DE69532933T2

DE69532933T2 - Telefontrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69532933T2
Application number: DE69532933T
Authority: DE
Inventors: Gerald J. Yurgelites
Original assignee: Silicon Labs Isolation Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: DE69532933D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Schaltungen und insbesondere auf Trennschaltungen wie sie in Anlagen für Telefonleitungs-Schnittstellen verwendet werden.
Die Trennung von Endteilnehmer-Telefongeräten vom Telefonnetzwerk wird von der US-Bundeskommission für Telekommunikation und anderen entsprechenden Regulierungsbehörden in anderen Staaten gefordert. Der Hauptzweck dieser Regulierung ist es, das Netzwerk vor fehlerhaften Endteilnehmervorrichtungen und vor unbeabsichtigten Verbindungen mit Netzleitungen und dergleichen zu schützen.
Die jeweiligen Vorschriften für eine solche Trennung sind von Staat zu Staat unterschiedlich. Die USA fordert eine 1000 Veff-Trennung während andere Staaten eine 3500 bis 4000-Volt-Trennung verlangen. Diese Vorschriften hängen normalerweise von der Netzspannung der Netzleitung und den landesinternen Sicherheitsanforderungen ab. Unter Fachleuten auf dem Gebiet der Direktzugriffanordnungen (DAA, direct access arrangements) haben sich landläufig andere Verfahren herauskristallisiert als die Anwendung von Trennungstransformatoren zwischen der Endteilnehmerausstattung und dem Netzwerk. Es hat jüngst Anerkennung gefunden, dass bestimmte Pfade mittels anderer Verfahren getrennt werden können. Die US-A-4.864.605 (Ramsey et al.) zeigt z.B. die Verwendung eines Kopplungstransformators im Hauptsignalpfad und optische Trennelemente in der Rufdetektions- und Abgehoben-Ansteuerungsschaltung. Auf ähnliche Art und Weise offenbart die US-A-4.417.099 (Pierce) die Verwendung von Optokopplern im digitalen Abschnitt der Datenpfade eines netzbetriebenen Modems. Darüber hinaus offenbart die US-A-4.757.528 (Falater et al.) einen elektrothermischen Trennkoppler in Verbindung mit einem kapazitativen HF-Kopplungsmechanismus. Dieses System beansprucht, eine DAA-Vorrichtung bereitzustellen, benötigt jedoch ein Substrat mit einem Teilnehmerabschnitt und einen Leitungsabschnitt, die elektrisch voneinander getrennt sind.
Zudem offenbart die US-A-5.245.654 (Wilkison et al.) eine optische Trennkopplerschaltung, die durch eine breite Bandbreite, geringes Rauschen und hohe Linearität gekennzeichnet ist. Diese Schaltung hat sich als teuer herausgestellt aufgrund der eng gekoppelten optischen Vorrichtungen, die erforderlich sind, um die notwendige Rückkopplung für die Linearität bereitzustellen.
Die US-A-4.835.486 (Somerville) offenbart einen Hochfrequenz-Trennverstärker, der ein Kondensator-Paar mit geringer Kapazität beinhaltet, die die Trennstrecke ausbilden.
Die US-A-4.843.339 (Burt) offenbart einen Trennverstärker, der eine kapazitative Trennstrecke beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Trennschaltung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Übertragen eines Informationssignals nach Anspruch 17 bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung eliminiert des Erfordernis der thermischen, ohmschen und optischen Trennung. Die thermischen und optischen Trennungsanforderungen sind komplex und teuer in ihrer Ausführung. Die Verwendung einer integrierten Schaltung zum thermischen Übertragen von Niederfrequenz-Signalen kann durch andere Mittel ersetzt werden, die kosteneffizienter herzustellen sind. Der, kapazitative Ansatz eignet sich für eine stärker integrierte Gestaltung, die weniger externe Komponenten verwendet.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Trennschaltung bereit, die ohne Kopplungstransformator, optische Trennelemente und Hochohmwiderstände auskommt und sich doch praktikabel für die Verwendung als Telefonleitungsschnittstelle erweist.
In einem Aspekt verwendet die vorliegende Erfindung ein Paar an Kondensatoren, die analoge Übertragungs- und Empfangskanäle bei Voll-Duplex-Übertragung über eine Trennstrecke differentiell koppeln. Die Kondensatoren überbrücken die Trennstrecke, und jedes Übertragungs- oder Empfangssignal wird verarbeitet, um zugehörige gepaarte komplementäre Signale zu erzeugen. Ein Schaltnetzwerk auf einer Seite der Strecke ist getaktet, um die gepaarten Kondensatoren inkrementell mit den gepaarten komplementären Signalen differenziell zu laden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Strecke empfängt ein getaktetes Umschaltnetzwerk die Differenzladungen auf den gepaarten Kondensatoren, die gepaarte komplementäre Signale erzeugen, die verarbeitet werden, um ein einzelnes analoges Informationssignal zu erzeugen. Die Taktsignale und die Abgehoben- und Rufsignale werden auf ähnliche Art über die Strecke übertragen.
