art von Leitungsschnittstellenschaltung wird in nachteiliger Weise durch die praktischen Grenzen der Gleichtaktunterdrückungseigenschaften von Analog-Differenzverstärkerschaltungen beeinflußt. Diese Eigenschaften können im Interesse der Wirtschaftlichkeit beträchtlich dadurch beeinträchtigt sein, daß die Analog-Differenzverstärker zusammen mit digitalen Schaltungselementen integriert werden, die für eine pulscodemodulierte Zeitmultiplex-Schnittstellenschaltung mit der zugehörigen Telefoneinrichtung wesentlich sind. Die Eigenschaften können weiter beeinträchtigt werden, wenn einer der Signal- und Ruf-Speisewiderstände eine Fehlanpassung aufweist. Beispielsweise kann im Gebrauch einer Leitungsschnittstellenschaltung einer der Signal- und Ruf-Speisewiderstände aufgrund einer unüblichen Belastung altern, wie dies bei einem vorübergehenden elektrischen Vorgang auftreten kann, beispielsweise bei einer Hochspannungsleitungsüberkreuzung oder bei einem Blitzeinschlag in die Telefonleitung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bildet eine Leitungsschnittstellenschaltung zur Lieferung von Speisestrom von Leistungsanschlüssen an eine Zweidraht-Kommunikationsleitung und zur Kopplung von Kommunikationssignalen zwischen der Kommunikationsleitung und einer Telefoneinrichtung über eine Gabelschaltungseinrichtung. Die Leitungsschnittstellenschaltung schließt Signal- und Ruf- Anschlüsse zur Verbindung mit der Zweidraht-Kommunikationsleitung und Gabelschaltungs-Sende- und Empfangsanschlüsse zur Verbindung mit der Gabelschaltungseinrichtung ein. Ein Signalund Ruf-Signalspannungsdetektor spricht auf differentielle Signale, die längs der Signal- und Rufanschlüsse auftreten, und auf Signale an, die an dem Empfangsanschluß auftreten, um ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen. Eine Schleifentreiberschaltung ist in Serie zwischen den Leistungsanschlüssen zur Lieferung des Speisestroms angeschaltet und spricht auf ein Steuersignal an, um Wechselstromsignale über die Signal- und Ruf-Anschlüsse zu speisen. Ein Schleifenstromdetektor ist in Serie zwischen den Signal- und Ruf-Anschlüssen und der Schleifentreiberschaltung angeschaltet, um ein Leitungssignal in Abhängigkeit von einem Stromfluß in der Kommunikationsleitung zu erzeugen. Ein Netzwerk schließt einen ersten Anschluß, der zum Empfang des zusammengesetzen Signals von dem Signal- und Ruf- Signalspannungsdetektor angeschaltet ist, einen zweiten Anschluß, der zum Empfang des Leitungssignals von dem Schleifenstromdetektor angeschaltet ist, und einen dritten Anschluß ein, der mit der Schleifentreiberschaltung zur Lieferung des Steuersignals verbunden ist.
In einem Beispiel der Leitungsschnittstellenschaltung umfaßt das Netzwerk reaktive Impedanzeinrichtungen, die ein kapazitives Bauteil und ein ohmsches Bauteil, die zwischen den ersten und dritten Anschlüssen angeschaltet sind, und ein ohmsches Impedanzelement einschließen, das zwischen den zweiten und dritten Anschlüssen angeschaltet ist. Eines der kapazitiven und ohmschen Bauteile umfaßt eine Vielzahl von Impedanzelementen und eine entsprechende Vielzahl von Schaltern. Jeder der Schalter ist parallel zu einem der Impedanzelemente geschaltet. Jeder der Schalter ist so steuerbar, daß er sich entweder in einem ausgeschalteten Zustand, in dem der Wert des zugehörigen Impedanzelementes längs des Schalters erscheint, oder im eingeschaltetem Zustand befindet, wobei ein Impedanzwert, der kleiner als der Wert des zugehörigen Impedanzelementes ist, längs des Schalters auftritt. Jedes der Impedanzelemente ist in einem vorgegebenen Muster in Serie zwischen den ersten und dritten Anschlüssen angeschaltet, so daß die Eigenschaften des Netzwerkes durch Ändern der Zustände einzelner der Schalter geändert werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Beispielhafte Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Leitungsschnittstellenschaltung gemäß der Erfindung ist,
Fig. 2 ein Schaltbild einer beispielhaften schaltungsmäßigen Ausführung der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 1 ist,
Fig. 3 ein Schaltbild eines geänderten Beispiels eines Schleifenstromdetektors ist, der in der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 1 verwendet werden kann,
Fig. 4 ein Schaltbild eines anderen Beispiels einer Schleifentreiberschaltung ist, die in der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 1 verwendet werden kann,
Fig. 5 u. 6 Schaltbilder von Beispielen von veränderlichen Bauteilen sind, die in irgendeiner der Leitungsschnittstellenschaltungen verwendet werden können, die in den vorhergehenden Zeichnungen gezeigt sind, und
Fig. 7 ein Schaltbild einer weiteren abgeänderten Ausführungsform eines Schleifenstromdetektors ist, der in der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 1 verwendet werden kann.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungform

