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TECHNISCHER
BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltungen und
insbesondere eine Anordnung und ein Verfahren zum Bestimmen der
Leitungsspannung in einer Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Um
hybride Schnittstellenparameter und eine Verstärkung bei einer Telefonschaltung
mittels eines Mikroprozessors auf einer Leitungsschnittstellenbaugruppe
einstellen zu können,
um eine gute Echokompensierung für
Telefonleitungen von unterschiedlichen Längen wie auch für verschiedene
Testzwecke zu erzielen, ist es notwendig, die Länge der entsprechenden Telefonleitung
zu kennen.
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Ein
Weg einer Abschätzung
der Länge
der Leitung ist, die Leitungsspannung, d. h. die Spannung, welche über der
Leitung und dem Telefongerät auftritt,
wenn eine Verbindung eingerichtet ist, zu messen.
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Es
ist bekannt, einen Puls zu erzeugen, welcher eine Länge aufweist,
welche der Leitungsspannung entspricht. Um eine Information über die
Leitungsspannung zu erhalten, wird die Länge dieses Pulses dann durch
den Mikroprozessor auf der Leitungsschnittstellenbaugruppe gemessen.
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Wenn
eine Pulslänge
gemessen werden soll, ist es schwierig eine gute Auflösung zu
erhalten, da die Messdauer durch die Pulslänge bestimmt wird. Der Befehlszyklus
des Mikroprozessors muss im Bezug auf die kürzeste Pulslänge kurz
sein und außerdem
kann der Mikroprozessor während
dieser Zeit nichts anderes bearbeiten.
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Aus
der
US 5,287,404 A ist
bekannt, Änderungen
in der Leitungsspannung einer Telefonleitung, welche mit einer Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung
verbunden ist, zu erfassen, indem eine Spannung, welche von der
Teilnehmerleitungsspannung abhängig
ist, einem Spannungsteiler, welcher erste, zweite und dritte Abgriffspunkte
aufweist, zuzuführen.
Die Spannungen an den ersten und dritten Abgriffspunkten werden
mit einer geglätteten
Version der Spannung an dem zweiten Abgriffspunkt verglichen, um
Pulse an entsprechenden Anschlüssen
zu erzeugen, wenn die Leitungsspannung fällt oder steigt.
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Außerdem offenbart
die
US 4,399,440 A einen
adressierbaren Messaufnehmer, um ihn beim Erfassen der Werte von
physikalischen Zuständen
einer Telefonleitung zu verwenden. Insbesondere sind gemäß diesem
Dokument mehrere Messaufnehmern über
ein einzelnes Paar von Übertragungsleitungen der
entsprechenden Telefonleitung verbunden, welche sich von einer Hauptstelle
erstrecken und den Messaufnehmern eine Gleichspannung zuführen. Jeder
Messaufnehmer weist eine zugewiesene Adresse in der Form eines Binärcodes auf.
Ein Adressesignal wird auf den Übertragungsleitungen
durch Pulsbreitenmodulationen der Leitungsspannung übertragen.
Ein Adressdetektor wandelt die Adresse in einen Binärcode um,
und die übertragene
Adresse wird mit der zugewiesenen Adresse verglichen. Wenn die zugewiesene
Adresse empfangen wird, wird ein veränderlicher Stromfrequenzoszillator
eingeschaltet und über
die Leitungen verbunden. Der Oszillator weist eine Frequenz auf,
welche durch einen Sensor in Reaktion auf den zu messenden physikalischen
Zustand bestimmt wird, und moduliert den Leitungsstrom bei dieser
Frequenz. Die Frequenz der Leitungsstrommo dulation wird bei der
Zentrale gemessen und entspricht dem physikalischen Zustand der Telefonleitung.
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Schließlich offenbart
die
US 4,435,622 A ein Halteglied,
welches mit einer Teilnehmertelefonleitung verbindbar ist, wobei
das Halteglied eine Leitungsspannungsspeicherkapazität umfasst.
Die Kapazität
ist für
einen Moment mit der Telefonleitung verbunden, wodurch die Kapazität auf das
Potenzial aufgeladen wird und ein Ansteuerstrom für einen steuerbaren
Siliziumgleichrichter bereitgestellt wird. Wenn der Ansteuerstrom
ausreichend groß ist,
schaltet der steuerbare Siliziumgleichrichter die Entladung der
Kapazität
durch eine Halterelaisspule und einen Transistor an, wodurch das
Relais eingeschaltet und das Halteglied verbunden wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, eine Anordnung und ein Verfahren zum
Erzeugen eines Signals zum Bestimmen der Leitungsspannung bereitzustellen,
ohne den Mikroprozessor in einer Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung
unnötig
zu benutzen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Anordnung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, beziehungsweise
ein Verfahren, wie es in Anspruch 6 definiert ist, gelöst.
