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Dokumentenidentifikation DE102005020896B4 13.12.2007
Titel Verfahren und Regelschaltung zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Canella, Alberto, Villach, AT;
Nössing, Gerhard, Villach, AT
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Anmeldedatum 04.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005020896
Offenlegungstag 09.11.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H04M 19/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon, welches über herkömmliche Zweidraht-Kupferleitungen an einer SLIC-Schaltung (SLIC: Subscriber Line Interface Circuit) angeschlossen ist.

Die US 5,619,567 beschreibt eine SLIC-Schaltung, bei der ein über eine Zweidrahttelefonleitung und über eine Last fließender Gleichstrom erfasst wird. Dieser erfasste Schleifenstrom wird an einem Knoten mit einem konstanten Strom und einem weiteren zuschaltbaren konstanten Strom zu einem Summenstrom addiert, der anschließend in einem Stromspiegel gespiegelt wird. Von dem gespiegelten Strom wird an einem weiteren Knoten ein Referenzstrom subtrahiert und der daraus resultierende Referenzstrom, welcher über einen Widerstand fließt, erzeugt eine Differenzspannung am Eingang eines Verstärkers. Die Differenzspannung wird anschließend verstärkt an die Last abgegeben.

Die EP 0 440 006 A1 beschreibt eine Schaltung zur Abgabe eines Gleichstroms an eine Telefonleitung. Eine SLIC-Schaltung weist einen RC-Tiefpassfilter auf. Dieser RC-Tiefpassfilter dient zum Abblocken von Signalen in einem Sprachfrequenzband.

Ein herkömmliches analoges Telefon ist über eine zweidrahtige, verdrillte Kupferleitung LA, LB (line a, line b) an eine Ortsvermittlungsstelle oder an eine Nebenstellenanlage angeschlossen. Das analoge Telefon weist keine eigene Gleichspannungsversorgung auf, sondern wird von der Ortsvermittlungsstelle oder von der Nebenstellenanlage mit einer Gleichspannung versorgt. Durch Abheben des Hörers (Off-hook) schließt sich ein Kontakt (ein sog. Gabelumschalter) und es fließt ein Gleichstrom, der in der Vermittlungsstelle, beispielsweise mittels eines Relais, erkannt wird. Hierdurch wird der Verbindungswunsch des abnehmenden Telefonteilnehmers der Vermittlungseinrichtung signalisiert.

Durch Auflegen des Hörers nach dem Gespräch öffnet sich der Gabelumschalter und unterbricht die Gleichstromschleife. Die Telefonsprachsignale sind dem Gleichstrom überlagert.

Die Trennung des Sendekreises (Sprecher) von dem Empfangskreis (Hörer) erfolgt meist durch eine sogenannte Gabelschaltung. Die Vermittlungsstellen des Fernsprechnetzes arbeiten nach dem Prinzip der Leitungsvermittlung. Hierbei werden die Nutzkanäle in den Vermittlungsstellen (sog. Netzknoten) transparent durchgeschaltet. Der Teilnehmer steuert durch eine Wahlinformation den Verbindungsaufbau.

Das sog. POTS-(Plain Old Telefon Service) Telefonnetzwerk ist im Gegensatz zu dem ISDN-Telefonnetz nicht digital aufgebaut. Jedes analoge Telefon ist an eine Teilnehmeranschlusskarte (line card) über Telefonanschlussleitungen angeschlossen. Die Teilnehmeranschlusskarte weist eine Schaltung zur Erzeugung einer DC-Gleichspannung und eines Versorgungsstroms für entfernt gelegene analoge Telefone auf. Hierbei wird eine vorgegebene Leerlaufspannung von beispielsweise 48 Volt erzeugt. Durch einen vorgegebenen Ausgangswiderstand, der von dem Lastwiderstand des analogen Telefons und dem Widerstand der Telefonleitung abhängt, wird ein Versorgungsstrom in einem vorgegebenem Strombereich erzeugt, wobei der Strombereich typischerweise in einem Bereich von 20 – 30 mA liegt. Darüber hinaus ist eine Strombegrenzung vorgesehen, die verhindert, dass der Strom 60 mA überschreitet. Im abgehobenen Zustand des Telefonhörers (Off-hook-Betriebsmodus), das heißt während des Telefongesprächs, soll sich der Versorgungsstrom innerhalb des gewünschten vorgegebenen Strombereichs für vorgegebene Lastwiderstände und Telefonleitungslängen befinden.