In einem weiteren Aspekt kann die Erfindung so konfiguriert sein, dass zwei Paare von Kondensatoren verwendet werden, um die analoge Übertragungs- und Empfangskanäle in einer Teilnehmervorrichtung über eine Trennstrecke zu einem Telefonleitungspaar zur Voll-Duplex-Kommunikation auf der Leitungsseite differenziell koppeln. Die Schnittstellenschaltung, die auch eine Gabelschaltung beinhaltet, schließt erste und zweite gegenläufige Kondensator-Trennschaltungen ein. Die Erste ist zwischen dem Übertragungskanal und der Gabelschaltung angeordnet und die Zweite ist zwischen dem Empfangskanal und der Gabelschaltung geschaltet.
Genauer gesagt besitzt eine Übertragungskondensator-Trennschaltung einen auf der Teilnehmervorrichtungsseite der Trennstrecke angeordneten Eingang und einen auf der Leitungsseite der Strecke angeordneten Ausgang und erzeugt an ihrem Ausgang analoge Signale, die den analogen Signalen an ihrem Eingang entsprechen. Eine Empfangskondensator-Trennschaltung besitzt einen auf der Leitungsseite der Strecke angeordneten Eingang und einen auf der Teilnehmerseite der Strecke angeordneten Ausgang und erzeugt an ihrem Ausgang analoge Signale, die den analogen Signalen an ihrem Eingang entsprechen.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Trennschaltung zum Verbinden einer Teilnehmervorrichtung mit einem Kommunikationsleitungspaar zur Voll-Duplex-Kommunikation über das Leitungspaar während eine elektrische Trennstrecke zwischen der Teilnehmerseite und der Leitungsseite der Trennschaltung bereitgestellt wird, umfassend:

ein erstes Paar Kondensatoren, welche die elektrische Trennstrecke überbrücken, wobei jeder der Kondensatoren gleiche mit einer Seite der Trennschaltung verbundene erste Enden und gleiche mit der anderen Seite der Trennschaltung verbundene zweite Enden aufweist;
Mittel zum Übertragen eines Informationssignals über die Kondensatoren von der einen Seite zur anderen Seite, wobei ein Mittel zum differenziellen Laden der gleichen ersten Enden des Paars an Kondensatoren mit dem Informationssignal, ein Mittel zum Empfangen der Differenzladung an den gleichen zweiten Enden des Paars an Kondensatoren sowie ein Mittel zum Umwandeln der Differenzladung an den zweiten Enden in ein wiederhergestelltes Informationssignal enthalten sind.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Übertragen eines Informationssignals über eine elektrische Trennstrecke zwischen einem Telefonleitungspaar und einer Teilnehmervorrichtung bereitgestellt, folgende Schritte einschließend:

das Überbrücken der Trennstrecke mit einem Paar an Kondensatoren;
das differenzielle Laden des Kondensator-Paars mit dem Informationssignal auf der Seite der Trennstrecke;
das Detektieren der Differenzladung auf dem Kondensator-Paar auf der andere Seite der Trennstrecke;
das Umwandeln der detektierten Differenzladungen auf dem Kondensator-Paar in ein empfangenes Signal, das dem Informationssignal entspricht.

In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Trennschaltung zum Verbinden einer Teilnehmervorrichtung mit einer Kommunikationsleitung zur Voll-Duplex-Kommunikation über das Leitungspaar bereit, während eine elektrische Trennstrecke zwischen der Teilnehmerseite und der Leitungsseite der Trennschaltung bereitgestellt wird, umfassend:

ein Paar Kondensatoren, die die elektrische Trennstrecke überbrücken;
Umschaltmittel, um ein Informationssignal synchron abwechselnd zu jedem des Paars an Kondensatoren zu schalten, um die Kondensatoren differenziell zu laden und das Informationssignal über die Trennstrecke zu übertragen, wodurch das Umschaltmittel Gleichtaktrauschen beseitigt.

Kurzbeschreibung der Abbildungen
1 ist ein Blockschaltbild einer Telefonschnittstelle, das die Verbindung der vorliegenden Erfindung zwischen einer Teilnehmervorrichtung und einem Telefonnetzwerk zeigt.
2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Telefonschnittstelle der Erfindung, das unabhängige Sende- und Empfangsschaltungen zeigt.
3 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Telefonschnittstelle der Erfindung, das eine kombinierte Voll-Duplex-Sende- und Empfangsschaltung zeigt.
4 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Übertragungsschaltung auf der Teilnehmerseite der Telefonschnittstelle der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Empfangsschaltung und der Rufsignal-Übersetzerschaltung auf der Teilnehmerseite der Telefonschnittstelle der Erfindung.
6 ist ein detaillierter Stromlaufplan des Schalt-Taktgebers, der Phasensteuerung und der Abgehoben-Steuerungsschaltungen auf der Teilnehmerseite der Telefonschnittstelle.
7 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Sendeschaltung auf der Leitungsschnittstelle der Telefonschnittstelle der Erfindung.
8 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Empfangsschaltung auf der Leitungsschnittstelle der Telefonschnittstelle der Erfindung.
9 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Leitungsschnittstelle und der Spannungserzeugungsschaltungen auf der Leitungsseite der Schnittstelle der Erfindung.
10 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Schalt-Taktschaltung auf der Leitungsseite der Schnittstelle der Erfindung.