Die in Fig. 1 gezeigte Leitungsschnittstellenschaltung schließt Signal- und Rufanschlüsse 2 und 3 zur Verbindung mit den Signal- und Rufadern einer (nicht gezeigten) Telefonleitung, Leistungs- (-V) und Erd-(GRD-) Anschlüsse zur Verbindung mit einer (nicht gezeigten) Batterieversorgung und Sende- und Empfangsleitungen Tx und Rx zur Verbindung mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Gabelschaltung ein. Einige der an der Sendeleitung Tx erscheinenden Signale sind für eine zugehörige (nicht gezeigte) Telefoneinrichtung bestimmt und sie werden von der elektronischen Gabelschaltung zur Aussendung in die Telefoneinrichtung ausgewählt. An der Empfangsleitung Rx von der Gabelschaltung auftretende Signale sind zur Aussendung über die Signal- und Rufanschlüsse 2 und 3 auf die Telefonleitung bestimmt.
In der Leitungsschnittstellenschaltung spricht ein Signal- und Ruf-Signalspannungsdetektor 20 auf differentielle Signale an, die längs der Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 auftreten, um ein entsprechendes unsymmetrisches Signal zu erzeugen. Das unsymmetrische Signal und das Empfangssignal werden dazu verwendet, ein zusammengesetztes Signal zu schaffen, das einem ersten Anschluß 47 eines Netzwerkes 40 zugeführt wird und das der elektronischen Gabelschaltung über die Sendeleitung Tx zugeführt wird. Ein Schleifenstromdetektor 30 ist in Serie zwischen einer Schleifentreiberschaltung 50 und den Signal- und Ruf-Anschlüssen derart eingeschaltet, daß der gesamte Strom, der entlang einer Telefonleitung über die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 fließt, auch durch den Schleifenstromdetektor 30 hindurchläuft. Der Schleifenstromdetektor 30 spricht auf einen differentiellen Strom an, der über die Signal- und Ruf- Anschlüsse fließt, um ein Leitungssignal zu erzeugen, das in einer zugehörigen Telefoneinrichtung benutzbar ist, um aufgelegte und abgenommene Telefongeräte-Bedingungen festzustellen. Das Leitungssignal wird weiterhin einem zweiten Anschluß 48 des Netzwerkes 40 zugeführt. Das zusammengesetze Signal und das Leitungssignal werden in dem Netzwerk 40 kombiniert, um ein Steuersignal an einem dritten Anschluß 49 des Netzwerkes 40 zu liefern, der mit einer Schleifentreiberschaltung 50 verbunden ist. Die Schleifentreiberschaltung 50 verbindet die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 mit den Leistungsanschlüssen GRD und -V, um einen Speisegleichstrom für den Betrieb eines Telefongerätes zu liefern, während sich dieses im abgenommenen Zustand befindet. Die Schleifentreiberschaltung 50 liefert weiterhin Wechselstromsignale über die Signal- und Rufanschlüsse, so daß die Leitungsschnittstellenschaltung die Telefonleitung mit einer charakteristischen Impedanz abschließt, die im wesentlichen einer vorgegebenen bevorzugten Impedanz entspricht. Beispielsweise fordern in ganz Nordamerika die meisten Telefonbetriebsgesellschaften eine Abschlußimpedanz, die äquivalent zu 900 Ohm in Serie mit 2,16 Mikrofarad ist.
Ein ausführliches Beispiel der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 1 ist in Fig. 2 gezeigt. In den Figuren sind im allgemeinen Einzelheiten der Leistungsverteilung, Anordnungen von Entkopplungsfiltern und Vorspannungsschaltungen weder gezeigt noch beschrieben, mit Ausnahme der Fälle, in denen dies für einen Fachmann auf dem Gebiet der Elektronik nützlich ist, um die Ausführungsbeispiele der Erfindung zu verstehen.
Der Signal- und Ruf-Signalspannungsdetektor 20 schließt eine Signal-Verstärkerschaltung und eine Ruf-Verstärkerschaltung ein. Die Signal-Verstärkerschaltung ist durch einen Verstärker 21 gebildet, der in der gezeigten Weise mit Widerständen 22 und 23 und einem Kondensator 24 beschaltet ist. Die Ruf-Verstärkerschaltung ist durch einen Verstärker 25 gebildet, der in der gezeigten Weise mit Widerständen 26 und 27 und einem Kondensator 28 beschaltet ist. Die Kondensatoren 24 und 28 dienen zur Trennung der jeweiligen Verstärker 21 und 25 von Gleichspannungspotentialen an den Signal- und Ruf-Anschlüssen 2 und 3. Ein Widerstand 29 ist zwischen dem Ausgang des Verstärkers 21 und dem Eingang des Verstärkers 25 derart angeschaltet, daß in Kombination lediglich differentielle Signale, die längs der Signal- und Ruf-Anschlüsse auftreten, am Ausgang des Verstärkers 25 wiedergegeben werden. In diesem Beispiel beträgt der Widerstandswert des Widerstands 22 ungefähr 1/10 des Wertes der Widerstände 23 und 27, um im wesentlichen jede Möglichkeit zu verringern, daß einer der Verstärker 21 und 25 in einen nichtlinearen Betriebsbereich durch das Vorhandensein von Gleichtaktsignalen angesteuert wird, wie sie auf einer Telefonleitung durch den Einfluß einer Netzleitung induziert werden könnten. Empfangssignale von der elektronischen Gabelschaltung, die für die Telefonleitung bestimmt sind, werden über den Empfangsanschluß Rx, der mit 61 bezeichnet ist, und einen Widerstand 62 dem Eingang des Differenzverstärkers 25 zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 25 ist mit dem ersten Anschluß des Netzwerkes 40 und mit dem Sendeanschluß Tx verbunden, der mit 64 bezeichnet ist.