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Die
abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird eine
Sägezahnwelle mit
einer Amplitude, welche dem Unterschied zwischen einer ersten und
zweiten Spannung, zum Beispiel den Spannungen der A-Ader und der
B- Ader, entspricht,
erzeugt und wiederum in eine mit der Leitungsspannung in Beziehung
stehende Pulsfolge umgewandelt.
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Erfindungsgemäß steht
die Pulsfolge durch ihre Pulswiederholungsfrequenz und/oder durch
ihr Tastverhältnis
in Beziehung mit der Leitungsspannung. Abhängig von der tatsächlichen
Anwendung bieten diese verschiedenen Beziehungen unterschiedliche
Vorteile. Im Allgemeinen ist es möglich, indem eine kontinuierliche
Pulsfolge erzeugt wird und ihre Pulswiederholungsfrequenz und/oder
ihr Tastverhältnis
gemessen wird, die Messdauer frei zu wählen. Somit wird erfindungsgemäß eine größere Flexibilität erzielt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
Erfindung wird nun im Detail im Folgenden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, wobei gilt:
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1 stellt
schematisch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung
dar,
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1A und 1B stellen
Signale dar, welche bei der Ausführungsform
gemäß 1 auftreten,
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2 stellt
schematisch eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung
dar, welche auf der in 1 dargestellten Anordnung basiert,
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2A, 2B, 2C und 2D stellen Signale
dar, welche bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
auftreten,
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3 stellt
schematisch eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung
dar, und
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3A und 3B stellen
Signale dar, welche bei der Ausführungsform
gemäß 3 auftreten.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung
zum Erzeugen eines Signals zum Bestimmen der Leitungsspannung in
einer Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltung, welche mit einer
Telefonleitung mit einer auf einem hohen Potenzial liegenden Ader
und einer auf einem niedrigen Potenzial liegenden Ader verbunden
ist, dar.
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Bei
der Anordnung in 1 ist die auf dem hohen Potenzial
liegende Ader oder A-Ader (nicht dargestellt) mit einem Anschluss 1 verbunden,
während
die auf dem niedrigen Potenzial liegende Ader oder B-Ader mit einem
Anschluss 2 verbunden ist.
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Der
Anschluss 1 ist mit dem (+)-Eingangsanschluss eines Komparators 3 verbunden,
während der
Anschluss 2 mit dem (–)-Eingangsanschluss
eines Komparators 4 verbunden ist. Der (–)-Eingangsanschluss
des Komparators 3 und der (+)-Eingangsanschluss des Komparators 4 sind
verbunden und der Verbindungspunkt ist mit einem Knoten 5 verbunden.
Ein Kondensator 6 ist zwischen dem Knoten 5 und
Masse GND verbunden.
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Das
Schaltelement eines Spannung gesteuerten Schalters 7 ist
mit dem Knoten 5 verbunden und wird gesteuert, um mittels
eines Signals von dem Ausgangsanschluss Q einer bistabilen Schaltung 8, deren
Ausgangsanschluss Q den Ausgangsanschluss 9 der in 1 dargestellten
Anordnung bildet, zwischen seiner oberen und unteren Position zu schalten.
Der Ausgangsan schluss 9 kann mit einem Mikroprozessor (nicht
dargestellt) verbunden sein, welcher gemeinsam für eine Mehrzahl von Teilnehmerleitungsschnittstellenschaltungen
vorgesehen ist.
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Der
invertierte Setzeingangsanschluss S der bistabilen
Schaltung 8 ist mit dem Ausgangsanschluss des Komparators 3 verbunden,
während
der invertierte der Rücksetzeingangsanschluss R der bistabilen Schaltung 8 mit
dem Ausgangsanschluss des Komparators 4 verbunden ist.
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In
seiner oberen Position, wie es in 1 dargestellt
ist, verbindet das Schaltelement des Schalters 7 einen
ersten Stromgenerator 10 mit dem Knoten 5, um
den Kondensator 6 aufzuladen, wie es durch einen Pfeil
angezeigt ist, während
das Schaltelement des Schalters 7 in seiner unteren Position
einen zweiten Stromgenerator 11 mit dem Knoten 5 verbindet,
um den Kondensator 6 zu entladen, wie es durch einen Pfeil
angezeigt ist. Die Stromgeneratoren 10 bzw. 11 sind
zwischen Masse GND und dem oberen bzw. unteren Anschluss des Schalters 7 verbunden.
