SE452385B - Batterimatningskrets - Google Patents

Description

30 35 40 452 385 2 tecknen. Batterimatningskretsen innefattar sålunda en första och en andra dubbelriktad strömkälla ansluten till en första resp. en andra ledare hos sträckan, en första återkopplingskrets för alstring av en första styrsignal och dennas komplement genom övervakning av differensspänningen på sträckan, samt en andra återkopplingskrets för alstring av en andra styrsignal genom övervakning av likfasspänningen på sträckan. Den första strömkäl- lan alstrar en första likström såsom gensvar på den första styr- signalen, och den andra strömkällan alstrar såsom gensvar på den första styrsignalens komplement en andra likström, som har samma _ storlek som den första likströmmen men motsatt riktning. Såsom gensvar på den andra styrsignalen varierar därtill de första och andra strömkällorna de första och andra strömmarna sinsemellan lika mycket för att därigenom upprätthålla konstant skillnad mel- lan strömmarna.

Vid föreliggande uppfinning alstras således en balanserad batterimatningslikström i en tvåtråds-telekommunikationssträcka.

Líkströmmen genom de båda ledarna i denna sträcka alstras av var sin dubbelriktad strömkälla; Vardera strömkällan styrs av ena signalen i ett par komplementära första styrsignaler samt även av en andra styrsignal. En olínjär batterimatningsprofil genere- ras av strömkällorna såsom gensvar på paret komplementära första styrsignaler. Detta styrsignalpar alstras i en återkopplingskrets, som övervakar skillnadsspänningen på sträckan. Låg likfasimpedans för längssígnaler åstadkommas medelst en andra återkopplingskrets som övervakar likfasspänningen på tvåtrâdsförbindelsen och alst- rar den andra styrsignalen med utgångspunkt därifrån. Denna andra styrsignal driver var och en av de båda dubbelriktade strömkällor- na i samma utsträckning i syfte att upprätthålla konstant skill- nad mellan likströmmen i vardera ledaren. Följaktligen minimeras longitudinellt inducerade störningar.

Uppfinníngen beskrives närmare nedan under hänvisning till den bifogade ritningen. §ig¿lâü ettschematískt blockschema av en batterimatningskrets enligt föreliggande uppfinning. §ig¿“§ är en kurva över den med föreliggande uppfinning erhållna olinjära batterimatningsprofilen. Pig. Slår ett detaljerat kopplíngsschema av fíg. 1. Pig. 4 är en modifiering av den i fig. 3 visade olin- jära återmatníngskretsen 105 kopplad till extra kretsanordningar för att ge ett antal särdrag som erfordras vid många telekommu- . nikatíonstillämpningar; Fig; 5, visad på samma blad som fig. 2, 10 15 20 25 30 35 40 3 452 385 är en kurva som visar de olinjära batterímatningsprofiler som kan uppnås med kretsen i fig. 4.

Fig. 1 visar en illustratív telekommuníkationstillämpning av föreliggande uppfinning. En tvåtråds telekommunikationsförbin- delse bestående av metalledarna 101 och 102 överför dubbelriktade tal- eller datasígnaler mellan en abonnentapparat 120 och ett konventionellt fyrtràds-gränssnitt i en telefonstation. En dylik tvâtråds-telekommuníkationsväg benämnes vanligen abonnentslinga, där ledarna 101 och 102 betecknas a- resp. b-ledare. Längden, och således resistansen, av a- och b-ledarna från telefonstatio- nen till abonnentapparaten kan variera avsevärt från abonnent till abonnent. Det inses givetvis att tvàtrádsförbindelsen kan vara ansluten till en tvåtrâdsomkopplare i stället för till en abonnentapparat. I dylika fall benämnes tvåtråds-telekommunika- tionsvägen en trunkledning.

