ITAN20110042A1 - Filtro per telefonia. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

"FILTRO PER TELEFONIA”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un filtro per telefonia.

Sul mercato sono presenti alcuni tipi di filtri per telefonia la cui funzione principale è quella di permettere di avere a disposizione sulla stessa linea sia la parte voce del segnale POTS (Plain Old Telephone Service) che la parte dei servizi (ADSL, ADSL2, VDSL e VDSL2 ). Tali segnali vengono appunto opportunamente separati / miscelati dal filtro così da non provocare disturbi all’utente finale.

Tali filtri vengono di solito definiti come filtri POTS -VDSL.

Su tali filtri vengono utilizzati essenzialmente componenti induttivi (mutue induttanze), e capacitivi (condensatori ceramici). Il componente più critico è sicuramente il componente induttivo per le seguenti problematiche:

- DIMENSIONI COMPLESSIVE: Il componente induttivo deve essere il più integrato e compatto possibile, in quanto le dimensioni complessive del filtro vengono essenzialmente determinate dalla grandezza di questi componenti e le dimensioni del filtro hanno un’importanza essenziale in quanto anche migliaia di filtri possono essere integrati nelle centrali telefoniche.

- RIPETIBILITÀ’: Devono essere garantiti valori induttivi dei componenti e tutti i parametri parassiti (induttanza dispersa, “stray capacitance“, frequenza di risonanza) con tolleranze molto strette, in quanto il buon funzionamento del filtro dipende essenzialmente dal rispetto dei valori fissati in fase di progetto; in particolare il valore induttivo influenzerà il filtro nelle frequenze da 30 a 500Khz, i parametri parassiti alle alte frequenze fino a 30Mhz .

- PRODUCIBILITA’/AFFID ABILITA’: I componenti induttivi, pur essendo di dimensioni contenute devono essere producibili in maniera veloce, sicura e ripetibile visto che l’affidabilità del filtro è legata essenzialmente ad essi.

- FUNZIONAMENTO IN PRESENZA DI CORRENTI

IN CONTINUA: I componenti induttivi devono essere attraversati da correnti in DC fino a 80mA, senza variare in modo essenziale il valore induttivo per non compromettere il funzionamento del filtro.

I componenti induttivi montati sugli attuali filtri che si trovano sul mercato non risolvono le problematiche di cui sopra. Infatti i filtri sono di dimensioni elevate e con caratteristiche di filtraggio, specie alle alte frequenze, estremamente variabili e non ottimali.

Alcune problematiche sono parzialmente risolte dai componenti induttivi illustrati nei brevetti US7,598,837 e US7,598,839. Tuttavia i component induttivi descritti in tali brevetti presentano degli inconvenienti se inseriti in un filtro per telefonia, soprattutto per quanto riguarda il filtraggio ad alta frequenza del filtro stesso che non ha le caratteristiche di ripetibilità necessarie al buon funzionamento. Tale difetto è determinato dalla scarsa ripetibilità di alcuni parametri parassiti sui componenti induttivi.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un filtro per telefonia che sia di dimensioni contenute e nello stesso tempo facilmente realizzabile e riproducibile ed estremamente affidabile.

Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale filtro per telefonia che sia in grado di garantire una ripetibilità di funzionamento sia ad alte frequenze sia quando attraversato da corrente continua.

Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il filtro per telefonia, secondo Γ invenzione, è atto a separare/miscelare un segnale voce in bassa frequenza e un segnale servizi in alta frequenza. Il filtro comprendente una scheda di circuito stampato (PCB) e almeno un componente induttivo, che genera una mutua induttanza, montato su detta scheda di circuito stampato.

Il componente induttivo comprende:

- un tamburo di ferrite provvisto di un codolo cilindrico centrale disposto tra una prima flangia discoidale e una seconda flangia discoidale aventi un diametro maggiore rispetto a quello del codolo centrale,

- due avvolgimenti avvolti su detto codolo centrale del tamburo,

- un anello esterno cilindrico di ferrite montato sul tamburo in modo da coprire gli avvolgimenti, e

- quattro piedini conduttori sporgenti dalla prima flangia per essere collegati alla PCB, detti piedini conduttori essendo provvisti di una base alla quale sono collegate le estremità degli avvolgimenti.

Appaio evidenti i vantaggi e i problemi risolti dal componente induttivo del filtro secondo Γ invenzione.

- Dimensioni compatte in quanto il circuito magnetico e la sede per ravvolgimento sono entrambe ottimizzate senza nessuno spreco di spazio.

- Montaggio semplice e ripetibile dei vari elementi del componente induttivo e dello stesso componente induttivo.