Der Schleifenstromdetektor 30 schließt ein Widerstandsnetzwerk mit einem Signal-Speisewiderstand 12 und einem Ruf-Speisewiderstand 13 ein, von denen jeder praktisch alle die Ströme führt, die die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 bzw. 3 durchqueren. Die Speisewiderstände sollten in der Lage sein, mehrere Watt Verlustleistung aufzunehmen und sie sollten Werte von ungefähr 200 Ohm haben und sie sind üblicherweise bis auf 1 % aneinander angepaßt. Das Widerstandsnetzwerk schließt weiterhin Signal- und Ruf-Spannungsteiler 14 und 15 ein, die durch Widerstände 14a und 14b und Widerstände 15a und 15b gebildet sind, die in der gezeigten Weise geschaltet sind, um Signal- und Ruf-Anzapfungen 16 und 17 zu bilden. Die Werte der Widerstände 14a, 14b, 15a und 15b sind üblicherweise bis auf einen Bereich innerhalb von plus und minus 1 % aneinander angepaßt. Die Signal- und Ruf-Anzapfungen 16 und 17 sind längs eines Differenzeinganges eines Differenzverstärkers 31 angeschaltet, der in der dargestellten Weise mit Widerständen 32 und 33 beschaltet ist. Die Werte der Widerstände 32 und 33 sind ebenfalls in ähnlicher Weise auf innerhalb von plus minus 1 % aneinander angepaßt. Ströme, die auf Ströme in den Signal- und Ruf-Speisewiderständen 12 und 13 zurückgehen, werden über die Signal- und Ruf-Anzapfungen 16 und 17 und die Widerstände 32 bzw. 33 weitergeleitet. Damit ist der Differenzverstärker 31 direkt angeschaltet, um das weiter oben erwähnte Leitungssignal zu erzeugen, das differentielle Ströme darstellt, die die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 durchlaufen. Das Leitungssignal wird einer Überwachungsleitung 66 zur Verwendung in der Telefoneinrichtung und einem zweiten Anschluß des Netzwerkes 40 über einen Kondensator 34 zugeführt. Der Kondensator 34 dient zur Trennung des Netzwerkes 40 von dem Gleichstrompotential am Ausgang des Verstärkers 31.
Das Netzwerk 40 schließt einen Widerstand 42 und einen Kondensator 44, die in Serie zwischen den ersten und dritten Anschlüssen angeschaltet sind, und einen Widerstand 41 ein, der zwischen den zweiten und dritten Anschlüssen angeschaltet ist. Dies soll die vorher erwähnte Abschlußimpedanz von 900 Ohm in Serie mit 2,15 Mikrofarad ergeben. Es wurde festgestellt, daß in einem unteren Bereich des Sprachfrequenzbandes eine engere Einhaltung der bevorzugten Abschlußimpedanz erzielt wird, wenn die RC-Werte des Kondensators 24 und des Widerstandes 23 und des Kondensators 28 und des Widerstandes 27 ungefähr gleich dem RC-Wert des Kondensators 34 und des Widerstandes 41 sind. Ein Widerstand 43 ist als optional dargestellt und er ist in den Fällen erforderlich, wenn die Standardleitungsabschlußimpedanz einer Telefonbetriebsgesellschaft einen Parallelwiderstandswert einschließt.
In diesem Beispiel ist der Widerstandswert des Widerstandes so ausgewählt, daß er 900 Ohm multipliziert mit einem Wert x ist, und der Kapazitätswert des Kondensators ist so ausgewählt, daß er 2,16 Mikrofarad dividiert durch den Wert x ist. Der Wert x kann wie folgt bestimmt werden:
Der Wert K&sub1; stellt eine Strom-Spannungs- Übertragungsfunktion des Schleifenstromdetektors 30 derart dar, daß
V&sub1; = K&sub1;I(T-R) ist.
K&sub2; stellt eine Spannungs-/Spannungs- Übertragungsfunktion des Signal- und Ruf- Signalspannungsdetektors 20 dar, derart, daß
V&sub2; = K&sub2;V(T-R) ist, so ist
1/x = K&sub1;/RK&sub2;, d.h. x = RK&sub2;/K&sub2;
worin I(T-R) der differentielle Leitungsstrom und V(T-R) die differentielle Leitungsspannung ist.
In dem dargestellten Beispiel gilt: R = 5 Kiloohm
K&sub1; = 25 mV/mA
K&sub2; = 1.00
x = 200.
Die Schleifentreiberschaltung 50 schließt einen Verstärker 51 mit einem mit dem dritten Anschluß des Netzwerkes 40 verbundenen Eingang und einem Ausgang ein, der mit einer Primärwicklung 6 eines Transformators 10 verbunden ist. Ein Gegenkopplungswiderstand 52 ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeschaltet und weist einen Wert auf, der so ausgewählt ist, daß der Verstärker 51 mit einer Verstärkung von ungefähr 100 arbeitet. Der Transformator 10 schließt eine in Serie mit dem Signal- Speisewiderstand und dem Erd-Leistungsanschluß GRD eingeschaltete Signal-Wicklung 4 und eine Ruf-Wicklung 5 ein, die in Serie mit dem Ruf-Speisewiderstand und dem Leistungsanschluß -V geschaltet ist. Ein Kondensator 7 ist längs der Signal- und Ruf-Wicklungen 4 und 5 angeschaltet, um elektrische Störungen zu verringern, die von der Batterieladevorrichtung ausgehen können. Die Wicklungen sind so gepolt, wie dies in Fig. 2 durch die übliche Punkt-Darstellung angezeigt ist. Im Betrieb wird Speisegleichstrom entlang eines Pfades zugeführt, der die Leistungsanschlüsse und die Signalund Ruf-Wicklungen 4 und 5 einschließt, die in einer Magnetflußverstärkungsrichtung gepolt sind.