En matningslikström för abonnentapparaten 120 alstras av en dubbelriktad strömkälla 103, som är ansluten till a-ledaren via ett skyddsmotstånd 113, och av en dubbelriktad strömkälla 104, som är ansluten till b-ledaren via ett skyddsmotstånd 114. Dessa skyddsmotstånd erfordras för att förhindra åsköverspänningsskador på batterímatningskretsen. Ett typiskt värde för vartdera skydds- motståndet är 100 ohm. Vardera strömkällan matas fràn en negativ líkpotential VBAT och från jord. Enligt vedertagna begrepp flyter matningslikströmmen från a- till b-ledaren. Denna riktning på matningsströmflödet benämnes även "normalbatteri" (NB). Dessutom är matningsströmmen, ITR, balanserad, dvs strömmarna i a- och b-ledarna har samma storlek men flyter i motsatta riktningar.

Matningsströmmens storlek regleras av den differentiella återkopplingskretsen 105, som är ansluten till a- och b-ledarna via ledare 106 och 107. Denna átermatningskrets 105 övervakar dífferensspänningen VTR mellan a- och b-ledarna och alstrar styr- signaler S1 och É1 som över ledare 115 och 116 överföres till strömkällorna 103 och 104. Styrsignalerna S1 och S1 är komplemen- tära signaler, dvs de har samma storlek men motsatt polaritet, och är en olinjär funktion av VTR. Denna relation medför gynnsam minskning av effektförbrukningen genom att åstadkomma en olinjär batterimatningsprofil, som begränsar matningsströmmen vid korta längder på a- och b-ledarna.

I fig. 2 visas den olínjära normalbatterimatníngsprofilen àstadkommen med styrsignalerna S1 och É1. Nominellt faller stor- 10 15 20 25 40 452 385 4 leken på VTR mellan V1 och V2, varvid matningsströmmen följer 3 och V2, be- stämmes normalbatterímatningsströmmen av segmentet B och varierar linjesegmentet A. För mindre värden på VTR, mellan V mellan IX och IMAX. Linjesegmentet C illustrerar att matningsström- mens storlek är begränsad till IMAX oberoende av en sänkning av VTR under V3. MAX 42 mA och IX 32 mA.

Lutningarna på linjesegmenten A, B och C var 300 ohm, 2600 ohm resp. > 30 000 ohm.

Det är välkänt att längsgående strömmar från olika källor kan induceras i a- och b-ledarna. I fig. 1 visas en typisk 60 Hz "longitudinalkälla" betecknad med 108. Denna likfaskälla 108 in- ducerar en längsgående ström IL som flyter i samma riktning i I förfärdigade modeller var I både a- och b-ledaren. Den totala strömmen IT i a-ledaren är lika R i b-le- daren är lika med summan av ITR och IL. Eftersom IL kan bli större med skillnaden mellan ITR och IL. Den totala strömmen I än ITR, är det möjligt att det uppkommer en omkastníng av den to- tala strömmen i antingen a- eller b-ledaren. Eftersom strömkällor- na 103 och 104 är dubbelríktade och linjära när strömmen omkastas, dvs linjära genom origo, kommer denna strömomkastning ej att ge upphov till störningar. Varje differentialmodsspänníng alstrad av den längsgående strömmen IL utgör en icke önskad störning.

Mâttet pà hur bra en krets minimerar dylikt brus omnämnes vanligen såsom kretsens längsbalans. Longitudinellt inducerat brus kan mi- nimeras genom att man alstrar lika och låga likfasimpedanser ("common mode"-impedanser) i a- och b-ledarna.

.Vid föreliggande uppfinning åstadkommes en låg likfasímpe- dans i a- och b-ledaren medelst en "common mode"-âterkopplings- slinga, nedan benämnd likfasâterkopplingsslinga, till strömkäl- ' lorna 103 och 104. Såsom kommer att diskuteras nedan, uppnås att likfasimpedanserna i a- och b-ledarna blir lika stora därigenom att strömkällornas 103 och 104 brantheter anpassas till varandra.

