WO1998049566A1 - Polarity identification circuit - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a polarity identification circuit for use in telephone systems. The polarity identification circuit delivers an output signal which indicates the polarity of a voltage difference between two nodes of a circuit. In one version of the invention, the circuit has its own power supply connection (+5V), i.e. which is different and independent from the connecting terminals (a, b), a resistance (R4) and a switching element (T3). The switching element has, for its part, a control terminal and two connections of a load line. The load line of the switching element is connected into the current path between the power supply connection and a connecting terminal, and the control terminal is connected via the resistance to a connecting terminal. The output signal (RP) can then be picked up at a connection of the load line of the current element.

Description

Beschreibungdescription
PolaritätserkennungsschaltungPolarity detection circuit
Die Erfindung betrifft eine Polaritätserkennungsschaltung, die es ermöglicht, die Polarität einer Spannung zwischen zwei Knoten einer Schaltung zu bestimmen und ein entsprechendes logisches Signal zu erzeugen.The invention relates to a polarity detection circuit which makes it possible to determine the polarity of a voltage between two nodes of a circuit and to generate a corresponding logic signal.
Derartige Polaritätserkennungsschaltungen sind insbesondere im Telefonbau von Bedeutung. Ein Anwendungsbereich solcher Schaltungen sind ISDN-Telefone, insbesondere wenn diese notstromfähig sein sollen. Die Bedingungen, die ein Telefonendgerät bei Notstrombetrieb einhalten muß, sind in der Norm prETS 300 012-1, Kapitel 10.6.1, Entwurf vom 01.Such polarity detection circuits are particularly important in telephone construction. One area of application for such circuits is ISDN telephones, especially if they are to be capable of emergency power. The conditions that a telephone terminal must comply with during emergency power operation are specified in standard prETS 300 012-1, chapter 10.6.1, draft from 01.
November 1996, im einzelnen geregelt. Dabei wird hinsichtlich der Stromversorgung zwischen Normalbetrieb (normal power mode, NPM) und eingeschränktem Betrieb (restricted power mode, RPM) unterschieden. Diese Betriebsmodi unterscheiden sich durch unterschiedliche Polarität der Spannungsversorgung für das Telefonendgerät.November 1996, regulated in detail. With regard to the power supply, a distinction is made between normal operation (normal power mode, NPM) and restricted operation (restricted power mode, RPM). These operating modes differ in the polarity of the voltage supply for the telephone terminal.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Polaritätserkennungsschaltung anzugeben, wobei mit minimalem Aufwand den Anforderungen der Norm genüge geleistet werden kann.It is therefore the aim of the invention to provide a polarity detection circuit, the requirements of the standard being able to be met with minimal effort.
Das Ziel der Erfindung wird erreicht mit einer Polaritätserkennungsschaltung nach den Patentansprüchen 1 oder 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Schaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The aim of the invention is achieved with a polarity detection circuit according to patent claims 1 or 3. Advantageous configurations of these circuits are specified in the subclaims.
Eine bevorzugte Polaritätserkennungsschaltung liefert ein zweiwertiges Ausgangssignal als Funktion des Vorzeichens der Potentialdifferenz zwischen zwei Anschlußklemmen. Sie weist in einem Ausführungsbeispiel einen eigenen, d.h. von den Anschlußklemmen unterschiedlichen und unabhängigen Spannungs- versorgungsanschluß, einen Widerstand und ein Schaltelement auf. Das Schaltelement weist seinerseits einen Steueranschluß und zwei Anschlüsse einer Laststrecke auf. Dabei ist die Laststrecke des Schaltelements m einen Strompfad zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß und einer Anschlußklemme geschaltet, und der Steueranschluß ist über den Widerstand mit einer Anschlußklemme verbunden. Das Ausgangssignal ist dann an einem Anschluß der Laststrecke des Stromelements ab- greifbar .A preferred polarity detection circuit provides a two-value output signal as a function of the sign of the potential difference between two connection terminals. In one exemplary embodiment, it has its own voltage supply connection, that is to say a different and independent of the connection terminals, a resistor and a switching element on. The switching element in turn has a control connection and two connections of a load path. The load path of the switching element m is connected to a current path between the voltage supply connection and a connecting terminal, and the control connection is connected to a connecting terminal via the resistor. The output signal can then be tapped at a connection of the load path of the current element.