11 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Ruf-Schnittstellenschaltung auf der Leitungsseite der Schnittstelle der Erfindung.
12 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Rufdetektions- und Leitungskopplerschaltungen auf der Leitungsseite der Schnittstelle der Erfindung.
13 ist ein detaillierter Stromlaufplan der Referenzspannungserzeugungsschaltung auf der Benutzerseite der Schnittstelle der Erfindung.
14a und 14b sind vereinfachte schematische Stromlaufpläne, die das Funktionieren der differenziellen Kondensatorladungs- und Detektionsschaltungen der Erfindung zeigen.
15 ist ein vereinfachter Stromlaufplan, der die Gleichtaktrauschcharakteristik der differenziellen Kondensatorladungs- und Detektionsschaltungen der Erfindung zeigt.
16a und 16b sind graphische Darstellungen des Gleichtaktrauschsignals der in 15 gezeigten Schaltung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung stellt eine Telefontrennschaltung 22, wie in 1 gezeigt, bereit, die dazu verwendet wird, eine Teilnehmervorrichtung 21 mit einer Telefonteilnehmerschaltung 23 zu verbinden, die durch ein RJ-11-Verbindungselement symbolisiert ist. Die Telefontrennschaltung 22 wird als eine Direktzugriffsanordnung (oder Datenzugriffsanordnung) oder DAA bezeichnet und benötigt keine Kopplungstransformatoren, optischen Trennelemente und Hochohmwiderstände, während sie optimale Kommunikationswege und Trennung zwischen der Teilnehmervorrichtung 21 und der Teilnehmerschaltung 23 bereitstellt.
Bezugnehmend auf 2 beinhaltet die DAA 22 der Erfindung im Allgemeinen eine Teilnehmerseite mit einer Sendekopplungsvorrichtung 26, die Kommunikationssignale von der Teilnehmervorrichtung aufnimmt, eine Empfangskopplungsvorrichtung 27, die Kommunikationssignale an die Teilnehmervorrichtung leitet, einen Rufdetektor 28, einen Oszillator und einen Taktgeber 29 sowie ein Abgehoben-Ansteuerelement 30. Ein besonderes Merkmal der DAA 22 ist die Verwendung kapazitativer Kopplung, um die Teilnehmervorrichtung elektrisch von der Leitungsschaltung zu trennen. Eine kapazitative Sendetrennschaltung 31 verbindet somit die Sendekopplungsvorrichtung 26 mit einer Sendeleitungskopplungsvorrichtung 32, und eine kapazitative Empfangstrennvorrichtung 33 verbindet die Empfangskopplungsvorrichtung 27 mit einer Empfangsleitungskopplungsvorrichtung 34. Ähnlich verbindet eine kapazitative Takttrennvorrichtung 36 den Oszillator und den Taktgeber 29 mit einem Oszillatordetektor 37, und eine kapazitative Abgehoben-Trennvorrichtung verbindet das Abgehoben-Ansteuerelement 30 mit einem Abgehoben-Detektor 39. Die Trennvorrichtungen 31, 33, 36 und 38 übertragen ihre jeweiligen Signale über die Teilnehmerleitungsschnittstelle, um Standard-Telefoniervorgänge zuzulassen, während eine hohe elektrische Trennung zwischen der Teilnehmervorrichtung und der Telefonleitung bereitgestellt wird.
Die Sendeleitungskopplungsvorrichtung 32 und die Empfangsleitungskopplungsvorrichtung 34 sind mit einer Gabelschaltung 41 verbunden, die wiederum durch eine Leitungsschnittstellenschaltung 42 und ein Relais und eine Detektorschaltung 43 mit der Telefonleitung verbunden ist. Der Oszillatordetektor 37 ist so geschaltet, dass er die Empfangsleitungskopplungsvorrichtung und die Übertragungsschaltung 32 aufnimmt. Der Abgehoben-Detektor 39 ist direkt mit der Leitungs-Anschlussknoten- und Detektorschaltung 43 verbunden. Ein Rufindikator-Oszillator und Treiber 44 ist zwischen der kapazitativen Empfangstrennvorrichtung 33 und der Leitungs-Anschaltknoten- und Detektorschaltung 43 geschaltet. Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Vorrichtungen und Schaltungen 32, 34, 37, 39 und 41 – 44 auf der Telefonleitungsseite der DAA 22 sind.
Die Schaltungskonfiguration kann wie in 3 dargestellt vereinfacht sein, wo ähnliche Komponenten mit denselben Verweiszahlen und einer Strichbezeichnung (') markiert sind. In der Ausführungsform aus 3 sind die Taktgeberschaltung und die Abgehoben-Ansteuervorrichtung über dieselbe kapazitative Takttrennvorrichtung 36' verbunden, und die Sende- und Empfangsfunktionen werden durch eine einzelne kapazitative Trennvorrichtung 31' unter Verwendung eines Zeitmultiplexverfahrens durchgeführt. Diese Vereinfachung ermöglicht die Eliminierung von Komponenten 30, 33, 38 und 39, was Bestandteile und Arbeitskosten verringert.
