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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Heutige
Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltungen sollten die traditionelle
Weise eine Telefonleitung von einer Amtsbatterie über einen
Speisewiderstand zu speisen nachahmen. Daher bestimmt dieser Speisewiderstand
die Abhängigkeit
des Leitungsstroms von der Leitungsspannung, d. h. die Leitungsspeisecharakteristik
der Leitungsschnittstellenschaltung.
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Jedoch
erfordern verschiedene Länder
verschiedene Speisewiderstände,
was dazu führt,
dass die heutigen Leitungsschnittstellenschaltungen nicht allgemein
verwendbar sind, sondern an die in dem entsprechenden Land spezifizierten
Anforderungen angepasst werden müssen.
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Für eine kurzgeschlossene
Leitung und für Leitungslasten
mit niedrigem Widerstand wird der Leitungsstrom hoch sein, was eine
hohe Verlustleistung in dem Speisewiderstand verursacht. Um dies zu
vermeiden, ist es bekannt, den maximalen Wert des Leitungsstroms
zu begrenzen. Auch dieser maximale Wert unterscheidet sich von Land
zu Land und demzufolge müssen
die heutigen Leitungsschnittstellenschaltungen auch in dieser Hinsicht
an die in dem entsprechenden Land spezifizierten Anforderungen angepasst
werden. Es ist jedoch bei den heutigen Leitungsschnittstellenschaltungen
nicht möglich,
den Leitungsstrom auf eine einfache Weise beliebig zu begrenzen.
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Wenn
die Leitung offen ist, d. h. wenn der Hörer aufgelegt ist, haben die
heutigen Leitungsschnittstellenschaltungen den Nachteil, dass die
Leitungsspannung niedriger sein kann als die erwartete, ideale Leitungsspannung
für eine
gegebene Speisespannung. Dies kann z. B. von der Tatsache abhängen, dass
die verbundene Leitung einen Leckwiderstand aufweisen kann oder
dass das mit der Leitung verbundene Gerät, z. B. ein Telefonapparat,
aus irgendeinem Grund Strom aus der Leitung zieht. Der Wert dieser
Spannung bei offener Leitung ist jedoch sehr wich tig für einige
Einheiten, z. B. so genannte MTUs (Maintenance and Test Units, Wartungs-
und Prüfeinheiten)
und bestimmte Faxgeräte.
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Die
US-A-4800589 offenbart eine Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung,
welche dazu ausgestaltet ist, einen Leitungsstrom mit einer Leitungsstrom/Leitungsspannungscharakteristik
bereitzustellen, welche in einem ersten Segment einen konstanten
Wert des Leitungsstroms, eine von einem Brückenwiderstand abhängige Steigung
in einem Steigungssegment und ein weiteres Steigungssegment mit
einer Steigung, welche größer ist
als in dem zweiten Segment, aufweist. Die Steigung des weiteren
Steigungssegments kann so ausgewählt
werden, dass das Segment parallel zu der Leitungsstromachse liegt
und die Leitungsspannung im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Bei dieser bekannten Schaltung besteht nach wie vor ein Problem
darin, eine Leitungsspeisecharakteristik zu erreichen, welche leicht
an die Anforderungen von unterschiedlichen Ländern angepasst werden kann.