Die Stromgeneratoren 10 und 11 können Ströme von identischen
oder verschiedenen Werten erzeugen.
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Der
Betrieb der in 1 dargestellten Ausführungsform
wird nun beschrieben.
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Es
sei vorausgesetzt, dass die Spannung über dem Kondensator 6,
d. h. in dem Knoten 5, einen Wert zwischen der Spannung
V1 auf der A-Ader, welche mit dem Anschluss 1 verbunden
ist, und der Spannung V2 auf der B-Ader, welche mit dem Anschluss 2 verbunden
ist, aufweist.
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Unter
dieser Bedingung ist das Ausgangssignal von dem Komparator 3 wie
auch von dem Komparator 4 eine logische "1". Diese Signale beeinflussen die bistabile
Schaltung 8 nicht. Es sei angenommen, dass die bistabile
Schaltung 8 eine logische "1" an
ihrem Ausgangsanschluss Q und eine logische "0" an
ihrem invertierten Ausgang Q aufweist.
Das Schaltelement des Schalters 7 befindet sich dann in seiner
unteren Position (nicht dargestellt), in welcher der Strom von dem
Stromgenerator 11 den Kondensator 7 mit einer
konstanten Rate entlädt.
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Wenn
die Spannung über
dem Kondensator 6, d. h. die Spannung in dem Knoten 5,
unter die Spannung auf der B-Ader, welche mit dem Anschluss 2 verbunden
ist, fällt,
schaltet sich das Ausgangssignal von dem Komparator 4 auf
eine logische "0", welche die bistabile
Schaltung 8 zurücksetzt.
Dann geht der Ausgang Q nach unten, während der Ausgang Q nach oben geht. Dadurch schaltet sich
das Schaltelement des Schalters 7 auf seine obere Position,
wodurch der Stromgenerator 10 mit dem Knoten 5 verbunden
wird.
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Nun
wird der Kondensator 7 mit einer konstanten Rate aufgeladen,
bis seine Spannung die Spannung auf der A-Ader, welche mit dem Anschluss 1 verbunden
ist, übersteigt.
Dann schaltet der Komparator 3 sein Ausgangssignal, wobei
die bistabile Schaltung 8 gesetzt wird, welche wiederum über den Schalter 7 den
Stromgenerator 11 mit dem Knoten 5 verbindet.
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Der
Betriebszyklus wird solange wiederholt, solange die Verbindung aktiv
gehalten wird.
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Folglich
ist die Spannung in dem Knoten 5 eine Sägezahnwelle, wie es in 1A dargestellt
ist, während
das Ausgangssignal auf dem Ausgangsanschluss 9 einen Rechteckwellenverlauf
aufweist, wie es in 1B dargestellt ist.
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Die
Amplitude der Sägezahnwelle,
welche in 1A dargestellt ist, ist gleich
der Leitungsspannung, d. h. der Spannung V1–V2 zwischen den Eingangsanschlüssen 1 und 2.
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Die
Kapazität
des Kondensators 6 wie auch die Werte der konstanten Ströme, welche
durch die Stromgeneratoren 10 und 11 zugeführt werden,
sind bekannt. Da der Kondensator 6 durch diese konstanten
Ströme
zwischen den Spannungen, welche von der Leitungsspannung abhängen, geladen
bzw. entladen wird, kann die Leitungsspannung leicht von der Pulswiederholungsfrequenz
der Pulsfolge in 1B mittels des Mikroprozessors,
welcher mit dem Ausgangsanschluss 9 verbunden ist, bestimmt
werden. Die Pulswiederholungsfrequenz der Pulsfolge an dem Anschluss 9,
wie sie in 1B dargestellt ist, ist umgekehrt
proportional zu der Leitungsspannung.
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Eine
monostabile Schaltung (nicht dargestellt) kann mit dem Ausgangsanschluss 9 verbunden
sein, um die Pulse der Pulsfolge in Pulse von gleicher Breite umzuwandeln.
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Der
Vorteil einer solchen Ausführungsform ist,
dass es möglich
ist, eine Leitungslängeninformation
auf zwei verschiedenen Wegen zu gewinnen:
Zum einen ist die
Pulswiederholungsfrequenz wie zuvor umgekehrt proportional zu der
Leitungsspannung.
