In der ISDN-Technik kennt man für den sog. Basisanschluss drei
verschiedene Schnittstellen:
- a) Uk0-Schnittstelle mit Echo-Unterdrückung; 2-drähtig.
- b) S0-Schnittstelle; 4-drähtig mit getrennten Aderpaaren für die Sende-
(TX) und Empfangs-Richtung (RX); international als S/T-Schnittstelle bezeichnet.
- c) Up-Schnittstelle mit Zeitgetrenntlageverfahren (Ping-Pong); 2-drähtig.
Je nach möglicher Kabellänge unterscheidet man hier UpN oder Up0. Auch
die Bezeichnungen UpE und Up200 sind gebräuchlich. (In dieser Beschreibung
wird immer der Begriff „Up" benutzt)
Ferner unterscheidet man, insbesondere bei S0-Schnittstellen, zwischen
TE (Terminal Equipment) und NT(Network Termination). Diese Unterscheidung ist bei
einer 4-Draht-Schnittstelle wie der S0-Schnittstelle besonders wichtig, da hier
getrennte Sende- und Empfangsleitungspaare verwendet werden. Bei Verbindung der
TE- und NT-Schnittstelle werden Receiver mit Transmitter verbunden und so eine Datenkommunikation
erst ermöglicht wird. Andernfalls würden beide Receiver und beide Transmitter
verbunden werden und es käme keine Kommunikation zustande.
In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, die Schnittstelleneigenschaften
nicht durch die Schaltung fest zu verdrahten, sondern eine automatische, oder zumindest
durch Software einstellbare, Änderung der Schnittstelleneigenschaften zu erreichen.
Nach dem Stand der Technik gibt es bereits mehrer integrierte Schaltungen
(IC), die zumindest chipintern eine Umschaltung zwischen S0- und Up-Schnittstelle
ermöglichen, so z.B.:
- – VIP/DELIC von der Fa. Infineon,
- – XHFC-Serie von der Fa. Cologne Chip.
Ferner ist aus der Druckschrift DE
10 2004 005 089 A1 bekannt, wie eine kombinierte Anschaltung von S0- und
Up unter Verwendung von nur zwei S0-Transformatoren realisiert werden kann. Diese
Lösung benutzt allerdings Schalter (Jumper) zur Umschaltung der verschiedenen
Schnittstellen-Modi.
Besondere Probleme sind gerade bei der normgerechten Realisierung
einer S0-Schnittstelle die hohen Anforderungen an die Impedanz und die Hochohmigkeit
der Schnittstelle, sogar im nicht stromversorgten Zustand. Diese sind deswegen nötig,
da es sich bei der S0-Schnittstelle um eine Bus-Schnittstelle handelt und abgeschaltete
Geräte ohne Versorgungsspannung die Kommunikation auf dem Bus nicht beeinträchtigen
dürfen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Schaltungsanordnungen zu
entwickeln, die mit Hilfe elektronischer Schalter normgerecht ISDN-Schnittstellen
umschalten können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass elektronische Analogschalter zwischen Transformator und ISDN-IC angeordnet
sind. Hierbei werden sinnvoller Weise niederohmige (< 10 Ohm) MOS-Analogschalter
verwendet, die sich durch sehr geringe Versorgungsströme und geringe Signalverzerrungen
auszeichnen. Da diese Analogschalter nur für geringe Versorgungsspannungen
(unter 6V) ausgelegt sind, werden sie zwischen Transformator und ISDN-IC angeordnet,
da hier eventuelle hohe Überspannungen von der ISDN-Leitung bereits abgeleitet
sind. Ferner muss dafür gesorgt werden, dass eventuelle Überspannungen,
die den Transformator zur Chipseite hin passiert haben, noch vor den Analogschaltern
abgeleitet werden.
Wie bereits geschildert, müssen für eine normgerechte S0-Shnittstelle
hohe Anforderungen an die Hochohmigkeit der Schnittstelle gerade im nicht versorgten
Zustand gestellt werden. Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 2 erfindungsgemäß
dadurch gelöst, dass für die normgerechte Hochohmigkeit der S0-Schnittstelle
im nicht stromversorgten Zustand der Schnittstelle eine Hilfsspannung zur Versorgung
der Analogschalter aus der angelegten Signalspannung erzeugt wird.
Die Hochohmigkeit der S0-Schnittstelle wird normgerecht durch eine
sinusförmige Wechselspannung von 1,2Vp (Scheitelwert) bei 96kHz geprüft;
wobei ein maximaler Strom von nur 0,6 mA fließen darf. Bei einem 1:2-Transformator
stehen dann chipseitig 2,4Vp zur Verfügung. Diese können durch einen Brückengleichrichter
in eine Gleichspannung umgewandelt werden, die ausreichend hoch ist, um die Analogschalter
so zu versorgen, dass diese hochohmig bleiben. Verzichtet man auf diese Hilfsspannungsversorgung,
dann wird durch die Schutzdioden an allen Eingängen der Analogschalter-ICs
ein Stromfluss ermöglicht, der den Normbereich überschreitet. Die Hilfsspannung
selbst wird auf Grund der sehr geringen Stromaufnahme üblicher Analogschalter
nur minimal belastet.
