DE69231822T2

DE69231822T2 - Treiberschnittstelle für einen telephonischen Leitungschalter zum Einschalten einer Sprechschaltung unabhängig von der Leistungspolarität

Info

Publication number: DE69231822T2
Application number: DE69231822T
Authority: DE
Inventors: Carlo Antonini; Pietro Consiglio; Gianpietro Vanalli
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2012-12-31
Also published as: JPH06303290A; DE69231822D1; US5461670A; JP3457983B2; EP0613275A1; EP0613275B1

Description

Die Erfindung betrifft Telefongeräte für Teilnehmersysteme und insbesondere Telefonteilnehmergeräte, die monolithisch integriert werden können.
In Telefonschaltungen, die auf einem Chip basieren und zum Ausführen mehrerer Funktionen dienen, welche normalerweise durch diskrete integrierte Schaltkreise ausgeführt werden, wie moderne Sprach-, Klingel- und Tonschaltungen, ist der gemeinsame Bezugspunkt des Systems, sowohl physisch als auch elektrisch, individuell und fällt mit dem Substrat des Halbleitermaterials zusammen, in dem der gesamte Ein-Chip-Schaltkreis integriert ist.
In einem Telefonteilnehmersystem sind die Sprachschaltung und die Klingelschaltung beide mit der Telefonleitung verbunden und erhalten ihre Energie über diese.
Während der Klingelphase muß jedoch jede Kopplung zwischen den beiden Schaltungen verhindert werden, z. B. durch Abtrennen der Sprachschaltung über Schalter, wohingegen während der Sprechphase die Klingelschaltung deaktiviert werden muß.
Heutige Standards der Telefonunternehmen erfordern ferner, daß die Klingelschaltung von der Telefonleitung in bezug auf die Leitungspolarität Gleichstrom-entkoppelt ist. Dies erfordert, wie der Fachmann auf diesem Gebiet klar erkannt hat, entweder das Vorsehen eines RC- Doppelnetzwerkes oder das Einbauen eines traditionellen elektrischen Schalters, der leicht integriert werden kann.
Es ist verständlich, daß die zuletzt genannte Lösung diejenige ist, die man normalerweise wählen würde, wenn die Telefonschaltungen in einem Chip realisiert werden sollen. In einem Telefonteilnehmersystem wird die Sprechphase gestartet, indem die Gleichstromleitung mit der Sprechschaltung verbunden wird, wenn der Hörer aufgenommen wird, oder bei anspruchsvolleren Designs aufgrund eines Impulses, der von einer Tastatur ausgegeben Eine Ein-Chip-Telefonleitungsschnittstelle dieser Art ist z. B. in folgendem Artikel beschrieben: "A single-chip telephone line interface in BCD technology" von Consiglio et al., IEEE International Solid-State Circuits Conference, Februar 1992, New York, U. S. A.
Dieser Telefonschnittstellenschaltkreis umfaßt Sprachschaltungen, die von der Telefonleitung mittels Schalter getrennt werden, die über einen Tastaturschalter angesteuert werden. Wenn man jedoch die Leitung mit der Sprachschaltung verbinden oder anklemmen möchte, ohne den Hörer aufzunehmen und ohne physisch auf das Telefongerät einzuwirken, z. B. durch Drücken von Tasten - wenn statt dessen die Einwirkung einer externen elektrischen Steuerung bevorzugt wird - sind Probleme dadurch entstanden, daß die Leitungspolarität nicht definiert ist und daß das eigene Bezugspotential der Leitung von dem Bezugspotential des Ein-Chip-Schaltkreises, d. h. seines Substrats, abweicht.
Ein Eingangsanschluß des Gerätes - nämlich der, der mit dem Anschluß der Polaritätsbrücke verbunden ist, die üblicherweise eine Diodenbrücke ist, die die Verbindung der Sprachschaltung mit der Leitung ermöglicht - kann tatsächlich ein negatives Potential im Verhältnis zu der Systembezugsebene, d. h. dem Substrat eines Bauteils, annehmen.
Um Schwierigkeiten zu vermeiden, die durch die verschiedenen elektrischen Referenzen entstehen, war es übliche Praxis, in den meisten Fällen entweder elektromechanische Einrichtungen oder optoelektrische Komponenten zu verwenden, die effektiv, jedoch teuer sind. Das zugrundeliegende technische Problem dieser Erfindung ist es, ein Telefonteilnehmersystem mit einem monolithisch integrierten Leitungsschalter vorzusehen, der durch externe elektrische Signale angesteuert werden kann und der die Sprachschaltung selbst dann aktivieren kann, wenn die Telefonleitung und das Teilnehmersystem unterschiedliche Bezugspotentiale haben.
