DE69932667T2 - Batterieumschaltung fur eine Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Halbleiter-Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltungen (SLIC's) und insbesondere das Energiemanagement von derartigen Schaltungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• In Telekommunikationssystemen werden Zugangsprodukte (beispielsweise ferne Terminals oder Teilnehmerschnittstelleneinheiten) zur Kopplung jeder einzelnen Teilnehmereinheit verwendet. Ein Zugangsprodukt kann ein SLIC zum Durchführen einer Zwei-Zu-Vier-Kabelumsetzung, Batterieeinspeisung, Leitungsüberwachung und Gleichtaktunterdrückung aufweisen. Gemeinsam bilden der SLIC, die Teilnehmereinheit und die Schnittstellenleitungen (beispielsweise TIP- und RING-Leitungen) eine Teilnehmerschleife.
• In einer Teilnehmerschleife werden die Teilnehmereinheiten grundsätzlich von dem SLIC über die Schnittstellenleitungen mit Energie versorgt. Typischerweise muß der SLIC 3 bis 5 Volt Gleichspannung an eine Teilnehmereinheit (beispielsweise ein Telefon) für den abgenommenen Zustand und –42,5 bis –56 Volt Gleichspannung (d.h. Spannungsniveaus im offenen Schaltkreis) für den aufgelegten Zustand zur Verfügung stellen. SLIC's werden grundsätzlich von einer –48 Volt-Spannungsver sorgung mit Energie versorgt und durch eine Spannungsversorgung gleicher Größe unterstützt.
• Ein SLIC kann von dem Typ sein, der, wie in 1 dargestellt, asymmetrisch ein Spannungssignal an die TIP- und RING-Leitungen anlegt. Beispielsweise kann der SLIC das Spannungssignal auf der TIP-Leitung im Wesentlichen konstant halten (beispielsweise –4 Volt), während das Spannungssignal auf der RING-Leitung (beispielsweise –4 bis –44 Volt) gemäß einer vorbestimmten Beziehung zwischen Schleifenstrom und Lastwiderstand (d.h. Widerstand zwischen TIP und RING) variiert wird. Die vorbestimmte Beziehung kann ein konstanter Strom oder eine konstante Spannung über einen internen Ausgangswiderstand, entweder physikalisch definiert oder über eine Rückführung simuliert sein.
• Wenn sie installiert sind, sind SLICs mit Lasten variabler Widerstände gekoppelt. Der Widerstand ist primär eine Funktion der Schleifenlänge. Für kurze Schleifenlängen (d.h. kleiner Widerstand) benötigt der SLIC eine geringere als eine übliche Spannungsversorgung, um die Teilnehmerschleife zu treiben. Überschüssige Energie wird an den Endstufen der Leitungsschnittstellenverstärker auf dem SLIC dissipiert. Die Energiedissipation erhöht die Betriebstemperatur des SLIC und vermindert die Zuverlässigkeit der Leitungsschnittstelle. Dementsprechend ist das Energiemanagement von SLICs für Schleifenlängen, die in weiten Bereichen variabel sind, ein Problem, das seit der Einführung von SLICs vor über 15 Jahren nicht effektiv gelöst worden ist.
• Heute besteht ein noch größerer Bedarf für ein besseres Energiemanagement und die Leistungsreduktion von SLICs. In neu entstehenden Telekommunikationstechnologien werden SLIC's häufig in Gerä ten installiert, die sich an entfernten Orten befinden, an denen es keinen Zugang zu einer kontinuierlichen Energiequelle gibt. Für solche Technologien ist ein effizienter und zuverlässiger SLIC-Betrieb unabdingbar.
• Bei einer bekannten Energiemanagementtechnik ist ein SLIC unmittelbar mit einer konventionellen SLIC-Batterieversorgung und mit einer zweiten Batterie der gleichen Größe über einen diskreten Schalter verbunden. Um den diskreten Schalter zu aktivieren, misst ein Schaltkreis Schleifenspannungssignale und vergleicht die Schleifenspannungssignale mit einer internen oder externen Referenzspannung. Der Schaltkreis, in dem diese Technik implementiert ist, weist einen Schleifenspannungsmessschaltkreis, einen Komparator mit Hysterese, zwei Serien-Hochstrom-Bipolar-Vorrichtungen (zum Schalten) und einen damit verbundenen Pegelumsetzer zum Betreiben der Schalter auf. In einer anderen bekannten Technik ist die konventionelle SLIC-Energieversorgung durch eine Energieversorgung mit variabler Spannung und ein komplexes Schaltnetzteil ersetzt. In beiden Techniken erhöht der zusätzliche Schaltkreis die Komplexität, die Größe, die Dichte, die Betriebstemperatur und/oder die Kosten.
