DE60020461T2

DE60020461T2 - Apparat und Methode zum Messen der Impedanz von Teilnehmerschleife-Schnittstellenleitungen

Info

Publication number: DE60020461T2
Application number: DE60020461T
Authority: DE
Inventors: Christopher Palm Bay Ludeman
Original assignee: Intersil Corp
Current assignee: Intersil Corp
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: KR20010050155A; EP1079591A3; DE60020461D1; EP1079591A2; EP1079591B1; US6434232B1; JP2001086237A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltungen, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltung zum Messen der Schleifenimpedanz.
Eine Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltung ("SLIC", subscriber loop interface circuit) wird üblicherweise zwischen einem Teilnehmernetzwerk und einem Teilnehmerendgerät (beispielsweise einem stationären Telefon) als Schnittstelle eingesetzt. Eine SLIC kann Funktionen wie eine Zwei- zu Vierleitungsumwandlung, eine Batterieversorgung, eine Leitungsüberwachung oder eine Gleichtaktunterdrückung zur Verfügung stellen.
Eine Teilnehmerschleife enthält eine SLIC, ein Teilnehmerendgerät (z. B. ein Telefon) und ein Paar Teilnehmerleitungen, um die SLIC mit dem Teilnehmerendgerät zu verbinden. Wenn sich ein Teilnehmerendgerät in einem nicht aufgelegten Zustand befindet, können die Teilnehmerleitungen, das Teilnehmerendgerät und die SLIC zusammen eine ununterbrochene Schaltung bilden, um eine zweiseitige Kommunikation zwischen der SLIC und dem Teilnehmerendgerät zu etablieren.
Eine SLIC enthält eine Schaltung zur Erfassung von Information über Spannungswerte entlang den Teilnehmerleitungen (Schleifenspannung) und zur Erfassung von Information über den in der Teilnehmerschleife fließenden Strom (Schleifenstrom). Üblicherweise wird die erfasste Information skaliert und mit Referenzwerten verglichen, um die Schleifenspannung und/oder den Schleifenstrom zu bestimmen.
Eine SLIC kann einen nicht aufgelegten Zustand mittels der Schleifenspannung und/oder des Schleifenstromes erkennen. Wenn z. B. der Schleifenstrom und/oder die Schleifenspannung einen vorgegebenen Schwellenwert erreichen, kann eine SLIC ein logisches Signal zu einer SLIC-Steuereinrichtung übertragen, um die Erkennung eines nicht aufgelegten Zustandes anzuzeigen. Weiter kann beispielsweise Information über den Schleifenstrom und die Schleifenspannung benutzt werden, um die Versorgung einer Teilnehmerschleife mit Leistung mittels einer SLIC zu kontrollieren.
Eine Messung der Schleifenimpedanz und ein Test des Teilnehmerschleifendurchgangs erfordern invasive Teilnehmerschleifen-Zugriffrelais und eine teure Testausrüstung.
Im Stand der Technik zur Messung der Teilnehmerschleifenspannung wird mit dem Zweck, die Größe der Spannung anzuzeigen eine Spannung über dem Teilnehmerleitungspaar gemessen und in einen einzigen schmalen Puls umgeformt. Diese Technik kann wegen Variationen der Kapazität und der Herstellungstoleranz ungenau sein und eine hochfrequente Taktung erfordern, um die notwendige Messauflösung zu gewährleisten.
Die Patentanmeldung GB 2 329 552 beschreibt einen technologischen Hintergrund zu der vorliegenden Erfindung. Bei einer Zweileitungsverbindung von einer Telefonvermittlung zu einem Teilnehmer wird die Verbindung über eine Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltung (SLIC) und eine Abbruchbox hergestellt, wobei die Abbruchbox eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand zwischen den zwei Leitungen der Verbindung und zwischen der SLIC und dem Teilnehmer aufweist. Die SLIC enthält eine Einrichtung zur Umkehrung der Polarität zwischen den zwei Leitungen der Verbindung und es gibt eine Messeinrichtung, womit der für die Umladung des Kondensators zur entgegengesetzten Polarität benötigte Strom gemessen werden kann und so die Bestimmung der Impedanz zwischen den zwei Leitungen der Verbindung ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Halbleiterschaltung für eine Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Bestimmung der Schleifenimpedanz mit den Schritten des Erfassens der Schleifenspannung, des Erzeugens eines ersten zu der erfassten Schleifenspannung proportionalen Stromes, des Zuführens des ersten Stromes zu einem Kondensator zum Laden des Kondensators, des Erfassens des Schleifenstromes, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines zweiten, zu dem erfassten Schleifenstrom proportionalen Stromes, des Summierens des zweiten Stromes und des ersten Stromes zum Erzeugen eines dritten Stromes, wobei der dritte Strom im Betrag größer als der und in der Polarität entgegengesetzt zu dem ersten Strom ist, das Zuführen des dritten Stromes zu dem Kondensator zum Entladen des Kondensators, das Bestimmen der Entladezeit des Kondensators und das Bestimmen der Schleifenimpedanz als Funktion der Entladezeit.