Dieses Problem wird durch ein Telefonteilnehmersystem gemäß Anspruch 1 gelöst, insbesondere durch den kennzeichnenden Teil.
Merkmale und Vorteile eines Telefonteilnehmersystems gemäß der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, die als Beispiel und nicht als Beschränkung dient, in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan, teilweise in Form eines Blockdiagramms, eines Telefonteilnehmersystems gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 einen Schaltplan einer möglichen Ausführungsform des Teils des Telefonteilnehmersystems, der die Erfindung kennzeichnet.
Der in dem Schaltplan der Fig. 1 gezeigte Schaltkreis umfaßt eine erste, PP, und eine zweite, PR, Diodenbrücke, die jeweils eine Sprachschaltung SPC und eine Klingelschaltung RIN mit einer Telefonteilnehmerleitung verbinden können, welche durch einen Block SL dargestellt ist. Beide Brückenschaltungen haben einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß zur Verbindung mit der Leitung.
Die Brückenschaltung PR ist jedoch von der Leitung über einen Widerstand R und einen Kondensator C Gleichstrom-entkoppelt.
Sie dient als eine Gleichrichterbrücke für die Klingelsignale, wodurch die Klingelschaltung aktiviert wird, um die Klingel des Teilnehmergeräts in Gang zu setzen.
Andererseits dient die Brückenschaltung PP zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Polarität an zwei Anschlüssen ("+" und "-") zur Verbindung mit der Sprachschaltung, unabhängig von der Leitungspolarität.
Über diesen Anschlüssen ist eine erste Schaltkreis-Umschaltvorrichtung SW1 angeschlossen, die von dem Benutzer aktiviert werden kann, wenn er den Hörer aufnimmt oder ein Impuls von einer Tastatur auslöst.
Sie steuert zwei weitere Schaltkreis-Umschaltvorrichtungen SW2 und SW3, wodurch die Sprechschaltung über ein Anschlußpaar mit den "+"- und "-"-Anschlüssen der Brückenschaltung PP verbunden wird.
Die oben genannten drei Schaltkreis-Umschaltvorrichtungen dienen als Schalter, welche die Sprechschaltung während der Klingelphase von der Leitung trennen können.
Eine vierte Schaltkreis-Umschaltvorrichtung SW4, die von SW1 angesteuert wird, dient als ein Schalter, der die Klingelschaltung deaktivieren kann, indem er die Verbindung zwischen dieser Schaltung und der zweiten Brückenschaltung PR unterbricht, wenn SW1 SW2 und SW3 ansteuert, und somit die Sprechschaltung aktiviert.
Ebenfalls in dieser Figur ist ein Stellschaltkreis gezeigt, der durch einen Block ACT dargestellt ist. Er umfaßt die erforderlichen Schaltungsteile für die tatsächliche Steuerung der Schaltkreis-Umschaltvorrichtung SW2 und ist zwischen dem "+"-Anschluß der ersten Brückenschaltung PP und einem Schaltungsverbindungknoten G angeschlossen, der eine Verbindung zwischen der Sprechschaltung, der Klingelschaltung und der dritten Schaltkreis- Umschaltvorrichtung SW3 herstellt.
Im Falle von Ein-Chip-Telefongeräten ist dieser Schaltungsverbindungsknoten G in bezug auf die Schaltung repräsentativ für das Halbleitersubstrat, in das die Sprachschaltung und die Klingelschaltung monolithisch integriert sind, und bildet das Bezugspotential für das Telefonteilnehmersystem.
Anders als die dritte Schaltkreis-Umschaltvorrichtung SW3, die auch mit dem Knoten G verbunden ist, ist die Schaltkreis-Umschaltvorrichtung SW2 mit keinem Bezugspotential verbunden, und es ist daher zweckmäßig, mittels Stromschaltkreistechniken, einen Stellschaltkreis vorzusehen, dessen Bezugspotential gleich dem des Substrats des einen Chips ist. Gemäß dieser Erfindung umfaßt die Schaltung der Fig. 1 eine Schaltungsschnittstelle CL mit einem Eingangsanschluß E für das Anlegen eines externen elektrischen Signals in bezug auf den Schaltungsknoten G und Ausgangsanschlüssen zum Ansteuern der zweiten Schaltkreis- Umschaltvorrichtung SW2 über den Stellschaltkreis ACT sowie zum direkten Ansteuern der dritten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung SW3.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß diese Schaltkreis-Umschaltvorrichtungen ein unidirektionales Schaltkreis-Stromflußelement umfassen, das als eine Diode dargestellt ist und parallel zu der dritten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung zwischen dem "-"-Anschluß der Brückenschaltung PP und dem Schaltungsknoten G angeschlossen ist.
