DE2551816A1 - Teilnehmerleitungs-anschlusschaltung - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: SZ 974 004

Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung

Die Erfindung betrifft eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung

zur Verbindung einer Zweidraht-Teilnehmerleitung mit einer Vermittlungseinrichtung und zur Energieversorgung der Teilnehmer-Außenstelle.

Bei Vermittlungseinrichtungen in Nachrichtenübertragungsanlagen ist für jede zu einer Außenstelle, z.B. einem Telefonapparat, führende Zweidrahtleitung eine Anschlußschaltung vorgesehen, die verschiedene Aufgaben zu erfüllen hat. Dazu gehören, je nach Art der Vermittlung: Herstellung einer festgelegten Abschlußimpedanz nach außen; übertragen der Nutzsignale zwischen Teilnehmerleitung und Vermittlungseinrichtung; Stromversorgung der Außenstelle; Schutz der Vermittlungseinrichtung gegen Hochspannungen und Kurzschlüsse

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auf der Teilnehmerleitung; Richtungstrennung der Signale (Zweidraht/Vierdrahtumsetzung); Eliminierung von Störsignalen, usw.

Bei den meisten bisher benutzten Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltungen verwendet man einen Transformator zur Kopplung der Nutzsignale zwischen Teilnehmerleitung und Vermittlung. Der Transformator eignet sich auch bestens zur Einspeisung des Gleichstroms. Durch Verwendung gegensinniger Halbwicklungen erreicht man dabei auf einfache Weise eine Aufhebung der aus der Gleichstromversorgung stammenden Wechselspannungsstörsignale.

Da die Transformatoren einen erheblichen Kostenanteil der Teilnehmer-Anschlußschaltung darstellen und außerdem viel Platz brauchen, wäre es von Vorteil, sie zu eliminieren und für die Nutzsignalkopplung sowie die Gleichstromeinspeisung andere Elemente vorzusehen.

Bei der Kopplung mit kapazitiven Elementen muß man separate Speiseschaltungen vorsehen. Hierfür wurden in einer bekanntgewordenen Anordnung (IBM TDB September 1973, S 1173) ohm'sche Widerstände verwendet, die den vorgeschriebenen Speisewiderstand ergeben. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie Störsignale ungehindert in die und aus der Gleichstromquelle übertragen (Nebensprechen), und daß sie zur Erreichung einer guten Erdsymmetrie sehr genau abgeglichen sein müssen.

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* 3.

Zur Einspeisung von Gleichstrom in Leitungen von Nachrichtenanlagen wurden auch schon Induktivitäten als Speiseschaltungen verwendet. (Bell STJ-, Okt. 1969, S 2697). Hierbei ergibt sich zwar eine gute Wechselstromtrennung zur Gleichstromquelle. Die Induktivitäten sind jedo.ch ebenso aufwendige Bauelemente wie die Transformatoren .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spulenlose Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung mit induktivem Verhalten anzugeben, die zur Herstellung in integrierter Schaltungstechnik geeignet
ist.

Hierzu ist die Erfindung gekennzeichnet durch zwei Speiseschaltungen, welche die beiden Einzelleitungen der Teilnehmerleitung
ait je einem Pol -der Betriebsspannungsquelle verbinden, wobei
Jede der beiden Speiseschaltungen eine Gyratorschaltung une eine damit verbundene Kapazität enthalten, welche zusammen ein induktives Verhalten aufweisen, so daß jede Speiseschaltung als
Tiefpaß mit gegebenem Gleichstromwiderstand wirkt.

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Der Hauptvorteil der Erfindung liegt in der Vermeidung von Induktivitäten. Die Herstellungskosten und der Raumbedarf können dadurch gesenkt und die Schaltung kann leicht in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt werden. Die Erfindung ermöglicht außerdem auf einfache Weise eine zusätzliche Kurzschlußsicherung durch Strombegrenzungj sowie bei Riehtungstrennung der Nutzsignale eine rückwirkungsfreie Einspeisung der auszugebenden Signale in die Speiseschaltung. Durch das induktive Verhalten wird ein durch den Innenwiderstand der Speisespannungsquelle verursachtes Nebensprechen verhindert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung in teil

weiser Blockdarstellung_s im Zusammenhang mit einer Vermittlungseinrichtung und weiteren Teilnehme r ans ch lüs s en ;

Fig. 2 Einzelheiten der Speiseschaltungen aus Fig. 1 und

weiterer Schaltungselemente für Hilfsfunktionen;

3A und 3B Einzelheiten einer im Zusammenhang mit der Speiseschaltung verwendeten Versorgungsspannungs-Auswahlschaltung; und

Fig. 4 ein Strom/Spannungskennliniendiagramm zur Erläute

rung der Auswirkungen einer VersorgungsspannungS-Umschaltung.

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Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Leitungsanschlussschaltung und ihrer Umgebung. Zweck der Leitungsanschlussschaltung ist die Verbindung einer Teilnehmer-Zweidrahtleitung a/b, an der z.B. ein Telefonapparat angeschlossen ist, mit einer Vermittlungseinrichtung. Die Vermittlungseinrichtung kann eine Nebenstellenanlage sein, oder eine Vermittlungszentrale eines öffentlichen Fernsprechnetzes. Eine grosse Anzahl von Teilnehmerleitungen ist über je eine Leitungsanschlusseinheit mit der Vermittlungseinrichtung verbunden.