Bezugnehmend auf 4 beinhaltet die Sendekopplungsvorrichtung 26 eine Eingangspufferschaltung 51. Die TXA+ und TXA– Signale werden durch den Puffer 51 der Teilnehmervorrichtung differenziell aufgenommen, und der Puffer 51 wandelt die hereinkommenden Signale in ein Eintaktsignal um, das vom Differenzumwandlungssignaltreiber 52 verwendet wird. (Das TXA– Signal kann für eine Eintakteingangsvorrichtung geerdet sein, ohne dass der hierin beschriebene Betrieb des Schaltkreises beeinflusst wird). Das Differenzsignal vom Treiber 52 wird einem Übertragungsschaltnetzwerk 53 zugeführt, das die Kondensatoren 54 und 56 der kapazitativen Sendetrennschaltung 31 wie untenstehend beschrieben lädt. Auf der Leitungsseite der Trennschnittstelle beinhaltet die Sendeleitungskopplungsvor richtung 32 ein Sendersignal-Wiederherstellungsumschaltnetzwerk 57, wie in 7 dargestellt ist. Das Netzwerk 57 besteht aus einer Quad-Umschaltschaltung, die ähnlich wie das Kondensatoreingangsnetzwerk 53 auf der Teilnehmerseite konfiguriert ist und von einem gewöhnlichen Taktsignal mit diesem synchronisiert ist. Die zwei Netzwerke 53 und 57 wirken zusammen, um ein Informationssignal in einem reiterativen Prozess über die Trennstrecke zu schalten. Die folgende Erklärung bezieht sich nicht nur auf die Netzwerke 53 und 57, sondern auch auf sämtliche hierin beschriebenen Differenznetzwerkschaltungen zum Übertragen von Signalen über die Trennstrecke.
Mit Bezug auf 14 können die zwei Differentialumschaltnetzwerke zwei verschiedene Konfigurationen annehmen, abhängig davon, ob das Taktsignal HIGH oder LOW ist. Ist das Taktsignal HIGH, wie dies in 14a gezeigt wird, so wird das positive Differenzsignal V+ zum Kondensator Ca geführt, wobei Ca geladen wird, wobei das Signal direkt zu einem Operationsverstärker A geführt wird, wodurch sich das Signal Va ergibt. Ähnlich wird das Differentialsignal V– über den Kondensator Cb zum Operationsverstärker B geleitet, wodurch sich das Signal Vb ergibt. Verschiebt sich das Taktsignal zu LOW, so kippen die Quad-Umschalter an beiden Seiten der Kondensatoren, was zur Schaltungsanordnung der 14b führt. Das Signal V+ lädt den Kondensator Cb, und das Signal V– lädt den Kondensator Ca. Das Signal von Cb gelangt zum Operationsverstärker A, und das Signal vom Kondensator Ca gelangt zum Operationsverstärker B. Obwohl die Ladungen auf den Kondensatoren Ca und Cb umgedreht wurden, wird das Signal V+ zum Operationsverstärker A und das Signal V– zum Operationsverstärker B geführt, so dass Va eine Funktion von V+ und Vb eine Funktion von V– bleibt. Dieser Vorgang wiederholt sich synchron mit dem Taktsignal, wodurch die Signale über die Trennstrecke gesendet werden.
Durch die Verwendung dieser Technik des Umschaltens der Kondensatorpolarität in entgegengesetzter Weise können Telefonstimmen-Bandsignalfrequenzen durch einen Konden-sator mit kleinem Wert hindurchgelangen und noch immer 80% des Signalwerts bei Va und Vb übertragen.
Die Signalübermittlungstechnik reduziert das Gleichtakt-Rauschen in beträchtlicher Weise. Die äquivalente Schaltung für das Gleichtakt-Rauschen, Vn, ist in 15 dargestellt. Unter der Annahme, dass das Kondensatorverhältnis Ca/Cb geringer als das Widerstandsverhältnis des Spannungsteilers ist, ist in einem HIGH-Taktzustand Va = +1/2 Vn und Vb = –1/2 Vn, und im LOW-Taktzustand ist Va = –1/2 Vn und Vb = +1/2 Vn. Geht man von einem Vn-Signaleingang, wie er in 16a dargestellt ist, aus, so ist der entsprechende Signalausgang in 16b veranschaulicht. Das Gleichtakt-Rauschen wurde mittels Signalübertragungstechnik vom Sprachband in die Taktfrequenz ver-schoben und durch einen Tiefpassfilter mit einer oberen Eck-Grenzfrequenz von 10 KHz bis 15 KHz eliminiert.
Kehrt man zu 7 zurück, so dienen die zwei Operationsverstärker 58 und 59 als Puffer 61, um die Differentialsignale wiederherzustellen und sie auf eine angemessene Höhe zurückzubringen. Die gepufferten Differentialsignale werden in eine Operationsverstärker-Umwandlerschaltung 62 gespeist, welche die Differentialsignale in ein Eintakt-Signal umwandelt. Der Wert der Widerstände 63 und 63A kann selektiv variiert werden, um in Übereinstimmung mit den Anforderungen an verschiedene Schaltungen mit integriertem Modem die Verstärkung des Übertragungspfades zu ändern. Das Eintaktsignal wird durch ein Anti-Alias-Tiefpassfilter 64 zugeführt, welches eine obere Eckfrequenz von 15 KHz aufweist, um Resteffekte und Rauschen, die vom Umschaltnetz 57 erzeugt werden wie auch das Gleichtakt-Rauschen zu entfernen. Das sich ergebende Ausgangssignal ist das TXAL-Signal, ein glattes, gefiltertes, verstärkungs-gesteuertes, analoges Signal, das mit dem vom Teilnehmer erzeugten Informationssignal äquivalent ist.
