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Dokumentenidentifikation DE102006028183A1 20.12.2007
Titel Elektronische Umschaltung von ISDN-Schnittstellen
Anmelder Gude, Michael, Dr., 50169 Kerpen, DE
Erfinder Gude, Michael, Dr., 50169 Kerpen, DE
DE-Anmeldedatum 16.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028183
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse H04M 1/253(2006.01)A, F, I, 20060616, B, H, DE
Zusammenfassung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Schaltungsanordnungen zu entwickeln, die mit Hilfe elektronischer Schalter normgerecht ISDN-Schnittstellen umschalten können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vielzahl von Merkmalen gelöst:
- dass elektronische Analogschalter zwischen Transformator und ISDN-IC angeordnet sind,
- dass für die normgerechte Hochohmigkeit der S0-Schnittstelle im nicht stromversorgten Zustand der Schnittstelle eine Hilsspannung zur Versorgung der Analogschalter aus der angelegten Signalspannung erzeugt wird,
- dass durch Messen der Speisespannung der Schnittstelle durch einen Spannungssensor detektiert wird, ob eine S0- oder Up-Schnittstelle angeschlossen ist,
- 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,
- dass eine S0-Schnittstelle durch elektronisches Vertauschen der chipseitigen Anschlüsse der beiden Transformatoren zwischen TE- und NT-Mode umschaltet,
- dass die Schaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung durch Ergänzung eines Überspannungsableiters gleichzeitig als Überspannungsschutzschaltung dient,
- 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,
- dass ein Leitungsabschluss ...

Beschreibung[de]

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


Anspruch[de]
Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Analogschalter zwischen Transformator und ISDN-IC angeordnet sind. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, 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. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach Anspruch 1 oder 2 zur Umschaltung zwischen einer S0-Schnittstelle und einer Up-Schnittstelle unter Benutzung von nur zwei S0-Transformatoren dadurch gekennzeichnet, dass durch Messen der Speisespannung der Schnittstelle durch einen Spannungssensor detektiert wird, ob eine S0- oder Up-Schnittstelle angeschlossen ist. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, 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. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine S0-Schnittstelle durch elektronisches Vertauschen der chipseitigen Anschlüsse der beiden Transformatoren zwischen TE- und NT-Mode umschaltet. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Erzeugung der Hilfsspannung durch Ergänzung eines Überspannungsableiters gleichzeitig als Überspannungsschutzschaltung dient. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, 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. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsabschluss nicht leitungsseitig sondern chipseitig vom Transformator mit einem Analogschalter eingeschaltet wird. Elektronische Umschaltung von ISDN -Schnittstellen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass durch chipseitige Ansteuerung nur einer Hälfte eines Transformators die Sendeamplitude erhöht wird.






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