Die Schaltung zeichnet sich durch eine geringe Anzahl von Schaltungselementen aus und kann demnach leicht realisiert werden. Die Polaritätserkennungsschaltung ist vorzugsweise mit einem Bipolartransistor als Schaltelement gebildet. Es wird dabei besonders bevorzugt, daß ein Anschluß der Last- strecke des Transistors über jeweils eine Diode mit beiden Anschlußklemmen verbunden ist.The circuit is characterized by a small number of circuit elements and can therefore be easily implemented. The polarity detection circuit is preferably formed with a bipolar transistor as the switching element. It is particularly preferred that one connection of the load path of the transistor is connected to both connection terminals via a diode.
Die Polaritätserkennungsschaltung weist m einem anderen Ausf hrungsbeispiel einen Optokoppler auf. Die Emgangsan- Schlüsse des Optokopplers sind mit den zu messenden Anschlußklemmen verbunden und seine Ausgangsanschlusse sind über einen Widerstand zwischen die Anschlüsse zweier Bezugspoten- tiale geschaltet. Das Ausgangssignal kann dann an dem Widerstand abgegriffen werden. Es ist dabei besonders bevorzugt, daß in Reihe zu den Emgangsanschlussen des Optokopplers eine Konstantstromquelle geschaltet ist.In another exemplary embodiment, the polarity detection circuit has an optocoupler. The input connections of the optocoupler are connected to the connection terminals to be measured and its output connections are connected via a resistor between the connections of two reference potentials. The output signal can then be tapped at the resistor. It is particularly preferred that a constant current source is connected in series with the input connections of the optocoupler.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmoglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung, m der:Further advantages, features and possible applications of the invention result from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing, in which:
Figur 1 eine Schnittstellenschaltung für ein ISDN-Telefon- endgerat mit einer Polaritätserkennungsschaltung der Erfin- düng zeigt, und Figur 2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Polaritätserkennungsschaltung zeigt.FIG. 1 shows an interface circuit for an ISDN telephone terminal with a polarity detection circuit of the invention, and Figure 2 shows another embodiment of a polarity detection circuit.
Die Schnittstellenschaltung von Figur 1 weist netzseitig die Anschlüsse a und b auf. Zwischen den Anschlüssen a und b besteht je nach Betriebsmodus eine Potentialdifferenz von 40 V im normalen Betriebsmodus (NPM) beziehungsweise von -40 V im eingeschränkten Betriebsmodus (RPM) . Die netzseitigen Anschlüsse a und b sind mit den Einganganschlüssen eines Voll- wellengleichrichters verbunden. Dieser Vollwellengleichrich- ter ist vorzugsweise in Form einer Wheatstoneschen Brücke (Dl - D4) ausgebildet. Ein Ausgangsanschluß des Vollwellengleich- richters ist mit einem Bezugspotential, vorzugsweise Masse, verbunden. An dem anderen Ausgangsanschluß des Vollwel- lengleichrichters ist eine gegenüber Masse positive Spannung abgreifbar. Zwischen dem positiven Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters und einem Ausgangsanschluß c der Schnittstellenschaltung ist eine Strombegrenzerschaltung geschaltet. Der andere Ausgangsanschluß d der Schnittstellen- schaltung ist mit Masse verbunden.The interface circuit of FIG. 1 has the connections a and b on the network side. Depending on the operating mode, there is a potential difference of 40 V between connections a and b in normal operating mode (NPM) or of -40 V in restricted operating mode (RPM). The line-side connections a and b are connected to the input connections of a full-wave rectifier. This full-wave rectifier is preferably designed in the form of a Wheatstone bridge (D1-D4). An output connection of the full-wave rectifier is connected to a reference potential, preferably ground. A voltage which is positive with respect to ground can be tapped at the other output connection of the full-wave rectifier. A current limiter circuit is connected between the positive output terminal of the full-wave rectifier and an output terminal c of the interface circuit. The other output terminal d of the interface circuit is connected to ground.
