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Dokumentenidentifikation DE102006031930A1 10.01.2008
Titel Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen
Anmelder Gude, Michael, Dr., 50169 Kerpen, DE
Erfinder Gude, Michael, Dr., 50169 Kerpen, DE
DE-Anmeldedatum 09.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006031930
Offenlegungstag 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse H04M 1/253(2006.01)A, F, I, 20060709, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04M 19/08(2006.01)A, L, I, 20060709, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung zeigt eine Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen mittels eines kleinen, preiswerten und verdrehsicheren Kodiersteckers.
Dadurch kann zwischen den ISDN-Schnittstellen S0 (TE und NT) und Up (TE und NT) umgeschaltet werden. Es ist nur ein Transformatorenmodul für S0 nötig, auf Up-Transformatoren kann verzichtet werden.
Mit Zusatzkontakten ist sogar eine Umschaltung zu einer analogen Telefonschnittstelle möglich.
Hierdurch wird es möglich, z. B. in Nebenstellenanlagen ohne eine extra Baugruppe für verschiedene Schnittstellenstandards auszukommen und sogar eine Konfiguration im Feld durch wenig geschultes Personal durchzuführen. Dieses verringert die Kosten erheblich.

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. Andernfalls würden beide Receiver und beide Transmitter verbunden werden und es käme keine Kommunikation zustande.

In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, die Schnittstelleneigenschaften möglichst spät festzulegen, also in vielen Fällen erst nach Auslieferung des Gerätes bei der Installation. Bei kostengünstiger Realisierung kann auf die Produktion von verschiedenen Gerätetypen für unterschiedliche Schnittstellen verzichtet werden, da diese einfach auf die erforderlichen Schnittstelleneigenschaften konfiguriert werden können. Andererseits ist es nicht immer wünschenswert eine vollständig softwaregesteuerte Konfiguration der Schnittstelleneigenschaften vorzunehmen, da hierfür der Installateur die Software bedienen können muss und auch zur Installation ein portabler PC notwendig ist.

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 DE102004005089A1 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 und zeigt lediglich eine Umschaltung leitungsseitig von den Transformatoren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Konfigurationsschaltungen für ISDN-Schnittstellen zu entwickeln, die äußerst kostengünstig eine Schnittstellenkonfiguration durch wenig geschultes Personal bei der Installation (sozusagen im Feld) zulässt. Zusätzlich soll die Erfindung die Notwendigkeit verschiedener Gerätetypen für die unterschiedlichen Schnittstellenszenarien überflüssig machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass durch Kodier-Stecker oder -Buchsen zwischen verschiedenen ISDN-Schnittstellen und verschiedenen ISDN-Schnittstellen-Modi umgeschaltet wird. Hierbei wird also nicht elektronisch oder durch den Einsatz von einzelnen Steckbrücken (Jumpern) die entsprechende Konfiguration eingestellt, sondern ein einziges zu steckendes Element ist für die Konfiguration bestimmend.

Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass chipseitig für S0 und Up eine passive Empfängerschaltung zwischen ISDN-Transformator und ISDN-Chip angeordnet ist und dass für die Sendeschaltung für S0 und Up ein Transformator mit einem Übertragungsverhältnis von 1:2 verwendet wird. Durch die Verwendung einer gemeinsamen Empfängerschaltung wird der Aufwand weiter minimiert. Da hier keine aktiven Verstärker benutzt werden, ist die erreichbare Übertragungsreichweite allerdings etwas geringer als bei Verwendung der optimalen Empfängerschaltung. Durch Verwendung eines 1:2 Transformators für S0 und Up wird die Sendeamplitude für die Up-Schnittstelle etwas geringer als normkonform und auch die Übertragungsreichweite wird etwas reduziert. Für die weitaus meisten Anwendungen sind jedoch Reichweiten von bis zu 1 km völlig ausreichend, so dass hier kein in der Praxis relevantes Problem entsteht.