In einem Telefonteilnehmersystsem gemäß der Erfindung werden ein elektrischer Befehl in bezug auf das Substratpotential und die Bildung des elektronischen Hochspannungsschalters SW3 in bezug auf das negative Potential der Polaritätsbrückenschaltung PP auf einfache Weise geeignet verbunden, was eine vollständige Integration erlaubt. Tatsächlich wird die Bildung des Schalters SW3 durch das Vorsehen der Diode Dl zwischen der Brückenschaltung PP und dem Substrat sichergestellt.
Die Ansteuerströme, die in der Schnittstellenschaltung durch den externen elektrischen Befehl erzeugt werden, können bei allen Polaritätsbedingungen über die Diode auf das Substrat aufgeschaltet werden.
Der elektronische Schalter SW3 kann auf dem Fachmann bekannte Weise mittels eines einzelnen NPN-Transistor in Darlington-Schaltung und alternativ als ein MOS-Transistor abhängig von der verwendeten Integrationstechnik realisiert werden.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des elektronischen Schalters SW3 und des Schnittstellenschaltkreises ftir die Ansteuerung durch externe elektrische Befehle in bezug auf den gemeinsamen Knoten des Systems. Der Schalter wird durch ein N-Kanal-DMOS-Bauteil realisiert, und die Schnittstellenschaltung besteht ebenfalls aus MOS-Bauteilen.
Natürlich können bipolare Komponenten in Ausführungsformen verwendet werden, die einen bipolaren elektronischen Schalter verwenden.
Fig. 2 zeigt einen Widerstand R1 und eine Zenerdiode Z1, die über den Anschlüssen A und B des Schalters SW3 angeschlossen sind; der Widerstand R1 stellt sicher, daß der elektronische Schalter SW2 normalerweise offen ist, wenn keine Befehle (durch Aufnehmen des Hörers oder Drücken von Tasten) an den Anschluß B gelangen, während die Zenerdiode Z1 zwischen dem Gate und der Source des N-Kanal-DMOS-Transistors als ein Gatespannungsschutz dient.
Die Schnittstellenschaltung umfaßt einen Stromgenerator, der aus einer Stromspiegelschaltung besteht, dessen Ausgangszweig D sowohl den Stellschaltkreis ACT als auch den elektronischen Schalter SW3 über den Anschluß B ansteuert.
Zwischen dem Eingangszweig des Stromspiegelschaltkreises und dem Schaltungsverbindungsknoten G ist ein DMOS-Transistor angeschlossen, dessen Gateanschluß über eine Diode mit dem Stromspiegelschaltkreis sowie mit dem Eingangsanschluß verbunden ist, an den externe elektrische Befehle in bezug auf den gemeinsamen Knoten G, d. h. das Substrat, angelegt werden können.
Bei dieser Ausführungsform "sieht" der Ausgang D der Schnittstellenschaltung eine Diffusion des P-Typs: dies ist wichtig, weil immer dann, wenn eine Leitungspolarität auftritt und beim Fehlen eines Befehls, durch den das Potential am Punkt A niedriger ist als am Punkt G - der das gemeinsame Potential des Systems (Substrat) ist - der Übergang in bezug auf das Substrat in Sperrichtung vorgespannt wird und dadurch der Isolationswiderstand des Telefongeräts auf hohem Niveau gehalten wird.
Der Ausgangsstrom fließt vom Punkt D zu R1 und kehrt durch die Diode D1 in das Substrat zurück.
Der Spannungsabfall über dem Widerstand R1 treibt den Transistor des Schalters SW3 an, so daß dieser leitet, und läßt den Strom zwischen den "+"- und "-"-Anschlüssen der Brückenschaltung PP fließen.
Er bewirkt auch das Schalten des Schalters SW2 durch den Stellschaltkreis, wodurch die Sprachschaltung und der eine Chip insgesamt Energie erhalten und arbeiten können.
Auf diese Weise wird die Operabilität der Telefonschaltung, die mit der Leitung verbunden ist, durch elektrische Befehle sichergestellt, deren Bezugspunkt der gemeinsame Systempunkt ist und die z. B. von einem automatischen Anrufbeantworter kommen können, der mit dem Telefonteilnehmersystem verbunden oder in dieses integriert ist.
Man sollte beachten, daß die Diode D1 eine intrinsische Diode des monolithisch integrierten N-Kanal-DMOS-Bauteils ist, so daß diese Ausführungsform der Erfindung, zusätzlich zu ihrer großen Zuverlässigkeit, wesentlich weniger teurer als Lösung des Standes der Technik ist.