Folglich ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Teilnehmerschleifenimpedanz und ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Halbleiter-SLIC-Schaltung zum internen Messen der Teilnehmerschleifenimpedanz zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen des Teilnehmerschleifendurchgangs für eine aus einem Halbleitermaterial hergestellte SLIC zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen beschrieben, wobei auf die beiliegenden Figuren verwiesen wird:
1 stellt ein funktionales Blockdiagramm dar, welches eine Ausführungsform einer Schaltung zur Messung der Schleifenimpedanz in einer Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Zeitablaufsdiagramm, welches Ausgabesignale einer Schaltung einer Ausführungsform einer Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform eines Aufzeichenschaltdetektors (ring trip detector) gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
1 zeigt eine SLIC, eine Schaltung zur Messung der Teilnehmerschleifenimpedanz, die eine Schleifenstromsensorschaltung 10, eine Schleifenspannungssensorschaltung 20, eine Skalierungsschaltung 14, vier Widerstandselemente 16, 18, 22 und 40, einen ersten Stromspiegel 24, einen zweiten Stromspiegel 26, einen dritten Stromspiegel 28, einen vierten Stromspiegel 30, einen Komparator 32, einen Kon densator 34, einen Steuerschalter 36 und einen Aufzeichenschaltdetektor 38 umfassen kann.
Konventionelle SLIC operieren ausgehend von einer negativen Referenz. 1 zeigt eine von einer negativen Referenz aus operierende Schaltung in einer SLIC.
Während des Betriebes kann der Schleifenspannungssensor 20 Information über die Schleifenspannung durch Messung der Spannung über einem Paar der Teilnehmerleitungen erfassen (z. B. TIP und RING). Der Schleifenspannungssensor 20 kann eine Spannung proportional zu der Spannung über den Teilnehmerleitungen erzeugen. Die Spannung kann durch die Skalierungsschaltung 14 skaliert (N zu 1) werden. Die skalierte Spannung kann an ein Widerstandselement 18 mit einem Widerstand mit R1' Ohm angelegt werden, so dass man einen ersten Strom Iv erhält.
Der Schleifenstromsensor 10 kann Information über den Schleifenstrom mittels Messen einer Spannung über einem Widerstandselement 40 erfassen. Das Widerstandselement 40 kann ein in Serie zu einer der Teilnehmerleitungen (z. B. TIP oder RING) geschalteter Widerstand mit einem vorgegebenen Wert sein. Der Schleifenstromsensor 10 erzeugt eine zu dem gemessenen Schleifenstrom proportionale Spannung. Die erzeugte Spannung wird an ein Widerstandselement 16 und dann an einen ersten Stromspiegel 24 angelegt. Der erste Stromspiegel 24 kann eine K1-zu-1-Skalierung durchführen, um einen zweiten Strom Ii zu erhalten.
Da sowohl die Spannungs- als auch die Strommessungen mit Temperatur- und Produktionsschwankungen der auf dem Chip befindlichen Elemente variieren können, können Chipelemente, auf dem oder außerhalb des Chips, ausgesucht werden, um sicherzustellen, dass die Variationen in der Spannungs- und Strommessung einander entsprechen.
Der erste Strom Iv kann einem zweiten Stromspiegel 26 zugeführt werden. Der zweite Stromspiegel 26 kann den ersten Strom Iv dem dritten Stromspiegel 28 zuführen. Der dritte Stromspiegel 28 kann zwei Signale auf unterschiedlichen Leitungen erzeugen, welche jeweils eine Kopie des ersten Stromes Iv sind. Eine Kopie des ersten Stromes Iv kann zu dem zweiten Strom Ii addiert werden, um einen dritten Strom zu erhalten. Die Addition des ersten und des zweiten Stromes zur Erzeugung des dritten Stromes kann über einen Verbindungsknoten erfolgen. Der vierte Stromspiegel 30 kann eine Kopie des dritten Stromes erzeugen.
Der Steuerschalter 36 kann drei Zustände haben. In einem ersten Zustand kann der Steuerschalter 36 den Kondensator 34 mit dem dritten Stromspiegel 28 verbinden (den ersten Strom Iv dem Kondensator zuführen). In einem zweiten Zustand kann der Schalter 26 den Kondensator 34 mit dem vierten Stromspiegel 30 verbinden. Der vierte Stromspiegel 30 erzeugt den dritten Strom (Iv + Ii). In einem dritten Zustand kann der Steuerschalter 36 den Kondensator mit einer festen Referenzspannung verbinden, wie beispielsweise der Erde 42.
Befindet sich der Steuerschalter 36 in seinem ersten Zustand, so lädt sich der Kondensator 34 auf. Befindet sich der Schalter 34 in seinem zweiten Zustand, so entlädt sich der Kondensator 34. Befindet sich der Schalter 34 in seinem dritten Zustand, so wird der Kondensator 34 auf einen vorbestimmten Wert geklemmt, wie beispielsweise Erde.