Eine Leitungsanschlusseinheit erfüllt je nach Art der Vermittlungseinrichtung einen Teil oder alle der folgenden Funktionen:

- Teilnehmerleitungsabschluss

- Zweidraht-ZVierdrahtumsetzung

- Umwandlung symmetrisch-unsymmetrisch

- Feststellung des Leitungszustandes (Betriebszustandes)

- Kurzschlussschutz für Gleichspannungsquelle und Leitungsanschlusseinheit

- Hochspannungsschutz der Vermittlungseinrichtung

- Rufdtromeinspeisung

- Energieeinspeisung für die Aussensteile (Telefonapparat)

Der prinzipielle Aufbau der als Ausführungsbeispiel gewählten Leitungsanschlusseir.heit wird nun anhand von Fig. 1 beschrieben. Ein Telefonapparat 11 ist über die beiden Leitungen 12 und 13 (a- und b-Leitung) mit der Leitungsanschlusseinheit verbunden, deren beide Eingangsleitungen mit

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und 15 bezeichnet sind. Für die Verbindung der Leitungsanschlusseinheit mit der Vierdraht-Vermittlungseinrichtung 16 sind eine Eingabeleitung 17 (Eingangssignale Sl nur in Richtung von der Teilnehmerleitung zur Vermittlungseinrichtung) und eine Ausgabeleitung 18 (Ausgangssignale S2 nur in Richtung von der Vermittlungseinrichtung zur Teilnehmerleitung) vorgesehen.

Die beiden Leitungen 14 und 15 sind durch eine RC-Kombination 19/20 verbunden, um den für die Teilnehmerleitung vorgeschriebenen Abschlusswiderstand zu erreichen.

Die Ankopplung der Teilnehmerleitung an die Eingabe- und Ausgabeleitung der Verraittlungseinrichtung erfolgt hier nicht, wie bisher meist üblich, durch einen Transformator, sondern durch kapazitive Elemente. Ueber je eine Kapazität 21 bzw. 22 sind die beiden Leitungen 14 und 15 mit den Eingängen 23 und 24 eines Verstärkers 25 verbunden, dessen einer Ausgang 26 über einen Dilferenz-Verstärker mit der Eingabeleitung 17 verbunden ist, während der andere an Erde liegt. Das Eingabesignal Sl erscheint also auf der Eingabeleitung 17 als Spannung gegen Erde.

Das Ausgabesignal auf Leitung 18 ist eine Spannung gegen Erde. Leitung ist mit einem Eingang eines Verstärkers 27 verbunden, der andere mit Erde. Das Ausgabesignal S2 erscheint auf dcj. Ausgangsleitungen 28 und 29 des Verstärkers 27 als Spannungsdifferenz, die symmetrisch gegen Erde ist. Die beiden Leitungen 28 und 29 sind über je eine Kapazität 30 bzw. 31 mit den

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Leitungen 32 und 33 verbunden, welche die auszugebenden Signale zur
Teilnehmerleitung (a/b-Leitung) übertragen.· Die Leitungen 32 und 33 sind aber nicht direkt mit a-Leitung 14 bzw. b-Leitüng 15 verbunden, sondern über die Speiseschaltungen 34 bzw. 35. Einzelheiten hierüber folgen später.

Die Leitungen 23, 24, 28 und 29 sind durch je zwei Dioden 36/37, 38/39, 40/41 und 42/43 mit zwei Potentialquellen +V max. 1 und -V max. 2 verbunden, so dass die Spannung auf diesen vier Leitungen auf jeden Fall auf einen Bereich begrenzt bleibt, der zwischen den durch die Potentialquellcn
gegebenen unteren und oberen Grenzwerten -V max. 2 und +V max. I liegt. Diese Werte liegen etwa an den Grenzen der Linearbereiche der beiden Verstärker 25 und 27.

Zur Vermeidung einer Rückführung des Ausgabesignäls S2 über die Speiseschaltungen 34 und 35 sind ein Differenzverstärker 44 und ein Ausgleichsnetzwerk 45 vorgesehen. Der Ausgang des Differenzverstärkers 44 ist mit der Eingabeleitung 17, sein erster Eingang mit dem Ausgang 26 des Verstärkers 25 und sein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Ausgleichsnetzwcrks 45
verbunden. Der Eingang des Ausgleichnetzwerkes 45 ist mit der Ausgabeleitung 18 verbunden. Diese Anordung bewirkt, dass der auf der Leitung 26 durch Rückführung des Ausgabesignals S2 hervorgerufene Signalanteil im Verstärker kompensiert wird, und zwar dadurch, dass das Netzwerk 45 das Ausgabesignal S2 in gleicher Weise verändert wie die Elemente auf dem Rückkopplungsweg vom Verstärker 27 zum Verstärker 25, und das so gewonnene Korrektursignal auf den Subtraktionseingang des Differenzverstärkers 44 gibt. Auf diese

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Weise wird eine vollständige Richtungstrennung erreicht.

Die Speiseschaltungen 34 und 35 sind vorgesehen, um die a- und b-Leitung 14/15 bzw. 12/13 mit einer Gleichstromquelle zu verbinden. Sie sollen einen bestimmten (vorgeschriebenen) Gleichstromwiderstand haben, und für Wechselströme eine möglichst hohe Impedanz. Es sind also Schaltungen mit Tiefpasscharakteristik vorzusehen. Speiseschaltung 34 verbindet die a-Leitung 14 mit Erde, d.h. mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle. Speiseschaltung 35 verbindet die b-Leitung 15 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsversorgung. Im Ausführungsbeispiel ,ist noch eine Auswahlschaltung46 vorgesehen, die aufgrund von Steuersignalen A, Z und RC an ihren Eingängen 47, 48 und 49 den Anschlusspunkt 50 der Speiseschaltung 35 entweder mit einer -48V-Versorgungsleitung oder mit einer -SOV-Versorgungsleitung verbindet. Einzelheiten der Speiseschaltungen 34 und 35 sowie der Auswahlschaltung 46 und ihrer Arbeitsweise werden später beschrieben.