Die Strombegrenzerschaltung am positiven Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters weist einen ersten Transistor Tl und einen zweiten Transistor T2 auf. Zur Einstellung des Wertes, auf den der Strom zu begrenzen ist, ist ein Widerstand Rl vorgesehen. Desweiteren ist ein Widerstand R2 vorgesehen, über den die Strombegrenzerschaltung mit dem Massepotential verbunden ist.The current limiter circuit at the positive output terminal of the full-wave rectifier has a first transistor T1 and a second transistor T2. A resistor R1 is provided to set the value to which the current is to be limited. Furthermore, a resistor R2 is provided, via which the current limiter circuit is connected to the ground potential.
Die in ihrem Stromfluß zu begrenzende Strecke liegt zwischen dem positiven Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters und dem endgeräteseitigen Anschluß c der Schnittstellenschaltung und wird in der Strombegrenzerschaltung durch die Reihenschaltung des Widerstands Rl mit der Kollektor-Emitter- Laststrecke des Transistors T;2 gebildet. Parallel zum Widerstand 'Rl ist die Basis-Emitter-Strecke des ersten Transistors Tl geschaltet. Der Kollektor des Transistors Tl ist mit der Basis des Transistors T2 verbunden. Über den Widerstand R2 ist dieser Knoten mit dem Massepotential verbunden.The distance to be limited in its current flow lies between the positive output connection of the full-wave rectifier and the terminal-side connection c of the interface circuit and is in the current limiter circuit through the series connection of the resistor R1 with the collector-emitter load path of the transistor T ; 2 formed. The base-emitter path of the first transistor T1 is connected in parallel with the resistor R1. The collector of the transistor T1 is connected to the Base of transistor T2 connected. This node is connected to ground potential via the resistor R2.
Fließt entlang der im Strom zu begrenzenden Strecke, und da- mit durch den Widerstand Rl, ein zu großer Strom, so fällt am Widerstand Rl eine Spannung ab, die dazu führt, daß der Transistor Tl leitend wird. Wenn die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tl leitend wird, dann sinkt damit die Spannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2. Auf diese Weise sperrt die Laststrecke des Transistors T2 und der am endgeräteseitigen Anschluß c entnehmbare Strom wird begrenzt. Der Wert der Strombegrenzung wird dabei durch die Kenndaten der Transistoren Tl und T2 und durch den Wider- standswert von Rl bestimmt. Der Widerstand R2 ist so dimen- sioniert, daß der Strom durch diesen Widerstand in etwa der Summe aus dem Basisstrom des Transistors T2 und dem Kollektorstrom des Transistors Tl entspricht.If an excessively large current flows along the path to be limited in the current, and thus through the resistor R1, a voltage drops across the resistor R1, which leads to the transistor T1 becoming conductive. If the collector-emitter path of the transistor T1 becomes conductive, then the voltage at the base-emitter path of the transistor T2 drops. In this way, the load path of the transistor T2 is blocked and the current that can be drawn at the terminal c is limited. The value of the current limitation is determined by the characteristic data of the transistors T1 and T2 and by the resistance value of R1. The resistor R2 is dimensioned such that the current through this resistor corresponds approximately to the sum of the base current of the transistor T2 and the collector current of the transistor Tl.