Iikfasåterkopplíngsslingan innefattar de lika stora motstån- den 111 och 112, ledarna 117 och 118 samt likfasåterkopplings- kretsen 109. Kretsen 109, som är refererad till VBAT/2, överva- kar varje vid noden 110 uppträdande förändring i likfas- eller medelspänningen till följd av förefintlighet av longitudinalsíg- naler och alstrar en styrsignal S2. Styrsignalen S2, som via led- ningen 117 matas till strömkällorna 103 och 104, driver vardera strömkällan på sådant sätt att kompensering sker för varje ström som en longitudinell källa inmatar í a- och b-ledarna. Denna 10 15 25 30 35 40 452 385 5 metodik benämnes longitudinell utsläckning. Följaktligen bibehål- les konstant skillnad mellan matningsströmmarna i a- och b-ledarna.

Hänvisning sker nu till fíg. 3. Strömkällan 103 innehåller en differentiell operationsförstärkare 301 och motstånden 302, 303, 304, 305 och 306. Ingångsmotstånden 303 och 304 har lika stora värden, och återkopplingsmotstånden 302 och 305 har lika stora värden. Styrsignalerna S1 och S2 tillföres till differen- tialförstärkarens 301 positiva resp. negativa ingång. Användningen av differentialförstärkaren 301 ger den fördelen, att en utström bringas flyta genom skyddsmotståndet 113 i endera av de båda rikt- ningarna. Storleken på denna utström är lika med skillnaden mel- lan styrsígnalerna S1 och S2 multíplicerad med strömkällans brant- het. Denna branthet är lika med R302/(R304-RBOÖ), där R302, R och R306 betecknar värdet på motståndet 302, 304 resp. 306.

Strömkällan 104 innehåller en differentiell operationsför~ stärkare 310 och motstånden 311, 312, 313, 314 och 315. Vart och ett av motstånden i strömkällan 104 har samma värde som sin mot- 304 svarighet i strömkällan 103. Styrsignaler É1 och S2 matas till operationsförstärkarens 310 positiva resp. negativa ingång. Efter- som strömkällan 104 är uppbyggd på samma sätt som strömkällan 103, kan utströmmen från strömkällan 104 likaså flyta i godtycklig riktning av två riktningar, varjämte strëmkällornas 103 och 104 brantheter är lika. Utströmmen från strömkällan 104 har en stor- lek lika med (É1 - S2) gånger R311/(R313-R315), där R311, R313 och R315 betecknar värdet på motståndet 311, 313 resp. 315. Vid frånvaro av längssignaler medför pàtryckning av styrsignalen S1 på strömkällan 103 att en förutbestämd ström alstras och bringas flyta in i a-ledaren. Samtidigt medför påtryckning av styrsigna- len É1 på strömkällan 104 att en likadan ström bringas flyta från b-ledaren genom differentialförstärkarens 310 utgång till V och É1 kopplingskretsen 105. Den inom denna krets 105 befintliga diffe- BAT' alstras av den differentiella åter- Styrsignalerna S1 rentíella operationsförstärkaren 320 har sin positiva ingång an- sluten till a-ledaren via ledaren 105 och sin negativa ingång till b-ledaren via ledaren 107. Ingångsmotstânden 322 och 323 har samma värden. Även motstånden 321 och 324 är lika stora. Diffe- rentialförstärkaren 320 lämnar en utspänning som är lika med dif- 321/R322' där R321 och RSZZ betecknar motståndens 321 resp. 322 värde. Dif- ferensspänningen VTR mellan a- och b~ledaren gånger R ferentialförstärkarens 320 utspänning representerar både likspän- 10 15 20 25 30 452 385 s ningen alstrad av strömkällornas 103 och 104 utströmmar och'var- je växelspänning representerande data- eller talsignaler på a- och b-ledarna. Denna utspänning tillföres till sändningssidan hos ett fyrtrådsgränssnitt, där líkspänningen spärras så att sändning möjlíggöres enbart av växelströmskomponenten. Differen- tialförstärkarens 320 utsignal matas även via motståndet 329 till differentialförstärkarens 325 negativa ingång.

Differentialförstärkaren 325 ger en av tre olika förstärk- ningar i beroende av utspänningens värde från differentialför- stärkaren 320. Denna förstärkningsvariation förändrar kretsens 105 förstärkning som funktion av VTR och därför även storleken på styrsignalerna S1 och Éï i syfte att åstadkomma den i fíg. 2 visade olinjära batterimatningsprofilen.