Die Zustände des Schalters 34 können über Zeitgebungssignale T1, T2 und T3 aktiviert werden. Der Aufzeichenschaltdetektor 38 kann die Zeitgebungssignale T1, T2 und T3 mittels eines Rechtecksignals in Kombination mit dem Ausgabesignal des Komparators 32 erzeugen. Der Betrieb des Aufzeichenschaltdetektors wird weiter unten ausgeführt.
Während der ersten Halbwelle des Rechteckwellensignals wird das Zeitgebungssignal T1 erzeugt, um den ersten Zustand des Schalters zu aktivieren, so dass der Kondensator als Stromquelle geladen werden kann. Während der zweiten Halbwelle wird das Zeitgebungssignal T2 erzeugt, um den zweiten Zustand des Schalters zu aktivieren, so dass der Kondensator als Stromsenke entladen werden kann.
Solange der gemessene Schleifenstrom ungleich Null ist, wird die Entladungsperiode immer kürzer als der Aufladezyklus sein. Um sicherzustellen, dass der Schleifenstrom ungleich Null ist, kann das Laden und Entladen des Kondensators 34 durchge führt werden, wenn von der SLIC ein teilnehmerseitiger nicht aufgelegter Zustand detektiert wird.
Während der verbleibenden Zeit der zweiten Halbwelle des Rechteckwellensignals und nachdem der Kondensator 34 komplett oder auf einen vorgegebenen Wert entladen worden ist, kann das Zeitgebungssignal T3 erzeugt werden, um den dritten Zustand des Schalters zu aktivieren, so dass die Kondensatorspannung auf einem Referenzpotential, wie beispielsweise Erde, gehalten werden kann. Der Komparator 32 vergleicht die Spannung über dem Kondensator 34 mit einer Referenzspannung über dem Widerstand Rref 22. Wenn die Spannung über dem Kondensator 34 größer als die Referenzspannung ist, dann kann der Komparator ein Hochpegel-Ausgabesignal erzeugen. Wenn die Spannung über dem Kondensator 34 kleiner oder gleich der Referenzspannung ist, dann kann der Komparator ein Niederpegel-Ausgabesignal erzeugen. Die Referenzspannung über dem Widerstand Rref 22 kann variiert werden. Die Referenzspannung über Rref 22 kann mittels des Steuerschalters 36 variiert werden, um einen Referenzstrom von dem Aufzeichenschaltdetektor 38 zu dem Widerstand Rref 22 zu führen. Die Referenzspannung kann mittels Deaktivierung des Steuerschalters 36 auf Null gesetzt werden, so dass der Fluss des Referenzstromes zu dem Widerstand Rref 22 unterbunden wird. Zusätzlich zu den drei oben diskutierten Zuständen kann ein Umschalten des Referenzstromes zu dem Widerstand Rref 22 eine weitere Funktion des Steuerschalters 36 sein.
Das Zeitgebungssignal T1 hat eine vorgegebene Länge. Solange T1 erzeugt wird, kann sich der Kondensator 34 aufladen (der erste Zustand des Schalters) und der Steuerschalter 36 führt dem Widerstand Rref 22 einen Referenzstrom zu. Die Größe des Referenzstromes ist so eingestellt, dass die Spannung über dem Kondensator immer unterhalb der Spannung über dem Widerstand Rref liegen wird. Da die Referenzspannung auf einem höheren Wert als die Spannung über dem Kondensator gehalten wird, erzeugt der Komparator 32 während des Zeitgebungssignals T1 ein Hochpegel-Ausgabesignal.
Am Ende der Dauer von T1 wird das Zeitgebungssignal T2 erzeugt. Die Dauer von T2 ist nicht vorgegeben. Während der Dauer des T2-Signals kann die Referenzspannung auf Null gesetzt werden (z. B. wird der Schalter deaktiviert, um einen weiteren Fluss des Referenzstromes zu dem Widerstand Rref 22 zu unterbinden). Während der Dauer des T2-Signals wird auch der Kondensator 34 entladen (der Kontrollschalter 36 führt den dritten Strom [Ii + Iv] dem Kondensator zu). Wenn sich der Kondensator 34 entlädt, ist das Ausgabesignal des Komparators 32 ein Niederpegel-Signal. Wenn der Kondensator auf einen vorgegebenen Wert, etwa die Referenzspannung Null, entladen wird, macht das Ausgabesignal des Komparators 32 einen Übergang zu einem Hochpegel-Signal. Das Hochpegel-Ausgabesignal des Komparators 32 kann dem Aufzeichenschaltdetektor 38 zugeführt werden. Darauf reagierend kann der Aufzeichenschaltdetektor 38 ein Zeitgebungssignal T3 erzeugen, welches den dritten Zustand des Schalters aktiviert, so dass der Kondensator auf einen vorgegebenen Spannungswert geklemmt wird (z. B. Kurzschließen des Kondensators 34 mittels Verbinden des Kondensators 34 mit Erde).
Der Kondensator 34 ist während des Zeitgebungssignals T3 geklemmt, weil Verlustströme während T3 den Komparator triggern und so ungültige Messungen verursachen können. Weiter kann die Fähigkeit, den Kondensator 34 zu klemmen, in anderen Zuständen des Nicht-Läutens und des Nicht-Testens nützlich sein. Der Kondensator 34 kann auch für die Aufzeichenschaltdetektionsfunktion benutzt worden sein, wenn er nicht für die Leitungsimpedanzmessung benutzt wird.