1 zeigt eine Regelschaltung zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon nach dem Stand der Technik. Das analoge Telefon weist einen bestimmten Lastwiderstand RTel auf, der typischerweise zwischen 100 und 430 Ohm liegt. Über verdrillte Zweidraht-Telefonleitungen und externe Schutzwiderstände ist das analoge Telefon an zwei Telefonanschlüsse (Tip, Ring) einer SLIC-Schaltung angeschlossen. Die SLIC-Schaltung ist ein integrierter Schaltkreis, der in der Lage ist, den über die Telefonleitung fließenden Schleifen-Gleichstrom zu messen bzw. zu erfassen. Hierzu weist die SLIC-Schaltung eine gesteuerte Stromquelle auf, die den Schleifengleichstrom (ILOOP) mit einem bestimmten Skalierungsfaktor (SF) gespiegelt an einem Ausgang der SLIC-Schaltung abgibt. Der gespiegelte Schleifengleichstrom fließt über einen Widerstand RSENSE an Masse ab und erzeugt eine Gleichspannung VSENSE, die proportional zu dem Schleifengleichstrom ILOOP ist. Die Spannung VSENSE liegt an einem Eingang einer CODEC-Schaltung an. An dem Eingang der CODEC-Schaltung wird zudem über einen Koppelkondensator CKOPPEL das analoge AC-Telefonsignal ausgekoppelt. Der Widerstand RSENSE weist typischerweise einen Widerstandswert von 500 Ohm auf. Die externen Schutzwiderstände, durch die das Telefon an die SLIC-Schaltung angeschlossen ist, weisen typischerweise jeweils einen Widerstand von 50 Ohm auf. Ein in der CODEC-Schaltung vorgesehenes analoges Pre-Filter dient als Anti-Aliasing-Filter (AAF) und ist einem Analog-Digital-Wandler ADC vorgeschaltet. Der Analog-Digital-Wandler tastet das anlegende analoge Signal mit einer relativ hohen Abtastfrequenz von beispielsweise 4 MHz ab. Das abgetastete digitale Signal wird durch ein nachgeschaltetes digitales Dezimationsfilter auf eine niedrigere Abtastfrequenz dezimiert. Dem Dezimationsfilter ist ein digitales Tiefpassfilter 1. Ordnung nachgeschaltet, dessen Grenzfrequenz bei 0,3 Hz liegt. Das tiefpassgefilterte digitale Signal wird durch einen digitalen Signalprozessor DSP verarbeitet, um eine bestimmte flache Stromspannungskennlinie an dem angeschlossenen analogen Telefon hervorzurufen, wie sie in 2 dargestellt ist.

Ausgangsseitig ist dem digitalen Signalprozessor DSP ein weiteres Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von beispielsweise 8 Hz nachgeschaltet. Das tiefpassgefilterte Filter wird einem Interpolationsfilter zugeführt, welches das Signal interpoliert und an einen Digital-Analog-Wandler DAC abgibt. Der Digital-Analog-Wandler wandelt das anliegende digitale Signal mit einer Sampling- oder Abtastfrequenz von beispielsweise 4 MHz in ein analoges Signal um. Ein in dem CODEC integrierter Widerstand RF bildet zusammen mit einem externen Kondensator CF ein analoges Tiefpassfilter 1. Ordnung. Der Digital-Analog-Wandler DAC ist beispielsweise ein Singlebit-Sigma-Delta-Analog-Wandler mit Noise Shaping-Funktion. In dem analogen Tiefpassfilter ist ein Post-Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von beispielsweise 100 KHz nachgeschaltet. Die von der CODEC-Schaltung abgegebene Gleichspannung wird durch einen Signalverstärker V innerhalb der SLIC-Schaltung mit einem bestimmten Signalverstärkungsfaktor verstärkt und an die beiden Anschlüsse Tip, Ring der SLIC-Schaltung geführt.

Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik führt zu der Stromspannungskennlinie an dem analogen Telefon, wie sie in 2 dargestellt ist.

Kennlinienpunkt P1 stellt dabei einen Kurzschlussfall dar, das heißt die Summe des Telefonlastwiderstands mit dem Leitungswiderstand beträgt 0 Ohm.

Bei dem angegebenen Beispiel beträgt die Summe aus dem Telefonlastwiderstand RTel und dem Leitungswiderstand RLINE an dem Kennlinienpunkt P2 1520 Ohm, wobei der Lastwiderstand RTel des Telefons typischerweise zwischen 100 und 430 Ohm liegt.

An Kennlinienpunkt 3 beträgt die Summe aus dem Telefonlastwiderstand und dem Leitungswiderstand beispielsweise 2300 Ohm. Der Schleifengleichstrom, der durch das analoge Telefon fließt, beträgt in Punkt P1 bei einem Skalierungsfaktor SF von 50 und eine Widerstand RSENSE von 500 Ohm, 26, 5 mA und befindet sich somit noch im zulässigen Bereich zwischen 20 und 30 mA. Bei einer relativ langen Telefonleitung mit einem Leitungswiderstand von etwa 1 k&OHgr; beträgt im Kennlinienpunkt P2 der Schleifengleichstrom etwa 23 mA und befindet sich somit ebenfalls noch im zulässigen Strombereich. Erst ab einem Gesamtwiderstand von 2300 Ohm sinkt der Schleifengleichstrom auf einen Stromwert I3 von etwa 20 mA ab, der nur noch einen Notbetrieb des analogen Telefons zulässt.

Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist somit die in 2 dargestellte flache Stromspannungskennlinie auf. Die in 1 dargestellte Schaltungsanordnung eignet sich somit auch für Telefonleitungen, die relativ lang sind und einen relativ hohen Leitungswiderstand RLINE aufweisen. Auch für relativ lange Telefonleitungen mit einem Leitungswiderstand von etwa 2 k&OHgr; ist somit eine ausreichende Versorgung des analogen Telefons sichergestellt.

Der Nachteil der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik besteht allerdings darin, dass der schaltungstechnische Aufwand zur Implementierung sehr hoch ist. Die Schaltungsanordnung umfasst einen komplexen Analog-Digital-Wandler und einen komplexen Digital-Analog-Wandler. Darüber hinaus sind verschiedene digitale Filter innerhalb der CODEC-Schaltung vorgesehen sowie ein digitaler Signalprozessor DSP. Der Grund hierfür liegt hauptsächlich darin, dass sich eine sehr niedrige Grenzfrequenz von fG = 0,3 Hz effizient nur mit einem digitalen Tiefpassfilter realisieren lässt.

Die Notwendigkeit einer flachen Stromspannungskennlinie, wie sie in 2 dargestellt ist, besteht nicht in allen Anwendungen, das heißt in vielen Fällen ist die Telefonleitung zum Anschluss des analogen Telefons an die SLIC-Schaltung relativ kurz und weist einen niedrigen Leitungswiderstand RLINE auf. In diesen Anwendungsfällen ist der schaltungstechnische Aufwand, wie er durch die Schaltungsanordnung in 1 betrieben wird, nicht gerechtfertigt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelschaltung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon zu schaffen, bei der der schaltungstechnische Aufwand zur Erzeugung der Versorgungsgleichspannung minimal ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Regelschaltung zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon mit den in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung spiegelt die SLIC-Schaltung den Schleifengleichstrom (ILOOP) zur Erzeugung eines Spiegelstromes, welcher mit einem Spiegel-Skalierungsfaktor (SF) skaliert über einen zwischen der SLIC-Schaltung und der CODEC-Schaltung vorgesehenen Widerstand (RSENSE) zur Erzeugung der zu dem Schleifengleichstrom (ILOOP) proportionalen Spannung (VSENSE) fließt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weist die CODEC-Schaltung einen Signalverstärker auf, der die Differenzspannung (VDIFF) mit einem CODEC-Signalverstärkungsfaktor (GCODEC) verstärkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weist die CODEC-Schaltung ein analoges Tiefpassfilter zum Filtern des von dem Signalverstärker abgegebenen Differenzspannungssignals auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weist die SLIC-Schaltung ebenfalls einen Signalverstärker auf, der das von dem Tiefpassfilter abgegebene gefilterte Differenzspannungssignal VDIFF mit einem SLIC-Signalverstärkungsfaktor GSLIC zur Erzeugung der Versorgungsgleichspannung verstärkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird der konstante Verstärkungsfaktor Gain durch das Produkt aus dem CODEC-Signalverstärkungsfaktor und dem SLIC-Signalverstärkungsfaktor gebildet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist die durch die Spannungsquelle der CODEC-Schaltung erzeugte konstante Spannung VGen in Abhängigkeit von einem Steuersignal zur Erzeugung eines Signales invertierbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist der zwischen der SLIC-Schaltung und der CODEC-Schaltung vorgesehene Widerstand RSENSE austauschbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird die an dem Widerstand RSENSE abfallende Spannung an einen Eingang der CODEC-Schaltung angelegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird an dem Eingang der CODEC-Schaltung mittels eines Koppelkondensators ein AC-Telefonsignal ausgekoppelt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist das analoge Tiefpassfilter ein Tiefpassfilter 1. Ordnung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weist das analoge Tiefpassfilter eine Grenzfrequenz von etwa 8 Hz auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung besteht das analoge Tiefpassfilter aus einem in der CODEC-Schaltung integrierten Widerstand RF und einem zwischen der CODEC-Schaltung und der SLIC-Schaltung vorgesehenen Kondensator CF.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weist das analoge Telefon einen bestimmten Lastwiderstand (RTel) auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist das analoge Telefon über einen ersten Telefondraht und über einen ersten Schutzwiderstand an einen ersten Anschluss der SLIC-Schaltung und über einen zweiten Telefondraht und über einen zweiten Schutzwiderstand an einen zweiten Anschluss der SLIC-Schaltung angeschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung liegt der Lastwiderstand RTel eines analogen Telefons zwischen 100 und 430 Ohm.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist der Skalierungsfaktor 50.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weist der zwischen der SLIC-Schaltung und der CODEC-Schaltung vorgesehene Widerstand RSENSE einen Widerstandswert von 500 Ohm auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung erzeugt die Konstantspannungsquelle eine konstante Spannung von 0,3 Volt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung beträgt der Verstärkungsfaktor 160, sodass die an den beiden Anschlüssen der SLIC-Schaltung anliegende Leerlaufspannung 48 Volt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung beträgt der CODEC-Signalverstärkungsfaktor GCODEC des in der CODEC-Schaltung vorgesehenen Signalverstärkers 4.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung beträgt der SLIC-Signalverstärkungsfaktor GSLIC des in der SLIC-Schaltung vorgesehenen Signalverstärkers 40.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung weisen die beiden Schutzwiderstände jeweils einen Widerstandswert von 50 Ohm auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird die Konstantspannungsquelle durch eine Band-gap-Referenzspannungsquelle gebildet.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer geregelten Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist, nämlich