• Aus der US-A-5 737 411 ist ein Telefonteilnehmer-Leitungsschnittstellenschaltkreis mit einem ersten Schaltkreisteil und einem zweiten Schaltkreisteil, einer ersten Batteriespannung und einem zweiten Batterieeingang zum Empfangen einer zweiten Batteriespannung bekannt. Die Telefonteilnehmerleitungsschnittstellenschaltung weist darüber hinaus einen Schalter zum Koppeln des ersten Schaltkreisteils mit entweder dem ersten Batterieeingang oder dem zweiten Batterieeingang auf.
• Die WO-A 96/15617 offenbart eine Vorrichtung zum automatischen Schalten einer Last zwischen verschiedenen Versorgungsspannungen in Abhängigkeit von variierendem Spannungsbedarf der Last, die eine Anzahl analoger serieller Regler umfasst. Die Versorgungsspannungsanschlussklemmen der seriellen Regler werden an eine individuelle dieser Versorgungsspannungen angeklemmt, während die Ausgangsklemmen der seriellen Regler mit der Last verbunden sind, um der Last individuell Strom in eine und die gleiche Richtung zu-/abzuführen.
• Die beiden letztgenannten Dokumente enthalten keinen Hinweis darauf, das Problem der Energiedissipation in den SLIC-Verstärkern zu lösen, insbesondere nicht mit den Merkmalen der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 5.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur effizienten Energieversorgung eines SLIC's einer Primärspannungsquelle und einer Sekundärspannungsquelle, einen neuen SLIC mit einem Schaltkreis zum Reduzieren des Energieverbrauchs des SLIC's und außerdem einen neuen SLIC mit einem Schaltkreis zur automatischen Energieversorgung einer Teilnehmerschleife durch Lenken eines Stroms zu einer zweiten Energieversorgung zur Verfügung zu stellen.
• Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen SLIC mit einem Schaltkreis zum Variieren der Spannung einer sekundären Spannungsquelle als Funktion des Schleifensignals zur Verfügung zu stellen.
• Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Versorgen einer Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung durch Liefern von Energie an eine Teilnehmerdoppelleitung mit den Schritten des Versorgens einer Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung mit einer ersten Spannungsversorgung, das gekennzeichnet ist durch Abtasten des Energiebedarfs der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung; Verringern des Energieverbrauchs der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung gemäß einer Funktion des abgetasteten Energiebedarfs, wobei der Schritt des Verringerns des Energieverbrauchs die Schritte des Versorgens der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung mit einer zweiten Energieversorgung, die kleiner als die erste Spannungsversorgung ist, umfasst; wobei die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung zwei Leitungsverstärker aufweist, und der Schritt des Verringerns des Energieverbrauchs den Schritt des Leitens eines Teils oder des gesamten Stroms weg von einer Ausgangsklemme eines der beiden Verstärker zur zweiten Spannungsversorgung umfasst.
• Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren gemäß Anspruch 3 (Anmerkung des Übersetzers: Anspruch 4), dass der Schritt des Versorgens der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung den Schritt des Variierens des Spannungswertes der zweiten Spannungsversorgung gemäß einer Funktion des abgetasteten Energiebedarfs umfasst, und dass der Energiebedarf vorzugsweise abgetastet wird, indem die Spannung über den TIP- und RING-Leitungen der Teilnehmerdoppelleitung bestimmt wird, oder dass der Energiebedarf abgetastet wird, indem der Strom in der Teilnehmerdoppelleitung bestimmt wird.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
• 1 ein Diagramm, in dem die gewünschten TIP- und RING-Leitungsspannungen in einem SLIC-Aufbau mit asymmetrischer Spannungsversorgung dargestellt sind;
• 2 ein schematisches Schaltbild, in dem eine Teilnehmerdoppelleitung gemäß einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung dargestellt ist; und
• 3 ein schematisches Schaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
• 2 bezieht sich auf einen SLIC 100, der von einer negativen Versorgung aus betrieben wird und einen TIP-Leitungsverstärker 12, einen RING-Leitungsverstärker 14, einen Spannungsregler 16 und eine Diode 22 aufweisen kann.