Mit Bezug auf 9 wird das TXAL-Signal angeschlossen, um einen Sendesignal-Stromtreiber mit niedriger Verzerrung 71 anzusteuern, welcher seinerseits an die Gabelschaltung 41 oder 41' der 2 und 3 angeschlossen ist. Die Gabelschaltung besteht aus einem Operationsverstärker, der für seine Funktion als Empfangspfadverstärker 73 geschaltet ist, welcher eine Spannung gleich der Überlagerung der aus- und eingehenden Ströme auf der Leitungsseite erzeugt, und aus einer Rückführungssignal-Auslöschungsschaltung 72, welche einen ausgewählten Abschnitt des ausgehenden Signals entfernt. Für Sprachkommunikation darf ein kleiner Teil des ausgehenden Signals den Empfangskanal passieren, wodurch ein Rückhör-Effekt erzeugt wird. Der/die Sprecherin hört somit einen kleinen Anteil seiner oder ihrer Stimme, wodurch das Vorhandensein der Verbindung vermittelt wird. Für Modem-Anwendungen und dergleichen, stellt die Schaltung 72 eine beinahe vollständige Eliminierung des ausgehenden Signals an die Teilnehmervorrichtung bereit. Der Grad der Rückhör-Beseitigung wird durch die Genauigkeit der Impedanzanpassung zwischen der Telefonleitung und dem Widerstand 74 bestimmt.
Der Widerstand 74 und der Kondensator 79 sind seriell zwischen L+ und L– (Gleichtakt) und der Ausgang V_L mit einer hyperstabilen Spannungsreferenz 81 verbunden. Der Widerstand 74 erzeugt eine Spannung, die zum in der Leitung fließenden Strom proportional ist, und der Kondensator 79 leitet das Wechselstrom-Signal auf der Leitung ab. Die Schaltung 76 umfasst einen positiven Spannungsregler, der eine Spannung V₁(+3V) erzeugt, welche ebenfalls eine stabile Steuerspannung für einen Stromreferenzgenerator 77 bereit stellt, der einen Strom I₁ erzeugt. Der stabile Strom I₁ wird einer Gleichstrom-Widerstandssteuerschaltung 78 zugeleitet, welche die Gleichstrom-Widerstandssteigung für die DAA in Übereinstimmung mit den Regelungen, die in den EIA/TIA und Bell Spezifikationen formuliert sind, festlegt. Die Schaltung 75 erzeugt ein gleichförmiges –3VDC aus der V_1–Eingangsgröße, um viele der Operationsverstärkerschaltungen auf der Leitungsseite, die hierin beschrieben sind, mit Strom zu versorgen. Dieser einzige Steuerungsschaltkreis bietet einen Wechselstrom-Abschluss, erlaubt das Ziehen eines Stromes für die Vorrichtung auf der Leitungsseite, ohne den passenden Gleichstrom-Abschluss zu behindern, stellt einen Übertragungssignalerzeugungsmechanismus mit niedriger Verzerrung bereit und wandelt den Strom aus der Leitung in eine Dualspannungsversorgung um.
Die Schaltung 72 erzeugt auch das Empfangsleitungssignal RCVL, das durch einen Differenzsignalprozessor 100 (8) geführt wird, um das Eintakt-RCVL-Signal in komplementäre Differenzsignale umzuwandeln. Diese Signale werden einem getakteten Umschaltnetz 90 zugeführt, das durch komplementäre Taktsignale CKL und CKL\ angesteuert wird, um die Isolierungskondensatoren der Schaltung 33 differenziell zu laden. Der Betrieb dieses Netzwerks ist mit Bezug auf 14 in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt.
Bezugnehmend auf 12 umfassen die Leitungsschnittstelle 42 und der Leitungs-Anschlussknoten und -Detektorschaltung 43 (der 3) einen Halbleiter-Abgehoben-Leitungsumschalter 82, der sich aus einem Paar paralleler Transistoren zusammensetzt, die den Stromweg von der Telefonleitung zum L+Ausgang öffnen und schließen. Ein Abgehoben-Umschalttreiber 84 wird durch einen Abgehoben-Taktempfänger und eine Ladungspumpenschaltung 85 gesteuert, welche mit den Leitungsseiten der Abgehoben-Trennkondensatoren in der Vorrichtung 36 der 2 verbunden ist. Ein sekundärer Transistor 83 wird gemeinsam mit dem Abgehoben-Umschalttreiber 84 verwendet, um nur Leckstromflüsse sicherzustellen, bis die Energie am Kondensator 85A ausreicht, um das Darlington-Paar des Abgehoben-Umschalttreibers 84 in die Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Ein Gleichrichter 86, der zwischen der TIP-Verbindung und dem Abgehoben-Leitungsumschalter verbunden ist, wird aus Schottky-Dioden oder dergleichen ausgebildet, um die Plus- oder Minuspolarität des TIP-Signals zu steuern.