Das Steuersignal A wird durch eine Testschaltung 51 erzeugt, die mit der Speiceschaltung 34 verbunden ist, um eine Anzeige für die Grosse des Speisestromes zu erhalten. Einzelheiten der Schaltung 51 werden später beschrieben.

Das Steuersignal Z ist binär und wird durch den Betriebszustandsdetektor' 52 erzeugt als Anzeige für den Betriebszustand des Telefonapparates 11. Zwei Eingänge des Betriebszüstandsdetektors 52 sind direkt mit der a~Leitung 1.4 bzw. der b-Leitung 15 verbunden. Der Detektor 52 stellt den

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Impedanz-Unterschied in der Teilnehmerleitungsschleife zwischen dem aufgelegten und abgehobenen Zustand fest, indem er den durch das Fliessen oder Nichtfliessen des Speisestromes bedingten Gleichspannungsunterschied entdeckt, und gibt je nach dem Ergebnis den einen oder anderen Binärwert als Ausgangssignal Z ab.

Das Steuersignal RC ist ein binäres Impulssignal, welches als Rufkommando von der Vermittlungseinrichtung über eine Leitung 53 abgegeben wird. Die Vermittlungseinrichtung gibt ausserdem über Leitungen 54 und 55 zwei komplementäre Rufwechselspannungen RSl und RS2 al». Mit Hilfe einer Schaltereinheit 56 werden bei Bedarf Rufströme auf die Leitungen 14 und 15 gegeben. Im Takte der Impulse des Rufkommandosignals RC, das am Eingang 57 eingegeben wird, wird das Rufsignal RSl vom Eingang 58 über Ausgang 59 auf die Leitung 14 und das Rufsignal RS2 vom Eingang 60 über Ausgang 61 auf die Leitung 15 weitergegeben.

Die Schaltereinheit kann z.B. zwei TRIAC-Elernente zwischen den Eingängen 58 und 60 einerseits und den Ausgängen 59 und 61 andererseits enthalten, sowie eine Leuchtdiode (LED), die an den Steuereingang 57 angeschlossen ist. Durch jeden RC-Impuls am Eingang 57 wird dann infolge eines Lichtimpulses auf die TRIACs eine Verbindung für die Signale RSl und RS2 durchgeschaltet.

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Speiseschaltungen mit Gyrator

Einzelheiten der beiden in Fig. 1 gezeigten Speiseschaltungen 34 und 35 werden nun anhand von Fig. 2 beschrieben. Die Beschreibung beschränkt sich auf die Speiseschaltung 34, weil die zweite Speiseschaltung 35 analog aufgebaut ist (allerdings mit komplementären Transistoren, für komplementäre Spannungen, usw.). Einander entsprechende Bauelemente sind in beiden Speiseschaltungen mit der gleichen Buchstaben/Zifferkombination bezeichnet, wobei die Bezeichnungen in Schaltung 35 zur Unterscheidung einen Strich haben (z.B. Dl in 34, Dl' in 35).

Der gestrichelte eingerahmte Bereich in Fig. 2 entspricht der Speiseschaltung 34. Sie hat das Verhalten einer Reihenschaltung von ohm'schem Widerstand und Induktivität, was die gewünschte Tiefpasscharakteristik ergibt. Dieses Verhalten wird erreicht durch eine Kapazität Cl (Bereich 34b) und eine damit verbundene Gyratorschaltung (Bereich 34a), durch welche die Kapazität Cl bezüglich ihrer Wirkung auf die a-Leitung 14 in eine Induktivität transformiert wird.

Die Gyratorschaltung ist folgendermassen aufgebaut: Zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rl und R2 bilden einen Spannungsteiler zwischen Erde und der a-Leitung 14. Ein mit Erde verbundener Widerstand R3, ein mit seinem Emitter an den Widerstand R3 angeschlossener Transistor Tl, und eine mit dem Kollektor des Transistors Tl einerseits und der a-Leitung 14 andererseits verbundene Diode Dl bilden eine zweite

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Reihenschaltung. Ein Differenzverstärker 80 ist mit seinem ersten Eingang an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand R3 und Transistor Tl angeschlossen (Punkt 81), und mit seinem zw-iiten Eingang (Punkt 82) an einen Widerstand R4, der seinerseits mit seinem anderen Ende an den Verbindungspunkt (Punkt 83) zwischen den Widerständen Rl und R2 angeschlossen ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers..ist mit der Basis des Transistors Tl verbunden. Die Widerstände Rl und R2 sind beide sehr gross gegen den Widerstand R3. · . - ' .

Durch die Kombination des Verstärkers und des Transistors werden die Punkte 81 und 82 auf etwa gleichem Potential gehalten. Bei reiner Gleichspannung über der Speiseschaltung 34 wird kein Strom durch Cl fliessen, und die Spannung wird sich auf Rl und R2 verteilen. Damit wird sich im Zweig R3/T1/D1 ein Strom einstellen, der einem Widerstand entspricht von

R2

RF * R3 (1 + ^r-), wobei RF der geforderte Speisewiderstand ist. Der Strom RL

durch Rl und R2 ist dagegen vernachlässigbar.

Bei Anlegen einer Wechselspannung auf der Leitung 14 an die Speiseschaltung 34 dagegen wird die Spannung im Punkt 82 durch den durch Cl fliessenden Strom wesentlich mitbestimmt. Um die Spannung im Punkt 81 auf einen entsprechenden Wert zu bringen, muss durch den Zweig R3/T1/D1 ein induktiver Strom fliessen.