Die ISDN-Schnittstellen S0 und Up unterscheiden sich nicht nur in
der Anzahl der Leitungen (4 anstatt 2) und der Signalpegel, sondern auch darin wie
die Speisespannung der Schnittstelle übertragen wird. Bei der S0-Schnittstelle
wird die Speisung als sog. Phantomspeisung zwischen den Leitungspaaren für
Receive und Transmit angelegt. Diese wird dann typisch über die beiden Mittelanzapfungen
der S0-Transformatoren zu- oder abgeführt. Bei der 2-drähtigen Up-Schnittstelle
liegt die Speisung direkt überlagert zu den Signalspannungen zwischen den beiden
Adern. Auf Grund der üblichen Belegungen der Schnittstellen auf einem Western-Stecker
(RJ45, 8-polig) liegt im Fall der Up-Schnittstelle zwischen den Anschlusspunkten
4 und 5 die volle Speisespannung, während im Fall der S0-Schnittstelle hier
überhaupt keine Gleichspannung anliegt. Dadurch ist es entsprechend Anspruch
3 möglich, dass durch Messen der Speisespannung der Schnittstelle durch einen
Spannungssensor detektiert wird, ob eine S0- oder Up-Schnittstelle angeschlossen
ist.
Ist durch den Spannungssensor klar, welcher Schnittstellenmodus vorliegt,
so reicht es nicht aus, einfach die höchste zur Verfügung stehende Spannung
als Spannungsquelle zu nutzen. Insbesondere im Fall eines ISDN-Endsystems (TE) darf
bei einer S0-Schnittstelle kein Leitungsabschluss geschaltet werden, während
bei einer Up-Schnittstelle ein Leitungsabschluss zwingend erforderlich ist. Ferner
muss in diesem Fall dafür gesorgt werden, dass der Speisestrom nicht durch
den S0-Transformator fließt, da dieser nur geringste Differenzströme aushält
bevor er in die Sättigung geht. Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 4
dadurch gelöst, dass je nach detektierter Schnittstelle die Speisespannung
der Schnittstelle zur Stromversorgung des ISDN-Gerätes geschaltet wird und
dadurch auch der für den Up-Interface-Modus notwendige Leitungsabschluss aktiviert
wird.
Die Umschaltung zwischen einer S0-TE- und einer S0-NT-Schnittstelle
ist nach dem Stand der Technik nur durch Umsetzen diverser Jumper möglich.
Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 5 dadurch gelöst, dass eine S0-Schnittstelle
durch elektronisches Vertauschen der chipseitigen Anschlüsse der beiden Transformatoren
zwischen TE- und NT-Mode umschaltet.
Die für die Erzeugung der Hilfsspannung eingesetzte Schaltung
aus Dioden oder Brückengleichrichtern kann für den Schutz der Schnittstelle
und insbesondere der Analogschalter mitbenutzt werden. Dieses wird entsprechend
Anspruch 6 dadurch erreicht, dass die Schaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung
durch Ergänzung eines Überspannungsableiters gleichzeitig als Überspannungsschutzschaltung
dient. Als einfacher Überspannungsableiter kann eine Z-Diode benutzt werden.
In vielen Fällen sind bei den S0-Transformatoren chipseitig auch
die Mittelanzapfungen angeschlossen. Im nicht stromversorgten Zustand der Schaltung
kann durch die Schutzbeschaltung des ISDN-ICs ein Strompfad nach Masse gebildet
werden, der die Mittelanzapfung nach Masse zieht, was dann wieder an den anderen
Anschlüssen des Transformators zu unzulässigen Strompfaden führt.
Dieses Problem wird entsprechend Anspruch 7 dadurch gelöst, dass eine Verbindung
zur Mittelanzapfung eines Transformators durch ein zusätzliches Schaltelement
abgeschaltet wird oder diese so hochohmig ausgelegt wird, dass kein spezifikationswidriger
Strom fließen kann.
Bei verschiedenen Schnittstellen muss je nach gewählter Schnittstellenkonfiguration
ein Leitungsabschluss (Terminierung) zugeschaltet werden. Hier ist es gängige
Praxis bei der S0-NT-Schnittstelle 100 Ohm-Widerstände leitungsseitig zuzuschalten.
Um die oben schon beschriebene Überspannungsproblematik zu umgehen, wird nach
Anspruch 8 dieses Problem so gelöst, dass eine Terminierung nicht leitungsseitig
sondern chipseitig vom Transformator mit einem Analogschalter eingeschaltet wird.
Bei einem Transformator mit einem Übertragungsverhältnis von 2:1 ist chipseitig
dann ein Widerstand von 400 Ohm einzuschalten, da der Transformator den Widerstand
mit dem Quadrat des Wicklungsverhältnisses transformiert.
Bei Benutzung von Transformatoren mit einem Übertragungsverhältnis
von 1:2 und einer Betriebsspannung von 3,3V können nur Sendeamplituden von
etwa 1,6V erreicht werden, was im Fall der Up-Schnittstelle nicht normgerecht ist;
eine Amplitude von 2V wäre hier normkonform. Dieses Problem wird entsprechend
Anspruch 9 dadurch gelöst, dass durch chipseitige Ansteuerung nur einer Hälfte
eines Transformators die Sendeamplitude erhöht wird. Die dann asymmetrische
Ansteuerung wird möglich, wenn auf einen Kondensator an der chipseitigen Mittelanzapfung
des Transformators verzichtet wird. Durch die geringe Zeitkonstante der Kopplungskondensatoren
zur Empfängerschaltung und das Zeitgetrenntlageverfahren kann beim Empfänger
durchaus die gesamte Amplitude des Receivesignals chipseitig am Transformator benutzt
werden.
Mögliche Realiserungen der Erfindung werden in den Zeichnungen
1 und 2 dargestellt.
1: S0-TE-NT-Umschaltung mit einschaltbarer Terminierung
chipseitig; Zuschaltung der Speisung über Relais.
2: Automatische Umschaltung zwischen einer Up-und S0-Schnittstelle
mit reduzierten Reichweiteanforderungen für Up