Hinsichtlich 6 wird der Transistor 87 in die Vorwärtungsrichtung vorgespannt, und er wird leitend, wenn die Teilnehmervorrichtung der DAA signalisiert, in den Abgehoben-Zustand zu gehen, indem sie die OFFHK\Leitung in einen LOW-Zustand bringt. Der Rechteck-Generator 88 arbeitet kontinuierlich, um eine konstante Frequenz (z.B. 600 KHz) zu erzeugen, welche zu einem Teilerzähler im Verhältnis 1:2 89 geleitet wird, um ein 50% Arbeitssignal zu erhalten. Die Aktivierung des Transistors 87 ermöglicht, dass der Zähler 89 in Betrieb geht, wodurch die Rechteckschwingung (bei 300 KHz) zu einem Abgehoben-Differenztakttreiber 91 geleitet wird. Der Takttreiber 91 führt die Signale OHCAP und OH\CAP zu den Teilnehmerseiten der Kondensatoren in der Schaltung 38 (2).
Unter nochmaliger Bezugnahme auf 12 wird der Brücken-Gleichrichter 92 mit dem Rufsignal-Wechselstrom-Kopplungskondensator 93 verbunden, um einen Gleichstrom-pegel zu erzeugen, der größer als die Schwelle einer Zenerdiode 94 ist. Erreichen Rufsignale aus der Telefonleitung Spitzen über etwa 30 Volt, so heben sie den Gleichstrompegel am parallelen Widerstands-Zener-Netz 96 an. Diese Spannung erreicht einen Wert, der nicht größer als ungefähr 5,1 Volt ist, und umfasst das RIG-Signal, das dazu verwendet wird, das Schaltnetz 97 und den Rufoszillator der 11 mit Energie zu versorgen. Das Umschaltnetz 97 führt das Rufoszillator-Signal zur Leitungsseite der Empfangsisolierungskondensatoren der Vorrichtung 33 (2). Der Rufoszillator 98 (11) wird so eingestellt, dass er bei etwa 300 KHz arbeitet und die Differentialtreiberschaltung 99 speist. Eine Sperrschaltung 101 verhindert, dass die Rufsignalinformation erzeugt wird, es sei denn die DAA ist nicht abgehoben. Ist die DAA abgehoben, wird der Transistor der Schaltung 101 eingeschaltet, wodurch verhindert wird, dass das RIG-Signal die Schalter der Schaltung 97 betätigt.
Auf der Teilnehmerseite der Vorrichtung 33 empfängt das Differenzumschaltnetz 102 (5) Signale von den Trennkondensatoren der Vorrichtung 33 und wird mit diesen durch die vorab beschriebenen Taktsignale synchronisiert. Das empfangene Signal wird in differenzierter analoger Form wiederhergestellt und einem Eingangssignalpuffer 103 zugeleitet. Das gepufferte Signal wird einer Umwandlungsschaltung 104 zugeführt, welche das differentiale analoge Signal in ein Eintaktsignal umwandelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers in Schaltung 104 legt die Verstärkung auf der Empfangsseite fest. Der Wert des Widerstands 105 kann so eingestellt werden, dass er verschiedenen Modemchips angepasst ist.
Der Signalausgang des Umwandlers 104, der von Differenz- auf Eintaktsignale umwandelt, stellt einen Eingang für zwei verschiedene Anwendungen bereit. Eine ist der Empfängerabschnitt, der aktiv ist, wenn die DAA abgehoben ist. Das Signal vom Umwandler 104 wird einer Anti-Alias-Tiefpassfilterschaltung 106 zugeleitet. Die Eckfrequenz des Filters liegt bei etwa 15 KHz, um das Schaltgeräusch und das HF- Rauschen mit hoher Frequenz auf der Telefonleitung zu entfernen. Der Operationsverstärker der Filterschaltung 106 stellt ein gepuffertes Ausgangssignal RCV an der Teilnehmerschnitt-stellenpunktverbindung bereit. Das RCV-Signal umfasst das analoge empfangene Signale für alle Teilnehmervorrichtungen, die mit der Schnittstelle verbunden sind. Der Ausgang der Pufferschaltung 104 wird ebenfalls durch einen Schalter 107 zu einer Rufindikator-schaltung 108 geleitet. Das empfangene analoge Signal stellt das Rufsignal dar. Ist die DAA nicht abgehoben und fehlt das OFFHK\-Signal, so schaltet ein Operationsverstärker 109 den Umschalter 107 und führt das empfangene analoge Signal einer Rufindikatorschaltung 108 zu. Das Signal wird durch die Diode 110 gleichgerichtet und verwendet, um den Kondensator 111 zu laden. Die Kondensatorladung wird durch einen Opera-tionsverstärker 112 mit einer fixen Spannungsreferenz verglichen, und ein Rufsignal-ausgang RI\ wird erzeugt, wenn die Ladung die Referenz übersteigt. Der Ausgang RI\ ist an einem Ausgangsverbindungspunkt der Teilnehmerschnittstelle vorgesehen.