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Für die Irapedenz der Speiseschaltung 34 gilt folgende Formel:

TJO

Zs = ~ (Rl + R2) + jwL wobei RL

L «= R3 · R2 · Cl

Hierbei sind die im folgenden beschriebenen, ausserhalb der gestrichelten Kästchen 34a und 34b liegenden Elemente nicht berücksichtigt.

Zur Erreichung zusätzlicher Funktionen sind an die beschriebene Speiseschaltung 34 (das gleiche gilt für Speiseschaltung 35) noch weitere Elemente anzuschliessen, die im folgenden kurz beschrieben werden.

Ein Transistor T2 verbindet als KurzSchlussschalter den Punkt 82 mit Erde (bzw. den Punkt 82' mit dem Anschlusspunkt 50 für die negative Versorgungsspannung). Durch ein binäres Steuersignal RX an der Basis des Transistors kann der Punkt 82 zwangsweise auf Erdpotential gebracht werden. Dies ist bei Rufstromeinspaisung nützlich, wie später noch kurz erläutert wird.

Parallel zur Kapazität Cl (und zum Widerstand Rl) i3t eine Zenerdiode Zl vorgesehen. Sie begrenzt die Spannung über Cl und damit auch den durch die Gyratorschaltung, d.h. den durch die Speiseschaltung fliessenden Strom. Somit kann durch die Zenerspannung von Zl der maximale durch die Teilnehmerleitung fliessende Kurzschlussstrom festgelegt werden.

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Ebenfalls parallel zur Kapazität Cl ist eine Reihenschaltung aus einem Transistor T3 und einem Widerstand R5 vorgesehen, deren Verbindungspunkt 85 über eine Zenerdiode Z2 mit einer Hilfsspannung +VZ verbunden ist (für die Zenerdiode Z2' beträgt die Hilfsspannung -30V-VZ). Zenerdiode Z2 und Widerstand R5 sind in Reihe zwischen der positiven Hilfsspannung +VZ und Punkt 83 geschaltet.(Zenerdiode und VZ bestimmen die Lage des Kennlinienknicks P in Fig. 4. . Der Emitter des Transistors T3 ist an Erde, «ein Kollektor an den Verbindungspunkt 85 zwischen Zenerdiode Z2 und Widerstand R5 angeschlossen. Die Basis des Transistors T3 ist mit einem Steuereingang 84 verbunden. Dieses Netzwerk ermöglicht eine Anpassung der Gyratorschaltung (Aenderung der Gleichstromkennlinie) bei Umschaltung der Versorgungsspannung. Das Verhalten des Zusatznetzwerks wird gesteuert durch Anlegen eines Signals B über Steuereingang 84 an die Basis des Transistors T3 (bzw. eines Signales Bl über Steuereingang 84' an die Basis des Transistors T3'). Die Wirkung dieser Anpassung durch Wirksammachen bzw. Unwirksammachen der Zenerdiode Z2 wird später nocht etwas genauer erläutert. (Fig. 4).

Schliesslich sind in Fig. 2 noch Einzelheiten der Testschaltung 51 gezeigt, durch die das Signal A erzeugt wird, welches die Grosse des über die Leitung 14 bzw. 12 fliessenden Speiseptroms anzeigt. Die Testschaltung besteht aus einem Differenzverstärker 90, dessen einer Eingang mit Erde, und dessen anderer Eingang über einen Widerstand 91 mit dem Anschlusspunkt 81 verbunden ist. Der Ausgang 93 des Differenzverstärkers, an dem das Signal A abgenommen werden kann, ist über einen Widerstand 92 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers verbunden.

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Wie bereits früher gesagt, sind die beiden Speiseschaltungen 34 und 35 analog aufgebaut. Sie dienen nicht nur zur Verbindung der a-Leitung 14 und der b-Leitung 15 mit Erde bzw. mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle zwecks Energieversorgung, sondern auch zur Verbindung der Signalausgabeleitung 32 bzw. 33 mit der a- und b-Leitung. Zu diesem Zweck ist Leitung 32 _rait dem Punkt 82 verbunden, unct Leitung 33 mit dem Punkt 82'. Die an die Teilnehmerstelle zu sendenden Signale werden also in die Gyratorschaltungen injiziert und gelangen auf diesem Wege auf die Zweidraht-Teilnehmer leitung.

Umschaltbare Stromversorgung

Anhand von Fig. 3A und Fig. 3B.werden nun Einzelheiten der Auswahlschaltung 46 aus Fig. 1 beschrieben, welche eine umschaltbare Stromversorgung ermöglicht. Die umschaltbare Stromversorgung soll es erlauben, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, statt der normalen Versorgungsspannung (z.B. -48V) bei bestimmten Zuständen (z.B. kurze Leitung) eine niedrigere Spannung (z.B. -30V) zu verwenden, um dadurch Verlustenergie einzusparen.

Die Bedingungen bzw. Zustände, welche die Spannungsauswahl beeinflussen, sind folgende:

1) Gabe]schalter ein oder aus:

Bei aufgelegtem Hörer soll die niedrige Spannung (-30V) angelegt werden, weil dies im Ruhezustand genügt.

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2) Rufstrom ein oder aus:

Wenn Rufstrom auf die Leitung gegeben wird, soll die niedrige Spannung (-30V) angelegt sein (unter der Annahme, dass der Gleichstrom-Mittelwert des Rufsignals auf der b-Leitung -30V beträgt, siehe weiter vorn), damit die Spannungsdifferenz zwischen Rufsignal und Speisespannung gering bleibt.