Storleken i ohm på linjesegmentens A, B och C lutning är lika med inverterade värdet av produkten av strömkällans 103 el- ler 104 branthet gånger hälften av kretsens 105 förstärkning.

Linjesegmentet A erhålles när differentíalförstärkarens 325 för- stärkning är lika med R328/R329. Matningsprofilen följer linje- segmentet B när förstärkarens 325 förstärkning är lika med 1 (1/Rszs * 1/Rszv) Rszs Slutligen ger en förstärkning hos förstärkaren 325 lika med 1 (1/R32s'* 1/R327 * 1/Raza) Rszs det i huvudsak horisontella linjesegmentet C. I samtliga dessa fall gäller att Rn står för motståndets n värde.

Differentialförstärkarens 325 negativa ingång är även kopp- lad till strömkällan 350 som bestämmer kurvans korsning, V1, med VTR-axeln i fig. 2. Strömkällan 350 är lämpligt vald för att nyss- nämnda korsning skall ligga någon tröskelspänning, VTM, under batterispänningen VBAT. Detta tillförsäkrar att förstärkarna 301 och 310 förblir korrekt förspända, dvs ej när mättning, när en öppen krets uppträder över a- och b-ledarna och ingen matnings- ström alstras. Som resultat härav kommer longitudinell utsläck- ning jämte tal- och datatransmissíon att upprätthållas oberoende av om matningsström uppträder eller ej. ' Ett filter 360 bestående av motståndet 361 och kondensatorn 10 15 20 25 35 7 452 385 330 avlägsnar eventuell tal- eller dataväxelspänningskomponeflt från dífferentialförstärkarens 325 utspänning SO. En tidskonstant hos filtret om 200 ms ger tillfredsställande resultat.

Det kan observeras att differentialförstärkarens 325 utspän- till VBAT/2. En skiftning av spänningens referenspunkt till VBAT/2 àstadkommes av strömkällan 331, motstånden 332, 333, 338, 339, de emitterkopplade transistorerna 334, 335 samt differentialför- stärkarna 336 och 337. Den i fig. 2 visade nivån för IMÅX är di- rekt proportíonell mot den från strömkällan 331 avgivna strömmen.

IMAX kan därför inställas genom variation av strömmen från ström- källan 331.

Transistorerna 343, 344, strömkällan 340 och motstånden 341 ning är refererad till jord och styrsignalerna S1 och É1 och 342 överför alla data- eller talväxelspänningar represente- rande inkommande eller mottagna signaler till differentialförstär- karna 336 och 337. Följaktligen matas dessa växelsignaler även via ledarna 115 och 116 till strömkällorna 103 och 104 och såle- des till a- och b-ledarna.

Likfasåterkopplíngskretsen 109 innehåller en differential- förstärkare 350 och motstånd 351 och 352. Förstärkarens 350 posi- tiva ingång övervakar líkfasspänningen vid noden 110, under det att förstärkarens 350 negativa ingång är refererad till-V BAT/2' Likfasimpedansen i ohm hos a-ledaren är lika med 1 (1 + ß /R ) G 351 352 103 där 5 och 103 R352 är motstàndens 351 resp. 352 värde. Likfasimpedansen hos b-ledaren är lika med är strömkällans 103 branthet och där R351 1 j (1 * R3s1/Rssz) 6104 där ¿104 är strömkällans 104 branthet. Värdet av likfas- impedansen i a- och b-ledaren väljes med fördel att vara lika med summan av motståndet 113 och motståndet 306 resp. summan av motståndet 114 och motståndet 315. Detta val ger konstant utspän- ning frân dífferentialförstärkaren 301 och 310 oberoende av stor- leken på eventuella längsströmmar. Följaktligen kommer det till- låtna spänningssvinget vid utgångarna från de båda differential- 10 15 20 25 30 35 40 452 385 i 8 förstärkarna 301 och 310 ej att reduceras med längsströmmarnas storlek. Den longitudinella utsläckningen begränsas endast av det tillåtna spänningssvinget vid differentialförstärkarens 350 utgång och av differentialförstärkarnas 301 och 310 utströmskapa- citet. Som resultat härav kan longitudinell utsläckning uppnås för inducerade strömmar som är avsevärt större än matníngsström- men.

