DE69604800T2

DE69604800T2 - Isolierungsschaltung für telefongerät

Info

Publication number: DE69604800T2
Application number: DE69604800T
Authority: DE
Inventors: Raymond Greenfield
Original assignee: BETACOM PLC DUCK LEES LANE
Current assignee: Betacom Consumer Electronics Ltd Brentwood Esse
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: GB9509624D0; WO1996036112A1; EP0824788B1; DE69604800D1; ATE185935T1; US5872843A; EP0824788A1; AU5697596A; ES2138819T3; DK0824788T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Telekommunikationsapparate und insbesondere eine Schaltung zum Abtrennen eines Telefon- oder Facsimile-Apparates von der Telefonvermittlungsanlage.
Wo Geräte wie zum Beispiel Rufweglenker in Reihe zwischen dem Telefonapparat und der Vermittlungsanlage geschaltet sind, da ist es wünschenswert, den Telefonapparat vom Mehrfrequenzwählprozeß abzutrennen, der mit Tonfrequenzinformationen erfolgt. Gleichzeitig muß von der Vermittlungsanlage zum Telefonapparat ein Gleichstromspeisepfad bereitgestellt werden. Existierende Systeme bieten vollständige Wechsel- und Gleichstromabtrennung, was nachteilig ist, da dies eine externe Stromversorgung am Telefonapparat erfordert.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Trennschaltung für die Wechselstromabtrennung unter Beibehaltung des Gleichstrompfades bereitzustellen.
Fig. 1 zeigt ein Schaltdiagramm einer ersten Wechselstromtrennschaltung des Standes der Technik;
Fig. 2 zeigt eine Frequenzgangkurve der Schaltung von Fig. 1;
Fig. 2A zeigt ein Schaltdiagramm eines zweiten Filters des Standes der Technik;
Fig. 3 zeigt ein Schaltdiagramm einer die Erfindung verkörpernden Trennschaltung; und
Fig. 4 zeigt eine Frequenzgangkurve der Schaltung von Fig. 3.
Eine Möglichkeit der Bereitstellung von Wechselstromtrennung ist in Fig. 1 illustriert, wo die Vermittlungsanlage durch die Spannungsquelle Esource die auch eine Gleichstromspeisung beinhaltet, und die Widerstandsquelle Rsource repräsentiert ist; der Telefonapparat ist durch Rload repräsentiert. Ein Induktor L ist in Reihe zwischen dem Last- und dem Quellenwiderstand geschaltet. Vorausgesetzt, eine geeignet hohe Induktanz wird gewählt, trennt der Induktor wirksam die Quelle von der Last mit den Frequenzen, innerhalb derer er arbeiten soll, typischerweise zwischen etwa 300 Hz und 4 kHz, während der Gleichstromspeisepfad erhalten bleibt.
Der Frequenzgang der Schaltung von Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Die mit VdB (out) bezeichnete Kurve ist der Frequenzgang, der an Punkt B in Fig. 1 gemessen wird, d. h. am Lastwiderstand. Bei 300 Hz beträgt der Frequenzgang -30 dE, während er bei 1000 Hz -40 dB beträgt, was eine Trennung von 24 dE und 34 dB repräsentiert, so daß ein Verlust von 6 dB auf Grund der Impedanzanpassung des Systems ermöglicht wird. Auf Grund der Symmetrie der Schaltung ist die Leistung in beiden Richtungen identisch.
Dieses Verfahren arbeitet zwar zufriedenstellend, es wird jedoch eine große Induktanz von wenigstens 20H benötigt, die einen Strom von wenigstens 0,1 A führen können muß. Ein solcher Induktor ist physisch groß und kostspielig und stellt keine praktische Lösung dar.
Ein zweiter Ansatz des Standes der Technik bei der Bereitstellung eines Tiefpaßfilters ist in der GB 2,002,193 beschrieben und wird als T-Filter bezeichnet (s. Fig. 2). Ein T-Filter umfaßt zwei ohmsche Verzweigungen 30, 32 und eine kapazitive Verzweigung 34. Bei einem solchen T-Filter müssen die ohmschen Verzweigungen einen hohen Widerstand in der Größenordnung von 10.000 Ohm haben, und der Kondensator muß einen kleinen Wert haben. Da die Impedanz des Kondensators umgekehrt proportional zur Frequenz ist, fällt die Impedanz des Kondensators 34 mit steigender Frequenz ab und läßt einen Erdschluß des Signals zu. Diese Schaltung sperrt somit hohe Frequenzen, läßt aber Gleichstrom durch. Damit jedoch die Schaltung funktionieren kann, müssen die ohmschen Pfade 30, 32 im Vergleich zur Kapazität 34 eine hohe Impedanz haben. Dies führt zu einem unakzeptablen Spannungsabfall für Gleichstrom.