Während des Zeitgebungssignals T3 bleibt das Ausgabesignal des Komparators 32 hochpegelig, weil die Spannung über dem Kondensator 34 unterhalb oder gleich der Spannung über dem Widerstand Rref 22 ist.
Mittels einer Zähltechnik, bei der die Ausgabe des Komparators ein hochfrequentes Zeitgebungssignal einem Zähler zuführt, kann das Zeitintervall zwischen Ausgabesignal-Pegelveränderungen des Komparators gemessen werden. Das Zeitintervall des Zeitgebungssignals T2 ist das interessierende Intervall. Während des Zeitintervalls von T2 ist die Ausgabe des Komparators 32 niederpegelig. Um die Länge des Intervalls zu messen, kann die Ausgabe des Komparators 32 mit einem NAND-Gatter 46 empfangen werden, welches das empfangene Signal invertiert, um ein Hochpegel-Ausgabesignal bereitzustellen. Das Hochpegel-Ausgabesignal des NAND-Gatters 46 kann einem N-Bit-Binärzähler 48 zugeführt werden, welcher von einem Hochfrequenztaktsignal geschaltet wird. Mittels des Hochfrequenztaktsignals zählt der N-Bit-Binärzähler 48 die Dauer des Hochpegel-Ausgabesignals (Zeitintervall von T2) aus dem NAND-Gatter 46.
Die Zählung kann als ein Adresszeiger zur Identifizierung einer Stelle im Speicher (N²ⁿ × M Bits) 50 benutzt werden. Jede Stelle im Speicher 50 kann einen vorherbestimmten, der Dauer des Zeitgebungssignals T2 entsprechenden Wert der Schleifenimpedanz, wie vom N-Bit-Binärzähler 48 gemessen, speichern.
Wie die 1 und 2 zeigen, kann das Rechteckwellensignal 52 mit einem Eins-zu-Eins-Tastverhältnis, zur Definition der Dauer des Zeitgebungssignals T1 verwendet werden (z. B. entspricht die erste Hälfte des Rechteckwellensignals 52 der Dauer des Zeitgebungssignals T1). Das Ende der ersten Hälfte des Rechteckwellensignals 52 kann benutzt werden, um das Zeitgebungssignal T2 zu initiieren und das Komparatorausgabesignal 54 auf ein Niederpegel-Signal zu setzen. Wie oben diskutiert wird das Komparatorausgabesignal 54 mittels Einstellen der Spannung über dem Widerstand Rref 22 auf einen vorgegebenen Wert unterhalb der Spannung über dem Kondensator 34 (z. B. Null Volt) auf das Niederpegel-Signal gesetzt. Wenn sich der Kondensator 34 auf den vorherbestimmten Wert entladen hat, so steigt das Komparatorausgabesignal 54 auf ein Hochpegel-Signal. Der Übergang zu dem Hochpegel-Signal wird von dem Aufzeichenschaltdetektor 38 empfangen, welcher das Zeitgebungssignal T3 triggert. Das Zeitgebungssignal T3 dauert während der verbleibenden Zeit der zweiten Hälfte des Rechteckwellensignals 52 an. Der Lade- und Entladezyklus wiederholt sich wieder zum Anfang der ersten Hälfte des Rechteckwellensignals 52.
Der Aufzeichenschaltdetektor 38 kann ein Steuersignal zur Steuerung der Zustände des Aufzeichenschaltdetektors empfangen. Beispielsweise kann das Steuersignal vorgeben, dass der Aufzeichenschaltdetektor eine Aufzeichendetektierungsfunktion oder eine Impedanzmessungsfunktion durchführt.
Wie 3 zeigt, kann der Aufzeichenschaltdetektor 38 ein Paar Anschlüsse, einen Schalter 74, einen Stromaufsummierer 76, einen Stromspiegel 78, einen Nulldurchgangskomparator 80, einen Aufzeichenschaltkomparator 82, einen Kondensator 84 und eine kombinatorische Logikeinheit 86 umfassen. Eine Schaltung außerhalb des Aufzeichenschaltdetektors 38 kann einen Aufzeichenrelaisschalter 88, eine Aufzeichensignalquelle 90 und drei Widerstände 92, 94 und 96 umfassen.
Während des Betriebes erzeugt die Aufzeichensignalquelle ein periodisches Signal, welches durch die drei Widerstände 92, 94 und 96 durchgeführt wird. Wenn der Aufzeichenrelaisschalter 88 geschlossen ist, wird ein Signal zum Läutenlassen des Teilnehmerendgerätes (nicht gezeigt) dem Teilnehmerendgerät zugeführt. Der Aufzeichenrelaisschalter 88 kann während der Durchführung von Schleifenimpedanzmessungen abgeklemmt sein. Wenn der Aufzeichenrelaisschalter 88 abgeklemmt ist, wird das gesamte, von der Aufzeichensignalquelle 90 und den drei Widerständen 92, 94 und 96 erzeugte Signal dem Aufzeichenschaltdetektor 38 über die Anschlüsse 72 zugeführt. Die Ströme durch jeden einzelnen Anschluss 72 (I1 oder I2) sind ungefähr gleich und bleiben typischerweise gleich, solange der Aufzeichenrelaisschalter 88 abgeklemmt ist. Die Ströme I1 und I2 entsprechen dem in 1 gezeigten Aufzeichensignal.