Natürlich sind durch zusätzliche elektronische oder mechanische Umschalter auch völlig normgerechte Verhältnisse für die Up-Schnittstelle erreichbar, was den Aufwand aber etwas erhöht. Mit der hier gezeigten Konfiguration kann zwischen S0-TE, S0-NT, Up-NT und Up-TE umgeschaltet werden. Ferner sind Terminierungen einschaltbar und alle Modi werden mit der entsprechenden Speisung betrieben. Ferner wird für die TEs eine normgerechte Überspannungsfestigkeit (1,5 kV Spannungspuls) erreicht, die in den anderen Modi nicht nötig ist.

Erfindungsgemäß kann sowohl ein Stecker als auch eine Buchse als steckbares Kodierelement verwendet werden. Hier ist es vorteilhaft, wenn alle oder aber auch nur Teile der folgenden Signale dort aufgelegt sind:

  • a) jeweils 2 Anschlüsse des Receive- und Transmit-Tranformators
  • b) 4 Anschlüsse zur ISDN-Leitung
  • c) 2 Anschlüsse für die Speisezuführung für S0
  • d) 2 Anschlüsse für die Speisezuführung für Up
  • e) 2 Anschlüsse für die Terminierung
  • f) 2 Anschlüsse der Spannungsquelle für die Speisung
  • g) mindestens 2 Anschlüsse für die Erkennung des Kodiersteckers (Key-Kontakte)

a) und b) ermöglichen die Zuordnung zwischen Transformatoren und der ISDN-Buchse. Diese ist für S0-TE und S0-NT unterschiedlich, da immer RX ↔ TX-Verbindungen zustande kommen müssen und extern Kabel ohne Leiterverdrehung eingesetzt werden. Für Up werden die beiden S0-Transformatoren parallel geschaltet.

Da die Speisezuführung für S0 und Up höchst unterschiedlich ist, sind auch jeweils 2 verschiedene Anschlüsse (c) und d)) hierfür vorgesehen.

Für die S0-NT-Schnittstelle wird üblicher Weise eine Terminierung der Leitung mit 2 mal 100 Ohm vorgesehen. Diese kann über die Anschlüsse e) verbunden werden. Hierdurch kann auch verhindert werden, dass für eine S0-TE-Schnittstelle überhaupt eine Terminierung eingeschaltet werden kann.

Auf den Anschlüssen f) liegen die Anschlüsse der Spannungsquelle für die Speisung der Schnittstelle. Dabei wird davon ausgegangen, dass die selbe Spannungsquelle für die Speisung für S0 und Up verwendet wird. Dieses ist möglich, da für S0 maximal 42 V zulässig sind und für Up 48 V +/– 9 V, so dass eine Spannung von 39–42 V hier sinnvoll ist. Entsprechend dem Anspruch 10 ist es aber auch möglich durch Einbau einer Z-Diode in die S0-Speisung eine höhere Spannung für die Up-Speisung zu verwenden und durch besagte Z-Diode die Speisespannung für S0 entsprechend zu reduzieren. Ebenfalls möglich ist die Verwendung von zwei unterschiedlichen Spannungsquellen, wobei dann allerdings u.U. zusätzliche Anschlüsse auf dem Kodierstecker nötig sind.

Zusätzliche Merkmale, die entweder alle oder auch nur einzeln genutzt werden, verbessern die Anwendbarkeit der Erfindung. Es handelt sich hierbei:

  • aa) durch unbelegte Steckkontakte wird eine normgerechte Überspannungsfestigkeit zwischen den Schnittstellensignalen und der Speisespannung erreicht,
  • bb) der Kodier-Stecker oder -Buchse ist als zweireihiger Pfostenstecker ausgebildet,
  • cc) der Kodier-Stecker oder -Buchse ist 20-polig,
  • dd) Kodier-Stecker und -Buchse sind durch entsprechende mechanische Kodierung verdreh- und verschiebesicher ausgeführt, so dass die Verbindung nur eindeutig hergestellt werden kann,
  • ee) der Kodier-Stecker oder -Buchse ist mit einem Rastermaß von 1 mm oder 1,27 mm ausgeführt,
  • ff) die Verbindungen auf dem zu steckenden Element werden mit einer kleinen Leiterplatte vorgenommen.