Zum anderen ist der Mittelwert der Ausgangspannung
umgekehrt proportional zu der Leitungsspannung. Der Mittelwert kann
einfach durch eine Tiefpassfilterung gewonnen werden.
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Deshalb
bietet eine solche Ausführungsform ein
Ausgangssignal, welches direkt durch den Mikroprozessor als eine
Frequenz oder durch einen Analog-Digital-Umsetzer gelesen werden
kann.
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Der
Betrieb einer zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Anordnung
wird nun mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Die
Ausführungsform
gemäß der 2 ähnelt in
gewisser Weise der Ausführungsform,
wie sie in 1 dargestellt ist, wie aus der
folgenden Beschreibung ersichtlich wird.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß der 2 wird
ein Kondensator 12, welcher dem Kondensator 6 in 1 entspricht,
zwischen einer ersten Referenzspannung VREF1, welche an einem Eingangsanschluss 13 anliegt,
und einer zweiten Referenzspannung VREF2, welche an einem Eingangsanschluss 14 anliegt,
geladen und entladen. Der Anschluss 13 ist mit dem (+)-Eingangsanschluss
eines Komparators 15 verbunden, während der Anschluss 14 mit
dem (–)-Eingangsanschluss
eines Komparators 16, welche den Komparatoren 3 bzw. 4 in 1 entsprechen,
verbunden ist.
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Der
(–)-Eingangsanschluss
des Komparators 15 und der (+)-Eingangsanschluss des Komparators 16 sind
verbunden und der Verbindungspunkt ist mit einem Knoten 17 verbunden.
Der Kondensator 12 ist zwischen dem Knoten 17 und
Masse GND verbunden.
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Der
Knoten 17 ist auch mit dem Schaltelement eines Spannung
gesteuerten Schalters 18, welcher wie bei der Ausführungsform
in 1 von dem Ausgangsanschluss Q einer bistabilen Schal tung 19 zwischen
seiner oberen und unteren Position gesteuert wird. Bei dieser Ausführungsform
wird der Ausgangsanschluss Q der bistabilen Schaltung 19 nicht verwendet.
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In
derselben Art und Weise wie bei der Ausführungsform in 1 sind
die Eingangsanschlüsse S und R der bistabilen Schaltung 19 mit
den Ausgangsanschlüssen
des Komparators 15 bzw. 16 verbunden.
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In
seiner oberen Position verbindet das Schaltelement des Schalters 18 einen
ersten Stromgenerator 20 mit dem Knoten 17, um
den Kondensator 12 zu laden, wie es durch einen Pfeil angezeigt
ist, während
das Schaltelement des Schalters 18 in seiner unteren Position
einen zweiten Stromgenerator 21 mit dem Knoten 17 verbindet,
um den Kondensator 12 zu entladen, wie es durch einen Pfeil
angezeigt ist.
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Somit
wird der Kondensator 12 zwischen den Spannungen VREF1 bzw.
VREF2 geladen bzw. entladen, wie es in 2A dargestellt
ist, wobei der obere Strich mit der Spannung VREF1 und der untere Strich
mit der Spannung VREF2 korrespondiert, wie es dargestellt ist.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 2 sei angenommen,
dass die auf dem hohen Potenzial liegende Ader, d. h. die A-Ader,
der Telefonleitung mit einem Anschluss 22 verbunden ist,
während
angenommen sei, dass die auf dem niedrigen Potenzial liegende Ader,
d. h. die B-Ader, mit einem Anschluss 23 verbunden ist.
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Der
Anschluss 22 ist mit dem (+)-Eingangsanschluss eines Komparators 24 verbunden,
während
der Anschluss 23 mit dem (–)-Eingangsanschluss eines Komparators 25 verbunden
ist. Der (–)-Eingangsanschluss
des Komparators 24 und der (+)- Eingangsanschluss des Komparators 25 sind
verbunden und der Verbindungspunkt ist mit dem Knoten 17 verbunden.
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Der
Ausgangsanschluss 26 des Komparators 24 und der
Ausgangsanschluss 27 des Komparators 25 sind mit
entsprechenden Eingangsanschlüssen
einer NAND-Schaltung 28 verbunden, deren Ausgangsanschluss
den Ausgangsanschluss 29 der Ausführungsform gemäß 2 bildet.