Erfassen eines über eine Zweidraht-Telefonleitung an das analoge Telefon fließenden Gleichstromes,

Spiegeln des Schleifengleichstromes zum Erzeugen eines Spiegelstromes, der über einen Widerstand zum Erzeugen einer zu dem Schleifengleichstrom proportionalen Spannung VSENSE fließt,

Subtrahieren der erzeugten proportionalen Spannung von einer konstanten Spannung zum Erzeugen einer Differenzspannung, und

Verstärken der Differenzspannung zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung für das analoge Telefon, wobei die verstärkte Differenzspannung durch ein analoges -Tiefpassfilter mit einer adaptierbaren Grenzfrequenz von etwa 8 Hz zur Stabilisierung der geregelten Versorgungsspannung gefiltert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Differenzspannung tiefpassgefiltert.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Regelschaltung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

1 eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon nach dem Stand der Technik;

2 eine Stromspannungskennlinie der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik;

3 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung zum Versorgen eines analogen Telefons mit einer Versorgungsgleichspannung;

4 eine Stromspannungskennlinie der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Regelschaltung.

Wie man aus 3 erkennen kann, enthält die erfindungsgemäße Regelschaltung 1 zum Erzeugen einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon 2 eine SLIC-Schaltung 3 und eine CODEC-Schaltung 4. Das analoge Telefon 2 ist über eine Zweidraht-Telefonleitung 5a, 5b und zwei Schutzwiderstände 6a, 6b an zwei Anschlüsse 7a, 7b der SLIC-Schaltung 3 angeschlossen. Die SLIC-Schaltung 3 erfasst den über die Zweidraht-Telefonleitung 5 fließenden Schleifen-Gleichstrom ILOOP. Hierzu spiegelt die SLIC-Schaltung 3 den Schleifengleichstrom zum Erzeugen eines Spiegelstromes ISpiegel, der über einen Ausgang 8 der SLIC-Schaltung 3 zu einem Knoten 9 und von dort über einen Widerstand 10 an Masse abfließt. Die Masse wird vorzugsweise als virtuelle Masse von der CODE-Schaltung 4 erzeugt. Die SLIC-Schaltung 3 erzeugt den Spiegelstrom ISpiegel. wobei dieser mit einem Spiegel-Skalierungsfaktor SF skaliert wird. Wie man aus 3 erkennen kann, enthält die SLIC-Schaltung 3 eine gesteuerte Stromquelle 3a, die in Abhängigkeit von dem erfassten Schleifen-Gleichstrom ILOOP gesteuert wird. Der Spiegel-Skalierungsfaktor SF beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform Fünfzig, das heißt der gespiegelte Stromfluss weist eine Amplitude auf, die ein Fünfzigstel der Amplitude des erfassten Schleifenstromes ILOOP ist. An dem Knoten 9 ist ein Koppelkondensator 11 angeschlossen, über den ein AC-Telefonsignal an einem Ausgang 12 ausgekoppelt wird.

