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Die vorliegende Erfindun, bezieht
sich auf eine Detektorschaltung für ein asymmetrisches. digitales
Teilnehmerleitungs-Übertragungsszstem,
ein ADSL- Übertragungssystem
(Aszmmetric Digital Subscriber Line"), zur Erfassung eines Wellensignals,
das eine vorgegebene Form aufweist, welches über das genannte System übertragen
und in einer Eingangsanschlusseinheit der genannten Detektorschaltung
eingespeist wird.
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Detektorschaltungen zum Erfassen
von Wellensignalen, und insbesondere von Sinuswellensignalen, sind
sehr bekannt in der Technik (siehe zum Beispiel US-A-434043. Sie
werden oftmals als Aktivierungsdetektoren in Telefonzentraleinheiten
angewandt, um für
das im Ruhezustandmodus befindliche Telefonsystem nach Empfang einer
Anforderung von einem "Teilnehmer den Rufaufbau zu initiieren, wobei diese
Anforderung durch ein Sinuswellensignal dargestellt wird. Der spätere Ruhemodus
ist ein niedriger Energiemodus. welcher den Energieverbrauch seitens
des Teilnehmers limitiert, jedoch insbesondere seitens der Telefonleitungs-
Zentraleinheit, bei der eine relativ große Menge an Leitungen mit Energie versorgt
werden müssen.
Dieser Modus ist besonders für
Systeme geeignet, in denen Breitbanddienstleistungen auf Twist-Paar-Kabeln
(auf paarweise verdrillten Kupferleitungen) angeboten werden, da
diese Dienstleistungen eine Menge Energie auf Grund der hohen Operations-/Betriebsgeschwindigkeiten
verbrauchen.
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Jedoch auf Grund des Vorhandenseins
von Offsets und Niedrigfreguenzen beim einfachen Fernsprechdienst
(ohne jegliche weitere Dienste wie Rufumleitung o. ä.) bzw.
bei POTS-Signalen
(Plain Old Telephony Service -Signalen) sind die bisher bestehenden
Detektorschaltungen nicht für
ADSL-Systeme geeignet, wie in dem ANSI -Normentwurf „Asymmetric
Digital Sguscriber Line (ADSL) Metallic Interface SpecifcationÄ beschrieben
ist. Deshalb ist es Ziel der Erfindung. eine Detektorschaltung zum
Erfassen eines Wellensignals in einer vorgegebenen Form zur Verfügung zu
stellen, die in ADSL -Systemen angewendet werden kann.
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Nach der Erfindung wird dieses Ziel
durch die Detektorschaltung, wie in Patentanspruch 1 heschrieben
ist, erreicht.
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In der Tat wird die allseits bekannte
Filterungskapazität
der korrelierten Doppelabtasttechnik in dieser Detektorschaltung
angewandt, um die Offsets und Niedrigfrequenz -POTS-Signa1e herauszutiltern.
und außerdem
wird ein Wellensignal, wie zum Beispiel ein Sinuswellensignal. durch
Vergleichen der Anzahl der Signalimpulse erfasst, die aus dem Abtasten
des Einwangssignals durch die Korrelations-Doppelabtastschaltung
resultieren, mit einem vorgegebenen Zählwertindikativ aus der Anwesenheit
eines Sinuswellensignals.
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Ein charakteristisches Merkmal der
vorliegenden Erfindung wird in Patentanspruch beschrieben.