• Der SLIC 100 kann ein Spannungsversorger-/Strommess- oder ein Stromversorger-/Spannungsmess-Typ sein. Die Verstärker 12 und 14 können Spannungsfolger- oder Transkonduktanz-Verstärker sein.
• Während des Betriebs, wenn der Schleifenwiderstand geringer ist, steigt die Spannung an der Ausgangsklemme des RING-Verstärkers 14 gemäß einer definierten Schleifentreiberbeziehung des SLIC auf über V_bat1 (beispielsweise –48 Volt). Strom fließt über die Diode 22, wenn die Spannung an der Ausgangsklemme des RING-Verstärkers 14 V_bat2 + V_d übersteigt, wobei V_d der Spannungsabfall über der Diode 22 ist und V_bat2 – 24 Volt sein kann. Durch die Diodenansteuerung wird Strom vom Ausgang des Verstärkers 14 zur sekundären Spannungsversorgung V_bat2 über die Leitung 36 und das Widerstandselement 32 geführt oder gelenkt. Der Strom, der in der Leitung 36 fließt, wird vom Strom, der in die Ausgangsstufe des RING-Verstärkers 14 fließt, abgezogen. Der Punkt, an dem Strom in die Diode fließt, ist eine Funktion von Diodenparametern und der Größe der zweiten Spannungsversorgung V_bat2.
• Mit der sekundären Spannungsversorgung V_bat2 steht eine zweite Spannungsquelle für den SLIC zur Spannungsversorgung der Teilnehmerdoppelleitung zur Verfügung. Der Anteil der sekundären Spannungsversorgung an der Reduzierung des Energieverbrauchs des SLIC ist geringer als der der primären Spannungsversorgung. Die zweite Spannungsversorgung kann die gesamte vom SLIC zum Treiben der Schleife benötigte Energie zur Verfügung stellen. Die Größe der sekundären Spannungsversorgung V_bat2 kann sorgfältig ausgewählt sein, um einen minimalen Energieverbrauch für eine gegebene Schleifenlängenbedingung zu erzielen. Alternativ kann die Spannungssteuerung 16 ein Steuerungssignal V_bat2-control an einem Anschluss 34 zum Variieren der Größe der sekundären Spannungsversorgung V_bat2 als Funktion des gemessenen Schleifenstroms oder Spannungssignals erzeugen. Verfahren zum Messen des Schleifenstroms oder von Spannungssignalen sind allgemein bekannt.
• Durch die Anwendung eines externen Widerstandselements 32 (wie dargestellt) oder eines internen Widerstandselements wird Energie oberhalb der, die von dem SLIC benötigt wird, dissipiert. Das Widerstandselement 32 kann ein Widerstand, ein Transistor oder ein Äquivalent hierzu sein.
• Der Übergang des Stroms in den Weg 36 ist graduell und erzeugt weder ein Schaltrauschen, noch einen plötzlichen Leistungsbedarf. Am Übergangspunkt ist die Wirkung auf die Signalverarbeitung gering.
• Für SLICs, bei denen für das Erkennen des Auflegens volle Batteriespannung benötigt wird, kann der SLIC 100 automatisch auf die primäre Spannungsversorgung V_bat1 wechseln. Der automatische Wechsel ist in dem beschriebenen Schaltkreis inhärent. Wenn die Schleifenspannung auf Null sinkt, was beim Zustand des Auflegens der Fall ist, sperrt die Diode 22, und aufgrund der Steuerung durch eine bekannte SLIC-Leitungsverstärker-Regelungstechnik liegt V_bat1 an den Ausgangsklemmen des Ring-Leitungsverstärkers 14 an.
• Ob das Führungselement (d.h. die Diode 22) am Ausgangsanschluss des TIP-Leitungsverstärkers 12 oder des RING-Leitungsverstärkers 14 angeschlossen ist, hängt von der Differentialpolarität der TIP- und RING-Leitungen und der Polarität der SLIC-Spannungsversorgung ab. Für einen SLIC, der mit einer negativen Spannung betrieben wird, wird Strom vom Ausgang des negativeren Verstärkers zur zweiten Spannungsversorgung geführt. Für einen SLIC, der von einer positiven Spannung betrieben wird, wird Strom vom Ausgang des positiveren Verstärkers zur zweiten Spannungsversorgung geführt.