Nach aa) wird durch nicht benutzte Kontakte zwischen den Signalen, die mit der ISDN-Leitung in Verbindung stehen, und denen, die z.B. die Speisespannung liefern, eine normgerechte Überspannungsfestigkeit erreicht, Nach bb) wird der Stecker als zweireihiger Stecker/Buchse realisiert, um preiswerte handelsübliche Stecksysteme benutzen zu können.

Nach cc) wird ein 20-poliges Steckverbindersystem benutzt, da 20 Pole eine gängige Größe für 2-reihige Steckverbinder darstellt. Dadurch wird der Preis weiter gesenkt.

Nach dd) kann durch Kombination zweier mechanisch auf einander abgestimmter Steckelemente eine verdrehsichere Verbindung hergestellt werden. Gerade bei ungeschultem oder wenig geschulten Personal ist die eindeutige, verdrehsichere Steckverbindung sehr wichtig. Zur Realisierung bieten sich Wannenstecker, die einen Kunststoffkragen haben und einer mit einer Nase kodierten Buchse als Steckverbindung an. Durch den Wannenstecker ist eine verschiebesichere Verbindung gewährleistet; die Kodierungsnase verhindert das umgekehrte Einstecken.

Benutzt man nach ee) Steckverbinder, die einen deutlich kleineren Rasterabstand als die gängigen 2,54 mm oder 2 mm haben, so kann man den Kodierstecker so ausführen, dass er in der Breite kleiner oder etwa gleich groß wie eine RJ45-Buchse ist. RJ45-Buchsen werden üblicherweise als Verbindungsstecksystem für ISDN-Anschlüsse benutzt. Damit können die RJ45-Buchsen und die Kodierstecker direkt nebeneinander angereiht werden.

Nach ff) ist es sinnvoll die für die Konfiguration notwendigen Verbindungen auf einer kleinen Leiterplatte zu realisieren, die direkt mit dem Stecker oder der Buchse verbunden ist. Diese Leiterplatte kann so ausgeführt werden, dass das zu steckende Element ergonomisch geformt ist. Eine deutliche, augenfällige Beschriftung sollte es auch dem ungeschulten Personal ermöglichen, das richtige Element zu stecken.

Wenn nun die Schnittstelle richtig durch ein Steckelement konfiguriert ist, so muss in der Regel auch der entsprechende Schnittstellenmodus per Software eingestellt werden. Dies führt in der Regel zu entsprechenden Einstellungen in Registern des ISDN-Chips. Hierfür muss es dem steuernden Computersystem ermöglicht werden, über entsprechende Leitungen die Konfiguration der Schnittstelle abzufragen.

Hierfür werden nach Anspruch 5 Key-Kontakte benutzt, so dass durch Beschalung der Key-Kontakte, z.B. mit der Speisespannungsquelle, die eingesteckte Konfiguration gemeldet wird und diese Konfiguration an das steuernde Computersystem weitergeleitet wird.

Da die Speisespannung für die Schnittstelle in der Regel erdfrei, meist auch massefrei ist, würde die Abfrage der Key-Kontakte zu einer Durchbrechung der galvanischen Trennung führen. Dieses kann entsprechend Anspruch 6 dadurch verhindert werden, dass durch die Verwendung von Opto-Kopplern auch bei erdfreier Speisespannung die Beschaltung der Key-Kontakte an das Computersystem weitergeleitet wird.