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Das Takten der Schaltungen der zwei
Kaskadenverbindungen, wie in Anspruch 2 beschrieben ist, mit Quadraturtaktsignalen
löst das
Problem, das sonst in einer Detektorschaltung mit nur einer einzigen
Kaskadenverbindung auftritt, wenn das Eingangssignal und das verwendete
Taktsignal so umgewandelt werden, dass die Korrelations-Doppelabtastschaltung
nicht korrekt funktionieren kann, das heißt, wenn der erste Konstantenwert
und der Wert des Eingangssigna1s zu Beginn des aufeinander folgenden,
dritten Zeitintervalls nahezu gleich sind, zum Beispiel, wenn der
Start des zweiten und des dritten Intervalls den Spitzen des Sinusivellensignals
entspricht, das im Hinblick aus die Spitze des Wellensignals symmetrisch
angeordnet ist. Dank der Quadraturbeziehung zwischen den Taktsignalen
wird tatsächlich
eine maximale Sensitivität
eines Zweiges erreicht, wenn die Sensitivität des anderen Zweiges minimal
wird. Die ODER-Funktion der bereitgestellten Ergebnissignale führt somit
immer zu einem korrekten Ergebnis.
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Ein weiteres charakteristisches Merkmal
der Erfindung wird in Patentanspruch 5 beschrieben.
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Durch Vergleichen des Zählwertes
mit dem maximalen Zählwert
minus eines Deviatiunswertes wird eine mögliche Verzerrung des Wellensignals
aus Grund der Übertragung
oder Desynchronisation zwischen, zum Beispiel, einer Vermittlungszentrale
und von Entfernungseinheitstakten, berücksichtigt.
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Die vorgenannten und weitere Ziele
und Merkmale der Erfindung werden offensichtlicher, und die Erfindung
selbst wird besser verstanden, unter zu Hilfenahme der nachstehenden
Beschreibung eines ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten
Zeichnung, in der
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1 eine
schematische Darstellung einer Detektorschaltung entsprechend der
Erfindung ist,
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2 die
CDS1 von 1 detaillierter
zeigt,
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3 ein
Zeitdiagramm von Signalen darstellt, die in den Schaltungen von 1 und 2 erzeugt werden, und
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4a, 4b und 4c schematische
Darstellungen eines Bestandteils der CDS1ßSchaltung während der
unterschiedlichen Phasen ihres Arbeitsprozesses sind.
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Die Detektorschaltung von l wird in einem asymmetrischen, digitalen
TeilnehmerleitungsßÜbertragungsszstem,
in einem ADSL-Übertragungssystem
(„Asymmetric
Digital Subscriber Line"), als Aktivierungsdetektor angewandt, um
ein Anforderungssignal zu erfassen, das ein Sinuswellensignal ist,
das von einem Endteilnehmer des Systems an eine Zentraleinheit (192
kHz) oder umgekehrt (48 kHz) gesendet wird, um das System nach einem Niedrigenergiemodus
aufzubauen.
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ADSL-Systeme sind in der Technik
bekannt und werden nach dem ANSI -Normentwurf " Asymmetric Digital
Sibscriber Line (ADSL) Metallic Interlace Specification" realisiert.
ADSL-Signale werden auf paarweise verdrillten Kabeln übertragen
und enthalten Telefonsignale und Datensignale, die innerhalb eines
Frequenzbandes bis zu 3,4 kHz und von 25 kHz bis 1,02 MHz respektive übertragen
werden können.
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Die Detektorschaltung ist aus einem
ersten und einem zweiten Zweig zusammengesetzt, welche eine erste
Doppelabtastschaltung CDS1 aufweist, die eine erste Zählerschaltung
C1 und eine erste Komparatorschaltung CMP1 hintereinander schaltet, iund
welche eine zweite Korrelations-Doppelabtastschaltung CDS2 aufweist,
die auch eine zweite Zählerschaltung
C2 und eine zweite Komparatorscha1tung CMP2 respektive hintereinander
schaltet.
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Ein analoges Eingangssignal 11/12
wird über das
kupferne "Tivist-Paar-Kabel bei gleichnamigen Eingangsanschlusseinheiten
der Detektorschaltung empfangen, die zu den Eingängen von CDS1 und CDS2 verbunden
sind, und ein ausgang der CMP1 und der CMP2 sind via einer ODER-Funktions-Schaltung
an eine Ausgangsanschlusseinheit verbunden an "OUT" der Detektorschaltung.