Der Schalter 74, wie 3 weiter zeigt, kann während des Zustandes der Schleifenimpedanzmessung des Aufzeichenschaltdetektors 38 aktiviert sein. Während des Zustandes der Schleifenimpedanzmessung kann der Schalter 74 mit einer Referenz, wie beispielsweise Erde, verbunden sein, um den Strom I1 und I2 aus der Balance zu bringen. Die Ströme I1 und I2 können von dem Stromaufsummierer 76 erfasst werden, um einen Ausgabestrom I2 – I1 zu erzeugen. Wenn der Aufzeichenschaltdetektor nicht in dem Zustand der Schleifenimpedanzmessung ist, ist der Ausgabestrom des Stromaufsummierers 76 typischerweise ungefähr Null (weil I2 und I1 ungefähr gleich wären). Während des Zustandes der Schleifenimpedanzmessung bringt der Schalter I2 und I1 aus der Balance, so dass die Ausgabe des Stromaufsummierers 76 dem periodischen Signal, welches von der Aufzeichensignalquelle 90 erzeugt wird, entspricht.
Im Zustand der Schleifenimpedanzmessung erzeugt der Spiegel einen Spiegelstrom des Stromsignals I2 – I1. Das Spiegelsignal von I2 – I1 kann dem Nulldurchgangskomparator 80 zugeführt werden. Der Nulldurchgangskomparator 80 kann das Spiegelsignal mit einer Konstantstromreferenz vergleichen. Z. B. kann der Nulldurch gangskomparator das Spiegelsignal I2 – I1 mit einer Nullreferenz vergleichen, um zu detektieren, wann das Spiegelsignal I2 – I1 durch Null geht.
Der Nulldurchgangskomparator 80 kann dann ein Rechteckwellensignal (Eins-zu-Eins-Tastverhältnis) als eine Funktion des periodischen Signals der Aufzeichensignalquelle 90 erzeugen. Die Ausgabe des Nulldurchgangskomparators 80 kann bei der Detektion jedes einzelnen Nulldurchgangs des Spiegelsignals I2 – I1 zwischen zwei Zuständen wechseln. Der periodische Übergang bildet ein Rechteckwellensignal (s. 2) zur Erzeugung der Zeitgebungssignale T1, T2 und T3.
Das von dem Nulldurchgangskomparator 80 erzeugte Rechteckwellensignal kann der kombinatorischen Logikeinheit 86 zugeführt werden. Die Ausgabe der kombinatorischen Logikeinheit 86 können Zeitgebungssignale T1, T2 und T3 sein. Die Zeitgebungssignale T1, T2 und T3 können dem Steuerschalter zugeführt werden, (vgl. 1, Steuerschalter 36). Die kombinatorische Logikeinheit 86 kann das Zeitgebungssignal T1 während der ersten Hälfte des Rechteckwellensignals erzeugen. Am Ende der ersten Hälfte des Rechteckwellensignals kann die kombinatorische Logikeinheit 86 das Zeitgebungssignal T2 erzeugen. Als Reaktion auf einen Wechsel des Komparatorausgabesignals kann die kombinatorische Logikeinheit 86 das Zeitgebungssignal T2 beenden und für den Rest der zweiten Hälfte des Rechteckwellensignals das Zeitgebungssignal T3 erzeugen. Am Ende der zweiten Hälfte des Rechteckwellensignals wiederholt sich der Zyklus wieder. Die Zeitgebungssignale T1, T2 und T3 können auch auf einer einzigen Leitung dem Steuerschalter zugeführt werden.
Typischerweise sind der Aufzeichenschaltkomparator 82 und der Kondensator Bestandteile eines Aufzeichenschaltdetektors. Der Aufzeichenschaltkomparator 82 und der Kondensator 84 werden benutzt, um einen teilnehmerseitigen nicht aufgelegten Zustand zu detektieren, während der Aufzeichenrelaisschalter 88 angeschlossen ist. Der Kondensator 84 kann mehr als eine Funktion haben. Der Kondensator 84 kann bei der Durchführung der Aufzeichenschaltdetektionsfunktion verwendet werden und der Kondensator 84 kann der Kondensator sein, welcher während der Schleifenimpedanzmessung geladen und entladen wird (z. B. Kondensator 34, 1).