Wir haben erkannt, daß ein Tiefpaßfilter für den Einsatz in der Telekommunikation einen niedrigen Widerstand gegenüber Gleichstrom haben und dabei gute Wechselstromsperreigenschaften erhalten sollte. Demgemäß wird eine Wechselstrom-Trennschaltung zum Abtrennen eines Telekommunikationsapparats von einer Quelle bereitgestellt, umfassend einen ohmschen Pfad zwischen dem Telekommunikationsapparat und der Quelle mit einer ersten und einer zweiten Verzweigung, wobei der genannte ohmsche Pfad Gleichstrom durchläßt; und einen kapazitiven Pfad zwischen Erde und einem Punkt zwischen der ersten und der zweiten Verzweigung, wobei der kapazitive Pfad eine Impedanz hat, die geringer ist als die der ersten oder der zweiten ohmschen Verzweigung über den Betriebsfrequenzbereich des Apparats; wobei die erste und die zweite ohmsche Verzweigung jeweils eine Verstärkungsschaltung umfassen, die parallel zu einem ohmschen Element angeordnet ist, so daß der effektive Widerstand jeder ohmschen Verzweigung vom Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung abhängig ist, um einen anscheinend hohen Widerstand gegenüber AC und einen niedrigen Widerstand gegenüber DC zu präsentieren.
Die Erfindung stellt somit einen großen Scheinwiderstand in den ohmschen Verzweigungen bei zu dämpfenden Frequenzen bereit, um einen guten T-Filter- Betrieb zu gewährleisten und dabei einen niedrigen Widerstand gegenüber Gleichstrom zu ermöglichen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
In Fig. 3 ist die Vermittlung wiederum als Spannungsquelle Esource 10 repräsentiert, die auch eine Gleichstromspeisung beinhaltet, und als Widerstand Rsource 14. Der Telefonapparat ist als Lastwiderstand Rload 12 repräsentiert. Der Induktor wird durch die Kombination von 4 Widerständen R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4;, die durch die Bezugsziffern 16, 18, 20 und 22 angedeutet und in Reihe zwischen dem Last- und dem Quellenwiderstand 12, 14 geschaltet sind, und einem Paar Verstärkungsschaltungen 26, 28 ersetzt, die jeweils parallel zu den Widerständen 16 und 22 geschaltet sind und jeweils einen Verstärker und einen Kondensator auf der Ein- und der Ausgangsseite des Verstärkers aufweisen. Auf der Quellenseite sind der Verstärker mit A&sub1; und die Kondensatoren mit C&sub1; und C&sub2; bezeichnet; auf der Lastseite ist der Verstärker mit A&sub2; sowie mit C&sub3; und C&sub4; bezeichnet; und der Kondensator C&sub5; 24 ist zwischen den Widerständen 18 und 20 und Erde geschaltet. Die Kondensatoren C&sub1; C&sub2; und C&sub3; C&sub4; sind vorgesehen, um die Verstärker A&sub1;, A&sub2; vom Gleichstrom auf der Leitung abzutrennen, der sonst die Verstärker zerstören würde. Die Kondensatoren sind für den Betrieb der Schaltung nicht wesentlich. Werden sie weggelassen, dann wäre der Frequenzgang zwar anders, aber es ergäbe sich dieselbe Gesamtleistung. Sie sind in der vorliegenden Ausgestaltung dort nützlich, wo Gleichspannungen von bis zu 50 V anliegen können.
Es ist ersichtlich, daß bei Gleichstrom das Telefon (die Last) von der Quelle durch Serienwiederstände 16, 18, 20 und 22 gespeist wird, und die Gleichspannung ist proportional zur Summe dieser Spannungen. Bei Tonfrequenzen wird die Impedanz bei Punkt A auf der Quellenseite und bei Punkt B auf der Lastseite durch den Kondensator 24 jeweils in Kombination mit dem Widerstand 18 und dem Wirkwiderstand der parallelen Widerstandsverstärkungsschaltung 26 sowie mit dem Widerstand 20 und dem Wirkwiderstand der parallelen Schaltung 28 bestimmt. Dabei wird von der Quellenseite her davon ausgegangen, daß die Impedanz des Kondensators 24 niedriger ist als R3 plus dem Wirkwiderstand R4, was im interessanten Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz der Fall ist, vorausgesetzt, daß die richtigen Komponentenwerte gewählt werden. Ebenso muß, auf der Lastseite, die Impedanz von C&sub5; geringer sein als der Wirkwiderstand von R&sub1; plus R&sub2; im interessanten Frequenzbereich.
