EP1108323A1 - Gebührenimpuls-filterschaltung für analoge modems - Google Patents

Gebührenimpuls-filterschaltung für analoge modems

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Publication number
EP1108323A1
EP1108323A1 EP99952271A EP99952271A EP1108323A1 EP 1108323 A1 EP1108323 A1 EP 1108323A1 EP 99952271 A EP99952271 A EP 99952271A EP 99952271 A EP99952271 A EP 99952271A EP 1108323 A1 EP1108323 A1 EP 1108323A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistor
series
filter circuit
resistors
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99952271A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Storn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1108323A1 publication Critical patent/EP1108323A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M15/00—Arrangements for metering, time-control or time indication ; Metering, charging or billing arrangements for voice wireline or wireless communications, e.g. VoIP
    • H04M15/28—Arrangements for metering, time-control or time indication ; Metering, charging or billing arrangements for voice wireline or wireless communications, e.g. VoIP with meter at substation or with calculation of charges at terminal

Definitions

  • the present invention relates to a filter circuit for filtering out the fee impulse of analog telephone connections for use, for example, in analog modems.
  • Line codecs for analog modems must filter out the fee impulse permitted in Europe (up to approx. 20 dbmO, depending on the country) in order not to disturb the modem connection.
  • this object is achieved in that a filter circuit consisting exclusively of resistors and capacitors is used as the filter circuit for filtering out the charge impulse of analog telephone connections.
  • a filter circuit consisting exclusively of resistors and capacitors is used as the filter circuit for filtering out the charge impulse of analog telephone connections.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a bridge circuit for a transmitter-based analog hybrid circuit.
  • Fig. 3 shows an inventive RC fee pulse filter with the structure of a Wien-Robmson bridge.
  • FIG. 6 shows the amount curve of the transfer function H (f) and the resistance difference ⁇ R (f) for the circuit according to FIG. 3.
  • FIG. 1 shows the schematic arrangement of a bridge circuit as used for transmitter-based analog hybrid circuits.
  • the charge pulse filter 10 has the task of filtering out the 16 kHz carrier of the charge pulse to such an extent that any residual faults can be eliminated using an integrated filters (e.g. RC active filters, SC filters or digital filters) can be completely eliminated.
  • FIG. 2 The structure of a fee pulse filter 10 according to the invention is shown in FIG. 2. To the left is the input at which the voltage U b drops and the current I b flows.
  • the present embodiment is a double-T circuit.
  • the input and output of the filter circuit 10 have a common ground line 12. This can correspond to the mass of the modem circuit.
  • the further connections of the resistor 18 and the capacitor 24 are brought together again and form the one output connection at which the output voltage U 2 is connected to ground.
  • the output is terminated by the load resistor R. With the dimensioning of the components described, R L should be 417.63 ⁇ .
  • the output also leads to the input of a high-ohmic input amplifier 28 of the line codec of the modem.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the fee pulse filter circuit according to the invention.
  • This is constructed as a Wien-Robmson bridge circuit.
  • the input voltage U b is again present at the input connections 30, 32, and the input current I b flows through the input connection 30.
  • One of the output lines is connected to the other connection of the resistor 34 and to the other connection of the series circuit.
  • the other side of the parallel circuit consisting of resistor 42 and capacitor 44 is also connected to the other input terminal 32.
  • the voltage U_ drops again across the load resistor R, which here has a resistance value of 6000 ⁇ .
  • the transition from the The connection to the modem is again via the high-resistance input amplifier 28 of the line codec.
  • the terminating resistance Z 0 of the A / B core required in Germany was assumed.
  • the complex terminating impedance Z 0 is represented by the series circuit of a resistor of 220 ⁇ with the parallel circuit of a resistor of 820 ⁇ and ei ⁇ nem capacitor of 115 nF.
  • FIG. 5 shows the course of the magnitude of the transfer function H (f) and the resistance difference ⁇ R (f) - Z 0 -U b / I for the circuit according to FIG. 2.
  • the optimal component values found in the course of the non-linear optimization were used. These are:
  • the component values can also be optimized for the Wien-Robmson bridge circuit in FIG. 3.
  • Z 0 is also chosen as shown in FIG. 4.
  • the circuit according to FIG. 2 and FIG. 3 have the disadvantage, however, that the input signal is attenuated. With the help of a low-noise preamplifier which is generally present in modems, however, this damping can be compensated for without problems.
  • an optimization of the component can be carried out not only after a minimal deviation from the impedance Z 0 according to FIG. 4, but also according to other criteria, such as minimal signal attenuation. A weighted optimization of several target functions is also possible.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Filterschaltung zum Ausfiltern des Gebührenimpulses analoger Telefonverbindungen, die ausschliesslich aus Widerständen und Kondensatoren aufgebaut und als Doppel-T-Glied oder als Wien-Brücken-Schaltung ausgeführt ist.