• 3 zeigt einen SLIC 200 des Typs mit einer Umkehrung der Polarität der TIP- und RING-Leitungen, der einen Polaritätsdetektor 62, einen TIP-Leitungsverstärker 64, einen RING-Leitungsverstärker 66, eine TIP-Leitungsdiode 68, eine RING-Leitungsdiode 70, einen TIP-Polaritätstransistor 72 und einen RING-Polaritätstransistor 74 sowie Widerstandselemente 76 aufweist.
• Im Betrieb bestimmt der Polaritätsdetektor 62 die Polaritätsdifferenz über den Ausgangsanschlüssen der TIP- und RING-Leitungsverstärker und versorgt den zugehörigen Transistor 72 oder 74 mit einem Basisstrom. Die Polarität der SLIC-Spannungsversorgung bestimmt, welchem Transistor der Basisstrom zur Verfügung gestellt wird. Bei einer negativen Spannungsversorgung wird der Transistor, der mit dem negativeren Ausgangsanschluss verbunden ist, mit dem Basisstrom versorgt. Bei einer positiven Spannungsversorgung wird der Transistor, der mit dem positiveren Ausgangsanschluss verbunden ist, mit dem Basisstrom versorgt. Der Transistor 72 oder 74 leitet nur dann, wenn die korrespondierende Diode 68 oder 70 leitend vorgespannt ist.
• Wenn der Polaritätsdetektor 62 beispielsweise feststellt, dass die TIP-Leitung negativer als die RING-Leitung ist (unter der Annahme, dass der SLIC von einer negativen Spannung betrieben wird), fließt ein Basisstrom zum TIP-Polaritätstransistor 72. Wenn ein Basisstrom zum TIP-Polaritätstransistor 72 fließt und die TIP-Leitungsdiode 68 leitend vorgespannt ist, fließt ein Strom über den internen Widerstand 76 zu V_bat2.
• Es wird eine Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung zur Verfügung gestellt, die ein Strom lenkendes Element zum Lenken von Strom aus einer Ausgangsstufe eines Leitungsschnittstellenverstärkers aufweist. Der Strom wird zu einer Sekundärspannungsquelle gelenkt, deren Stärke geringer als die der konventionellen primären Spannungsversorgung einer Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung beim Versorgen einer Teilnehmerdoppelleitung ist.

Claims (9)

1. Verfahren zum Versorgen einer Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung durch Liefern von Energie an eine Teilnehmerdoppelleitung mit den Schritten des Versorgens einer Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung (100) mit einer ersten Spannungsversorgung (V_bat1) durch Abtasten des Energiebedarfs der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung; Verringern des Energieverbrauchs der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung gemäß einer Funktion des abgetasteten Energiebedarfs, wobei der Schritt des Verringerns des Energieverbrauchs die Schritte des Versorgens der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung mit einer zweiten Energieversorgung (V_bat2), die kleiner als die erste Spannungsversorgung (V_bat1) ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung (100) zwei Leitungsverstärker (12, 14) aufweist, und dass der Schritt des Verringerns des Energieverbrauchs den Schritt des Leitens eines Teils oder des gesamten Stroms weg von einer Ausgangsklemme eines der beiden Verstärker zur zweiten Spannungsversorgung (V_bat2) umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dissipieren der Energie des von der Ausgangsklemme weg geleiteten Stroms durch fließen lassen des Stroms durch ein Widerstandselement.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung (100) zwei Leitungsverstärker (12, 14) aufweist, und dass der Energiebedarf abgetastet und der Energieverbrauch dadurch verringert wird, dass ein Potential über eine Diode (22), die in Serie zwischen der Ausgangsklemme eines der beiden Leitungsverstärker (12, 14) und der zweiten Spannungsversorgung (V_bat2) geschaltet ist, angelegt wird, und wobei der Strom teilweise oder vollständig weg geleitet wird, indem die unterschiedliche Polarität über den Ausgangsklemmen der beiden Leitungsverstärker (12, 14) abgetastet wird und einer der beiden Leitungsschnittstellenverstärker gemäß einer Funktion der abgetasteten unterschiedlichen Polarität ausgewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Versorgens der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung (100) den Schritt des Variierens des Spannungswerts der zweiten Spannungsversorgung (V_bat2) gemäß einer Funktion des abgetasteten Energiebedarfs umfasst, und dass der Energiebedarf abgetastet wird, indem die Spannung über den TIP- und RING-Leitungen der Teilnehmerdoppelleitung bestimmt wird, oder dass der Energiebedarf abgetastet wird, indem der Strom in der Teilnehmerdoppelleitung bestimmt wird.
5. Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung (100) des Typs mit variablem Energiebedarf mit Mitteln zum Abtasten des Energiebedarfs und zum Verringern der an die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung angelegten Energie gemäß einer Funktion des abgetasteten Energiebedarfs, bei dem die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung einen ersten Energieanschluss auf weist, der für eine Verbindung mit einer ersten Spannungsversorgung (V_bat1) ausgebildet ist, wobei die Mittel einen zweiten Energieanschluss aufweisen, der für eine Verbindung mit einer zweiten Spannungsversorgung (V_bat2) ausgebildet ist, die kleiner als die erste Spannungsversorgung (V_bat1) ist, und wobei die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung (100) durch die zweite Spannungsversorgung (V_bat2) über den zweiten Energieanschluss mit Energie versorgt wird, um dadurch den Energieverbrauch der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung zu verringern, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung zwei Leitungsschnittstellenverstärker (12, 14) aufweist, wobei die Mittel eine Diode (22) aufweisen, die in Serie zwischen der Ausgangsklemme eines der beiden Leitungsverstärker und dem zweiten Energieanschluss geschaltet ist, um den Energiebedarf abzutasten und den Strom teilweise oder ganz weg von der Ausgangsklemme eines der beiden Leitungsverstärker (12, 14) zur zweiten Spannungsversorgung (V_bat2) zu leiten.
6. Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Dissipationsmittel zum Dissipieren der Energie im Strom, der von der Ausgangsklemme weggeleitet ist, wobei die Dissipationsmittel ein Widerstandselement (32) aufweisen, das auf die Diode reagiert, um Energie zu dissipieren.
7. Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung zwei Leitungsschnittstellenverstärker (12, 14) aufweist, und dass die Mittel Polaritätslesemittel zum Abtasten der unterschiedlichen Polarität über den Ausgangsklemmen der beiden Leitungsschnittstellenverstärkern, Auswahlmittel, die auf die Polaritätslesemittel reagieren, um die Ausgangsklemme eines der beiden Leitungsschnittstellenverstärker gemäß einer Funktion der abgetasteten unterschiedlichen Polarität auszuwählen, sowie Leitungsmittel aufweisen, die auf die Auswahlmittel reagieren, um den Strom teilweise oder ganz weg von der ausgewählten Ausgangsklemme zur zweiten Spannungsversorgung zu leiten, wobei die Leitungsmittel eine Diode (22) aufweisen, die in Serie zwischen der Ausgangsklemme jedes der beiden Leitungsschnittstellenverstärker und der zweiten Spannungsversorgung geschaltet ist.
8. Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Aktivierungsmittel umfassen, die auf Spannungssignale am zweiten Energieanschluss sowie auf Spannungssignale an der Ausgangsklemme eines der beiden Leitungsschnittstellenverstärker reagieren, um den Strom weg von der Ausgangsklemme eines der beiden Leitungsschnittstellenverstärker (12, 14) zur zweiten Spannungsversorgung (V_bat2) zu leiten, um den Energieverbrauch der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung zu verringern, wobei die Aktivierungsmittel eine Diode (22) aufweisen, die zwischen der Ausgangsklemme des einen der beiden Leitungsschnittstellenverstärker (12, 14) und dem zweiten Spannungsversorgungsanschluss (V_bat2) geschaltet ist, sowie Steuerungsmittel zum Steuern des Spannungswerts der externen zweiten Spannungsversorgung gemäß einer Funktion des abgetasteten Energiebedarfs umfassen.
9. Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerdoppelleitungs schnittstellenschaltung ein Paar von Anschlüssen aufweist, die ausgebildet sind, um die Teilnehmeranschlussleitungen zum Bilden einer Teilnehmerdoppelleitung zu verbinden, die durch die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung versorgt wird, wobei die Mittel Spannungsmessmittel (16) zum Messen der Spannung über dem Anschlusspaar aufweisen, wodurch der Energiebedarf der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung abgetastet wird, wobei die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung ein Anschlusspaar aufweist, dass so ausgebildet ist, dass die Teilnehmerleitungen zum Bilden einer Teilnehmerdoppelleitung verbunden werden, die durch die Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung versorgt werden soll; und die Mittel Strom abtastende Mittel zum Abtasten des Stroms in der Teilnehmerdoppelleitung aufweisen, wodurch der Energiebedarf der Teilnehmerdoppelleitungsschnittstellenschaltung abgetastet wird.