3) Strom auf der Leitung über oder unter Schwellenwertbereich:

Wenn der Strom über dem Schwellenwertbereich ist, soll die niedrigere Spannung (-30V) angelegt werden, weil das offenbar ausreicht; wenn der Strom unter dem Schwellenwertbereich ist, soll die höhere Spannung (-48V) angelegt werden, damit ein ausreichender Strom zustande kommt. ·

Die Steuersignale, welche diese Zustände angeben, wurden bereits bei der Beschreibung von Fig. 1 genannt: Signal Z stellt die Stellung des Gabelschalters dar:

Z=I : aufgelegt Z=O : abgehoben

Signal RC stellt den Zustand des Rufsignals dar:

RC« 1 : Rufsignal aktiv RC « 0 : Ruhe

Signal A stellt, in Form einer analogen (kontinuierlich veränderlichen) Spannung den durch die Leitung fliessenden Strom dar.

Es gelten nun folgende logische Bedingungen, welche durch die Auswahlschaltung verwirklicht werden:

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1) WENN Z=I ODER RC - 1 ODER A > VH DANN -30V einstellen

2) WENN Z = 0 UND A < VL
DANN -48V einstellen

Dabei bezeichnet VH den oberen und VL den unteren Wert des Schwellenbereichs oder Umschalt-Toleranzbereichs.

Die oben dargestellten Bedingungen sind in der Schaltung der Fig. 3A verwirklicht. Für die drei Steuersignale Z, A und RC sind die drei Eingangsleitungen 101, 102 und 103 vorgesehen. Die Leitung 101 ist mit je einem Eingang zweier ODER-Glieder 104 und 105 verbunden. Die Leitung 102 ist mit den positiven Eingängen zweier Differenzverstärker (Vergleicher) 106 und 107 verbunden. Der negative Eingang des Differenzverstärkers 106 liegt an einer Referenzspannung VH, der negative Eingang des Differenzverstärkers 107 liegt an einer Referenzspannung VL. Beide Differenzverstärker geben am Ausgang ein "1"-Signal ab, wenn dac A-Signal am positiven Eingang grosser ist als dia Referenzspannung VH bzw. VL. Wenn A kleiner ist als die Referenzspannung, wird ein "O"-Ausgangssignal abgegeben. Die Werte der Referenzspannungen werden so gewählt, dass durch Versorgungsspannungsumschaltung jeweils ein ausreichender, aber nicht unnötig grosser Strom auf der Teilnehmerleitung fliegst.

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Der Ausgang des Differenzverstärkers'106 ist mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 104, und der Ausgang des Differenzverstärkers 107 mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes 105 verbunden. Die Eingangsleitung 103 für das RC-Signal ist mit einem dritten Eingang des ODER-Gliedes 104 verbunden. Sie ist ausserdem mit dem Steuereingang eines Pegelumsetzers 108 verbunden, der weiter unten genauer beschrieben ist.

Der Ausgang des ODER-Gliedes 104 ist mit dem Setz-Eingang S eines bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gliedes 105 ist über einen Inverter 110 mit Rückstelleingang R des bistabilen Kippgliedes 109 verbunden. Die Ausgänge 111 und 112 des bistabilen Kippgliedes geben die Steuersignale für die Versorgungsspannungs-Umschaltung ab. Der Pegel dieser binären Steuersignale, die im Ausführungsbeispiel entweder den Wert OV oder +5V annehmen (TTL-Schaltungen), muss aber noch verschoben werden, damit die direkt an -30V bzw. an -48V liegenden Schalttransistoren mit ihnen direkt angesteuert werden können.

Zu diesem Zwecke sind die Pegelumsetzer 113, 114 und 115 (und ebenso 108) vorgesehen, deren Einzelheiten weiter unten anhand von Fig. 3B beschrieben werden. Ausgang 111 des Kippgliedes 109 ist mit dem Steuereingang der Pegelumsetzer 113 und 114 verbunden, Ausgang 112 mit dem Steuereingang des Pegelümsetzers 115.

Der Pegelumsetzer 113 hat zwei Ausgänge 116 und 117, auf den die pegelverschobenen und komplementären binären Steuersignale B und B¹ erscheinen. Diese beiden Ausgänge sind mit den in Fig. 2 gezeigten Steuereingängen 84

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bzw. 84' der Kennlinienänderungs-Züsatznetzwerke bei den Speiseschal tungen verbunden.

Der Pegelumsetzer 114 hat auch zwei Ausgänge, wovon einer unbenutzt und der andere mit der Basis eines Schalttransistors 118 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors liegt an der -48V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode 118a mit einer Stromversorgungsleitung 119 verbunden.

Der Pegelumsetzer 115 hat ebenfalls zwei Ausgänge, wovon einer nicht benutzt und der andere mit der Basis eines Schalttransistors 120 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors liegt an der -30V-Leitung einer Spannungsquelle, sein Kollektor ist über eine Diode 120a mit der Stromversorgungsleitung 119 verbunden. .

Der Pegelumsetzer 108, dessen Steuereingang mit der RC-Signaleingangsleitung 103 verbunden ist, hat zwei Ausgänge 121 und 122, auf denen die pegelverschübener. und komplementären Steuersignale RX und RX¹ erscheinen. Diese beiden Leitungen sind mit den Basen der Transistoren T2 bzw. T2¹ in Fig. 2 verbunden, um diese ein- oder auszuschalten und damit die Gyrator-Speiseschaltungen entweder stillzulegen,, wenn ein Rufsignal ausgesendet wird, oder andernfalls zu aktivieren.

Die Stromversorgungleitung 119, welche entweder an -30V oder an -48V liegt, ist mit dem Anschlusspunkt 50 der Speiseschaltung 35 in Fig.