Mittels des Inhalts eines Zählers (z. B. der N-Bit-Binärzähler aus 1) kann die Teilnehmerschleifenimpedanz mittels Lösen der Ladungserhaltungsgleichung für Kondensatoren bestimmt werden. Es sei vereinbart, dass in der folgenden Beschreibung die Symbole T, T1, T2 und T3 Zeitintervalle angeben. Entsprechend steht in der folgenden Beschreibung T1 für die Dauer des Zeitgebungssignals T1; T2 steht für die Dauer des Zeitgebungssignals T2; T3 steht für die Dauer des Zeitgebungssignals T3. Die Ladungserhaltungsgleichung für Kondensatoren ist: Q = C·V oder V = Q/C = I·T/C. (1)
Einsetzen der Ladung während des Lade- und Entladevorgangs des Kondensators liefert: (Iv·T1)/C = ((Iv + Ii)·T2)/C, (2)wobei lv der erste Strom, Ii der zweite Strom, T1 die Ladezeit, T2 die Entladezeit und C die Kapazität des Kondensators 34 ist. Gleichung (2) kann vereinfacht werden zu: Iv·(T1 – T2) = Ii·T2. (3)
Gleichung (3) kann umgeschrieben werden zu: Iv/Ii = T2/T3, (4)wobei T3 das Zeitintervall ist, während dem der Kondensator durch eine Klemmung auf einer konstanten Spannung gehalten wird (d. h. T1 – T2).
Aus dem Verhältnis in Gleichung (4) kann man Information über die Schleifenimpedanz "Rloop" erhalten. Wenn T2 gleich Null ist, ist Iv Null und Rloop ist Null. Wenn T3 gleich Null ist, ist Ii Null und Rloop ist unendlich. Um einen Ii-Wert von Null zu verhindern, kann eine Impedanzmessung durchgeführt werden, wenn ein Zustand, bei dem nicht aufgelegt ist, festgestellt wurde.
Während einer Impedanzmessung wird, so wie T2 anwächst, T3 sehr klein und die Auflösung wird zu grob. Vorzugsweise wird das Zeitintervall T2 so eingeschränkt, dass es nicht mehr als 80% einer Halbwelle des Rechteckwellensignals entspricht. Beispielsweise kann man festlegen, dass T2 kleiner oder gleich viermal T3 ist, so dass, wenn T2 mit einem Wert von viermal T3 gemessen wird, davon ausgegangen werden kann, dass die Schleifenimpedanz ihren maximalen Wert aufweist (z. B. 2000 Ohm). Die meisten Schleifenimpedanzwerte befinden sich in einem Bereich von Null bis 2000 Ohm.
Der erste Strom Iv kann der Wert der Schleifenspannung "Vloop" geteilt durch (N R1') sein. Der zweite Strom Ii kann der Wert des Schleifenstromes "Iloop" geteilt durch K1 (den Skalierungsfaktor in dem ersten Stromspiegel) sein. Ersetzen von Iv und Ii aus Gleichung (4) mit ihren Skalierungsformeln liefert: (Vloop·K1)/(R1·Iloop) = (T2/T3). (5)
Eine Ersetzung von T2 mit 4 * T3 liefert: Vloop/Iloop = Rloop = (4·R1)/K1. (6)
Daher ist die Schleifenimpedanzmessung nicht abhängig von der Kapazität des Kondensators, welche aufgrund von Herstellungstoleranzen und Übertemperaturvariationen variieren kann.
Wenn die maximale zu messende Schleifenspannung 50V und der maximal zu messende Schleifenstrom 25 mA ist und wenn der zweite Strom Ii als 1 mA gewählt wird, dann kann man mit den obigen Gleichungen feststellen, dass K1 25 und R1 12,5k Ohm ist. K1 und R1 können vor ihrer Benutzung weiter skaliert werden. R1 und K1 können über die SLIC verteilt sein.
Typischerweise wird die Schleifenspannung Vloop mit einem Faktor zwanzig (d. h. dem Wert von N in der Skalierungsschaltung 14) skaliert und ist die Spannung über dem Kondensator auf 1,25 V begrenzt. Wenn der Kondensator 34 eine Kapazität von 0,1 μF hat und das Rechteckwellensignal mit einer Frequenz von 20 Hz (T1 = ½ 1/20) erzeugt wird, dann können die Skalierungsfaktoren R1 und K1 wie folgt bestimmt werden: Q = IT1 = CV (7) I = CV/T1 = 0,1·10–6·1,25/(½1/20) (8) I = 5μA K1 = 25 mA/5μA = 5000 R1 = 500·K1 = 25M Ohm.
Der Wert von R1 enthält einen Skalierungsfaktor von zwanzig. Daher kann der physikalische Widerstand einen Widerstand von 25M/20 = 125k Ohm haben. Durch Skalierung des sich ergebenden Stromes kann der Wert von R1 auf einen praktikablen für die Verwendung auf einem Chip geeigneten Wert reduziert werden.
Die Signalinformation, welche die Leitungsimpedanz anzeigt, kann auf eine einzige Leitung der SLIC gegeben werden. Eine solche Leitung kann die Haupt-Erdschlussanzeigeleitung (ground key detect lead) sein. Ein Grund, die Haupt-Erdschlussanzeigeleitung als Ausgabeleitung zu nutzen, kann sein, dass eine Zentrale die Wellenform des Ausgabesignals der Messung, welches die Frequenz des Aufzeichensignals aufweist, mit Schleifentrennungswählpulsen, wenn Schnellwahl genutzt wird (zwanzig Pulse pro Sekunde), verwechseln kann.