Il rispetto dell 'induttanza viene garantito dall’accoppiamento fra il tamburo e l’anello esterno, quindi il gap tra i due elementi viene facilmente tenuto sotto controllo. La stratificazione dell’ avvolgimento viene ottimizzata dalla forma rotonda del codolo del tamburo attorno a cui l’avvolto viene eseguito e dalla possibilità di eseguire una nastratura tra i due avvolti della mutua induttanza a migliorarne la ripetibilità .

- affidabilità nel processo di produzione dovuto ai piedini, saldamente fissati al tamburo e alle modifiche apportate alla base del tamburo che consente un attraversamento dei fili sicuro anche quando il componente viene appoggiato sul PCB e saldato .

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a sue forme di realizzazione puramente esemplificative e quindi non limitative, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è uno schema a blocchi illustrante un sistema di filtraggio per centraline telefoniche;

la Fig. 2 è uno schema circuitale illustrante il sistema di filtraggio di Fig. 1 ;

la Fig. 3 è uno schema a blocchi illustrante un sistema di filtraggio per utenze domestiche o commerciali;

la Fig. 4 è uno schema circuitale illustrante il sistema di filtraggio di Fig. 3;

la Fig. 5 è uno schema a blocchi illustrante l’utilizzo di un filtro da terminale telefonico;

la Fig. 6 è uno schema circuitale illustrante il filtro di Fig. 5;

la Fig. 7 è una vista in prospettiva, illustrante in esploso un componente induttivo, secondo Γ invenzione, utilizzato nei filtri per telefonia delle Figg. 1 - 6.

la Fig. 8 è una vista in prospettiva illustrante due avvolgimenti avvolti su codolo centrale del componente induttivo di Fig. 7;

la Fig. 9 è una vista in prospettiva, illustrante il componente induttivo completo ed assemblato;

la Fig. 10 è uno schema circuitale del componente induttivo di Fig. 9;

la Fig. 11 è una vista in prospettiva di un supporto per il contenimento dei componenti induttivi di Fig. 9;

la Fig. 12 è una vista in prospettiva illustrante quattro componenti induttivi monatti sul supporto di Fig. 11 ; e

la Fig. 13 è una vista in sezione presa lungo il piano di sezione XIII-XIII di Fig. 12.

Con Γ ausilio delle Figure viene descritto il filtro per telefonia secondo l’invenzione.

Per ora con riferimento a Fig. 1 viene illustrato un filtro per centraline telefoniche, indicato complessivamente con il numero di riferimento (100).

Il filtro (100) è collegato un multiplexer DSL AM (102) di una centralina telefonica, mediante un connettore (101). Inoltre il filtro (100) è collegato a una linea voce POTS (103) e a una linea servizi (104) mediante rispettivi doppini telefonici o trecciole (IDC). La linea servizi (104) può comprendere ADSL e VDSL.

Il filtro (100) comprende un circuito di filtraggio (105) e un circuito di protezione (106). Tra il circuito di filtraggio (105) e la linea POTS (103) e tra il circuito di protezione (106) e la linea servizi (104) sono interposti rispettivi circuiti sezionatori (107, 108).

Tale filtro (100) permette di connettere e collegare utenti, senza che parti in alta frequenza (DSLAM, lato ADSL / VDSL ) interferiscano con le parti in bassa frequenza (POTS ), garantendo al tempo stesso, da lato utente ( LINEA ), una corretta trasmissione di entrambe i segnali.

Commercialmente questi filtri vengono montati nelle centrali telefoniche dai provider dei servizi telefonici (ad esempio la TELECOM in Italia) e possono essere montati in configurazioni diverse per quanto riguarda il numero. Tipicamente su ogni scheda elettronica vengono montati quattro filtri (100). Ogni scheda va quindi a servire 4 diverse utenze, ma altre configurazioni a diverse utenze possono essere prodotte.

Lo schema elettrico tipico di questo filtro (100), per quattro utenze, è illustrato in Fig. 2. Bisogna notare come tale filtro (100) ha una parte induttiva (110), rappresentata graficamente da quattro mutue induttanze (LI, L2, L3, L4). La parte induttiva (110) rappresenta il centro e la parte predominante del filtro (100).

In Fig. 3 viene illustrato un filtro (200) per utenze domestiche o commerciali. Il filtro (200) è collegato alla linea telefonica dell’utente e presenta due uscite collegate rispettivamente alla linea POTS destinata a essere collegata al telefono dell’utente e alla linea ADSL destinata ad essere collegata ad un Modem ADSL (204) dell’utente.

Come mostrato in Fig. 4, anche il filtro (200) presenta una parete induttiva (110) identica a quella del filtro (100) di Fig. 2. Infatti, il funzionamento del filtro (200) è estremamente simile a quello del filtro (100). In questo caso nella Linea d’utente sono disponibili entrambi i segnali voce (bassa frequenza) e ADSL (alta frequenza) che vengono poi opportunamente i filtrati e deviati al POTS ( voce ) oppure al Modem ADSL (204). Tutto questo ovviamente sia in ricezione che in trasmissione. Al canale POTS possono essere collegate più unità telefoniche.