Im veranschaulichenden Ausführungsbeispiel sind die Transis- toren Tl und T2 vom Bipolartyp. Selbstverständlich eignen sich in gleicher Weise auch Feldeffekttransistoren. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Widerstand Rl einstellbar. Dadurch kann nach Herstellung der Schaltung der Wert der Strombegrenzung auf die Erfordernisse der Norm eingestellt werden.In the illustrative embodiment, the transistors T1 and T2 are of the bipolar type. Of course, field effect transistors are also suitable in the same way. In a particularly preferred embodiment, the resistor R1 is adjustable. As a result, the value of the current limitation can be adjusted to the requirements of the standard after the circuit has been manufactured.
Netzseitig ist bei der Schnittstellenschaltung eine Polaritätserkennungsschaltung vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 weist die Polaritätserkennungsschaltung Widerstände R3 und R4, einen bipolaren Transistor T3, einen gegenüber Masse positiven Spannungsversorgungsanschluß von +5 V und einen Signalausgangsanschluß RP auf. Die Laststrecke des Transistors T3 ist kollektorseitig über den Widerstand R3 mit dem positiven Spannungsversorgungspotential von +5 V ver- bunden. Der Emitter des Transistors T3 ist mit Masse verbunden. Der Basisanschluß des Transistors T3 ist über den Widerstand R4 mit einem der netzseitigen Anschlüsse a oder b ver- bunden. In Figur 1 ist die Verbindung des Widerstands R4 mit dem Anschluß a beispielhaft dargestellt. Das Ausgangssignal RP der Polaritätserkennungsschaltung wird am Verbindungsknoten zwischen dem Widerstand R3 und dem Kollektor des Transis- tors T3 abgegriffen.On the network side, a polarity detection circuit is provided in the interface circuit. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the polarity detection circuit has resistors R3 and R4, a bipolar transistor T3, a voltage supply connection of +5 V, which is positive with respect to ground, and a signal output connection RP. The load path of transistor T3 is connected on the collector side to the positive voltage supply potential of +5 V via resistor R3. The emitter of transistor T3 is connected to ground. The base connection of the transistor T3 is connected to one of the network-side connections a or b via the resistor R4. bound. In Figure 1, the connection of the resistor R4 to the terminal a is shown as an example. The output signal RP of the polarity detection circuit is tapped at the connection node between the resistor R3 and the collector of the transistor T3.
Unter der Annahme, daß bei Polung der Dioden des Brückengleichrichters in Durchlaßrichtung ein Spannungsabfall von ca. I V vorliegt, liegt der Eingangsanschluß a gegenüber Masse je nach Polarität der Eingangsspannung auf einem Potential von +39 V bzw. -1 V, und der Anschluß b liegt gegenüber Masse je nach Polarität der Eingangsspannung auf einem Potential von -1 V bzw. +39 V. Liegt der Anschluß a auf +39 V, so ist die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T3 positiv vor- gespannt und der Transistor T3 schaltet durch. Damit liegt das Kollektorpotential des Transistors T3 in der Nähe des Massepotentials und demzufolge beträgt das Ausgangssignal RP etwa 0 V. Wenn demgegenüber am Anschluß a eine Spannung von - 1 V vorliegt, sperrt der Transistor T3 und das Kollektorpo- tential liegt etwa auf dem positiven Spannungsversorgungspo- tential von +5 V. Demzufolge wird in diesem Polaritätszustand ein Signal RP von 5 V abgegeben.Assuming that if the diodes of the bridge rectifier are polarized in the forward direction there is a voltage drop of approx. IV, the input connection a is at a potential of +39 V or -1 V relative to ground, depending on the polarity of the input voltage, and the connection b is With respect to ground, depending on the polarity of the input voltage, at a potential of -1 V or +39 V. If the connection a is at +39 V, the base-emitter path of the transistor T3 is biased positively and the transistor T3 switches through . The collector potential of the transistor T3 is thus close to the ground potential and consequently the output signal RP is approximately 0 V. If, in contrast, a voltage of −1 V is present at the terminal a, the transistor T3 blocks and the collector potential lies approximately at the positive voltage supply po - potential of +5 V. Consequently, a signal RP of 5 V is emitted in this polarity state.