Der Wirkwert des Widerstands R&sub1; 16 ist abhängig vom Verstärkungsfaktor des Verstärkers A und wird ausgedrückt durch:
R&sub1; effektiv = R&sub1;/1-A&sub1;
Dabei ist A&sub1; der Verstärkungsfaktor des Verstärkers A und ist geringer als eins. Die Schaltungswerte werden so gewählt, daß die Impedanz bei Punkt A mit der der Vermittlungsanlage übereinstimmt, d. h. Rsource, und typischerweise 600 Ohm beträgt. Impedanz und Trennung - mit Blick vom Telefonapparat bei Punkt B - können auf ähnliche Weise bestimmt werden, und wenn ähnliche Komponentenwerte verwendet werden, ist das Ergebnis in beiden Richtungen gleich. Ebenso ist R&sub4; effektiv gleich R&sub4;/1-A&sub2;
Die Schaltung hat die Aufgabe, hochohmsche Pfade bei hoher Frequenz bereitzustellen (erforderlich, damit der T- Filter-Teil gut arbeitet), bietet jedoch wie nachfolgend beschrieben einen geringen Widerstand gegenüber Gleichstrom. Bei einer Frequenz von Null (DC) sperren die Kondensatoren C&sub1;, C&sub2;, C&sub3; und C&sub4; jeden Strom von den Verstärkern A&sub1;, A&sub2;. Demgemäß arbeitet die Schaltung einfach als T-Filter mit typischen Widerstandswerten von R&sub1; = R&sub4; = 10 Ohm sowie R&sub2; = R&sub3; = 20 Ohm. Diese Werte sind niedrig im Vergleich zum Stand der Technik und stellen keinen unerwünschten Spannungsabfall für Gleichstrom dar. Bei Wechselstromfrequenzen lassen die Kondensatoren C&sub1;, C&sub2;, C&sub3; und CQ jedoch Strom zu den Verstärkern A&sub1;, A&sub2; durch. Wenn man Verstärker A&sub1; nimmt, ist die Spannung bei Punkt A&sub1; auf Grund des Vorhandenseins des Verstärkers A&sub1; x die Eingangsspannung bei Punkt A. Demgemäß beträgt der Scheinspannungsabfall über den Widerstand R&sub1; (1-A&sub1;) x Eingangsspannung. Bei einem Verstärkungsfaktor von A&sub1; = 0,9, zum Beispiel, führt dies zu einem sehr geringen Spannungsabfall und einem anscheinend großen Widerstand R&sub1; effektiv = 10 R&sub1;. Bei Einsatz eines Verstärkers mit einem Verstärkungsfaktor A&sub1; näher bei Eins kommt es bei Tonfrequenzen zu einem größeren Scheinwiderstand R&sub1; effektiv, der ausgedrückt wird durch die obengenannte Formel. Die Verzweigung des Verstärkers A&sub2; arbeitet auf ähnliche Weise.
Aus Fig. 4 geht deutlich hervor, daß der Frequenzgang bei Punkt B in Fig. 3-34 dB bei 300 Hz sowie -64dB bei 4 kHz ist, was einen Verlust von 6 dB ermöglicht, so daß sich eine bessere Abtrennung ergibt als bei der Schaltung mit einem einfachen Induktor.
Die beschriebene Ausgestaltung dämpft Tonsignale in dem Bereich, der für eine Sprachübertragung erforderlich ist, obwohl es bei Frequenzen unter 300 Hz geschätzt und bei Frequenzen über 4 kHz viel höher geschätzt wird. Gleichstrom wird zur Last durchgelassen. Die beschriebene Schaltung hat den Vorteil, daß sie kostenärmer und kleiner ist als der äquivalente Induktor, und daß sie nicht so große Widerstände benötigt wie der T-Filter des Standes der Technik.
Es ist einleuchtend, daß die beschriebene Schaltung eine Verbesserung eines T-Filters ist, der zwei ohmsche Verzweigungen, (R&sub1; effektiv + R&sub2;), (R&sub3; + R&sub4; effektiv), die zwischen Last und Quelle angeordnet sind, und eine kapazitive Verzweigung C&sub5; hat, die zwischen den beiden ohmschen Verzweigungen und Erde angeordnet ist. Vorausgesetzt, die Impedanz der kapazitiven Verzweigung ist über den interessanten Frequenzbereich geringer als die von einer der ohmschen Verzweigungen, werden Last und Quelle voneinander bei Wechselstromfrequenzen abgetrennt, über die die Schaltung funktionieren soll. Sie hat auch den Vorteil gegenüber der Anordnung von Fig. 1, daß die Endimpedanzen an den Punkten A und B genau über den interessanten Frequenzbereich geregelt werden können.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf einen Telefonapparat als Last beschrieben. Es ist klar, daß sie ebenso auch auf andere Telekommunikationsgeräte wie Facsimilemaschinen anwendbar ist.