Description

Beschreibung
Gebuhrenimpuls-Filterschaltung für analoge Modems
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filterschaltung zum Ausfiltern des Gebuhrenimpulses analoger Telefonverbindungen zur Verwendung beispielsweise in analogen Modems.
Leitungscodecs für Analogmodems müssen den m Europa erlaub- ten Gebuhrenimpuls (bis ca. 20 dbmO, je nach Land) ausfiltern, um die Modemverbindung nicht zu stören.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik wurden diese Gebuhren- lmpulsfllter bisher durch Verwendung von passiven LC-Filtern, d.h. Filterschaltungen aus Spulen und Kondensatoren hergestellt. Dieser Stand der Technik hat den Nachteil, daß die erforderlichen Spulen relativ groß und teuer sind und sich bei LC-Filtern der vorgeschriebene Abschlußwiderstand der Anschlußleitung nicht sehr genau einhalten laßt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine preisgünstigere Gebuhrenimpuls-Filterschaltung anzugeben, bei der außerdem der vorgeschriebene Abschlußwiderstand der Anschlußleitung sehr genau eingehalten werden kann. Durch eine genaue Einhaltung des Abschlußwiderstandes kann namlich die Reflek- tionsdampfung gering gehalten werden.
Erfmdungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß als Filterschaltung zum Ausfiltern des Gebuhrenimpulses analoger Telefonverbmdungen eine Filterschaltung ausschließlich aus Widerstanden und Kondensatoren verwendet wird. Durch den Wegfall von Spulen ist eine solche Schaltung deutlich billiger und platzsparender, wobei gleichzeitig der Abschlußwiderstand wesentlich besser nachgebildet werden kann. Besonders bevorzugt ist es dabei, die RC-Filterschaltung m Form eines Doppel-T-Gliedes oder Form einer Wien-Rob son- Bruckenschaltung aufzubauen.
Bevorzugte Schaltungsvarianten und Dimensionierungen für diese bevorzugten Filter ergeben sich aus den weiteren beigefugten Unteranspruchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des m den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan einer Bruckenschaltung für eine ubertragerbasierte analoge Gabelschaltung;
Fig. 2 ein erfmdungsgemaßes RC-Gebuhrenimpulsfilter mit Doppel-T-Struktur;
Fig. 3 ein erfmdungsgemaßes RC-Gebuhrenimpulsfilter mit der Struktur einer Wien-Robmson-Brucke .
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für den m Deutschland geforderten Abschlußwiderstand Z0 für analoge Telefonleitungen;
Fig. 5 den Verlauf der Übertragungsfunktion H (f) und der Widerstandsdifferenz ÄR(f)= Z0-Ub/Ib für die Schaltung gemäß Fig. 2; und
Fig. 6 den Betragsverlauf der Übertragungsfunktion H(f) und der Widerstandsdifferenz ΔR (f) für die Schaltung gemäß Fig. 3.
Figur 1 zeigt die schematische Anordnung einer Bruckenschaltung, wie sie für ubertragerbasierte analoge Gabelschaltungen zum Einsatz kommt. Das Gebuhrenimpulsfilter 10 hat die Aufgabe, den 16 kHz-Trager des Gebuhrenimpulses soweit auszufil- tern, daß eventuelle Reststorungen mit Hilfe eines integrier- ten Filters (z.B. RC-aktiven Filters, SC-Filters oder digitalen Filters) vollständig beseitigt werden können. Das passive Gebuhrenimpulsfilter 10 ist notwendig, um die Störung ausreichend zu dampfen, so daß die nachfolgenden, mit Niederspan- nung betriebenen integrierten Schaltkreise nicht überlastet werden. Unter der