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Somit
sind die heutigen Leitungsschnittstellenschaltungen nicht dazu ausgestaltet,
ihre Leitungsspeisecharakteristik an mögliche Variationen der Speisespannung
oder der Versorgungsspannung und die Anforderungen von unterschiedlichen
Ländern
anzupassen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile von bislang bekannten
Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltungen zu beseitigen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung
gemäß Anspruch
1 erfüllt.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Leitungsschnittstellenschaltung
umfasst Mittel, welche dazu ausgestaltet sind, eine mit der Leitungsschnittstellenschaltung verbundene
Leitung bis hinauf zu einer ersten Spannung, welche einen Absolutwert
aufweist, der um einen vorbestimmten Betrag niedriger ist als die
Versorgungsspannung der Leitungsschnittstellenschaltung, mit einem
im Wesentlichen konstanten Leitungsstrom eines ersten vorbestimmten
Wertes zu beaufschlagen, Mittel, welche dazu ausgestaltet sind,
die Leitung für
Leitungsspannungen zwischen der ersten Spannung und einer zweiten
Spannung, welche einen Absolutwert aufweist, der um einen vorbestimmten
Betrag höher
ist als die erste Spannung, mit einem Leitungsstrom zu beaufschlagen,
welcher invers proportional zu der Leitungsspannung und von einem
Wert zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und einem zweiten, niedrigeren
vorbestimmten Wert ist, und Mittel, welche dazu ausgestaltet sind, die
Leitungsspannung für
Leitungsströme
eines niedrigeren Werts als der zweite vorbestimmte Wert im Wesentlichen
konstant zu halten. Die Leitungsschnittstellenschaltung umfasst
ferner Mittel, um die Proportionalitätskonstante zwischen der Leitungsspannung
und dem Leitungsstrom auf einen gewünschten Wert zu setzen.
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Hierdurch
wird die erfindungsgemäße Leitungsschnittstellenschaltung
unempfindlich gegenüber
Variationen der Versorgungsspannung sowie gegenüber Leckströmen auf der Leitung und wird
auch leicht anpassbar an die Anforderungen in unterschiedlichen
Ländern.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird unten mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung genauer beschrieben,
in welcher
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1 schematisch
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung
zeigt,
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2 die
Leitungsspeisecharakteristik für die
Leitungsschnittstellenschaltung in 1 zeigt,
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3 schematisch
ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Leitungsschnittstellenschaltung
zeigt, und
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4 die
Leitungsspeisecharakteristik für die
Leitungsschnittstellenschaltung in 3 zeigt.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung.
In einer an sich bekannten Weise ist die Leitungsschnittstellenschaltung über einen
entsprechenden Ausgangsverstärker
(nicht gezeigt) in einer Treiberstufe 3 mit der A-Leitung 1 und
B-Leitung 2 einer Telefonleitung verbunden. Die Treiberstufe 3 ist
zwischen Masse und einer Versorgungsspannung VBAT angeschlossen, welche
normalerweise durch eine Batterie (nicht gezeigt) bereitgestellt
ist.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Telefonleitung mittels eines
Widerstands RL abgeschlossen, welcher die Summe des Widerstands
der Leitung und des Widerstands eines mit der Leitung verbundenen Geräts, z. B.
eines Telefonapparats (nicht gezeigt), darstellt.
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Der
Steuereingangsanschluss der Treiberstufe 3 ist mit dem
Kollektor eines Transistors Q1 verbunden. Die Basis des Transistors
Q1 ist einerseits mit dem Ausgangsanschluss eines Transkonduktanzverstärkers 4,
welcher eine Transkonduktanz gm aufweist, und andererseits über einen
Stromgenerator I1 mit der Versorgungsspannung VBAT verbunden.
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Der „+"-Eingangsanschluss
des Transkonduktanzverstärkers 4 (der
obere Eingangsanschluss in 1) ist mit
der B-Leitung 2 verbunden, während sein „–"-Eingangsanschluss
(der untere Eingangsanschluss in 1) einerseits über einen
Widerstand R mit der Versorgungsspannung VBAT und andererseits über zwei
in Reihe geschaltete Dioden D1, D2 mit dem Emitter eines Transistors
Q2 verbunden ist. Die Spannung über
den Widerstand R ist mit UR bezeichnet, während die Spannung über die
Dioden D1, D2 mit U1 bezeichnet ist.
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Die
Basis des Transistors Q2 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem
Emitter des Transistors Q1, der Basis eines Transistors Q3 und dem
Kollektor eines Transistors Q4 verbunden, während der Kollektor des Transistors
Q2 mit Masse verbunden ist. Die Spannung zwischen diesem Verbindungspunkt
und der Versorgungsspannung VBAT ist mit U2 bezeichnet.