Ein geeigneter Transformator kann so aufgebaut werden, daß die Signal- und Ruf-Wicklungen jeweils 376 Windungen aus isoliertem 0,08 mm (40 AWG) Kupferdraht aufweisen, während die Primärwicklung 376 Windungen aus isoliertem 0,05 mm (43 AWG) Kupferdraht aufweist. Die Windungen werden auf einen Transformatorkern aus Ferritmaterial aufgebracht. Ein geeigneter Kern mit der Identifikation #EM6 ist von der Fa. Thompson Passive Components, 50 Rue J.O. Timbaud/BT13/92403, Courbevoie, Cedex, Frankreich erhältlich. Eine Sättigung durch Schleifenströme von bis zu 100 Milliampere wird dadurch vermieden, daß die Anzahl der Windungen in den Signal- und Ruf-Wicklungen begrenzt wird und daß in dem dem Kern des Transformators ein Spalt von ungefähr 0,38 mm vorgesehen wird. Bei einem Beispiel der Leitungsschnittstellenschaltung haben sich die nachfolgend aufgeführten Bauteilwerte als befriedigend herausgestellt: Bauteil Wert Einheiten Widerstand Kondensator Ohm Kiloohm Megohm Mikrofarad Nanofarad
In Fig. 3 ist ein abgeändertes Beispiel eines Schleifenstromdetektors 130 anstelle des Schleifenstromdetektors 30 nach den Fig. 1 und 2 eingesetzt. In jeder anderen Hinsicht stimmt die Fig. 3 mit den vorangehenden Figuren überein. In diesem Beispiel ist der Schleifenstromdetektor durch ein Hall-Effekt-Bauteil 139 gebildet, das in Kombination mit Signal- und Ruf-Leitern 112 und 113 so angeordnet ist, daß es auf differentielle Ströme anspricht, die die Signal- und Ruf-Anschlüsse 1 und 2 durchlaufen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Signal- und Ruf-Leiter derart angeordnet sind, daß Gleichtaktströme einen den Magnetfluß aufhebenden Effekt haben, wie dies gezeigt ist. Im Betrieb erzeugt das Hall-Effekt-Bauteil 139 eine Ausgangsspannung mit einer Größe, die der Magnetflußintensität entspricht, und mit einer Polarität, die der Richtung des Magnetflusses entspricht. Diese Anordnung beseitigt die Forderung nach einer Gleichtaktunterdrückungscharakteristik in einem nachfolgenden Verstärker. Die Ausgangsspannung wird zweckmäßigerweise in einer invertierenden Verstärkerschaltung verstärkt, die bei 139a gezeigt ist.
In Fig. 4 ist ein abgeändertes Beispiel einer Schleifentreiberschaltung 150 anstelle der Schleifertreiberschaltung 50 nach den Fig. 1 und 2 eingesetzt. Im übrigen entspricht diese Figur den vorhergehenden Figuren. In diesem Beispiel schließt die Schleifentreiberschaltung 150 den Verstärker 51 wie in Fig. 2 ein, doch werden die Funktionen des Transformators 10 durch Signal- und Ruf-Verstärker 154 und 157 erfüllt. Der Signal- Verstärker 154 schließt einen Eingang ein, der mit dem Ausgang des Verstärkers 151 über einen Widerstand 153 gekoppelt ist. Der Ruf-Verstärker 157 schließt einen Eingang ein, der mit einem Ausgang des Verstärkers 154 über einen Widerstand 156 gekoppelt ist. Schaltungswerte, wie sie weiter oben für die Ausführung der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 2 vorgeschlagen wurden, können zur Ausführung der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 4 befriedigend sein, vorausgesetzt, daß die Werte der Gegenkopplungswiderstände 155 und 158 so gewählt sind, daß die Signal- und Ruf-Verstärker jeweils mit einer Verstärkung von 1 betrieben werden. Für den Betrieb sind die Signal- und Ruf- Verstärker 154 und 157 jeweils mit der Zentralbatterieversorgung über (nicht gezeigte) Leistungsanschlüsse verbunden. Die Ausgänge der Signal- und Ruf-Verstärker können in der gezeigten Weise geschaltet sein, um einen Speisegleichstrom und für die Telefonleitung bestimmte Signale an die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 über den Schleifenstromdetektor 30 oder über den Schleifenstromdetektor 130 zu liefern. Im Hinblick auf den Einsatz der Festkörperverstärker anstelle des Verstärkers 10 kann die Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 4 in der Herstellung wirtschaftlicher sein. Weiterhin können aktive Signal- und Ruf- Speiseeinrichtungen, wie z.B. die Verstärker 154 und 157 ohne weiteres so angepaßt werden, daß sie eine Speisestrom- Begrenzungsfunktion ergeben, die an kurzen Teilnehmerschleifen vorteilhaft ist, die normalerweise beispielsweise mehr als 50 Milliampere oder dergleichen aus der Zentralbatterieversorgung ziehen. Die Leitungsschnittstellenschaltung kann jedoch auch empfindlicher gegenüber kurzzeitigen Störungen, wie z.B. Blitzeinschlägen sein. Entsprechend kann es vorteilhaft sein, die Ausführungsform nach Fig. 4 auf Anwendungen mit Schleifen zu beschränken, bei denen die Wahrscheinlichkeit solcher Vorfälle am geringsten ist.