Die CODEC-Schaltung 4 weist einen Signaleingang 13 auf, der mit dem Knoten 9 verbunden ist. Der durch den Widerstand 10 abfließende gespiegelte Strom ISpiegel erzeugt eine Spannung VSENSE, die proportional zu dem Schleifengleichstrom ILOOP, welcher durch das analoge Telefon 2 fließt, ist. Diese proportionale Spannung VSENSE liegt an dem hochohmigen Eingang 13 der CODEC-Schaltung 4 an. Die CODEC-Schaltung 4 enthält eine Konstantspannungsquelle 4A, die eine konstante Spannung VGen generiert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die erzeugte konstante Spannung 0,3 Volt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Konstantspannungsquelle 4A durch eine interne Band-gap-Referenzspannungsquelle der CODEC-Schaltung gebildet. Die Referenzspannungsquelle 4A ist vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Steuersignal CTRL invertierbar. Durch die Invertierung der Polarität der konstanten Spannung ist es möglich, Signalisierungsfunktionen vorzunehmen. Die CODEC-Schaltung 4 enthält ferner einen Substrahierer 4B, der die an dem Widerstand 10 anliegende Spannung VSENSE von der generierten konstanten Spannung VGen zur Erzeugung einer Differenzspannung VDIFF subtrahiert.

Die CODEC-Schaltung 4 enthält ferner einen Signalverstärker 4C, der die erzeugte Differenzspannung VDIFF mit einem CODEC-Signalverstärkungsfaktor GCODEC verstärkt. Der Ausgang des Signalverstärkers 4C ist an einen Widerstand 4D angeschlossen, der ebenfalls in der CODEC-Schaltung 4 integriert ist. Der Widerstand 4D ist mit einem Ausgang 14 der CODEC-Schaltung 4 verbunden. Dieser Ausgang 14 der CODEC-Schaltung 4 ist über einen Knoten 15 an einen Eingang 16 der SLIC-Schaltung 3 angeschlossen. Darüber hinaus ist der Knoten 15 über einen Kondensator 17 mit Masse verbunden. Der in der CODEC-Schaltung 4 integrierte Widerstand 4D sowie der externe Kondensator 17 bilden zusammen ein analoges Tiefpassfilter TP 1. Ordnung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht zwischen der CODEC-Schaltung 4 und der SLIC-Schaltung 3 eine differentielle Verbindung, wobei der Kondensator 17 zwischen den beiden differentiellen Leitungen verschaltet ist.

Die SLIC-Schaltung 3 enthält ebenfalls einen Signalverstärker 3B, der das von dem Tiefpassfilter TP abgegebene gefilterte Differenzspannungssignal mit einem SLIC-Signalverstärkungsfaktor GSLIC zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für das analoge Telefon 2 verstärkt. Ausgangsseitig ist der Signalverstärker 3B der SLIC-Schaltung 3 mit den beiden Telefonanschlüssen 7a, 7b zum Anschluss des analogen Telefons 2 verbunden. Die von dem Subtrahierer 4B der CODEC-Schaltung 4 abgegebene Differenzspannung VDIFF wird zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung des analogen Telefons 2 mit einem konstanten Verstärkungsfaktor verstärkt. Die Verstärkung erfolgt durch den ersten Signalverstärker 4D innerhalb der CODEC-Schaltung und den zweiten Signalverstärker 3B innerhalb der SLIC-Schaltung 3. Der konstante Verstärkungsfaktor Gain ergibt sich aus dem Produkt des CODEC-Signalverstärkungsfaktors GCODEC mit dem SLIC-Signalverstärkungsfaktor GSLIC des Signalverstärkers 3B.

Wie man aus 3 erkennen kann, ist die SLIC-Schaltung 3 und die CODEC-Schaltung 4 über die Knoten 9, 15 zu einer DC-Regelschaltung zur Erzeugung eines Versorgungsgleichstroms für das analoge Telefon 2 verschaltet. Der schaltungstechnische Aufwand zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung ist dabei minimal. Durch Austausch der externen Bauelemente, die nicht in der SLIC-Schaltung 3 und der CODEC-Schaltung 4 integriert sind, das heißt durch Austausch des Widerstandes 10 und des Kondensators 17 ist es möglich, die in 3 dargestellte Schaltungsanordnung 1 für verschiedene Anwendungen anzupassen.

Die Schaltungsanordnung 1 weist einen ersten Anschluss 18a, der auch als Tip-Anschluss bezeichnet werden kann, und einen zweiten Anschluss 18b, der auch als Ring-Anschluss bezeichnet wird, auf. An diesen beiden Anschlüssen 18a, 18b ist die Zweidraht-Telefonleitung 5, welche durch den ersten Telefondraht 5a und durch einen zweiten Telefondraht 5b gebildet wird, angeschlossen. Die an dem Anschluss 18 anliegende Last wird durch den Widerstand der Telefonleitung und durch den Widerstand RTel des analogen Telefons 2 gebildet: RLAST = RTel + RLINE

Der Widerstand RTel des analogen Telefons 2 liegt typischerweise zwischen 100 und 430 Ohm.

Der Widerstand RLINE der Leitung 5 hängt von der Länge der Telefonleitung ab. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1, wie sie in 3 dargestellt ist, eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei der die Telefonleitungen 5 relativ kurz sind und somit einen relativ geringen Widerstand aufweisen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung für das analoge Telefon 2 ist dabei vor allem für kurze Telefonleitungen, die eine Länge unter einem halben Kilometer aufweisen, geeignet.