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(auch in Fig. 1) verbunden. Die Stromversorgungsleitung 119 ist ausserdem mit je einem ersten Versorgungsanschluss der vier Pegelumsetzer 108, 113, 114 und 115 verbunden. Je ein zweiter Versorgungseingang aller Pegelumsetzer liegt über eine Leitung 123 an einer Hilfsspannung von -12V.

Fig. 3B zeigt den Schaltungsaufbau der Pegelumsetzer. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem -12V-Versorgungseingang 125 ist die Reihenschaltung mehrerer hintereinandergeschalteter Dioden 126, 126a und eines Widerstandes 127 angeordnet. Am Verbindungspunkt dieser beiden Elemente ist der erste Ausgang 128 des Pegelumsetzers angeschlossen. Zwischen dem Steuereingang 124 und dem -30V/-48V-Versorgungseingang 129 ist ein Inverter 130 sowie die Reihenschaltung eines ersten Widerstandes ,131, eines Transistors 132 und eines zweiten Widerstandes 133 angeordnet. Die Basis des Transistors ist mit Erde verbunden, der Verbindungspunkt zwischen Kollektor und Widerstand 133 mit dem zweiten Ausgang 134 des Pegelumsetzers.

Bei einem binären Eingangssignal mit den Binärwerten OV und +5V wirkt der Pegelumsetzer wie folgt: Wenn die Spannung am Steuereingang 124 gleich OV ist, fliesst ein Strom durch den Widerstand 127, wobei jedoch auch ein geringer Spannungsabfall an den Dioden 126, 126a auftritt, so dass der erste Ausgang 128 ungefähr die Spannung-0.7V annimmt, Wenn (wie gestrichelt dargestellt), ein Transistor (oder mehrere) angeschlossen ist, der dadurch leitend wird. Am Ausgang des Inverters 130 liegt der Komplementwert des Eingangssteuersignals, also +5V. Durch die Widerstände 131 und 133 fliesst ebenfalls ein Strom, und der zweite Ausgang 134 nimmt die Spannung

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-30V + Δ V bzw. -48V + ^V aⁿ· °i^e Widerstände sind so gewählt, dass der Spannungsabfall Δ V, also die Spannung ces Ausgangs 134 gegenüber dem Anschlusspunkt 129, ausreicht, um den (bzw. die) angeschlossenen (gestrichelt dargestellten) Transistor leitend zu machen.

Wenn dagegen am Steuereingang 124 die Spannung +5V anliegt, fliesst ein grösserer Strom durch den Widerstand 127, so dass, die Spannung am Ausgang 128 positiv wird und damit'der oder die angeschlossenen Transistoren gesperrt werden. Gleichzeitig ist aber das Ausgangssignal des Inverters auf OV, so dass Transistor 132 gesperrt wird unddadurch kein Strom durch den Widerstand 133 fliesst. Infolgedessen liegt der zweite Ausgang 134 auf -30V bzw. -48V. Das Signal am ersten Ausgang 128 entspricht also bis ■ auf geringe Spannungsänderungen dem Eingangssignal, während das Signal am zweiten Ausgang 134 invertiert und dusserdem um -30V bzw. um-48V pegelverschoben ist.

Die Arbeitsweise der Auswahlschaltung 46, die anhand von Fig. 3A und 3B beschrieben wurde, sei nun kurz erläutert: · Sobald Z=I (Hörer aufgelegt), A ^ VH (grosser Strom auf der Leitung) oder RC=I (Aussendung Rufsignal), gibt ODER-Glied 104 ein "1"-Signal ab, und damit wird Kippglied 109 gesetzt, und ein "1"-Signal erscheint am Ausgang 111. Die Signale B/B¹ auf Leitung 116/117 (Fig. 3A) und am Eingang 84/84' (Fig. T) werden aktiviert und damit die Transistoren T3/T3¹ gesperrt. Die Zenerdioden Z2/Z2¹ v/erden wirksam (Erklärung der Wirkung im Zusammen-

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hang mit Fig. 4). Der Transistor 118 wird gesperrt, der Transistor 120 wird leitend, so dass die niedrigere Spannung von -30V an die Speiseschaltung angnlegt wird.

Die Signale RX/RX¹ an den Ausgängen 121/122 werden nur bei Rufsignalabgabe (RC=I) aktiviert, und machen dann .die Transistoren T2/T2¹ (Fig. 2) leitend, um so während des Rufstroms die Speiseschaltungen 34 und 35 zu sperren.

Wenn irgendwann bei abgehobenem Hörer (Z=O) der Wert des Testsignals A kleiner als VL ist, liegt an beiden Eingängen des ODER-Gliedes 105 ein "O"-Signal, das komplementiert als "1"-Signal an den R-Eingang des Kippgliedes 109 gelangt und dieses zurückstellt. Ausgang 111 erhält nun ein "0"-Signal. Dadurch werden die Steuersignale B/B' deaktiviert, die Transistoren T3/T3¹ werden leitend und überbrücken die Zenerdioden Z2/Z2¹. Ausserdem wird (wegen der Kompelementierung im Pegelumsetzer 114) der Transistor 118 leitend, so dass nunmehr die Spannung -48V über Leitung 119 und Punkt 50 an die Speiseschaltung 35 gelangt. Der Transistor 120 wurde gleichzeitig gesperrt, da auf dem Ausgang 112 des Kippgliedes ein "1"-Signal liegt.