Eine Taktschaltung stellt eine CDS1, C1 und CMPI- Schaltung mit
einem ersten Taktsignal CLK1 sowie eine CDS2, C2 und CMP2 -Schaltung
mit einem zweiten Taktsignal CLK2 zur Verfügung. wobei CLK1 und CLK2 die
Quadratursignale sind.
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Eine der Korrelations-Doppelabtastschaltungen.
nämlich
die CDS1. wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnung 2 beschrieben, wobei die CDS2 ähnlich wie
CDS1 -Schaltung funktioniert.
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Die CDS1 -Schaltung umfasst ein quergeschaltetes
Doppeldifferentialpaar. wobei ein erstes Paar die Parallelverbindung
eines ersten Zweiges mit einem PMOS -Transistor M2 und einen zweiten Zweig
mit einem PMOS -Transistor M5 aufweist. M2 und M5 sind hintereinander
geschaltet mit einem NMOS -Transistor M3 und einem NMOS -Transistor M6
respektive. Die Drains von M2 und M5 sind quer eine Stromquelle
12 an ein erstes Leistungsterminal AVDD gekoppelt, wogegen die Stromquellen
von M3 und M6 einerseits via eines Betriebskapazitätskondensators
Cl an einen Ausgang OUTI gekoppelt und andererseits via der Serienschaltung
des "Drain-To-Source" -Pfades eines NMOS-Transistors M4 und dem
"Gate-To-Source" -Pfad eines NMOS -Transistors M1 an ein zweites
Leistungsterminal AVSS gekoppelt sind. Der Drain von M1 ist ebenso an
OUT1 gekoppelt, und das Gate von M2 ist mit OUT1 verbunden und via
eine Stromquelle 11 an AVDD gekoppelt, während das Gate von M5 mit VIN1 verbunden
ist. Zwei Kontrollsignale PH1 und PH2 werden an die Gates von M6
und M3 respektive abgegeben. Ein weiteres Kontrollsignal DUM wird
an das Gate von M4 abgegeben.
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Die Kontrollsignale PH1, PH2 und
DUM sind digitale Signale, wie in 3 dargestellt
ist, und werden von dem Taktsignal CLK abgeleitet. Da es für den Fachmann
offenkundig ist, wie Signale, wie zum Beispiel PH1, PH2 und DUM
von einem Taktsignal abgeleitet werden, wird die Schaltkreistechnik
zum Ausführen
dieser Ableitung nicht aufgezeigt. und deren Wirkungsweise wird
nicht im Detail beschrieben.
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Das zweite Differentialpaar ist ähnlich wie das
erste und umfasst Transistoren M7 und M10. die an die Stromquellen
16 und 17 sowie an Transistoren M8, N11 und M12, an eine elektrische
Betriebskapazität
C2, an den Eingang VIN2 und an einen ausgang OUT2 gekoppelt sind,
jeweils in der gleichen Art und Weise wie 12, 13, M3, M6, M4, M1,
C1, VIN1 und OUT1; all diese Elemente führen ähnliche Funktionen wie die
jeweiligen Elemente durch, die an das erste Differentialpaar gekoppelt
sind.
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Der Netzkopplungspunkt von M2 und
M3, P1, ist über
einen Verbindungsanschluss [1 mit dem Nerzkopplungspunkt von M7
und MB, P2, verbunden, und via eine Stromquelle 15 an das AVSS-Leistungsterminal
verbunden. In der gleichen Weise ist der Netzkopplungspunkt von
M5 und M6, P3, über
einen Verbindungsanschluss 12 mit dem Netzkopplungspunkt von M 10
und M11, P4 verbunden und via eine Stromquelle 14 mit AVSS verbunden.
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I1 und 17 sowie 14 und 15 werden
dann in der Tat mit PMOS und NMO-Transistoren gespeist beziehungsweise
unter die gleiche Vorspannungsstufe gesetzt.