Das Netzwerk 40 kann eine oder mehrere als integrierte Schaltungen ausgeführte Widerstands- und Kondensatorbauteile einschließen, die in Abhängigkeit von digitalen Steuersignalen änderbar sind. Beispiele sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. In Fig. 5 schließt eine Widerstandseinrichtung Widerstände R1 bis R16 ein, die in Kombination mit Schalterspalten COL 0 bis COL 15 geschaltet sind, die jeweils in eindeutiger Weise auf digitale Steuersignale ansprechen, die an Anschlüssen A - D zugeführt werden, um einen ausgewählten vorgegebenen Widerstandswert längs der Anschlüsse 96 und 97 zu liefern. Jede der Spalten ist durch eine Kombination von Feldeffekttransistoren (FET's) gebildet, wobei direkt ansprechende Typen bei 92 mit Gate-Elektroden 95 gezeigt sind, während invertierend ansprechende Typen bei 93 mit Gate-Elektroden 95' dargestellt sind. Die Eindeutigkeit des Ansprechverhaltens jeder Spalte ist durch Anordnungen von Kurzschlußleitern bestimmt, wie dies bei 94 dargestellt ist. In Fig. 6 schließt eine kapazitive Einrichtung Kondensatoren C1 bis C16 ein, die mit Spalten mit abgekürzter Darstellung angeordnet sind, die jedoch denen in Fig. 5 entsprechen. Die kapazitive Einrichtung spricht in eindeutiger Weise auf ein digitales Steuersignal an, daß an Anschlüssen W - Z angelegt wird, wobei lediglich der Anschluß Z gezeigt ist, um einen ausgewählten vorgegebenen Kapazitätswert längs der Anschlüsse 98 und 99 zu liefern. Dies sind lediglich Beispiele von in zweckmäßiger Weise steuerbaren Einrichtungen, mit deren Hilfe die charakteristische Abschlußimpedanz der Leitungsschnittstellenschaltung nach der Herstellung ausgewählt werden kann, um sie an die Forderungen einer bestimmten Telefongesellschaft anzupassen.
Ein weiteres abgeändertes ausführliches Beispiel der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 1 ist in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 7 ist der Signal- und Ruf- Signalspannungsdetektor durch einen Differenzverstärker 121 mit invertierenden und nicht invertierenden Eingängen gebildet, die mit den Ruf- und Signalanschlüssen 3 und 2 über Serienkombinationen eines Widerstandes 127 und eines Kondensators 128 bzw. eines Widerstandes 123 und eines Kondensators 124 verbunden sind. Eine Vorspannung VB ist mit dem nicht-invertierenden Eingang über einen Widerstand 122b verbunden, und ein Gegenkopplungswiderstand 122 ist zwischen einem Ausgang des Differenzverstärkers 121 und dessen invertierendem Eingang eingeschaltet. Der Ausgang ist weiterhin über einen Widerstand 129 mit einem Eingang eines invertierenden Verstärkers 125 verbunden. Ein Ausgang des invertierenden Verstärkers 125 ist direkt mit einem ersten Anschluß eines Netzwerkes 140 verbunden und ein Gegenkopplungswiderstand ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang des invertierenden Verstärkers 125 eingeschaltet. Ähnlich wie bei dem anhand der Fig. 2 beschriebenen Beispiels ist ein Ausgang einer nicht gezeigten elektronischen Gabelschaltung so angeschaltet, daß er Empfangssignale, die für die Telefonleitung bestimmt sind, dem Eingang des invertierenden Verstärkers 125 über den Widerstand 62 zuführt. Damit wird ein zusammengesetztes Signal, das Komponenten der differentiellen Signale an der Telefonleitung und für die Telefonleitung bestimmte Empfangssignale einschließt, am Ausgang des invertierenden Verstärkers 125 erzeugt und dieses Signal wird dem ersten Anschluß des Netzwerkes 140 und einem Eingang der elektronischen Gabelschaltung zugeführt.
Ein Schleifenstromdetektor schließt ein Widerstandsnetzwerk mit einem Signal-Speisewiderstand 112 und einem Ruf-Speisewiderstand 113 ein, die jeweils praktisch die gesamten Ströme leiten, die die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 bzw. 3 durchlaufen. In diesem Beispiel können die Speisewiderstände durch Widerstandselemente gebildet sein, die vorzugsweise Werte haben, die innerhalb eines halben Prozentes aneinander angepaßt sind. Das Widerstandsnetzwerk schließt weiterhin Signal- und Ruf-Spannungsteiler 114 und 115 ein, die Widerstandselemente mit Werten aufweisen, die auf ungefähr ein halbes Prozent genau aneinander angepaßt sind. Signal- und Ruf-Spannungsanzapfungen 114 und 117 sind längs der Spannungsteiler 137 und 136 angeschaltet. Ein invertierender Verstärker 135 schließt einen invertierenden, mit einer Spannungsanzapfung 137a verbundenen Eingang, einen nicht-invertierenden, über einen Widerstand 138 mit der Vorspannung VB verbundenen Eingang und einen Ausgang ein, der mit