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Der
Kollektor des Transistors Q3 ist mit der Versorgungsspannung VBAT
verbunden, während sein
Emitter einerseits über
einen programmierbaren Stromgenerator I2 mit Masse und andererseits
mit der Anode einer Diode D3 verbunden ist, deren Kathode einerseits
mit der Anode einer Diode D4 und andererseits mit der Basis des
Transistors Q4 verbunden ist.
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Der
Emitter des Transistors Q4 ist mit der Kathode der Diode D4 verbunden
und der Verbindungspunkt ist über
einen einstellbaren Widerstand R1 mit der Versorgungsspannung VBAT
verbunden.
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Der
Transistor Q4 und die Dioden D3 und D4 bilden zusammen einen Stromspiegel,
um den durch die Dioden D3, D4 zu dem Kollektor des Transistors Q4
fließenden
Strom zu spiegeln. Die Summe des Stroms durch die Dioden D3, D4
und des Kollektorstroms des Transistors Q4 wird durch den Widerstand
R1 fließen.
Die über
den Widerstand R1 auftretende Spannung ist mit UR1 bezeichnet.
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In
einer nicht gezeigten, aber an sich bekannten Weise wird die Spannung
zwischen der A-Leitung 1 und Masse gleich der Spannung
zwischen der B-Leitung 2 und dem „–"-Eingangsanschluss des Transkonduktanzverstärkers 4 gehalten. Diese
zwei gleichen Spannungen, gewöhnlich „Schutzbereich" genannt, sind mit
UG bezeichnet. Die Schutzbereiche sind vorhanden, um Sprachsignale
und Sprachfrequenzsignalisierung auf der Leitung zu ermöglichen,
auch wenn der Hörer
aufgelegt ist, und sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Strom
des Stromgenerators I1 und die Transkonduktanz gm des Transkonduktanzverstärkers 4 in
einer solchen Weise bestimmt, dass UG = I1/gm.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung ist die in 1 gezeigte
Leitungsschnittstellenschaltung dazu ausgestaltet, wenn die Leitungslast
RL von einer kurzgeschlossenen zu einer offenen Leitung variiert,
die in 2 gezeigte Leitungsspeisecharakteristik hervorzurufen.
Wie es aus 2 ersichtlich ist, beaufschlagt
die Leitungsschnittstellenschaltung für Leitungsspannungen UL bis
hinauf zu einer Spannung UL1 die verbundene Leitung mit einem im
Wesentlichen konstanten Leitungsstrom IL eines vorbestimmten Werts
IL1. Der Absolutwert der Spannung UL1 ist um einen vorbestimmten
Betrag niedriger als die Versorgungsspannung VBAT der Leitungsschnittstellenschaltung.
Für Leitungsspannungen
zwischen der Spannung UL1 und einer Spannung UL2, welche einen Absolutwert
aufweist, der um einen vorbestimmten Betrag höher ist als die Spannung UL1,
beaufschlagt die Leitungsschnittstellenschaltung gemäß 1 die
Leitung mit einem Leitungsstrom IL, welcher invers proportional
zu der Leitungsspannung UL und von einem Wert zwischen IL1 und einem
vorbestimmten, niedrigeren Wert IL2 ist. Für Leitungsströme IL niedriger
als IL2 hält
die Leitungsschnittstellenschaltung die Leitungsspannung UL im Wesentlichen
konstant bei der Spannung UL2.
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Um
dies zu bewerkstelligen, ist der programmierbare Stromgenerator
I2 dazu programmiert, die Leitung 1, 2 mit einem
Leitungsstrom IL des gewünschten,
im Wesentlichen konstanten Werts IL1 gemäß 2 zu beaufschlagen.