Für die Zuführung der Speisung muss bei der S0-Schnittstelle dafür gesorgt werden, dass die beiden Transformatorhälften jeweils in der Mitte zusammengeschaltet werden. Dieses wird wechselspannungsmäßig durch einen Kondensator erreicht. Gleichspannungsmäßig kann man anstatt einer richtigen Zusammenschaltung auch dafür sorgen, dass der Speisestrom auf beide Transformatorhälften in gleicher Weise aufgeteilt wird. Dieses wird entsprechend Anspruch 7 dadurch erreicht, dass die Speisespannungszuführung für die S0-Schnittstelle über Dioden-Paare in der Mitte der Wicklungshälften der S0-Tranformatoren erfolgt.

Bei der Up-Schnittstelle ist die Speisespannung zwischen den 2 Signalleitungen angeordnet. Hierbei kann man die Terminierung der Leitung und die Zuführung der Speisespannung entsprechend Anspruch 8 so realisieren, dass die Speisespannungszuführung für die Up-Schnittstelle über Widerstände auf die Signalleitungen erfolgt, die gleichzeitig für den Leitungsabschluss der Schnittstelle sorgen. Hierfür werden üblicher Weise zwei Widerstände von 50 Ohm benutzt, um so den normgerechten Leitungsabschluss von 100 Ohm zu realisieren. Zusätzlich kann bei höheren Speiseströmen entsprechend Anspruch 9 so vorgegangen werden, dass die Widerstände der Speisespannungszuführung für die Up-Schnittstelle zur Verringerung der Verlustleistung mit Induktivitäten überbrückt sind. Dabei sollten die Induktivitäten für Gleichstrom einen sehr viel kleineren Widerstand als 50 Ohm haben. Im Frequenzbereich der Up-Schnittstellensignale (> 384 kHz) sollte die Impedanz deutlich höher als 50 Ohm sein.

Wie bereits angesprochen ist der Bereich der zulässigen Speisespannungen für S0 und Up nur geringfügig überlappend. Um hier normgerechtere Speisungen zu realisieren kann entsprechend Anspruch 10 so vorgegangen werden, dass durch ein spannungsreduzierendes Element in der S0-Speisung dafür gesorgt wird, dass bei Benutzung der selben Spannungsquelle für S0 und Up die Speisespannung für S0 geringer ist als die für Up. Für das spannungsreduzierende Element wird üblicher Weise eine Z-Diode eingesetzt.

Besonders attraktiv ist die hier beschriebene Konfiguration, wenn nicht nur zwischen verschiedenen ISDN-Schnittstellen umgeschaltet werden kann, sondern zusätzlich auch analoge Telefone angeschlossen werden können. Hierzu wird entsprechend Anspruch 11 die Konfiguration so erweitert, dass zusätzlich auch eine analoge Telefonschnittstelle konfiguriert werden kann in dem auf dem Kodier-Stecker oder der Kodier-Buchse Anschlüsse für eine analoge Telefonschnittstelle angeordnet sind. Durch entsprechende Kodierstecker und eine analoge Telefon-Interfaceschaltung (SLIC) kann dann auch eine analoge Telefonschnittstelle auf der gleichen Leiterplatte realisiert werden.

Um die eingestellte Konfiguration unmittelbar sichtbar zu machen, wird nach Anspruch 12 vorgeschlagen, dass die durch Kodier-Stecker oder -Buchsen eingestellte Konfiguration im oder neben dem RJ45-Steckverbinder angezeigt werden. Hierfür können RJ45-Buchsen verwendet werden, die direkt zwei LEDs eingebaut haben, wie sie für die Nutzung in LANs (Local Area Networks) üblich sind. Durch die Nutzung von 2 LEDs können 4 Konfigurationszustände angezeigt werden.