Die gesteuerte Stromquelle 3A der SLIC-Schaltung 3 erfasst den durch das analoge Telefon 2 fließenden Schleifen-Gleichstrom ILOOP zum Erzeugen eines skalierten, gespiegelten Spiegelstromes ISpiegel:

wobei der Skalierungsfaktor SF vorzugsweise 50 beträgt.

An dem Widerstand 10 fällt eine zu dem Schleifen-Gleichstrom ILOOP proportionale Spannung VSENSE ab:

Durch den integrierten Subtrahierer 4B der CODEC-Schaltung 4 wird von der abfallenden Spannung VSENSE eine konstante Spannung VGen subtrahiert: VDIFF = VGen – VSENSE

Diese Differenzspannung VDIFF wird durch das Tiefpassfilter TP gefiltert und durch die beiden Signalverstärker 4C, 3B mit einem konstanten Verstärkungsfaktor Gain verstärkt.

Dabei ergibt sich der Verstärkungsfaktor Gain aus dem Produkt eines CODEC-Signalverstärkungsfaktors GCODEC des Signalverstärkers 4C und eines SLIC-Signalverstärkungsfaktors GSLIC des Signalverstärkers 3B. Gain = GainSLIC·GainCODEC wobei der SLIC-Signalverstärkungsfaktor GainSLIC vorzugsweise 40 beträgt und der CODEC-Signalverstärkungsfaktor GainCODEC vorzugsweise 4 beträgt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der CODEC-Signalverstärkungsfaktor GAINCODEC von 4 auf 16/3 = 5,33 umschaltbar, sodass eine SLIC-Schaltung mit einem SLIC-Verstärkungsfaktor GAINSLIC von 30 eingesetzt werden kann, ohne dass die Kennlinie verschoben wird.

Somit ergibt sich ein konstanter Verstärkungsfaktor Gain von 160.

An den Anschlüssen 7a, 7b ist somit eine DC-Gleichspannung VDC vorhanden:

Die zwischen dem Tip-Anschluss 18a und dem Ring-Anschluss 18b anliegende Versorgungsgleichspannung VTR ergibt sich aus einer konstanten Leerlaufspannung V0, die um einen Spannungswert reduziert ist, der proportional zu dem tatsächlich fließenden Schleifengleichstrom ILOOP ist: VTR = V0 – R0·ILOOP, wobei der Schleifengleichstrom ILOOP von dem Lastwiderstand RLAST abhängt:

Dabei stellt R0 den Ausgangswiderstand der Schaltungsanordnung 1 an den Anschlüssen 18a, 18b dar.

Für den Ausgangswiderstand R0 gilt:

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich somit der Ausgangswiderstand R0 von

Die Leerlaufspannung V0 beträgt bei der bevorzugten Ausführungsform mit einem Verstärkungsfaktor von 160 und einer erzeugten Konstantspannung VGen von 0,3 Volt: V0 = 0,3V·160 = 48V

Eine derartige Leerlaufspannung von 48 Volt wird beispielsweise durch die TELCORDIA GR 57-Spezifikation verlangt.

Der Kurzschlussstrom an den Anschlüssen 18a, 18b, das heißt wenn der Last-Widerstand RLAST Null wird, beträgt

Ein analoges Telefon 2, das den maximalen Widerstandswert von 430 Ohm aufweist, wird mit folgendem Gleichstrom versorgt, wenn man den Leitungswiderstand RLiNE vernachlässigt

Durch Invertierung der von der Konstantspannungsquelle 4 abgegebenen Spannung VGen kann eine negative Leerlaufspannung V0 von -48 Volt erzeugt werden.

4 zeigt die Stromspannungskennlinie der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1.

Der Kurzschlussstrom beträgt 28,2 mA und die Leerlaufverstärkung V0 48 Volt. Unter Vernachlässigung des Widerstandes der Telefonleitung (RTel = 0) beträgt bei einem Telefonlastwiderstand von 100 Ohm der Schleifenstrom 26,6 mA und bei einem maximalen Telefonlastwiderstand von 430 Ohm 23,6 mA.

Der von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 abgegebene Schleifenstrom befindet sich somit für alle analogen Telefone in einem zulässigen Bereich von 20-30 mA.