Låg líkfasimpedans uppnås genom val av förhållandet mellan motstånden 351 och 352. Längsbalansering uppnås genom anpassning av strömkällornas 103 och 104 brantheter till varandra. Eftersom dessa strömkällor med fördel kan realiseras medelst integrerade kretsar, kan dylik anpassning lätt uppnås genom trimning av mot- svarande motstånds värden till varandra. I detta hänseende bör det observeras att skyddsmotstånden 113 och 114 icke påverkar vare sig a- eller b-ledarens likfasimpedans, och följaktligen er- fordras inte att dessa motstånd 113, 114 anpassas till varandra för att längsbalans skall uppnås. Detta särdrag är speciellt för- delaktigt eftersom anpassning av åsköverspänningståliga skydds- motstånd är avsevärt dyrbarare än anpassning av motstånd belägna inom strömkällorna 103 och 104.

Under hänvisning till fig. 4 kan den ovan beskrivna batteri- matningskretsen utan olägenheter anpassas för att besitta ett flertal vid telekommuníkationstillämpningar erforderliga särdrag.

Den differentiella återkopplingskretseh 405 är identiskt lik kret- sen 1Ö5 med undantag av att strömställaren 406 och strömkällan 407 tíllfogats. Strömställaren 406, som illustrativt visas som en mekanisk strömställare, styrs antingen av styrsignalen avseende matningsströmbortkoppling (FS) eller av styrsignalen avseende reverserat batteri (RB). Båda dessa signaler utgöres av tvànivâ~ iga styrsignaler härledda i till fyrtrådsgränssnittet ansluten signaleringsutrustning. Ett förutbestämt tillstånd (t.ex. logisk nolla) hos både RB- och FS-styrsignalen bringar strömställaren 406 till klämma 1 så att strömkällan 350 förbinds med differen- tialförstärkarens 325 negativa ingång. Såsom diskuterats ovan ger detta den normala. i fig. 2 visade batteriprofilen. En RB-styr- signal svarande mot logisk etta bringar strömställaren 406 till klämma 3 så att strömkällan 407 förbinds med differentialförstär- karens 325 negativa ingång. Strömkällan 407 är identiskt lik ström- källan 359 bortsett från en omkastning av polariteten.

Anslutning av strömkällan 407 medför att styrsignalernas Sa 10 15 20 25 30 452 385 och É1 polaritet omkastas. Som följd härav omkastas det normala strömflödet från a- till b-ledaren. Den i fig. 5 visade reverse- rade batterimatningsprofilen (RB) är likadan och motsatt den nor- malt tillhandahàllna NB-profilen. Reverserad batteriprofil erford- ras för signalering när tvåtràdsledarna 101 och 102 utgör trunk- ledningar anslutna till en tvåtrådsomkopplare eller en abonnent- växel i stället för till en abonnentapparat 120. Vid andra trunk- ledningsapplikationer erfordras ingen matningsström. I dylika fall förorsakar en FS-styrsignal av logisk ettnivà att strömstäl- laren 406 går till klämma 2 så att differentíalförstärkarens 425 negativa ingång ansluts till en öppen krets. Den resulterande pro- filen för matningsbortkopplingen visas i fig. 5. Under denna'bort- koppling av matningen bibehålles längsbalanseríngen eftersom funk- tionen av likfasáterkopplingskretsen 109 ej påverkas.

Slingslutningssignal (LC) är en annan tvánivàig logiksignal som erfordras vid annan, till fyrtrådsgränssnitt ansluten tele- kommunikationsutrustning. En förändring av LC-logiksignalens till- stånd genereras av en förutbestämd ändring av storleken på VTR.

Denna förutbestämda ändring, typiskt 3 volt, utgör en indikation på nummerimpulsering eller avlyft klyka vid abonnentapparaten 120.