Da der Emitter des Tranistors T3 über zwei Dioden Dl, D2 des Brückengleichrichters mit beiden Anschlußklemmen a, b verbunden ist, bleibt die Funktionsfähigkeit der Schaltung erhalten, wenn die Basis des Transistors T3 über den Widerstand R4 nicht mit dem Anschluß a sondern mit dem Anschluß b verbunden ist. Bei ansonsten unveränderter Schaltung wird dann ein Po- laritätssignal abgegeben, das zu dem Signal RP aus der Be- schaltung nach Fig. 1 invers ist.Since the emitter of the transistor T3 is connected to the two connection terminals a, b via two diodes D1, D2 of the bridge rectifier, the functionality of the circuit is retained if the base of the transistor T3 via the resistor R4 is connected not to the connection a but to the connection b connected is. If the circuit is otherwise unchanged, a polarity signal is then emitted which is inverse to the signal RP from the circuit according to FIG. 1.
Um sicher zu stellen, daß der Basisstrom des Transistors T3 zulässige Werte nicht überschreitet, die den Transistor be- schädigen könnten, muß der Widerstand R4 besonders groß gewählt werden. Der Basisstrom am Transistor T3 führt zu einem Spannungsabfall am Widerstand R4 auf einen für die Basis- Emitter-Spannung akzeptablen Wert.In order to ensure that the base current of the transistor T3 does not exceed permissible values which could damage the transistor, the resistor R4 must be chosen to be particularly large. The base current at transistor T3 leads to Voltage drop across resistor R4 to an acceptable value for the base-emitter voltage.
Ein anderes Ausfuhrungsbeispiel der Polaπtatserkennungs- schaltung ist in Figur 2 gezeigt. Dabei sind zwischen die Anschlüsse a und b die Emgangsanschlusse eines Optokopplers geschaltet. Die Verwendung eines Optokopplers ist vorteilhaft, wenn eine galvanische Trennung zwischen den netzseiti- gen und den endgerateseitigen Anschlüssen der Schnittstellen- schaltung erforderlich ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird der Optokoppler mit einer Kontantstromquelle angesteuert. Die Konstantstromquelle ist mit einem selbstleitenden Sperrschicht-FET und einem Widerstand R5 gebildet. Der Strombetrag wird durch den Widerstand R5 bestimmt und ist entsprechend den Eingangsdaten des Optokopplers ausgelegt. Ausgangsseitig ist der Optokoppler über einen Widerstand R6 mit den endgerateseitigen Spannungsversorgungsan- schlussen von +5 V und endgerateseitiger Masse verbunden. Das Ausgangssignal RP wird dabei am Verbindungsknoten zwischen dem Widerstand R6 und einem Ausgangsanschluß des Optokopplers abgegriffen.Another exemplary embodiment of the polarity detection circuit is shown in FIG. 2. The input connections of an optocoupler are connected between the connections a and b. The use of an optocoupler is advantageous if electrical isolation between the network-side and the terminal-side connections of the interface circuit is required. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the optocoupler is driven by a constant current source. The constant current source is formed with a self-conducting junction FET and a resistor R5. The amount of current is determined by the resistor R5 and is designed according to the input data of the optocoupler. On the output side, the optocoupler is connected via a resistor R6 to the terminal-side voltage supply connections of +5 V and the terminal-side ground. The output signal RP is tapped at the connection node between the resistor R6 and an output connection of the optocoupler.