Der Strom von dem Stromgenerator I2 wird auf den Kollektor des Transistors
Q4 gespiegelt und über
den Transistor Q1 dem Steuereingangsanschluss der Treiberschaltung 3 zugeführt. Auf
Basis des an dem Steuereingangsanschluss auftretenden Stroms beaufschlagt
die Treiberschaltung 3 die Leitung 1, 2 mit
einem entsprechenden Leitungsstrom des Werts IL1. Unter diesen Bedingungen
ist der Transistor Q3 unterbrochen.
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Daher
wird die Leitungsspannung UL gleich II1 × RL sein. Lastwiderstände RL verschiedener Werte
werden daher Leitungsspannungen UL verschiedener Werte ergeben,
solange IL = IL1 ist.
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Gewöhnlich ist
der Leitungsstrom IL1 so gewählt,
dass er dem Strom entspricht, bei welchem der Telefonapparat bei
der vorliegenden Anwendung praktisch aufhört, die leitungslängenabhängige Dämpfung auf
der Leitung auszugleichen.
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Erfindungsgemäß ist IL
= IL1 für
Leitungsspannungen zwischen 0 V, d. h. eine kurzgeschlossene Leitung,
und der Leitungsspannung UL1. Diese Leitungsspannung ist so gesetzt
worden, dass |UL1| = |VBAT – 2UG
+ U1 – UR1|,
d. h. der Absolutwert der Leitungsspannung UL1 ist um einen vorbestimmten Betrag
niedriger als die Versorgungsspannung VBAT. UG und U1 sind konstant
und voreingestellt, und UR1 ist konstant, wenn |UL| < |UL1|.
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Wenn
die Leitungsspannung aufgrund der Tatsache, dass die Leitungslast
RL angestiegen ist, d. h. dadurch dass ein Gerät, welches einen höheren Widerstand
aufweist, mit der Leitung verbunden worden ist oder dass eine längere Leitung
mit der Leitungsschnittstellenschaltung verbunden worden ist, die
Leitungsspannung UL höher
wird als UL1, beginnt der Transistor Q3 zu leiten. Hierdurch wird
der Strom durch die Dioden D3 und D4 niedriger und dadurch auch
der Strom durch den Widerstand R1, was bewirkt, dass die Spannung
UL1 niedriger wird. Wenn |UL| > |UL1|,
ist UR1 = UR + U1, wobei die Spannung U1 konstant ist und die Spannung
UR invers proportional zu der Leitungsspannung UL ist. Auch wird
der Kollektorstrom des Transistors Q4 und der Strom durch den Transistor
Q1 niedriger sein. Daher wird der Steuerstrom zu der Treiberstufe 3 niedriger
sein, was wiederum bewirkt, dass der Leitungsstrom IL niedriger
ist als IL1. Der Leitungsstrom IL wird daher invers proportional
zu der Leitungsspannung UL sein.
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Wenn
der Strom durch R1 noch niedriger wird, ist schließlich UR
= 0, wenn UR1 = U1. Dann wird die Rückkopplungsschleife zu dem
Transkonduktanzverstärker 4,
welche den Transistor Q2 und die Dioden D1, D2 umfasst, unterbrochen,
was bewirkt, dass die Verstärkung
des Transkonduktanzverstärkers 4 plötzlich enorm
groß wird.
Daher wird eine kleine Änderung
der Leitungsspannung UL eine sehr große Änderung der Spannung UR1 bewirken.
Da die Spannung UR1 den Leitungsstrom IL bestimmt, wird für eine kleine
Leitungsspannungsänderung eine
große
Leitungsstromänderung
erhalten. Der Wert des Leitungsstroms IL2, wenn UR1 = U1 ist, ist durch
die Spannung U1 über
die Dioden D1, D2 und durch den Widerstand des Widerstands R1 bestimmt.
Wenn der Widerstand des Widerstands R1 entsprechend einer Anforderung
für eine
bestimmte Steigung der Leitungsspeisecharakteristik gewählt worden
ist, kann somit der Strom IL2 durch eine geeignete Auswahl der Spannung
U1 eingestellt werden. Der Wert des Stroms IL2 wird hinsichtlich
des Leckstroms ausgewählt,
welcher in Abhängigkeit
des Wertes des Leitungsleckwiderstands erwartet werden kann.