Die Gesamtwirkung ist also wie erwünscht:

Bei aufgelegtem Hörer oder bei relativ hohem Speisestrom (kurze Leitung, niederiger Schleifenwiderstand) wird die niedrige Versorgungsspannung von -30V angelegt, um die Verlustleistung niedrig zu halten. Wenn bei abge-

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nommenem Hörer jedoch der Speisestrom zu niedrig ist (lange Leitung, hoher Schleifenwiderstand), wird die Spannung von -48V benutzt. Ausserdem wird bei Einspeisung des Rufwechselstroms die Speisespannung -30V gesetzt, um keine unerwünscht hohen Spannungen infolge Ueberlagerung der Gleichspannung und der Rufwechselspannung zu erhalten.

Auswirkung der Spannungsumschaltung

Anhand der Kennlinien in Fig. 4 und des Schaltbildes in Fig. 2 werden nun die Auswirkungen beschrieben, welche eine Umschaltung des Versorgungsspannungswertes durch die Auswahlschaltung 46 hat. Es sind zwei Fälle zu unterscheiden, je nachdem, ob im Telefonapparat eine Regelung des Sprachstroms aufgrund des Pegelwertes des Leitungsgleichstroms mit Hilfe einer Varistorschaltung erfolgt oder nicht. Wenn keine solche Regelung vorgesehen ist, kann der Speisestrom von der Zentrale her beliebig geändert werden, und beim Umschalten der Versorgungsspannung braucht keine Anpassung der Speiseschaltungskennlinie zu erfolgen (Fall a). In diesem Fall können die Elemente Z2, T3 und R5 bei der Speiseschalturig 34 und Z2', T3¹ und 5' bei der Speiseschaltung 35 fortgelassen werden. Ebenso werden die Steuersignale B und B¹ und die sie erzeugenden Elemente (113, 116, 117 in Fig. 3A) nicht benötigt.

Wenn eine Varistorregelung der Telefonapparate vorhanden ist, muss der Speisestrom bei konstanter Leitungslänge trotz Versorgungsspannungsum-

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; schaltung konstant bleiben, um die Varistorregelung wirksam zu belassen. In diesem Falle (Fall b) muss eine Anpassung der Speiseschaltung durch Kennlinienändarung erfolgen, und dafür sind die bereits oben angegebenen Elemente Z2, T3 und R5 bzw. Z2¹, T3¹ und R5¹ sowie die Steuersignale B und B¹ vorgesehen. Ihre Wirkung wird später noch kurz beschrieben.

Fig. 4 zeigt vier Strom/Spannungskennlinien für die Teilnehmerleitung mit angeschlossenem Telefonapparat, und zwar für die Leitungslängen 0, 1,2 und •3 km. Der Apparatewiderstand ist mit 250 .Ohm, der Leitungswiderstand mit 150 Ohm/km angenommen. Die anderen Kennlinien (links oben nach rechts unten) zeigen die Strom/Spannungscharakteristik der Stromquelle einschliesslich Speiseschaltungen.

a) Spannungsumschaltung ohne Varistorregelung im Telefonapparat: Für diesen Fall gelten die Kennlinien I und II. Nimmt man eine Umschaltung bei etwa 35 mA an (Punkt P im Diagramm), so ergeben sich folgende Unterschiede bei einer Leitungslänge von 1 km: Bei -48V würde·sich der Arbeitspunkt X einstellen, das bedeutet 40 mA Strom und 48V - 16V = 32V Spannungsabfall in der Stromversorgung. Die Verlustleistung würde hier also 40 mA · 32V = 1.28 W betragen. Infolge Umschaltung auf -30V stellt sich jedoch dar Arbeitspunkt Y ein, das bedeutet 25 mA Strom und 30V - 10V » 20V Spannungsabfall. Die Verlustleistung beträgt damit nur noch 25 mA · 20V » 0.5 W. Es ergibt sich also pro Teilnehmerleitung eine Einsparung von 1.28 W - 0.5 W - 0.78 W Verlustleistung in der

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Zentrale. Das bedeutet weniger abzuführende Wärme, weniger Anforderungen an die Bauelemente in der Leitungsanschlussschaltung, und eine Verminderung des Energiebedarfs der Zentrale.

b) Spannungsumschaltung bei vorhandener Varistorregelung im Telefonapparat:

In diesem Falle gilt bei einer Einstellung auf -48V die gesamte Kennlinie I, bei einer Einstellung auf 30V dagegen nur noch der obere Teil der Kennlinie I (oberhalb P) sowie die Kennlinie III. Kennlinie II ist nicht mehr gültig. Die geknickte Kennlinie bei -30V kommt folgendermassen zustande:

Beim Einschalten von -30V werden gleichzeitig die Steuersignale B und B¹ aktiv und sperren die Transistoren T3 und T3^f (Fig. 2). Damit werden die Zenerdioden Z2 und Z2¹ wirksam. Sie sorgen dafür, dass trotz einer Spannungsverminderung auf -30V der gleiche Speisestrom in die Teilnehmerleitung fliesst wie bei -48V, so dass die Varistorregelung ungestört funktioniert.

Bei grosser Leitungslänge, d.h. bei Speisestiom unter 35 mA, wird dagegen die -48V-Versorgung eingeschaltet. Dies bedeutet Inaktivierung der Signale B und B¹ und Leitendmachen der Transistoren T3 und T3', so dass Zenerdioden Z2 und Z2¹ unwirksam werden.

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Es ergeben sich nunmehr folgende Unterschiede, wieder für eine angenommene Leitungslänge von 1 km.· Bei Einschaltung von -48V würde sich Arbeitspunkt Il einstellen: Strom 40 mA, Spannungsabfall in der Stromversorgung 48V - 16V = 32V. Das ergibt wieder eine Verlustleistung von 1.28 W. Bei Verwendung von -30V dagegen stellt sich zwar auch der Arbeitspunkt X ein, d.h. der Strom wird 40 mA. Der Spannungsabfall an der Stromversorgung beträgt aber nur noch 30V - 16V = 14V. Das ergibt eine Verlustleistung von 40 mA · 14V = 0.56 W. Die Verlustleistung wird also in diesem Fall durch die Umschaltung um 1.28 W - 0.56 W = 0.72 W vermindert. Die Vorteile wurden bereits beim Fall a angegeben.