Bei positiver Eingangsspannung zwischen den Anschlüssen a und b wird emgangsseitig im Optokoppler ein konstanter Strom er- zeugt. Dadurch wird das Ausgangssignal RP auf das endgerate- seitige Potential SECGND gezogen. Bei negativer Eingangsspannung an den Anschlüssen a und b sperrt die Diode des Optokopplers und somit dessen ausgangsseitiger Transistor. Dann ist das Ausgangssignal RP gleich der endgerateseitigen Ver- sorgungsspannung von +5 V. With a positive input voltage between the connections a and b, a constant current is generated in the optocoupler on the input side. As a result, the output signal RP is pulled to the terminal-side potential SECGND. If the input voltage at terminals a and b is negative, the diode of the optocoupler and thus its transistor on the output side is blocked. Then the output signal RP is equal to the supply voltage of +5 V on the terminal device.

Claims

Patentansprüche claims
1. Polaritätserkennungsschaltung, die ein zweiwertiges Ausgangssignal als Funktion des Vorzeichens der Potentialdiffe- renz zwischen zwei Anschlußklemmen (a, b) liefert, mit einem Spannungsversorgungsanschluß, einem Widerstand (R4) und einem Schaltelement (T3), das seinerseits einen Steueranschluß und zwei Anschlüsse einer Laststrecke aufweist, wobei die Laststrecke des Schaltelements (T3) in einen Strompfad zwi- sehen dem Spannungsversorgungsanschluß und einer Anschlußklemme (a, b) geschaltet ist, der Steueranschluß über den Widerstand (R4) mit einer Anschlußklemme (a) verbunden ist, und wobei das Ausgangssignal an einem Anschluß der Laststrecke des Schaltelements (T3) abgreifbar ist.1. Polarity detection circuit, which delivers a two-value output signal as a function of the sign of the potential difference between two terminals (a, b), with a voltage supply connection, a resistor (R4) and a switching element (T3), which in turn has a control connection and two connections one Load path, the load path of the switching element (T3) is connected in a current path between the voltage supply connection and a connection terminal (a, b), the control connection is connected via the resistor (R4) to a connection terminal (a), and wherein Output signal at a connection of the load path of the switching element (T3) can be tapped.
2. Polaritätserkennungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß der Laststrecke des Transistors (T3) über Dioden (Dl, D2) mit beiden Anschlußklemmen (a, b) angeschlos- sen sind.2. Polarity detection circuit according to claim 1, characterized in that a connection of the load path of the transistor (T3) via diodes (Dl, D2) with both terminals (a, b) are connected.
3. Polaritätserkennungsschaltung, die ein zweiwertiges Ausgangssignal als Funktion des Vorzeichens der Potentialdifferenz zwischen zwei Anschlußklemmen (a, b) liefert, mit einem Optokoppler, dessen Eingangsanschlüsse mit den Anschlußklemmen verbunden sind und dessen Ausgangsanschlüsse über einen Widerstand (R6) zwischen die Anschlüsse zweier Bezugspotentiale geschaltet ist, wobei das Ausgangssignal an dem Widerstand (R6) abgreifbar ist.3. Polarity detection circuit, which delivers a two-value output signal as a function of the sign of the potential difference between two connection terminals (a, b), with an optocoupler, the input connections of which are connected to the connection terminals and whose output connections are connected via a resistor (R6) between the connections of two reference potentials is, wherein the output signal can be tapped at the resistor (R6).
4. Polaritätserkennungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den Eingangsanschlüssen des Optokopplers eine Konstantstromquelle geschaltet ist.4. Polarity detection circuit according to claim 3, characterized in that a constant current source is connected in series with the input connections of the optocoupler.
5. Polaritätserkennungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle mittels eines selbstleitenden Sperrschicht-FET und eines weiteren Widerstands (R5) gebildet ist .5. Polarity detection circuit according to claim 4, characterized in that the constant current source is formed by means of a self-conducting junction FET and a further resistor (R5).
6. Schnittstellenschaltung für ein Telefonendgerät, dadurch gekennzeichnet , daß netzseitig eine Polaritätserkennungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist. 6. Interface circuit for a telephone terminal, characterized in that a polarity detection circuit according to one of claims 1 to 5 is provided on the network side.
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