Eine Schaltung, die für das Funktionieren verschiedener Abschnitte der Teilnehmerseite der DAA erforderlich ist, ist ein Referenzspannungsgenerator 113, der in 13 abgebildet ist. Die Schaltung 113 arbeitet auf der Standard-VCC, die auf der Teilnehmer-seite bereit gestellt ist, und erzeugt einen stabilen 2,5 VDC-Ausgang für die Operations-verstärker auf der Teilnehmerseite. Zurückkommend auf 6 wird der Rechteck-ausgang von 300 KHz des Zählers 89 ebenfalls einer Differenztakttreiberschaltung 116 zugeführt, welche die Signale CK\CAP und CKCAP erzeugt, die dazu verwendet werden, Energie über die Trennkondensatoren zu übermitteln. Der Ausgang des Zählers 89 wird auch einer Phasenverzögerungsschaltung 117 zugeleitet, welche so konstruiert ist, dass sie den Verzögerungen der externen Trennondensatorelemente der Schaltungen 31, 33, 36 und 38 angepasst ist. Die Phasenverzögerungsschaltung 117 erzeugt ein zeitlich korrekt abgestimmtes Taktsignal für die Zweiphasentaktschaltung 118, welche ihrerseits die Taktsignalpaare CK und CK\ an alle teilnehmerseitigen Kopplungsvorrichtungen liefert.
Eine weitere Schaltung, die für verschiedene Abschnitte der Leitungsseite der DAA erforderlich ist, ist das in 10 dargestellte Taktsystem. Taktsignale, die durch die Kondensatoren der Schaltung 36 übertragen werden, werden von einer Pufferschaltung 121 empfangen und von einer Quadrierschaltung 112 verarbeitet. Der Ausgang der Schaltung 122 sind die Taktsignale CKL\ und CKL, welche verwendet werden, um die Umschaltnetze der 7 auf der Telefonleitungsseite anzusteuern. Somit werden die Taktsignale, die auf der Teilnehmerseite entstehen, über die Schnittstelle übermittelt, um die Signalkodierung auf der Leitungsseite zu synchronisieren.
Die hierin beschriebenen Schaltungen können aus Vorrichtungen gebildet werden, welche diskrete Komponenten sind, oder sie können Teil einer integrierten Schaltung sein, die unter Verwendung herkömmlicher ASIC-Techniken gebildet wurde.
Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt. Es besteht keine Intention, diese Erfindung auszuschöpfen oder auf die genaue Form, wie sie offenbart wurde, zu beschränken. Die beschriebene Ausführungsform wurde ausgewählt, um am besten die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um auf diese Weise Fachleuten auf dem Gebiet der Technik zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie dem bestimmten Zweck entsprechen, am besten zu verwenden. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die beiliegenden Ansprüche definiert sein.

Claims

Trennschaltung (22) zum Verbinden einer Teilnehmervorrichtung (21) mit einem Telefonleitungspaar (23) zur Voll-Duplex-Übertragung über das Telefonleitungspaar während eine elektrische Trennstrecke zwischen der Teilnehmerseite und der Leitungsseite der Trennschaltung bereitgestellt wird, gekennzeichnet durch ein erstes Paar Kondensatoren (54, 56), welche die elektrische Trennstrecke überbrücken, wobei jeder der Kondensatoren ein mit einer Seite der Trennschaltung verbundenes erstes Ende und ein mit der anderen Seite der Trennschaltung verbundenes zweites Ende aufweist; Mittel (31) zum Übertragen eines Informationssignals über die Kondensatoren von der einen Seite zur anderen Seite, wobei ein Mittel (26) zum differentiellen Laden der ersten Enden des Paars an Kondensatoren mit dem Informationssignal, ein Mittel (32) zum Empfangen der Differenzladung an den zweiten Enden des Paars an Kondensatoren sowie ein Mittel (62) zum Umwandeln der Differenzladung an den zweiten Enden in ein wiederhergestelltes Informationssignal enthalten sind; und Mittel (36) zum Übertragen eines Taktsignals, das von der Teilnehmerseite der Trennschaltung stammt, auf die Leitungsseite der Trennschaltung, um die Signalverarbeitung auf der Teilnehmerseite und der Leitungsseite der Trennschaltung zu synchronisieren.
Trennschaltung nach Anspruch 1, worin das Mittel zum differentiellen Laden ein Differentialumsetzer-Schaltmittel (52) zum Empfangen des Informationssignals und zum Erzeugen von dem Informationssignal entsprechenden gepaarten komplementären Differenzsignalen einschließt.
Trennschaltung nach Anspruch 2, worin das Mittel zum differentiellen Laden geschaltete Sendenetzmittel (53) umfasst, um die gepaarten komplementären Differenzsignale inkrementierend und alternierend zu den ersten Enden des Kondensator-Paares zu schalten.
Trennschaltung nach Anspruch 3, umfassend ein erstes Taktsignalmittel zur Erzeugung eines Taktsignals, um das geschaltete Sendenetzmittel so anzusteuern, dass es reiterativ und zyklisch arbeitet.