Wenn eine Erdschlussanzeigeleitung nicht zur Verfügung steht, dann kann die Information auf eine Detektionsleitung für die Hörergabel gegeben werden. Üblicherweise wird eine Benutzung der Detektionsleitung für die Hörergabel ein konventionelles Signal zur Detektion des nicht aufgelegten Zustands (ein kontinuierliches aktives schwaches Signal) nicht stören bzw. umgekehrt. Das von der Impedanzmessung erzeugte pulsierende Ausgabesignal kann unverwechselbar von dem kontinuierlich niederpegeligen Signal für den nicht aufgelegten Zustand unterschieden werden. Ein pulsierendes Ausgabesignal kann dadurch sichergestellt werden, dass die Messun gen nur während eines teilnehmerseitigen nicht aufgelegten Zustandes durchgeführt werden.
In Teilnehmernetzwerken, welche eine Ausrüstung für eine Wartungsunterbrechungseinheit (MTU, Maintenance-Termination-Unit) verwenden, können Fern-Schleifenbildungsschalter am Ort des Kunden aktiviert werden, um den Durchgang zu testen. Es kann sein, dass in solchen Netzwerken eine Aktivierung eines Fern-Schleifenbildungsschalters kein kontinuierliches Signal für den nicht aufgelegten Zustand erzeugt. Durch Durchführung von Messungen während eines teilnehmerseitigen nicht aufgelegten Zustandes kann Information über die Schleifenimpedanz erhalten werden.
Für Teilnehmerschleifen, welche einen Schleifenwiderstand größer als 2000 Ohm aufweisen, kann ein größeres Widerstandsintervall durch die Wahl angemessener Skalierungsfaktoren ausgewählt werden.
Das Entladungsintervall T2 kann mittels Erzeugung eines Signals gemessen werden, während sich der Kondensator, der einem Zähler ein hochfrequentes Verbindungssignal zugehen lässt, entlädt. Der Inhalt des Zählers kann in einen Impedanzwert umgeformt werden, vorzugsweise indem der Inhalt des Zählers als eine Adresse zum Auslesen von Information aus einem Speicher genutzt wird. Die Adresse kann auf einen Eintrag in einer Lookup-Tabelle zeigen, welche zuvor mit Impedanzwerten gefüllt worden ist.
Die Impedanzwerte können wie folgt bestimmt werden: Rloop = (R1·T2)/(K1·T3). (9)
Für ein Eins-zu-Eins-Tastverhältnis des Rechteckwellenzeitgebungssignals ist T3 gleich T1 – T2 und der Impedanzwert kann sein: Rloop = (R1·T2)/(K1·(T1 – T2)). (10)
Das Zeitintervall T1 kann ein vorgegebenes Intervall sein (z. B. die erste Halbwelle eines Rechteckwellensignals). R1 und K1 können auch vorgegeben sein, so dass mittels Berechnung von Rloop für mögliche Werte von T2 eine Lookup-Tabelle generiert werden kann. Die Größe der Tabelle wird im Allgemeinen abhängen von der Taktrate. Mit einer Taktfrequenz von 20 Hz·250 oder 2,5 kHz kann der Schleifenwiderstandsbereich in 100 ungleiche Schritte unterteilt werden, wobei die längsten Schleifenlängen die schlechteste Auflösung haben. Die Auflösung bei längeren Schleifenlängen kann verbessert werden durch Erhöhung der Taktrate, Unterteilung der Messperiode (T2) in zwei oder mehr Intervalle oder durch Benutzung einer größeren Taktfrequenz, da sich die Messperiode von einem Intervall zum nächsten ausdehnt.
Es kann sein, dass eine Lookup-Tabelle nur für die Rechteckwellensignalfrequenz gültig ist, mit der auch die Impedanzwerte berechnet worden sind. Die Rechteckwellensignalfrequenz kann mit der Aufzeichenfrequenz zusammenhängen, welche zwischen verschiedenen Ländern oder sogar innerhalb eines Landes unterschiedlich sein kann. Zusätzlich kann unterscheidendes Läuten einige unterschiedliche Frequenzen erfordern. Wenn sich die Frequenz des Rechteckwellensignals von der Frequenz, welche benutzt wurde, um die Impedanzwerte in der Lookup-Tabelle zu erzeugen, unterscheidet, muss die Taktfrequenz skaliert werden oder die Lookup-Tabelle neu berechnet werden.
Die für das Rechteckwellensignal ausgesuchte Frequenz sollte vorzugsweise lang genug sein, so dass Fluktuationen in der Schleifenspannung und im Schleifenstrom von dem Kondensator gefiltert und gemittelt werden.
Der Kondensator 34 und der Komparator 32 können auch von dem Aufzeichenschaltdetektor 38 benutzt werden.