Je größer der Ausgangswiderstand R0 ist desto flacher ist die in 4 dargestellte Stromspannungskennlinie. Dieser Ausgangswiderstand R0 hängt von dem Skalierungsfaktor SF, dem Widerstandswert RSENSE des Widerstandes 10 und dem Verstärkungsfaktor Gain ab, wie dies in Gleichung 9 dargestellt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 ist zusätzlich zu der SLIC-Schaltung 3 eine Strombegrenzung vorgesehen, die die Stromspitzen des Schleifenstromes auf 60 mA begrenzt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1, wie sie in 3 dargestellt ist, kann sowohl in der Vermittlungsstelle (central office) als auch auf einer Teilnehmeranschlusskarte des Teilnehmers vorgesehen werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 ist beispielsweise bei den ISDN-Turmoil-Adaptern oder Analog-Telefone-Adaptern ATA einsetzbar. Der Strombereich ist durch geeignete Einstellung des Widerstandes R0 skalierbar. Auch der Spannungswert der Leerlaufspannung V0 ist durch die Einstellung der Signalverstärkungsfaktoren GainSLIC, GainCODEC für verschiedene Länderspezifikationen adaptierbar. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist mit wenigen passiven Bauelementen in einer besonders preisgünstigen analogen Technologie herstellbar, welche die Kosten für das Endprodukt stark begrenzen. Der schaltungstechnische Aufwand der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist gering, wobei bereits vorgesehene Baukomponenten eingesetzt werden.

Die Stabilität der Regelschleife wird durch den dominanten Pol des Tiefpassfilters, welches durch den Widerstand 4D und den Kondensator 17 gebildet wird, sichergestellt. Bei dem analogen Tiefpassfilter handelt es sich vorzugsweise um ein analoges Tiefpassfilter 1. Ordnung mit einer Grenzfrequenz fg von etwa 8 Hz. Durch Austausch des Kondensators 17 ist die Grenzfrequenz fg für verschiedene Anwendungen leicht adaptierbar. Das Schleifenfilter bestimmt die Konvergenzzeit bzw. Bandbreite in kritischen Übergangsphasen zwischen dem On-hook und dem Off-hook-Betrieb.

1
Regelschaltung
2
analoges Telefon
3
SLIC-Schaltung
3A
gesteuerte Stromquelle
3B
Signalverstärker
4
CODEC-Schaltung
4A
Konstantspannungsquelle
4B
Subtrahierer
4C
Signalverstärker
4D
Widerstand
5
Zweidraht-Telefonleitung
6
externe Widerstände
7
Telefonanschlüsse
8
SLIC-Ausgang
9
Knoten
10
Widerstand
11
Koppelkondensator
12
Signalausgang
13
CODEC-Eingang
14
CODEC-Ausgang
15
Knoten
16
SLIC-Eingang
17
Kondensator
18
Tip-Ring-Anschlüsse


Anspruch[de]
Regelschaltung (1) zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon (2) mit:

(a) einer SLIC-Schaltung (3), an die das analoge Telefon (2) über eine Zweidraht-Telefonleitung (5a, 5b) angeschlossen ist,

wobei die SLIC-Schaltung (3) einen über die Zweidraht-Telefonleitung (5a, 5b) fließenden Schleifen-Gleichstrom (ILOOP) erfasst;

(b) einer CODEC-Schaltung (4), die eine Konstant-Spannungsquelle (4A) zur Erzeugung einer konstanten Spannung (VGEN) und

einen Subtrahierer (4B) aufweist, der eine zu dem Schleifen-Gleichstrom (ILOOP) proportionale Spannung (VSENSE) von der konstanten Spannung (VGEN) zur Erzeugung einer Differenzspannung (VDIFF) subtrahiert;

(c) wobei die Differenzspannung (VDIFF) zur Erzeugung der Versorgungsgleichspannung mit einem konstanten Verstärkungsfaktor (Gain) verstärkt wird;