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Hierbei
ist |UL2| = |VBAT – 2UG|.
Somit ist der Absolutwert dieser Spannung bei offener Leitung um
einen vorbestimmten Betrag niedriger als die Versorgungsspannung
VBAT, jedoch um einen vorbestimmten Betrag höher als der Leitungsspannungswert
UL1.
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Wie
es in dem Einleitungsabschnitt erwähnt wurde, sind bestimmte Geräte für ihren
Betrieb abhängig
von einer bestimmten minimalen Leitungsspannung, wenn der Hörer aufgelegt
ist, d. h. einer bestimmten Spannung bei offener Leitung. Durch Auswählen dieser
Spannung bei offener Leitung, |UL2| = |VBAT – 2UG|, in Übereinstimmung mit der Erfindung,
wird diese Spannung konstant gehalten, auch wenn Strom durch einen
Leckwiderstand oder durch ein Gerät, welches Strom zieht, wenn
der Hörer
aufgelegt ist, Strom aus der Leitung gezogen wird. Um die Leistungsverluste
in den Leitungsschnittstellenschaltungen niedrig zu halten und gleichzeitig
die Kosten für
die Amtsbatterien niedrig zu halten, ist es natürlich wünschenswert, dass die Spannung
bei offener Leitung bei einer Batteriespannung erreicht wird, welche
so niedrig wie möglich
ist.
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Die
Erscheinung der Leitungsspeisecharakteristik zwischen den Punkten
IL1/UL1 und IL2/UL2 in 2, d. h. ihre Steigung, hat
die durch das entsprechende Land spezifizierten Anforderungen zu
erfüllen,
wie es auch in dem Einleitungsabschnitt erwähnt wurde. Erfindungsgemäß wird die
Steigung der Leitungsspeisecharakteristik einfach geändert, indem der
Widerstand des Widerstands R1 geändert
wird. Hierdurch wird es sehr einfach, die erfindungsgemäße Leitungsschnittstellenschaltung
an die durch das entsprechende Land spezifizierten Anforderungen anzupassen.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Leitungsschnittstellenschaltung,
welches zu einem großen
Ausmaß dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 entspricht.
Elemente in 3, welche identisch zu Elementen
in 1 sind, sind mit identischen Bezugszeichen versehen worden
und werden im Zusammenhang mit 3 nicht
genauer beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist die
Leitungsschnittstellenschaltung gemäß 3 dazu ausgestaltet,
die in 4 gezeigte Leitungsspeisecharakteristik zu erzeugen,
welche sich von der in 2 gezeigten Charakteristik lediglich
dadurch unterscheidet, dass der Leitungsstrom für Leitungsspannungen zwischen
einer Spannung UL2 und einer Spannung UL3 im Wesentlichen konstant
bei dem Wert IL2 gehalten wird.