Annahme, daß der Innenwiderstand der A/B- Ader Z0 (sh. Fig. 1 und 4) betragt, ist die Spannung Ut=0, falls ein Signal U: gesendet wird, d.h., es findet kein Ruck- sprechen statt. Für den Fall, daß ein Fernsignal U0 an die Anordnung aus Fig. 1 angelegt wird, fallt an der Parallelschaltung aus Z0 und Rb die Nutzspannung Ubab. Dabei ist die übertragene Leistung maximal, wenn Rb unendlich ist. Ein ebenfalls gunstiger Fall ergibt sich, wenn Rb=K * Zc ist, dabei hierbei U lediglich um einen reellen Faktor K/ (1+2)K=1/ (2+1/K) gegenüber U0 gedampft wird. An dem Gebuh- rem ulsfilter 10 liegt also die Spannung Ub an, und da das Gebuhrenimpulsfilter einen Eingangswiderstand von R aufweist, fließt der Strom Ib durch das Gebuhrenimpulsfilter. An dem Ausgang des Gebuhrenimpulsfllters liegt der Belastungswi- derstand RL an, an dem die Spannung U abfallt.
Der Aufbau eines erf dungsgemaßen Gebuhrenimpulsfllters 10 ist m Fig. 2 dargestellt. Links befindet sich der Eingang, an dem die Spannung Ub abfallt, und m den der Strom Ib fließt. Bei der vorliegenden Ausfuhrungsform handelt es sich um eine Doppel-T-Schaltung. Hierbei besitzen Ein- und Ausgang der Filterschaltung 10 eine gemeinsame Masseleitung 12. Diese kann der Masse der Modemschaltung entsprechen. Die andere Eingangsleitung 14 fuhrt zu zwei in Serie geschalteten Wider- standen 16, 18, die jeweils den Widerstandswert R=302 Ω aufweisen. Zwischen den beiden Widerstanden 16, 18 ist ein Kondensator 20 mit der Kapazität 2C=65, 87 nF angeordnet, dessen anderer Anschluß auf Masse liegt, also mit der Leitung 12 verbunden ist.
Von der Eingangsleitung 14 zweigt eine weitere Leitung ab, die zu zwei Reihe geschalteten Kondensatoren 22, 24 fuhrt, die jeweils die Kapazität C=32,935 nF aufweisen. Zwischen den beiden Kondensatoren 22, 24 zweigt ein Widerstand 26 mit dem Widerstandswert 0,5 * R=151 Ω ab, der außerdem mit der Mas- seleitung 12 verbunden ist. Die weiteren Anschlüsse des Wi- derstands 18 und des Kondensators 24 sind wieder zusammengeführt und bilden den einen Ausgangsanschluß, an dem die Ausgangsspannung U2 gegenüber Masse anliegt. Der Ausgang wird durch den Belastungswiderstand R abgeschlossen. Bei der beschriebenen Dimensionierung der Bauelemente soll RL=417,63 Ω sein. Der Ausgang fuhrt außerdem zum Eingang eines hoch- ohmigen Eingangsverstärkers 28 des Leitungscodecs des Modems.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Gebuhrenimpuls-Filterschaltung. Diese ist als Wien-Robmson-Bruckenschaltung aufgebaut. An den E gangsan- schlussen 30, 32 liegt wieder die Eingangsspannung Ub an, m den Eingangsanschluß 30 fließt der Eingangsstrom Ib. Der Eingangsanschluß 30 verzweigt zu einem ersten Widerstand 34 mit dem Widerstandswert Ω und einer Serienschaltung eines weiteren Widerstands 36, mit dem Widerstandswert R=133,3Ω und einem Kondensator 38 mit der Kapazität C=74,61 nF. An dem anderen Anschluß des Widerstands 34 und an dem anderen Anschluß der Serienschaltung ist jeweils eine der Ausgangslei- tungen angeschlossen. An dem ausgangsseitigen Anschluß des ersten Widerstands 34 ist auch noch ein weiterer Widerstand 40 mit dem Widerstandswert 0,5 * R:= 350 Ω angeschlossen, dessen anderer Anschluß mit dem zweiten Eingangsanschluß 32 verbunden ist. An dem ausgangsseitigen Ende