(d) wobei die CODEC-Schaltung (4) ein analoges Tiefpassfilter (TP) mit einer adaptierbaren Grenzfrequenz fg von etwa 8 Hz zur Stabilisierung der Regelschaltung (1) aufweist, das aus einem in der CODEC-Schaltung (4) integrierten Widerstand (4D) und aus einem zwischen der CODEC-Schaltung (4) und der SLIC-Schaltung (3) vorgesehenen austauschbaren Kondensator (17) besteht.
Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die SLIC-Schaltung (3) den Schleifen-Gleichstrom (ILOOP) zur Erzeugung eines Spiegelstromes (ISpiegel) spiegelt, welcher mit einem Spiegel-Skalierungsfaktor (SF) skaliert über einen zwischen der SLIC-Schaltung (3) und der CODEC-Schaltung (4) vorgesehenen Widerstand (RSENSE) zur Erzeugung der zu dem Schleifen-Gleichstrom (ILOOP) proportionalen Spannung (VSENSE) fließt. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CODEC-Schaltung (4) einen Signalverstärker (4C) aufweist, der die Differenzspannung (VDIFF) mit einem CODEC-Signalverstärkungsfaktor (GCODEC) verstärkt. Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die CODEC-Schaltung (4) ein analoges Tiefpassfilter (TP) zum Filtern des von dem CODEC-Signalverstärker (4C) abgegebenen Differenzspannungssignals aufweist. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die SLIC-Schaltung (3) einen Signalverstärker (3B) aufweist, der das von dem Tiefpassfilter (TP) abgegebene Differenzspannungssignal mit einem SLIC-Signalverstärkungsfaktor (GSLIC) zur Erzeugung der Versorgungsgleichspannung verstärkt. Regelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Verstärkungsfaktor (Gain) das Produkt des CODEC-Signalverstärkungsfaktors (GCODEC) und des SLIC-Signalverstärkungsfaktors (GSLIC) ist. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Konstantspannungsquelle (4A) der CODEC-Schaltung (4) erzeugte konstante Spannung (VGEN) in Abhängigkeit von einem Steuersignal (CRTL) zur Erzeugung eines Signales invertierbar ist. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der SLIC-Schaltung (3) und der CODEC-Schaltung (4) vorgesehene Widerstand (10) austauschbar ist. Regelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Widerstand (10) abfallende Spannung (VSENSE) an einem Eingang (13) der CODEC-Schaltung (4) anliegt. Regelschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingang (13) der CODEC-Schaltung (4) mittels eines Koppelkondensators (11) ein AC-Telefonsignal ausgekoppelt wird. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Tiefpassfilter (TP) ein Tiefpassfilter 1. Ordnung ist. Regelschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Tiefpassfilter (TP) eine Grenzfrequenz fG von 8 Hz aufweist. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Tiefpassfilter (TP) aus einem in der CODEC-Schaltung integrierten Widerstand (4D) und einem zwischen der CODEC-Schaltung (4) und der SLIC-Schaltung (3) vorgesehenen Kondensator (17) besteht. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Telefon (2) einen vorgegebenen Lastwiderstand (Rtel) aufweist. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Telefon (2) über einen ersten Telefondraht (5a) und einen ersten Schutzwiderstand (6a) an einen ersten Anschluss (18a) der SLIC-Schaltung (3) und über einen zweiten Telefondraht (5b) und einen zweiten Schutzwiderstand (6b) an einen zweiten Anschluss (18b) der SLIC-Schaltung (3) angeschlossen ist. Regelschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastwiderstand (Rtel) des analogen Telefons (2) zwischen 100 und 430 Ohm liegt. Regelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel-Skalierungsfaktor (SF) 50 beträgt. Regelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der SLIC- und der zwischen der CODEC-Schaltung vorgesehene Widerstand (10) einen Widerstandswert (RSENSE) von 500 Ohm aufweist. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantspannungsquelle (4A) eine konstante Spannung von 0,3 Volt erzeugt. Regelschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor (Gain) 160 ist, sodass die an den beiden Anschlüssen der SLIC-Schaltung (3) anliegende Leerlaufspannung (V0) 48 Volt ist. Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der CODEC-Signalverstärkungsfaktor (GCODEC) des in der CODEC-Schaltung (4) vorgesehenen Signalverstärkers (4C; vier beträgt. Regelschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der SLIC-Signalverstärkungsfaktor (GSLIC) des in der SLIC-Schaltung (3) vorgesehenen Signalverstärkers (3B) vierzig beträgt. Regelschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schutzwiderstände (6a, 6b) jeweils einen Widerstandswert (REXT) von 50 Ohm aufweisen. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantspannungsquelle (4A) eine Bandgap-Referenzspannungsquelle ist. Verfahren zum Erzeugen einer geregelten Versorgungsgleichspannung für ein analoges Telefon (2) mit den folgenden Schritten:

(a) Erfassen eines über eine Zweidraht-Telefonleitung (5a, 5b) an das analoge Telefon (2) fließenden Schleifen-Gleichstromes (ILOOP)

(b) Spiegeln des erfassten Schleifen-Gleichstromes (ILOOP) zum Erzeugen eines Spiegelstromes (ISpiegel), der über einen Widerstand (10) zum Erzeugen einer zu dem Schleifen-Gleichstrom (ILOOP) proportionalen Spannung (VSENSE) fließt;

(c) Subtrahieren der erzeugten proportionalen Spannung (VSENSE) von einer konstanten Spannung (VGEN) zum Erzeugen einer Differenzspannung (VDIFF)

(d) Verstärken der Differenzspannung (VDIFF) zum Erzeugen der Versorgungsgleichspannung für das analoge Telefon (2),

(e) wobei die verstärkte Differenzspannung durch ein analoges Tiefpassfilter (TP) mit einer adaptierbaren Grenzfrequenz fg von etwa 8 Hz zur Stabilisierung der geregelten Versorgungsspannung gefiltert wird.






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