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Die Funktionsweise der CDS1 -Schaltung und
der Detektorschaltung wird nachstehend unter Bezugnahme aus die
Zeichnungen 2, 3, 4a, 4b und 4c sowie 1 jeweils
beschrieben. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird nur ein Zweig der
Detektorschaltung, das heißt
der Zweig mit M2 und M5 betrachtet, der eigentlich mit einer Eintaktversion
(Single Ended Version) des Sensors korrespondiert: die Funktionsweise
des anderen Zweiges ist dabei identisch, und die komplette CDS1
-Schaltung stellt eine Volldifferentialversion der späteren Eintaktversion
dar.
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Die MOS -Transistoren M3 und M6 sowie
M8 und M11 der CDSl -Schalter werden als Schalter verwendet, um
den Schaltkreis in eine negative Feedbackschleife zu schalten (wenn
das PH1 -Signal hoch ist), oder in eine positive Feedbackschleife (wenn
das PH2 -Signal hoch ist). Während
eines ersten Zeitintervalls T0-T1, ist das PH1 hoch und PH2 niedrig,
was bedeutet, dass ein Negativfeedback im ersten Zweig realisiert
worden ist: dadurch wird ein Schaltkreis. wie in 4a dargestellt
ist, realisiert. das heißt
die Detikturschaltung funktioniert als eine Nachlaufschaltung, und
das Ausgangssignal folgt dem Eingangssignal. Wenn beim T1-Zeitintervall
die Transistoren M6 abgeschaltet werden, tastet die Betriebskapazität C1, welche
eine Kippgenerator-/Millen-Kapazität ist. das Eingangssignal ab,
und das Ausgangssignal bleibt solange konstant, bis der Transistor
M3 auf den T2- Zeitintervall zugeschaltet wird. Somit stimmt während des
Zeitintervalls T1-T2 die Detektorschaltung überein zum Halten eines Schaltkreises.
wie in 4b dargestellt
ist.
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Beim T2 -Zeitintervall wird ein internes
Positivfeedback realisiert, und der Schaltkreis funktioniert wie
ein Latch (Signalspeicher), indem er die Differenz zwischen dem
Wert des Eingangssignals bei T1 und den bei T2 verstärkt. Beim
Zeitintervall T3, wenn das PH1-Signal hoch ist und PH2 niedrig wird,
wird die Schaltung wieder zu einer Spannungsnachfolgeschaltung.
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Als Ergebnis wird eine Korrelation
zwischen der Frequenz des Taktsignals CLK und der Frequenz des Eingangssignals
bereitgestellt, und ein periodisches Bipolar -Digitalsignal wie
ein Rückkehr-Nach-Null
("Return-'To-Zero") -Signal wird erzeugt, wie zum Beispiel in 3 dargestellt ist. Wenn,
wie in der späteren
Darstellung, die Frequenz des Fingangssignals mit dem des Taktsignals
zweimal gleich ist, erhält
das Ausgangssignal eine Frequenz. die zu dem des Taktsignals zur
Hälfte
entspricht.
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Um die Ladungsinjektion zu limitieren,
die aus dem Schalten von M3/M6 und M8/M11 resultieren, werden die
Transistoren M4 und M9 bereitgestellt und kontrolliert durch das
Signal DUM und große
Kippgenerator-Betriebskapazitäten
werden so zur Verfügung
gestellt. Der Wert dieser Betriebskapazitäten ist jedoch durch die benötigte Geschwindigkeit des
Schaltkreises und durch technische Daren des Energieverbrauchs eingeschränkt. Denn
es wird eine maximale Taktfrequenz von 384 KHz, wie zum Beispiel
eine Betriebskapazität
von 4pF, verwendet.
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Nachfolgend wird erläutert, wie
die erzeugte Digitalität.
die zugleich ein Signal ist, in der Detektorschaltung angewendet
wird. um ein Sinuswellensignal zu erfassen.