einer Spannungsanzapfung 136a zwischen Widerständen 136 und 138' in der gezeigten Weise angeschaltet ist. Ein Differenzverstärker 131 ist mit Widerständen 132 und 133 in der gezeigten Weise beschaltet, wobei nicht-invertierende und invertierende Eingänge mit den Signal- und Ruf-Spannungsanzapfungen 116 und 117 verbunden sind. Die ohmschen Werte der in dem Spannungsteiler 137 gezeigten Bauteile sind vorzugsweise auf Werte innerhalb weniger Prozent aneinander angepaßt, so daß im Betrieb des Verstärkers 135 der größte Teil, wenn nicht alle Gleichtaktsignale, die in einer an den Signal- und Ruf-Anschlüssen angeschalteten Telefonleitung induziert oder auf andere Weise eingekoppelt werden, im wesentlichen zu Null gemacht werden, wobei lediglich differentielle Signale von den Signal- und Ruf-Spannungsanzapfungen 116 und 117 weitergeleitet werden.
Ein Netzwerk 140 hat vorzugsweise eine Durchlaßcharakteristik, die auf die interessierenden Betriebsfrequenzen begrenzt ist. Das Netzwerk 140 kann aktive Bauteile und einstellbare Bauteile einschließen, wie sie als Beispiele in den Fig. 6 und 5 angegeben sind, so daß es programmierbar ist, um auf irgendeine spezielle Anwendung zugeschnitten zu werden. Das Netzwerk 140 schließt Widerstände 146 und 145 ein, die zur Erleichterung der Diskussion außerhalb des Netzwerkes 140 in Fig. 7 gezeigt ist. Ähnlich wie das weiter oben erläuterte Netzwerk 40 schließt das Netzwerk 140 einen ersten zum Empfang des zusammengesetzen Signals angeschlossenen Anschluß, einen zweiten mit dem Ausgang des Verstärkers 131 verbundenen Anschluß zum Empfang eines Überwachungssignals und einem dritten Anschluß zur Zuführung eines Steuersignals von dem Netzwerk 140 an einen gepufferten Eingang einer Schleifentreiberschaltung ein. Bei der Schleifentreiberschaltung ist der gepufferte Eingang durch einen Verstärker 161 gebildet, der eine durch einen Widerstand 162a bestimmte Verstärkung aufweist. Eine Klasse-AB-Stromverstärkerschaltung 163 spricht auf Wechselstromsignale an dem Ausgang des Verstärkers 151 an, um den Transformator 100 mit Wechselstromsignalen anzusteuern, die auf eine Telefonleitung über die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 angekoppelt werden sollen. Die Klasse-AB- Stromverstärkerschaltung 163 schließt einen Gegentaktausgang ein, der zur Ansteuerung jeweiliger Hälften 106a und 106b einer mittelangezapften Primärwicklung in dem Transformator 100 angeschaltet ist. Signal- und Ruf-Wicklungen 104 und 105 in dem Transformator 100 sind in Serie mit den Signal- und Ruf- Anschlüssen 2 und 3 geschaltet, wie dies gezeigt ist. Es sei bemerkt, daß im Gegensatz zu anderen Beispielen der Leitungsschnittstellenschaltung in diesem Beispiel ein Strombegrenzer 109 in Serie zwischen der Ruf-Wicklung 105 und dem Sprechbatterieanschluß -V eingeschaltet ist. Der Strombegrenzer 109 ist so ausgebildet, daß er unterhalb des Sprachfrequenzbandes wirksam ist, um den Speisegleichstrom zu begrenzen, der über die Signal- und Ruf-Anschlüsse 2 und 3 geliefert wird. Der Strombegrenzer 109 wird beispielsweise in dem Fall wirksam, wenndie Telefonleitung kurzgeschlossen wird, oder wenn ein Erdfehler auf der Telefonleitung auftritt. Ein Dämpfungsnetzwerk, das einen Kondensator 107 und einen Widerstand 108 einschließt, die längs der Signal- und Ruf-Anschlüsse angeschaltet sind, verringert jede Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Schwingungen, die außerhalb des interessierenden Betriebsfrequenzbereiches auftreten können. Die spezielle in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform der Erfindung wurde für Zwecke einer effizienten Produktion so ausgelegt, daß sie vorteilhaft ist. Beispielsweise ergibt die Verwendung des Klasse-AB-Gegentaktverstärkers 163 eine Treiberschaltung, die es ermöglicht, daß der Transformator 100 einen verringerten Raumbedarf und Kosten verursacht, verglichen mit dem Transformator, der für den bevorzugten Betrieb der Leitungsschnittstellenschaltung nach Fig. 2 erforderlich ist. Weiterhin ermöglicht die Verwendung eines getrennten Strombegrenzers, der Frequenzen des Sprachbereiches und höher weiterleitet, eine weitere Verringerung des Raumbedarfes des Transformators und verringert weiterhin die maximalen Leistungsbelastbarkeitsforderungen für die Signal- und Ruf-Speisewiderstände. Im Beispiel nach Fig. 7 kann ein geeigneter Transformator auf einem Eisenpulverkern von Typ # E13-40 aufgebaut werden, der von der Fa. Micrometals Inc., 1190 N. Hawk Circle, Anaheim, Kalifornien 92807-1788 erhältlich ist. Der Kern trägt Signal- und Ruf-Wicklungen von jeweils 600 Windungen aus isoliertem 0,1 mm (38 AWG) Kupferdraht und eine Primärwicklung von 600 Windungen pro Hälfte aus isoliertem 0,08 mm (40 AWG) isoliertem Kupferdraht.