der Serienschaltung ist außerdem die Parallelschaltung eines weiteren Wider- Stands 42 mit dem Widerstandswert R=133,3 Ω und eines weiteren Kondensators 44 mit der Kapazität C=74,61 nF angeschlossen. Die andere Seite der Parallelschaltung aus Widerstand 42 und Kondensator 44 ist ebenfalls mit dem anderen Eingangsanschluß 32 verbunden. Am Ausgang fallt wieder die Spannung U_ an dem Belastungswiderstand R ab, der hier einen Widerstandswert von 6000 Ω aufweist. Der Übergang von den Aus- gangsanschlussen zum Modem erfolgt wieder über den hochohmi- gen Eingangsverstärker 28 des Leitungscodecs.
Sowohl für die Figur 2 als auch für die m Figur 3 darge- stellte Filterschaltung gilt die Beziehung ω0=l/RC, wobei im Fall des Gebuhrenimpulses <D 0=2*τ*16 KHz gilt. Bei der Berechnung der Bauteile wurde von dem m Deutschland geforderten Abschlußwiderstand Z0 der A/B-Ader ausgegangen. Das entsprechende Ersatzschaltbild des Widerstands Z0=U0/Io ist Figur 4 dargestellt. Der komplexe Abschlußwiderstand Z0 wird durch die Serienschaltung eines Widerstands von 220 Ω mit der Parallelschaltung aus einem Widerstand von 820 Ω und ei¬ nem Kondensator von 115 nF dargestellt.
Zur Bestimmung der optimalen Bauteilwerte für die Figur 2 dargestellte Doppel-T-Schaltung wurde eine nichtlineare Opti- mieπerung der Bauteilewerte auf geringste Abweichung des Widerstandes Rb=Ub/Ib von Zo vorgenommen. Dabei wurde K=l ge¬ setzt .
Die Figur 5 stellt den Betragsverlauf der Übertragungsfunktion H(f) und der Widerstandsdifferenz ΔR(f)- Z0-Ub/I für die Schaltung gemäß Figur 2 dar. Dabei wurden die im Zuge der nichtlinearen Optimierung gefundenen optimalen Bauelemente- werte verwendet. Diese betragen:
C = 3.293493383480940e-008 Farad RL = 4.176301881676324e+002 Ohm R = 3.020253203827645e+002 Ohm
Für die Wien-Robmson-Bruckenschaltung der Figur 3 kann ebenso eine Optimierung der Bauelementewerte vorgenommen werden. Auch hier wird von einer Optimierung auf geringste Abweichung des Widerstands R von Z0 und dem Fall K=l ausgegangen. Z0 ist dabei ebenfalls wie in Fig. 4 dargestellt gewählt.
Es ergeben sich dann folgende optimale Bauelementewerte: C = 7.4610e-008 Farad
R = 133.3224 Ohm
Rl = 700 Ohm RL = 6000 Ohm
Hierbei ergibt sich der m der beigefugten Figur 6 dargestellte Betragsverlauf der Übertragungsfunktion H(f) und der Widerstandsdifferenz ΔR(f)= Z0-Ub/Ib für die Schaltung gemäß Figur 3.
Neben dem Vorteil der guten Nachbildung von Z0 durch Rb besitzen die Schaltung nach Figur 2 und Figur 3 allerdings den Nachteil, daß das Eingangssignal gedampft wird. Mit Hilfe ei- nes im allgemeinen bei Modems ohnehin vorhandenen, rauscharmen Vorverstärkers laßt sich diese Dampfung jedoch problemlos kompensieren. Selbstverständlich laßt sich eine Optimierung der Bauelements nicht nur nach minimaler Abweichung von der Impedenz Z0 gemäß Figur 4, sondern auch nach anderen Kπteri- en, wie z.B. minimale Signaldampfung, vornehmen. Eine gewich- tete Optimierung mehrerer Zielfunktionen ist ebenfalls möglich.
Bisher bestand beim Entwurf von Filterschaltungen für analoge Telefonanlagen stets der Grundsatz, auf jeden Fall Dampfungen des Signals zu vermeiden. Aufgrund dieses Vorurteils wurden im Stand der Technik bisher nur Gebuhrenimpulsfilter aus Spulen und Kondensatoren verwendet.