Claims

Halbleiterschaltung für eine Teilnehmerschleifen-Schnittstellenschaltung mit einem Schleifenspannungssensor (20) zum Erfassen der Schleifenspannung, einer ersten Stromerzeugungseinrichtung (18) zum Erzeugen eines ersten, zu der erfassten Schleifenspannung proportionalen Stroms, einem Schleifenstromsensor (10) zum Erfassen des Schleifenstroms, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Stromerzeugungsseinrichtung (24) zum Erzeugen eines zweiten, zu dem erfassten Schleifenstrom proportionalen Stroms, eine Einrichtung zum Addieren des zweiten Stroms zum ersten Strom zur Erzeugung eines dritten Stroms und eine Schleifenimpedanzmesseinrichtung zum Bestimmen der Schleifenimpedanz aus dem ersten und dem dritten Strom aufweist, wobei die Schleifenimpedanzmesseinrichtung einen Kondensator (34), eine Einrichtung (36) zum Laden und Entladen des Kondensators mit Hilfe dieser Ströme und eine Einrichtung (48, 50) zum Ermitteln der Schleifenimpedanz mit Hilfe dieses Ladens und Entladens aufweist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenimpedanzmesseinrichtung eine Einrichtung (36) zum Zuführen des ersten Stroms zu dem Kondensator (34) zum Laden des Kondensators und zum Zuführen des dritten Stroms zu dem Kondensator (34) zum Entladen des Kondensators, eine Einrichtung (48) zum Bestimmen der Entladezeit des Kondensators (34) und eine Einrichtung (50) zum Bestimmen der Schleifenimpedanz als Funktion der bestimmten Entladezeit aufweist, wobei die Einrichtung zum Zuführen einen mit dem Kondensator (34) verbundenen Schalter (36) aufweist.
Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenimpedanzmesseinrichtung einen mit dem Schalter (36) verbundenen Rechteckwellengenerator (38) zum periodischen Erzeugen eines Rechteckwellensignals (52) aufweist, durch das der Schalter (36) periodisch betätigt wird, und die Schleifenimpedanzmesseinrichtung eine Einrichtung (32) zum Erfassen des Entladepegels des Kondensators und eine Klemmeinrichtung zum Halten des Kondensators über oder unter dem erfassten Entladepegel aufweist, und die Schleifenimpedanzmesseinrichtung ferner eine Einrichtung zum Außer-Funktion-Setzen der Klemmeinrichtung, wenn das durch den Rechteckwellengenerator (32) erzeugte Rechteckwellensignal (52) einen Übergang vollzieht, um dadurch den Kondensator laden zu lassen, aufweist.
Schaltung nach Anspruch 3, bei der die Schleifenimpedanzeinrichtung mit anderen Abschnitten der Teilnehmerschleifenschnittstellenschaltung Schaltungsteile gemeinsam hat und die Schleifenimpedanzmesseinrichtung den Kondensator (34), den Rechteckwellengenerator (38) und den Schalter (36) mit anderen Abschnitten der Teilnehmerschleifenschnittstellenschaltung gemeinsam hat.
Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenimpedanzeinrichtung eine Lookup-Tabelle zum Liefern einer der bestimmten Entladezeit entsprechenden Impedanz aufweist.
Verfahren zum Bestimmen einer Schleifenimpedanz mit den Schritten des Erfassens der Schleifenspannung, des Erzeugens eines ersten, zu der erfassten Schleifenspannung proportionalen Stroms, des Zuführens des ersten Stroms zu einem Kondensator (34) zum Laden des Kondensators, des Erfassens des Schleifenstroms, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines zweiten, zu dem erfassten Schleifenstrom proportionalen Stroms, des Summierens des zweiten Stroms und des ersten Stroms zum Erzeugen eines dritten Stroms, wobei der dritte Strom im Betrag größer als der und in der Polarität entgegengesetzt zu dem ersten Strom ist, das Zuführen des dritten Stroms zu dem Kondensator (34) zum Entladen des Kondensators, das Bestimmen der Entladezeit des Kondensators und das Bestimmen der Schleifenimpedanz als Funktion der Entladezeit.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen alle der Schritte innerhalb einer Teilnehmerschleifenschnittstellenschaltung durchgeführt werden und die Teilnehmerschleifenschnittstellenschaltung eine integrierte Halbleiterschaltung ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilnehmerschleifenschnittstellenschaltung einen Schalter (36) zum Schalten des Kondensators (34) vom Laden zum Entladen aufweist, und mit dem Schritt der Erzeugung eines Rechteckwellensignals (52) zum periodischen Betätigen des Schalters (36).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klemmeinrichtung vorgesehen wird, ein Entladepegel des Kondensators bestimmt wird und die Klemmeinrichtung so betätigt wird, dass sie den Kondensator (34) an dem erfassten Entladepegel hält, und mit dem Schritt des Außer-Funktion-Setzens der Klemmeinrichtung, um den Kondensator (34) ansprechend auf den nächsten Übergang des Rechteckwellensignals (52) laden zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte des Lieferns der Impedanz aus einer Lookup-Tabelle (50) als Funktion einer festgelegten Beziehung zwischen Kondensatorentladezeit und Schleifenimpedanz, wobei die Schleifenimpedanz nur während eines nicht aufgelegten Zustands bestimmt wird.