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Ein Sinuswellensignal auf der Leitung
mit einer Frequenz, die zum Beispiel f0 entspricht, kann als ein
Satz von alternierenden positiven und negativen Steilheiten (Anstiege
der Transferkennlinie des elektronischen Bauelements) bei einer
Frequenz f0 angesehen werden. Wenn die Abtastschaltung das eingehende
Signal bei einer Frequenz von 2f0 abtastet. dann wird es einen Satz
von + 1 – i
+ 1 – 1
an ihrem ausgang erzeugen. Alle anderen Signale werden einen Zufallssatz
vron 1 und 0 Sequenzen erzeugen.
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Deshalb kann ein Sinuswellensignal
in der vorliegenden Derekturschaltung durch Zählen der Zahl 1 in -1-Umwandlungen
der Signale erfasst werden. die durch die CDS1 und CDS2 – Schaitungen
in einem vorgegebenen Zeitintervall generiert werden, zum Beispiel
333 μs,
und durch Vergleichen dieser Zahl mit einer vorgegebenen Zahl, welche
der Zahl der erhaltenen "Transistoren entspricht. wenn eine perfekte
Sinuswelle abgetastet wird. Da jedoch die Sinuswelle während der Übertragung
auf der Leitung verzerrt werden kann, wird in der CMP1 und CMP2-Schaitung
bestimmt, ob die erhaltene Zahl innerhalb der Bandbreite der vorgegebenen
Zahl liegt.
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Es sollte auch angemerkt werden,
dass, um das Abtasten des Eingangssignals zu realisieren, ein Statikkomparator
mit einer kapazitiven Kopplung verwendet werden könnte. Jedoch
kann die Grenzfrequenz einer solchen Schaltung nicht auf das Genaueste
kontrolliert werden (bis zu 30 % Unsicherheit), und die Verwerfung
der POTS-Signale würde
geringer ausfallen.
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Das vorstehend beschriebene Prinzip
wird in den beiden Zweigen der vorliegend bestimmten Detektorschaltung
implementiert. Das abgetastete, durch CDS1 und CDS2 bereit gestellte
Signal wird an die Zähler
C1 und C2 respektive eingespeist und wird in der CMP1 und in CMP2
-Schaltung mit einer vorgegebenen Wertbandbreite jeweils verglichen.
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Der Grund für das Bereitstellen von zwei Zweigen
in der Detektorschaltung ist, dass es vorkommen könnte, da
die Phase des Eingangssignals nicht im Hinblick auf die des Taktsignals
kontrolliert wird, dass der Phasensprung zwischen diesen Signalen
so erfolgt, dass die Sensorsensitivität sehr gering wird und dass
als Ergebnis daraus, der Schaltkreis nicht mehr korrekt funktionieren
kann, zum Beispiel wenn die T1 und T2-Intervalle auf Zeitpunkte korrespondieren,
an denen die Sinuswelle die gleichen Werte aufweist, das heißt an Punkten,
an denen eine symmetrische Anordnung 1111 Hinblick auf die Spitze
der Sinuswelle erfolgt. Deshalb kommen diese zwei Zweige zur Anwendung.
Sie werden durch Quadratursignale getaktet, so dass, wenn die Sensitivität zum Beispiel
von der CDS1-Schaltung minimal ist, die von der CDS2-Schaltung maximal
wird. Das Ergebnissignal aus dem Vergleich in CMP1 und CMP2 ist
dann ein ODER -Signal und das durch den ODER-Schaltkreis generierte
Ausgangssignal ergibt dann das Endergebnis.
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Obzwar die Prinzipien der Erfindung
in Verbindung mit speziellen Einrichtungen vorstehend beschrieben
worden sind, muss eindeutig zu verstehen gegeben werden. dass diese
Beschreibung lediglich ein Ausführungsbeispiel
ist und keine Einschränkung des
Schutzumfanges der Erfindung darstellt.