Claims

Patentansprüche
1. Filterschaltung (10) zum Ausfiltern des Gebührenimpulses ananloger Telefonverbindungen, d a d u r c h g e k e n n- z e i c h n e t, daß die Filterschaltung (10) ausschließlich aus Widerständen (16, 18, 26; 34, 36, 40, 42) und Kondensatoren (20, 22, 24; 38, 44) aufgebaut ist.
2. Filterschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e- k e n n z e i c h n e t, daß sie in Form eines Doppel-T-
Gliedes (Fig. 2) aufgebaut ist.
3. Filterschaltung nach Anspruch 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß Ein- und Ausgang der Filter- Schaltung (10) eine gemeinsame Masseleitung (12 ) besitzen und die andere Eingangsleitung (14) zu zwei in Serie geschalteten Widerständen (16, 18) und zwei in Serie geschalteten Kondensatoren (22, 24) verzweigt, die sich wieder zu der anderen Ausgangsleitung vereinigen, wobei zwischen den beiden Widerständen (16, 18) ein weiterer Kondensator (20) angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit der gemeinsamen Masseleitung (12) verbunden ist und zwischen den beiden Kondensatoren (22, 24) ein weiterer Widerstand (26) angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit der gemeinsamen Masseleitung (12) verbunden ist.
4. Filterschaltung nach Anspruch 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß der zwischen den Widerständen (16, 18) angeschlossene Kondensator (20) die doppelte Kapazi- tat 2C der jeweiligen in Serie geschalteten Kondensatoren (22, 24) und der zwischen den Kondensatoren (22, 24) angeschlossene Widerstand (26) den halben Widerstandswert 0,5 * R der jeweiligen in Serie geschalteten Widerstände (16, 18) aufweist.
5. Filterschaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Kapazität C der in Serie ge- schalteten Kondensatoren (22, 24) jeweils 32,935 nF und der Widerstandswert R der m Serie geschalteten Widerstände (16, 18) jeweils 302 Ω bei einem Abschlußwiderstand R am Ausgang von 417,63 Ω betragt.
6. Filterschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß sie m Form einer Wien-Robmson- Bruckenschaltung (Fig. 3) aufgebaut ist.
7. Filterschaltung nach Anspruch 6, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß einer der E gangsanschlusse (30) zu einem ersten Widerstand (34) und der Serienschaltung eines Widerstands (36) und eines Kondensators (38) verzweigt, wobei an dem anderen Anschluß des ersten Widerstands (34) und an dem anderen Ende der Serienschaltung jeweils eine der Aus- gangsleitungen angeschlossen ist, und an dem ausgangsseitigen Anschluß des ersten Widerstands (34) ein weiterer Widerstand (40) und an dem ausgangsseitigen Ende der Serienschaltung eine Parallelschaltung eines Widerstands (42) und eines Konden- sators (44) angeschlossen ist, und der weitere Widerstand
(40) und die Parallelschaltung mit ihren anderen Anschlüssen mit dem zweiten Eingangsanschluß (32) verbunden sind.
8. Filterschaltung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e- k e n n z e i c h n e t, daß alle Kondensatoren (38, 44) die gleiche Kapazität C und die Widerstände (36, 42), die Bestandteil der Serienschaltung oder der Parallelschaltung sind, den gleichen Widerstandswert R aufweisen, wahrend der erste Widerstand (34), der an der an der Serienschaltung mun- denden Emgangsleitung (30) angeschlossen ist, einen anderen Widerstandswert Rl hat, und der zweite Widerstand (40) , der an der an der Parallelschaltung mundenden Emgangsleitung (32) anschlössen ist, die Hälfte 0,5 * Rl des anderen Widerstandswerts Rl aufweist.
9. Filterschaltung nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Kapazität C der Kondensato- ren (38, 44) jeweils 74,61 nF, der Widerstandswert R der Widerstände (36, 42) in der Serien- oder der Parallelschaltung jeweils 133,3 Ω und der Widerstandswert Rl des ersten Widerstands (34) 700 Ω bei einem Abschlußwiderstand RL am Ausgang von 6kΩ beträgt.
EP99952271A 1998-08-25 1999-08-02 Gebührenimpuls-filterschaltung für analoge modems Withdrawn EP1108323A1 (de)

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DE19838567 1998-08-25
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EP99952271A Withdrawn EP1108323A1 (de) 1998-08-25 1999-08-02 Gebührenimpuls-filterschaltung für analoge modems

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EP (1) EP1108323A1 (de)
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