Claims

1. Telefonteilnehmersystem, mit folgenden Merkmalen:

- wenigstens ein Sprachschaltkreis (SPC), der wengistens einen ersten und einen zweiten Anschluß aufweist;

- ein Telefonklingelsignal-Erfasssungsschaltkreis (RIN), der wenigstens einen ersten und einen zweiten Anschluß aufweist;

- eine erste Schaltkreiseinrichtung in Brückenform (PP), mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Anschluß für die Verbindung mit einer Telefonteilnehmerleitung (SL) und einem dritten und einem vierten Anschluß für die Verbindung mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschluß des Sprachschaltkreises;

- eine zweite Schaltkreiseinrichtung in Brückenform (PR) mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Anschluß für die Verbindung mit der Leitung über wenigstens eine Gleichstromentkopplungs-Schaltkreiseinrichtung und einem dritten und einem vierten Anschluß für die Verbindung mit dem ersten bzw. dem zweiten Anschluß des Klingelsignal- Erfassungsschaltkreises; und

- eine erste Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW1), die zwischen dem dritten und dem vierten Anschluß der ersten Brückenschaltkreiseinrichtung angeschlossen ist und über einen Eingangsanschluß gesteuert werden kann, welcher von einem Benutzer betätigt wird, um wenigstens eine zweite (SW2) und eine dritte (SW3) Schaltkreis-Umschalteinrichtung anzusteuern, welche zwischen dem dritten Anschluß der ersten Brückenschaltkreiseinrichtung und dem ersten Anschluß des Sprachschaltkreises bzw. dem vierten Anschluß des ersten Brückenschaltkreises und einem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) angeschlossen sind, mit dem auch der vierte Anschluß der zweiten Brückenschaltkreiseinrichtung (PR), der zweite Anschluß des Sprachschaltkreises (SPC) und der zweite Anschluß des Klingelsignal- Erfassungsschaltkreises (RIN) verbunden sind, gekennzeichnet durch:

- eine Schaltkreisschnittstelle (CL), die mit dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) verbunden ist und wenigstens die zweite und die dritte Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW2, SW3) ansteuern kann;

- wobei die Schaltkreisschnittstelle einen Eingangsanschluß (E) zum Anlegen eines externen elektrischen Signals in bezug auf den gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) und wenigstens ein Schaltkreiselement (El) mit unidirektionaler Stromführung aufweist, das parallel zu der dritten Schaltkreis-Umschalteinrichtung (SW3) geschaltet und mit dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) verbunden ist.

2. Telefonteilnehmersystem nach Anspruch 1, wobei die dritte Schaltkreis- Umschaltvorrichtung (SW3) einen ersten Transistor mit einem ersten Anschluß (C), der mit dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) verbunden ist, einem zweiten Anschluß (A), der mit dem vierten Anschluß der ersten Brückenschaltkreiseinrichtung (PP) verbunden ist, und einem Steueranschluß (B), der mit der ersten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW 1) verbunden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreiselement (D) mit unidirektionaler Stromführung zwischen dem ersten (C) und dem zweiten (A) Anschluß des ersten Transistors angeschlossen ist.

3. Telefonteilnehmersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreiselement mit unidirektionaler Stromführung eine erste Diode (D1) aufweist, deren Kathode mit dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) verbunden ist und deren Anode mit dem Steueranschluß (B) des ersten Transistors über ein Widerstandselement (R1) und eine zweite Diode (Zl) verbunden ist.

4. Telefonteilnehmersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreiselement mit unidirektionaler Stromführung eine erste Diode (D1) aufweist, deren Kathode mit dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) verbunden ist und deren Anode mit dem Steueranschluß (B) des ersten Transistors über ein Widerstandselement (RI) und eine zweite Diode (Z1) verbunden ist.

5. Telefonteilnehmersystem nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreisschnittstelle (CL) einen Stromspiegelschaltkreis aufweist, dessen Eingangsarm mit dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) über einen zweiten Transistor verbunden ist und dessen Ausgangsarm mit dem Steueranschluß des ersten Transistors (B) und der zweiten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW2) verbunden ist, wobei der zweite Transistor einen Steueranschluß zur Verbindung mit dem Eingangsanschluß (E) der Schaltkreisschnittstelle aufweist.

6. Telefonteilnehmersystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Stellschaltkreis (ATC) zum Steuern wenigstens der zweiten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW2) aufweist, wobei der Stellschaltkreis zwischen dem dritten Anschluß der ersten Brückenschaltkreiseinrichtung (PP) und dem gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) sowie zwischen der ersten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW1), der Schaltkreisschnittstelle (CL) und der zweiten Schaltkreis-Umschaltvorrichtung (SW2) angeschlossen ist.

7. Telefonteilnehmersystem nach Anspruch 4, wobei wenigstens der Sprachschaltkreis (SPC) und der Klingelschaltkreis (RIN) in einem Halbleitermaterialsubstrat monolithisch integriert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat den gemeinsamen Schaltkreisknoten (G) bildet und daß der erste Transistor ein D-MOS-Transistor mit n-Kanal ist und die erste Diode (D1) eine intrinsische Diode der integrierten Struktur des ersten Transistors ist.