Trennschaltung nach Anspruch 4, worin das Mittel zum Empfangen der Differenzladung geschaltete Empfangsnetzmittel (57) umfasst, um Ladungsniveaus von den zweiten Enden der Kondensatoren inkrementierend und alternierend zu schalten, um gepaarte komplementäre empfangene Differenzsignale zu bilden.
Trennschaltung nach Anspruch 5, worin das Mittel zum Empfangen der Differenzladung Differenz-Decoderschaltungsmittel (62) umfasst, um die gepaarten komplementären empfangenen Differenzsignale zu empfangen und ein entsprechendes empfangenes Informationssignal zu erzeugen.
Trennschaltung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, die zweite Taktsignalmittel umfasst, um ein Taktsignal zu erzeugen, um das geschaltete Empfangsnetzmittel so anzusteuern, dass es reiterativ und zyklisch arbeitet.
Trennschaltung nach Anspruch 7, die weiters Mittel (29, 36, 37) zum Synchronisieren des ersten und des zweiten Taktsignalmittels umfasst.
Trennschaltung nach Anspruch 8, worin das Mittel zum Synchronisieren Mittel umfasst, um ein Taktsignal über die Trennstrecke zu senden, um das erste und das zweite Taktsignalmittel zu verknüpfen.
Trennschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Mittel zum Senden eines Taktsignales ein zweites Paar Kondensatoren umfasst, welche die elektrische Trennstrecke überbrücken, wobei jeder des zweiten Kondensatorenpaars ein erstes Ende, das an die eine Seite der Trennschaltung angeschlossen ist, und ein zweites Ende aufweist, das an die andere Seite der Trennschaltung angeschlossen ist.
Trennschaltung nach den Ansprüchen 9 und 10, die weiters Phasenverschiebungsmittel (117) umfasst, die zwischen dem ersten und dem zweiten Taktsignalmittel zwischengeschaltet sind, um eine Phasenverschiebung zu kompensieren, die vom zweiten Kondensator-Paar verursacht wird.
Trennschaltung nach Anspruch 6, die weiters Spannungswiederherstellungsmittel umfasst, um Strom aufzunehmen, der vom Telefonleitungspaar bereitgestellt wird, und eine Betriebsspannung für die Ansteuerungsschaltung auf der Leitungsseite der Trennstrecke zu erzeugen.
Trennschaltung nach Anspruch 12, worin das Spannungswiederherstellungsmittel Schaltungsmittel umfasst, die an den Strom angeschlossen sind, der vom Telephon-Leitungspaar bereitgestellt wird, und eine hohe Wechselstrom-Impedanz und einen einstellbaren Gleichstrom-Widerstand aufweisen.
Trennschaltung nach Anspruch 12, das weiters Mittel für eine stabile Referenzspannung (81) umfasst, um die Betriebsspannung aufzunehmen und eine hochstabile Referenzspannung für die Schaltung auf der Leitungsseite der Trennstrecke zu erzeugen.
Trennschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die ein weiteres Paar von Kondensatoren, welche die elektrische Trennstrecke überbrücken, sowie Mittel (30) umfasst, um ein Abgehoben-Signal von der Teilnehmerseite zur Leitungsseite der Trennstrecke zu übertragen.
Trennschaltung nach Anspruch 15, die weiters Mittel umfasst, um ein Rufsignal über das weitere Paar von Kondensatoren von der Leitungsseite zur Teilnehmerseite der Trennstrecke zu übertragen.
Verfahren zum Übertragen eines Informationssignals über eine elektrische Trennstrecke zwischen einem Telefonleitungspaar und einer Teilnehmervorrichtung, durch folgende Schritte gekennzeichnet: das Überbrücken der Trennstrecke mit einem Paar an Kondensatoren; das differentielle Laden des Kondensator-Paares mit dem Informationssignal auf einer Seite der Trennstrecke; das Detektieren der Differenzladung auf dem Kondensator-Paar auf der anderen Seite der Trennstrecke; und das Umwandeln der detektierten Differenzladung auf dem Kondensator-Paar in ein empfangenes Signal, das dem Informationssignal entspricht; und das Übertragen eines Taktsignals über die Trennstrecke von einer Teilnehmerseite der Trennstrecke zu einer Leitungsseite der Trennstrecke, wobei das Taktsignal zum Synchronisieren der Signalverarbeitung auf der Teilnehmerseite und der Leitungsseite der Trennstrecke verwendet wird.
Verfahren zum Übertragen eines Informationssignals über eine Trennstrecke nach Anspruch 17, das weiters den Schritt des Umwandelns des Informationssignals in ein gepaartes komplementäres Differenzsignal zum Laden der Kondensatoren einschließt.
Verfahren zum Übertragen eines Informationssignals über eine Trennstrecke nach Anspruch 18, das weiters den Schritt des inkrementierenden und reversiblen Ladens des Paares an Kondensatoren auf reiterative Weise synchron mit dem konstanten Taktsignal umfasst.
Trennschaltung nach Anspruch 1, die Schaltmittel umfasst, um ein Informationssignal synchron abwechselnd zu jedem des ersten Paares an Kondensatoren zu schalten, um die Kondensatoren differentiell zu laden und das Informationssignal über die Trennstrecke zu übertragen, wodurch das Umschaltmittel Gleichtakt-Rauschen beseitigt.