Die verschiedenen Zeichnungen stellen eine mögliche Implementierung vor:

1: Übersichtsschaltbild Konfigurationschaltung bestehend aus:

1a: Receive-Schaltung chipseitig entsprechend Anspruch 2

1b: Transmit-Schaltung chipseitig entsprechend Anspruch 2

1c: Receive-Schaltung leitungsseitig entsprechend Anspruch 7

1d: Transmit-Schaltung leitungsseitig entsprechend Ansprüchen 7–9

1e: ISDN-Chip-Ansteuerung (Realisierung von Anspruch 12)

1f: Kodier-Stecker oder -Buchse mit Meldung der Konfiguration entsprechend Ansprüchen 1, 3–6

2a: Beschaltung des Kodiersteckelements für S0

2b: Beschaltung des Kodiersteckelements für Up


Anspruch[de]
Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen dadurch gekennzeichnet, dass durch Kodier-Stecker oder -Buchsen zwischen verschiedenen ISDN-Schnittstellen und verschiedenen ISDN-Schnittstellen-Modi umgeschaltet wird. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen dadurch gekennzeichnet, dass chipseitig für S0 und Up eine passive Empfängerschaltung zwischen ISDN-Transformator und ISDN-Chip angeordnet ist und dass für die Sendeschaltung für S0 und Up ein Transformator mit einem Übertragungsverhältnis von 1:2 verwendet wird. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet,

dass auf dem Kodier-Stecker oder -Buchse alle oder nur Teile der folgende Signale liegen:

– jeweils 2 Anschlüsse des Receive- und Transmit-Tranformators

– 4 Anschlüsse zur ISDN-Leitung

– 2 Anschlüsse für die Speisezuführung für S0

– 2 Anschlüsse für die Speisezuführung für Up

– 2 Anschlüsse für die Terminierung

– 2 Anschlüsse der Spannungsquelle für die Speisung

– mindestens 2 Anschlüsse für die Erkennung des Kodiersteckers (Key-Kontakte)
Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,

dass eines oder mehrere der folgenden Merkmale vorliegen:

– durch unbelegte Steckkontakte wird eine normgerechte Überspannungsfestigkeit zwischen den Schnittstellensignalen und der Speisespannung erreicht,

– der Kodier-Stecker oder -Buchse ist als zweireihiger Pfostenstecker ausgebildet,

– der Kodier-Stecker oder -Buchse ist 20 polig,

– Kodier-Stecker und -Buchse sind durch entsprechende mechanische Kodierung verdreh- und verschiebesicher ausgeführt, so dass die Verbindung nur eindeutig hergestellt werden kann,

– der Kodier-Stecker oder -Buchse ist mit einem Rastermaß von 1 mm oder 1,27 mm ausgeführt,

– die Verbindungen auf dem zu steckenden Element werden mit einer kleinen Leiterplatte vorgenommen.
Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch Beschaltung der Key-Kontakte die eingesteckte Konfiguration gemeldet wird und diese Konfiguration an das steuernde Computersystem weitergeleitet wird. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verwendung von Opto-Kopplern auch bei erdfreier Speisespannung die Beschaltung der Key-Kontakte an das steuernde Computersystem weitergeleitet wird. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Speisespannungszuführung für die S0-Schnittstelle über Dioden-Paare in der Mitte der Wicklungshälften der S0-Tranformatoren erfolgt. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Speisespannungszuführung für die Up-Schnittstelle über Widerstände auf die Signalleitungen erfolgt, die gleichzeitig für den Leitungsabschluss der Schnittstelle sorgen. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände der Speisespannungszuführung für die Up-Schnittstelle zur Verringerung der Verlustleistung mit Induktivitäten überbrückt sind. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch ein spannungsreduzierendes Element in der S0-Speisung dafür gesorgt wird, dass bei Benutzung der selben Spannungsquelle für S0 und Up die Speisespannung für S0 geringer ist als die für Up. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auch eine analoge Telefonschnittstelle konfiguriert werden kann in dem auf dem Kodier-Stecker oder der Kodier-Buchse Anschlüsse für eine analoge Telefonschnittstelle angeordnet sind. Konfigurationsschaltung für ISDN-Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die durch Kodier-Stecker oder -Buchsen eingestellte Konfiguration im oder neben dem RJ45-Steckverbinder angezeigt werden.






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