Es ergeben sich also sowohl im Fall a als auch im Fall b erhebliche Verminderungen der abzuführenden (und vorher aufzubringenden) Verlustleistungen in den Speiseschaltungen, wobei der Unterschied zwischen den beiden Fällen sehr gering ist.

In Fig. 4 ist noch die Wirkung der Strombegrenzer-Zenerdioden Zl und Zl' (Fig. 2) eingetragen: Bei einem Kurzschluss in der Teilnehmerle?tung nimmt der Strom höchstens bis zum Punkt M zu "(ca- 54 mA) und bleibt dann konstant (gestrichelte Linie).

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Teilnehmerleitungs-Anschlußschaltung zur Verbindung einer Zweidraht-Teilnehmerleitung mit einer Vermittlungseinrichtung und zur Energieversorgung der Teilnehmer-Außenstelle, gekennzeichnet durch zwei Speiseschaltungen (34, 35)λ welche die beiden Einzelleitungen (14, 15) der Teilnehmerleitung mit je einem Pol (Masse, 50) der Betriebsspannungsquelle verbinden, wobei jede der beiden Speiseschaltungen eine öyratorschaltung (Rl, R2, RJ, R4, Tl, Dl, 80; 34a), und eine damit verbundene Kapazität (1) enthalten, welche zusammen ein induktives Verhalten aufweisen, so daß jede Speiseschaltung als Tiefpaß mit gegebenem Gleichstromwiderstand wirkt.
2. 2. Anschlußschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß jede der Speiseschaltungen (z.B. 34) aus folgenden Elementen besteht:

   - einer ersten Reihenschaltung aus einem ersten Widerstand (Rl) und einem zweiten Widerstand (R2);

   - einer parallel dazu angeordneten zweiten Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand (R3), einem steuerbaren aktiven Bauelement (Tl) und einer Diode (Dl);

   - einem Differenzverstärker (80), dessen erster Eingang

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   an den Verbindungspunkt (83) des ersten (Rl) und
   zweiten (R2) Widerstandes, dessen zweiter Eingang an der Verbindungspunkt (81) des dritten Widerstandes (R3) und des aktiven Bauelementes (Tl) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit dem Steuereingang des aktiven Bauelement verbunden ist;

   - einer Kapazität (Cl), die parallel zum ersten Widerstand (Rl) angeordnet ist;

   - das Ganze derart, daß die Spannung zwischen den beiden
   Verbindungspunkten (81, 83) auf Null gehalten wird.
3. 3. Anschlußsehaltung nach Anspruch Z₃
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der erste (Rl) und der dritte Widerstand (R3) mit dem Pel (Masse) der Spannungsquelle sowie die Diode (Dl) und
   der zweite Widerstand (R2) mit der einen Teilnehmerleitung (14) verbunden sind.
4. 4. Anschlußsehaltung nach Anspruch 3₉
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der erste Eingang (82) des Verstärkers (80) mit dem
   Verbindungspunkt (83) zwischen dem ersten (Rl) und dem
   zweiten Widerstand (R2) über einen vierten Widerstand (R4) verbunden ist.

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5. 5. Anschlußschaltung nach Anspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der erste Eingang (82) des Verstärkers (80) mit dem Pol (Masse) der Spannungsquelle über einen steuerbaren Schalter (T2) verbunden ist, der von einem Rufsteuersignal (RC, RX) geschlossen werden kann und dadurch die Zuführung des Speisegleichstromes sperrt.
6. 6. Anschlußschaltung nach Anspruch 1,
   gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   - die beiden Leiter (14, 15) der Teilnehmerleitung sind über je einen Trennkondensator (21, 22) mit den beiden Eingängen eines ersten Differenzverstärkers (25) verbunden, dessen einer Ausgang (26) mit einem Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (44) verbunden ist,

   - der eine Ausgang (17) des zweiten DifferenzVerstärkers (44) ist mit dem Eingang (51) des Vermittlungsnetzwerkes

   (16) verbunden,

   der Ausgang (52) ist mit einem Eingang (18) eines dritten Differenzverstärkers (27) und mit dem Eingang eines Ausgleichsnetzwerkes (45) verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des zweiten Differenzverstärkers (44) verbunden ist,

   - die beiden Differenzausgänge (28, 29) des dritten Differenzverstärkers (27) sind über je einen Trennkondensator (30, 31) und eine Verbindungeleitung (32, 33) mit dem ersten Eingang (82, 82') je eines der beiden Verstärker (80, 80*) in den beiden Speiseschaltungen (34, 35) verbunden,

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   - der andere Ausgang des ersten (25) und des zweiten Differenzverstärkers (44), sowie der andere Eingang des dritten Differenzverstärkers (27) sind mit einem Referenzpotential (Masse) verbunden

   - und die beiden Eingänge (23, 24) des ersten Differenzverstärkers (25), sowie die beiden Ausgänge (28, 29) des dritten Differenzverstärkers (27) über Begrenzerdioden (36-43) mit festen Potentialpunkten verbunden sind.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß parallel zur Kapazität (Cl, Cl¹) jeder Speiseschaltung (34, 35) eine Zenerdiode (Zl, Zl^f) angeordnet ist, mit deren Hilfe die Spannung über den Widerständen Rl und R3 und damit der durch die Speiseschaltung fließende Gleichstrom auf einen Maximalwert begrenzt wird.

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