La Fig. 5 illustra un filtro (300) da terminale telefonico (304). Nel caso in cui la linea che si sta utilizzando sia una Linea dotata di segnale ADSL (alta frequenza). Il filtro (300) serve per eliminare il rumore audio prodotto dalla parte in alta frequenza (ADSL), quando essa è sovrapposta alla voce (bassa frequenza). Si parla in questo caso di filtro distribuito (micro filtro).

Come si vede in Fig. 6, anche il filtro (300) presenta una parte induttiva (110) sostanzialmente identica a quella dei filtri (100) e (200) precedentemente illustrati.

Come illustrato nelle Figg. 2, 4 e 6, ciascun filtro per telefonia (100; 200; 300) presenta almeno una mutua induttanza, preferibilmente una schiera di quattro mutue induttanze.

In Fig. 7 viene illustrato fisicamente un componente induttivo, secondo l’invenzione, indicato complessivamente con il numero di riferimento (1).

Il componente induttivo (1) comprende un tamburo o nucleo (2) e un anello esterno (4) atto a essere accoppiato sul tamburo (2). Sia il tamburo (2) che l’anello (4) sono di ferrite.

Il tamburo (4) ha una forma sostanzialmente a fungo capovolto e comprende un codolo cilindrico centrale (20) interposto tra due flange discoidali (21, 22) di maggiore dimetro rispetto al codolo cilindrico centrale.

La prima flangia (21) è la flangia di base, cioè quella destinata a essere disposta verso la scheda di circuito stampato (PCB) del filtro. La seconda flangia (22) è la flangia di testa o chiusura. La flangia di base (21) ha un diametro e uno spessore maggiori rispetto al diametro e allo spessore della flangia di testa (22).

La flangia di base (21) ha una superficie (23) destinata a essere rivolta verso la PCB. Quattro piedini conduttori (pin) (24) sporgono verso l’estero dalla parte periferica della superficie (23) della flangia di base. I piedini (24) sono disposti in posizioni diametralmente opposte. I piedini (24) sono destinati a essere inseriti in appositi fori della PCB per generare contatti elettrici con le piste conduttrici della PCB.

Nella parte centrale della superficie (23) della flangia di base è prevista una sporgenza distanziatrice (25) destinata ad andare in battuta contro la PCB, in modo da evitare che la PCB vada a contatto con una porzione di base (26) dei piedini (24). La sporgenza distanziatrice (25) ha una forma sostanzialmente a stella a quattro punte, in cui le punte sono disposte tra i piedini (24).

La flangia di base (21) presenta tre scanalature (27, 28, 29) ricavate sulla sua superficie laterale. Due scanalature (27, 28) sono disposte in posizioni diametralmente opposte e la terza scanalatura (29) è distanziata di 90° dalle due scanalature (27, 28). Le due scanalature opposte (27, 28) servono al passaggio dei fili di avvolgimento, mentre la terza scanalatura (29) serve da riferimento.

Il diametro che unisce le due scanalature opposte (27, 28) forma un angolo di 45° rispetto al diametro che unisce due piedini (24) opposti.

L’anello esterno (4) è costituito da un elemento cilindrico internamente cavo avente un diametro interno leggermente maggiore del diametro esterno della flangia di testa (22) e un diametro esterno sostanzialmente uguale al diametro esterno della flangia di base (21). L’altezza dell’anello cilindrico (4) è uguale alla somma dello spessore della flangia (22) e dell’altezza del cilindro centrale (20).

L’anello esterno (4) presenta un bordo (40) nel quale sono ricavati due intagli (41, 42) disposti in direzioni diametralmente opposte.

Sulla superficie laterale esterna dell’anello (4) è ricavata una nervatura di centraggio (43) che si estende in direzione parallela all’asse dell’anello. La nervatura di centraggio (43) è disposta a una distanza angolare di circa 20°-30° dal primo intaglio (41).

Per bloccare opportunamente l’anello esterno (4) sul tamburo (2) si può utilizzare un tubetto (5) in materiale termoretraibile che viene calzato sull’anello esterno (4).

Con riferimento a Figg. 8, un primo avvolgimento (L) ed un secondo avvolgimento (L’) vengono avvolti attorno al codolo cilindrico (20) del tamburo. Le due estremità del primo avvolgimento (L) sono fatte passare dalla prima scanalatura (27) e sono fissate alle basi (26) dei due piedini (24) più vicini alla prima scanalatura (27). Similmente le due estremità del secondo avvolgimento (L’) sono fatte passare dalla seconda scanalatura (28) e sono fissate alle basi (26) dei due piedini (24) più vicini alla seconda scanalatura (28).