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Somit
ist die Leitungsschnittstellenschaltung in 3 dazu ausgestaltet,
bis hinauf zu der Spannung UL1, welche in derselben Weise wie in 2 von
einem Absolutwert ist, der um einen vorbestimmten Betrag niedriger
ist als die Versorgungsspannung VBAT der Leitungsschnittstellenschaltung,
die verbundene Leitung mit einem im Wesentlichen konstanten Leitungsstrom
IL mit dem Wert IL1 zu beaufschlagen. Für Leitungsspannungen zwischen
der Spannung UL1 und der Spannung UL2', welche von einem Absolutwert ist,
der um einen vorbestimmten Betrag höher ist als die Spannung UL1,
beaufschlagt die Leitungsschnittstellenschaltung gemäß 3,
in derselben Weise wie die Leitungsschnittstellenschaltung gemäß 1,
die Leitung mit einem Leitungsstrom IL, welcher invers proportional
zu der Leitungsspannung UL und von einem Wert zwischen IL1 und IL2
ist. Im Gegensatz zu der Leitungsschnittstellenschaltung gemäß 1 ist
die Leitungsschnittstellenschaltung gemäß 3 dazu ausgestaltet,
die Leitung für
Leitungsspannungen UL zwischen der Spannung UL2' und der Spannung UL3, welche von einem
Absolutwert ist, der um einen vorbestimmten Betrag höher ist
als die Spannung UL2',
mit einem im Wesentlichen konstanten Leitungsstrom IL mit dem Wert
IL2 zu beaufschlagen. Dann ist die Leitungsschnittstellenschaltung
gemäß 3 dazu
ausgestaltet, die Leitungsspannung UL für Leitungsströme von niedrigerem
Wert als IL2 im Wesentlichen konstant zu halten.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 sind
die Dioden D1 und D2 und der Widerstand R weggelassen. Stattdessen
ist ein Widerstand R3 zwischen dem Emitter des Transistors Q2 und
dem Kollektor des Transistors Q5 angeschlossen, und der Verbindungspunkt
zwischen dem Widerstand R3 und dem Kollektor des Transistors Q5
ist mit dem „–"-Eingangsanschluss
des Transkonduktanzverstärkers 4 verbunden.
Der Emitter des Transistors Q5 ist mit der Versorgungsspan nung VBAT
verbunden. Ein Stromgenerator I3 ist zwischen der Versorgungsspannung VBAT
und der Basis des Transistors Q5 angeschlossen, während ein
Stromgenerator I4 zwischen Masse und der Basis des Transistors Q5
angeschlossen ist. Was den Rest anbelangt, entspricht die in 3 gezeigte
Schaltung der in 1 gezeigten Schaltung.
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Der
Stromgenerator I3 ist dazu ausgestaltet, einen zu dem Leitungsstrom
IL proportionalen Strom auszugeben, d. h. I3 = k × IL, während der
Stromgenerator I4 dazu ausgestaltet ist, einen auswählbaren, konstanten
Strom I4 auszugeben.
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Der
Strom I4 ist in einer solchen Weise ausgewählt, dass I3 = I4 ist, wenn
IL = IL2 ist, in Übereinstimmung
mit 4. Hierdurch wird der Strom IL2 unabhängig von
dem für
den Widerstand R1 gewählten
Wert.
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Der
Transistor Q5 ist für
Leitungsströme
IL > IL2, d. h. für I3 > I4, unterbrochen und
hat somit unter diesen Bedingungen keine Funktion.
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Für Leitungsstrome
IL < IL2 beginnt
jedoch der Transistor Q5 zu leiten. Der Transistor Q5 geht in Sättigung,
wenn die Leitungsspannung UL3 erreicht wird. Auch ist |UL3| = |VBAT – 2UG|.
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Dadurch
wird die Rückkopplung
zu dem „–"-Eingang des Transkonduktanzverstärkers 4 unterbrochen.
Dies erhöht
die Verstärkung
in dem Transkonduktanzverstärker 4 wesentlich.
Sogar bei einer kleinen Variation der Leitungsspannung UL wird eine
große
Variation des Leitungsstroms IL erhalten.
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Wie
es in dem obigen Einleitungsabschnitt angedeutet wurde, besteht
bei heutigen Leitungsschnittstellenschaltungen ein Problem darin,
dass sie nicht dazu ausgestaltet sind, ihre Leitungsspeisecharakteristik
an mögliche
Versorgungsspannungsvariationen anzupassen.
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Wie
es aus dem Obigen ersichtlich sein sollte, wird dieses Problem in Übereinstimmung
mit der Erfindung gelöst,
indem die Spannungen UL1, UL2 bzw. UL2' und UL3 mit der Versorgungsspannung VBAT
verknüpft
werden. Hierdurch werden bei Variationen in der Versorgungsspannung
VBAT die Spannungen UL1, UL2 bzw. UL2' und UL3 entlang der UL-Achse in 2 bzw. 4 verschoben,
während die
wechselseitigen „Abstände" zu der Versorgungsspannung
VBAT beibehalten werden.