Ett speciellt tillstånd, t.ex. logisk etta, hos logiksignalen LC kan på enkelt sätt alstras genom införande av en slingslutnings- detektor 408. Detektorn 408 innehåller en komparator som alstrar en LCrsignal med logiktillståndet ett när differentialförstärka- rens 325 utsignal överstiger ett fixt tröskelvärde.

-Strömställaren 409 och strömställarstyrningen 410 kan med fördel införas tillsammans med signalalstring avseende reverserat batteri och sluten slinga. Strömställaren 409, som är belägen parallellt med filtret 360, sluts momentant (nominellt 16 ms) ef- ter det att strömställarstyrningen 410 detekterat en tillstånds- förändring i LC- eller RB-signalen. Den momentana slutningen av strömställaren 409 medför shuntning av filtret 360 i syfte att undvika dístorsíon och fördröjning under nummerimpulsering eller vid övergång mellan normal och reverserad batterimatning.

Claims (7)

'p 452 385 ,o o 'Patentkrav

1. Batterimatningskrets för en tvåtråds-kommunikationsför~ bindelse, k ä n n e t e c~k n a d av att kretsen innefattar en första och en andra dubhelríktad strömkälla (103, 104) för anslutning till en första resp. en andra ledare (101; 102) hos' förbindelsen; n ' -- : en första àterkopplingskrets (105) innefattande kretsorgan (320f329, 350) som reagerar på differensspänningen (VTR) hos föreïïï 'bindelsen i och för alstring av en styrsignaI;'00h' ' *ï*5" 'en andra âterkopplingskrets (109) för alstring av en andra styr-_, signal_(Sz) genom övervakning av likfassígnalen, "common mode _4' signalen", hos förbindelsen; samt av . att den första strömkällan (103) alstrar en första likström (ITR) såsom gensvar på styrsignalen; 1. att den andra strömkällan (104) såsom gensvar på styrsignalen alstrar en andra likström som har samma storlek som den första likströmmen men motsatt riktning; _ och att de första och andra strömkällorna såsom gensvar på den andra styrsignalen (S2) varierar de första och andra strömmarna sinsemellan lika mycket för att därigenom upprätthålla konstant skillnad mellan strömmarna.

2. Krets enligt kravet 1, k äln n e t e c k n a d av flfïiden första áterkopplingskretsen (105) även innefattar på styrsignalen feagerañde kretsorgan (3}2~34&) för alstring .av en första styrsígnal'(S1)~och ett komplement till denna första styrsignal; att den första strömkällan (103) alstrar den första likströmmen såsom gensvar på den första styrsígnalen (S1); samt att den andra strömkällan (104) Såsom gensvar på komplementet av den första styrsignalen alstrar en andra likström som har samma storlek som den första likströmmen men motsatt rikt- ning.; _ , - ' h É.

3. Krets enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den första återkopplíngskretsen förspänner de första och andra strömkällorna (103, 104) för förhindrande av mättning när en öp- pen krets existerar mellan de första och andra ledarna (101, 102).

4. Krets enligt kravet 1 eller 3, k ä n n e t e c k n a_d av, att den första âterkopplingskretsen innefattar kretsorgan (406, 407) reagerande på ett förutbestämt tillstànd hos en pátryckt _~< .n d., M 452 ass styrsignal (RB) i och för omkastning av de första och andra ström- marnas riktning.

5. Krets enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att den första àterkopplingskretsen (105) innefattar en anordning (406, klämma 2) som reagerar på ett förutbestämt tillstånd hos en andra påtryckt styrsígnal (FS) för att inhibera alstríng av de första och andra strömmarna.

6. Krets enligt kravet 1, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k- n a d av att den första återkopplíngskretsen (105) innefattar en detektor (408) för detektering av en förutbestämd förändring av differensspänningen över sträckan.

7. Krets enligt något av kraven 4-6, k ä n n e t e c k n a d av att den första återkopplingskretsen (105) innefattar strömstäl- larorgan (409, 410) som reagerar på detektering av en förutbestämd ändring av differensspänningen eller på en tillstàndsändring hos en pàtryckt styrsignal för shuntning av ett filter (360) i den första återkopplíngskretsen under förutbestämd tid.