Il numero di spire stratificate dei due avvolgimenti (LI, L2) è tale che la superficie esterna degli avvolgimenti si trovi a filo con la superficie esterna della flangia di testa (22).

Con riferimento a Fig. 9, l’anello esterno (4) viene accoppiato sul tamburo (2) in cui sono avvolti i due avvolgimenti (L, L’). Gli intagli (41, 42) dell’anello esterno (4) si dispongono a registro con le scanalature opposte (27, 28), consentendo il passaggio delle estremità dei fili dei due avvolgimenti.

Infine il tubetto in materiale termoretraibile (5) viene calzato sull’anello esterno (4) e viene riscaldato in modo da retarsi e bloccare saldamente l’anello esterno sul tamburo.

In questo modo, il componente induttivo (1) realizza una mutua induttanza, come quella illustrata in Fig. 10.

Dagli schemi elettrici delle Figg. 2, 4 e 6 si evince che i filtri (100; 200; 300) generalmente presentano quattro mutue induttanze. Per questo motivo, come mostrato nelle Figg. 11-13 è stato ideato un supporto (6) atto a supportare quattro componenti induttivi (1) disposti in fila. In questo caso il tubetto termoretraibile (5) può essere omesso.

Con riferimento a Fig. 11, il supporto (6) ha la forma di un parallelepipedo presentante quattro sedi passanti (60) di forma circolare avente un diametro leggermente maggiore del diametro esterno della flangia di base (21), in modo che il componente induttivo (1) possa essere inserito nella rispettiva sede (60).

Ciascuna sede (60) del supporto è definita da una parete interna (61). Nella parete interna (61) di ciascuna sede è ricavata una scanalatura (62) atta ad accogliere la nervatura (43) dell’anello del componente induttivo. In questo modo ciascun componente induttivo è perfettamente centrato nel supporto (6) come mostrato in Fig. 12.

Alle presenti forme di realizzazione dell’ invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1) Filtro (100; 200; 300) per telefonia atto a separare/miscelare un segnale voce in bassa frequenza e un segnale servizi in alta frequenza, detto filtro comprendente una scheda di circuito stampato (PCB) e almeno un componente induttivo (1), che genera una mutua induttanza, montato su detta scheda di circuito stampato, caratterizzato dal fatto che detto componente induttivo (1) comprende: - un tamburo (2) di ferrite provvisto di un codolo cilindrico centrale (20) disposto tra una prima flangia discoidale (21) ed una seconda flangia discoidale (22) aventi un diametro maggiore rispetto a quello del codolo centrale (20), - due avvolgimenti (L, L’) avvolti su detto codolo centrale (20) del tamburo, - un anello esterno cilindrico (4) di ferrite montato sul tamburo (2) in modo da coprire gli avvolgimenti (L, L’), e - quattro piedini conduttori (24) sporgenti dalla prima flangia (23) per essere collegati alla PCB, detti piedini conduttori (24) essendo provvisti di una base (26) alla quale sono collegate le estremità degli avvolgimenti (L, L’).
2. 2) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta prima flangia (21) comprende una superficie (23) destinata a essere rivolta verso la PCB dalla quale aggettano detti piedini (24), e una sporgenza distanziatrice (25) destinata ad andare in battuta contro la PCB, in modo da evitare che la PCB vada a contatto con detta base (26) dei piedini (24).
3. 3) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta prima flangia (21) comprende almeno due scanalature (27) disposte in posizioni diametralmente opposte sulla sua superficie laterale esterna, in modo da consentire il passaggio delle estremità degli avvolgimenti che devono essere collegate alle basi dei piedini.
4. 4) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto anello esterno (4) presenta un bordo (40) sul quale sono ricavati due intagli (42) disposti in direzioni diametralmente opposte, per essere posizionati a registro con dette scanalature (27) della prima flangia 5) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima flangia (21) ha un diametro maggiore rispetto a quello della seconda flangia (22). 6) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un tubetto in materiale termoretraibile (5) che viene calzato sull’ anello esterno (4) in modo da bloccare saldamente l’anello esterno (4) sul tamburo (2). 7) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un gruppo costituito da quattro componenti induttivi (1). 8) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere un supporto (6) atto a supportare quattro componenti induttivi (1). 9) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto supporto (6) ha una forma di parallelepipedo ed è provvisto di quattro sedi circolari (60) atte ad accogliere quattro componenti induttivi (1). 10) Filtro (100; 200; 300) per telefonia secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che l’anello esterno (4) presenta una nervatura (43) sporgente verso l’esterno e atta ad accoppiarsi entro una scanalatura (62) ricavata in ciascuna di dette sedi circolari (60) del supporto.