Claims

1. Leitungsschnittstellenschaltung zur Lieferung von Speisestrom von Leistungsanschlüssen an eine Zweidraht-Kommunikationsleitung und zur Kopplung von Kommunikationssignalen zwischen der Kommunikationsleitung und einer Telefoneinrichtung über eine Gabelschaltungseinrichtung, wobei die Leitungsschnittstellenschaltung folgende Teile einschließt:

Signal- und Ruf-Anschlüsse (2,3) zur Verbindung mit der Zweidraht-Kommunikationsleitung;

Gabelschaltungs-Empfangs- und Sendeanschlüsse (61,64) zur Verbindung mit der Gabelschaltungseinrichtung;

eine Schleifentreiberschaltung (50), die in Serie zwischen den Leistungsanschlüssen geschaltet ist, um den Speisestrom zu liefern, und die auf ein Steuersignal zur Zuführung von Wechselstromsignalen über die Signal- und Ruf-Anschlüsse anspricht;

einen Schleifenstromdetektor (30), der in Serie zwischen den Signal- und Ruf-Anschlüssen und der Schleifentreiberschaltung angeschaltet ist, um ein Überwachungssignal in Abhängigkeit von einem Stromfluß auf der Kommunikationsleitung zu erzeugen;

ein Netzwerk (40) zur Lieferung des Steuersignals in Abhängigkeit von dem Überwachungssignal von dem Schleifenstromdetektor;

wobei die Leitungsschnittstellenschaltung gekennzeichnet ist, durch:

einen Signal- und Ruf-Signalspannungsdetektor (20), der mit den Signal- und Ruf-Anschlüssen und mit dem Empfangsanschluß verbunden ist und auf Signale an dem Empfangsanschluß in Kombination mit differentiellen Spannungssignalen mit zumindestens einer Sprachbereichsfrequenz anspricht, die längs der Signal- und Ruf-Anschlüsse auftreten, um ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen; und

daß das Netzwerk einen ersten Anschluß (47), der zum Empfang des zusammengesetzten Signals von dem Signal- und Ruf- Signalspannungsdetektor angeschaltet ist, einen zweiten Anschluß (48), der zum Empfang des Überwachungssignals von dem Schleifenstromdetektor angeschaltet ist, und einen dritten Anschluß (49) zur Lieferung des Steuersignals an die Schleifentreiberschaltung aufweist.

2. Leitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 1, bei der der Signal- und Ruf-Signalspannungsdetektor gekennzeichnet ist durch:

eine erste Verstärkerschaltung (21-24), die auf Wechselspannungssignale an dem Signal-Anschluß anspricht, die von zumindestens einer Sprachbereichs-Frequenz sind, um ein erstes Signal zu erzeugen;

eine zweite verstärkerschaltung (25-29), die auf Wechselspannungssignale an dem Ruf-Anschluß, die zumindestens von einer Sprachbereichs-Frequenz sind, auf die Signale an dem Sendeanschluß und auf das erste Signal anspricht, um das zusammengesetzte Signal zu erzeugen.

3. Leitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 2, bei der die erste Verstärkerschaltung gekennzeichnet ist durch:

einen ersten Verstärker (21), einen ersten Eingangskondensator (24), der in Serie mit einem ersten Eingangswiderstand (23) zwischen dem Signal-Anschluß und einem Eingang des ersten Verstärkers eingeschaltet ist, und einen ersten Gegenkopplungswiderstand (22), der zwischen dem Eingang des ersten Verstärkers und einem Ausgang des ersten Verstärkers eingeschaltet ist, und

bei der die zweite Verstärkerschaltung gekennzeichnet ist durch:

einen zweiten Verstärker (25), einen zweiten Eingangskondensator (28), der in Serie mit einem zweiten Eingangswiderstand (27) zwischen dem Ruf-Anschluß und einem Eingang des zweiten Verstärkers eingeschaltet ist, einen ersten Summierwiderstand (29), der zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkers und dem Eingang des zweiten Verstärkers eingeschaltet ist, einen zweiten summierwiderstand (62), der zwischen dem Empfangsanschluß und dem Eingang des zweiten Verstärkers eingeschaltet ist, einen zweiten Gegenkopplungs- widerstand (26), der zwischen einem Ausgang des zweiten Verstärkers und dem Eingang des zweiten Verstärkers eingeschaltet ist.

4. Leitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 1, bei dem das Netzwerk eine Vielzahl von Impedanzelementen einschließt und die Leitungsschnittstellenschaltung weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß eines der Impedanzelemente des Netzwerkes:

eine Vielzahl von Impedanzelementen und eine Vielzahl von Schaltern umfaßt, die in Serie mit jeweils einem der Impedanzelemente geschaltet sind, wobei jeder der Schalter in eindeutiger Weise so steuerbar ist, daß er sich in einem AUS- Zustand und einem EIN-Zustand befindet, und wobei jedes der Impedanzelemente in einem vorgegebenen Muster zwischen den ersten und dritten Anschlüssen eingeschaltet ist.

5. Leitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 1, bei der die Schleifentreiberschaltung folgende Teile einschließt:

eine Spannungsverstärkerschaltung (151,158), die einen zum Empfang des Steuersignals von dem Netzwerk angeschalteten Eingang und einen Ausgang aufweist,

einen Transformator (100) mit einer Signalwicklung (104), die in Serie mit dem Signal-Anschluß und einem der Leistungsanschlüsse geschaltet ist, mit einer Ruf-Wicklung (105), die in Serie zwischen dem Ruf-Anschluß und dem anderen der Leistunganschlüsse geschaltet ist, wobei die Signal- und Ruf-Wicklungen Pfade für den Speisestromfluß bilden und so gepolt sind, daß der Speisestromfluß eine magnetflußunterstützende Wirkung aufweist, und mit einer Primärwicklung (106a, 106b), die in Serie mit einem Ausgang des Spannungsverstärkers geschaltet ist, wobei die Leitungsschnittstellenschaltung weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß

eine Gleichstrombegrenzungsschaltung (109) in Serie zwischen einem der Leistungsanschlüsse und einer der Signal- und Ruf-Wicklungen eingeschaltet ist.

6. Leitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstrombegrenzungsschaltung (109) in Serie zwischen einen der Leistungsanschlüsse und die Schleifentreiberschaltung eingeschaltet ist, daß die Strombegrenzungsschaltung zur Begrenzung des Gleichstromflusses über die Leistungsanschlüsse auf einen vorgegebenen Grenzwert dient, so daß in dem Fall, daß eine an den Signal- und Ruf- Anschlüssen angeschaltete Telefonleitung kurzgeschlossen ist, oder wenn ein Erdfehler entlang einer Telefonleitung auftritt, die an den Signal- und Ruf-Anschlüssen angeschaltet ist, der Gleichstromfluß daran gehindert ist, einen vorgegebenen Grenzwert zu überschreiten.

7. Leitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 1, bei der der Signal- und Ruf-Signalspannungsdetektor folgende Teile umfaßt

einen Verstärker (121) mit einem Ausgang und Differenzeingängen

einen ersten Eingangskondensator (124), der in Serie mit einem ersten Eingangswiderstand (123) zwischen dem Signal- Anschluß und einem der Differenzeingänge eingeschaltet ist,

einen zweiten Eingangskondensator (128), der in Serie mit einem zweiten Eingangswiderstand (127) zwischen dem Ruf-Anschluß und dem anderen der Differenzeingänge eingeschaltet ist,

einen ersten Gegenkopplungswiderstand (122), der zwischen einem invertierenden Eingang des einen und des anderen Differenzeinganges und dem Ausgang des ersten Verstärkers eingeschaltet ist, und

einen zweiten Verstärker (125), der einen mit dem ersten Anschluß des Netzwerkes und mit dem Gabelschaltungs-Sendeanschluß verbundenen Ausgang und einen Eingang aufweist, der über einen Widerstand (129) mit dem Ausgang des ersten Verstärkers und über einen Widerstand (62) mit dem Gabelschaltungs-Empfangsanschluß verbunden ist.