Claims

1. Wechselstrom-(AC) Trennschaltung zum Abtrennen eines Telekommunikationsapparats von einer Quelle, umfassend:

einen ohmschen Pfad (16, 18, 20, 22) zwischen dem Telekommunikationsapparat und der Quelle mit einer ersten und einer zweiten Verzweigung, wobei der genannte ohmsche Pfad Gleichstrom durchläßt; und

einen kapazitiven Pfad (24) zwischen Erde und einem Punkt zwischen der ersten und der zweiten Verzweigung, wobei der kapazitive Pfad eine Impedanz hat, die geringer ist als die der ersten oder der zweiten ohmschen Verzweigung über den Betriebsfrequenzbereich des Apparats;

wobei die erste und die zweite ohmsche Verzweigung jeweils einen Verstärker (A1, C1, C2; A2, C3, C4) umfassen, der parallel zu einem ohmschen Element (R1; R4) angeordnet ist, so daß der effektive Widerstand jeder ohmschen Verzweigung vom Verstärkungsfaktor der Verstärkungsschaltung abhängig ist, um einen anscheinend hohen Widerstand gegenüber AC und einen niedrigen Widerstand gegenüber DC zu präsentieren.

2. Trennschaltung nach Anspruch 1, bei der die Verstärkerschaltungen jeweils einen Verstärker mit einem nichtinvertierenden Verstärkungsfaktor von weniger als Eins haben.

3. Trennschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verstärkerschaltungen jeweils ein Mittel zum Abtrennen der Verstärkerschaltungen von Gleichstrom aufweisen.

4. Trennschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Impedanz der ersten und der zweiten ohmschen Verzweigung abgestimmt sind.