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In 2A ist
die Spannung auf der A-Ader, welche mit dem Anschluss 22 verbunden
ist, mit V22 bezeichnet, während
die Spannung auf der B-Ader, welche mit dem Anschluss 23 verbunden
ist, mit V23 bezeichnet ist.
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Wie
aus 2B ersichtlich ist, welche das Ausgangssignal
von dem Komparator 24 darstellt, ist die Ausgangspannung
V26 des Komparators 24 niedrig, wenn die Spannung über dem
Kondensator 12 die Spannung V22 der A-Ader übersteigt,
und hoch, wenn die Spannung des Kondensators 12 unterhalb
der Spannung V22 der A-Ader liegt.
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Die
Ausgangspannung V27 des Komparators 25 ist, wie es in 2C dargestellt
ist, hoch, solange die Spannung über
dem Kondensator 12 oberhalb der Spannung V23 der B-Ader
liegt, und niedrig, solange die Spannung über dem Kondensator 12 unterhalb
der Spannung V23 der B-Ader liegt.
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Wenn
die Signale V26 und V27 den Eingangsanschlüssen der NAND-Schaltung 28 zugeführt werden,
ergibt sich ein Ausgangssignal von der NAND-Schaltung 28,
wie es in 2D dargestellt ist.
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Dieses
Ausgangssignal, welches mit V29 bezeichnet ist, tritt an dem Ausgangsanschluss 29 der Anordnung
in 2 auf.
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Es
ist ersichtlich, dass die Pulsfolge, welche an dem Ausgangsanschluss 29 auftritt
eine feste Pulswiederholungsfrequenz aufweist. Dies liegt daran,
dass der Kondensator 12 zwischen zwei konstanten Spannungen
VREF1 und VREF2 mittels konstanter Ströme aufgeladen und entladen
wird. Das Tastverhältnis
der Pulsfolge ist proportional zu dem Verhältnis zwischen der Leitungsspannung
und der Differenz zwischen den Referenzspannungen, welche an den
Anschlüssen 13 bzw. 14 angelegt
sind.
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Der
Vorteil der Ausführungsform
gemäß 2 ist,
dass der Mittelwert der Ausgangspulsfolgenspannung proportional
der Leitungsspannung ist, wenn VREF1 und VREF 2 festgelegt
sind. Dieser Mittelwert wird einfach mittels einer Tiefpassfilterung
gewonnen. Bei Anwendungen, welche einen Analog-Digital-Umsetzer aufweisen,
ist diese Ausführungsform vorzuziehen.
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Somit
wird auch bei dieser zweiten Ausführungsform eine Pulsfolge erzeugt,
welche in Beziehung mit der Leitungsspannung steht.
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3 stellt
eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
dar.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 3 wird ein
Kondensator 30 zwischen Referenzspannungen VREF3 und VREF4
geladen und entladen. Die Referenzspannung VREF3 wird an einen Eingangsanschluss 31 angelegt,
während
die Referenzspannung VREF4 an einen Eingangsanschluss 32 angelegt wird.
Der Anschluss 31 ist mit dem (+)-Eingangsanschluss eines
Komparators 33 ver bunden, während der Anschluss 32 mit
dem (–)-Eingangsanschluss
eines Komparators 34 verbunden ist.
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Der
(–)-Eingangsanschluss
des Komparators 33 und der (+)-Eingangsanschluss des Komparators 34 sind
verbunden und der Verbindungspunkt ist mit einem Knoten 35 verbunden.
Der Kondensator 30 ist zwischen dem Knoten 35 und
Masse GND verbunden.
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Der
Knoten 35 ist auch mit dem Schaltelement eines Spannung
gesteuerten Schalters 36 verbunden, welcher wie bei der
Ausführungsform
in 1 von dem Ausgangsanschluss Q einer bistabilen Schaltung 37,
deren Ausgangsanschluss Q den Ausgangsanschluss 38 der
in 3 dargestellten Anordnung bildet, zwischen seiner
oberen und unteren Position gesteuert ist.
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In
derselben Art und Weise wie bei der Ausführungsform in 1 sind
die Eingangsanschlüsse S und R der bistabilen Schaltung 37 mit
den Ausgangsanschlüssen
des Komparators 33 bzw. 34 verbunden.
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In
seiner oberen Position verbindet das Schaltelement des Schalters 36 einen
ersten Stromgenerator 39 mit dem Knoten 35, um
den Kondensator 30 aufzuladen, wie es durch einen Pfeil
angezeigt ist, während
das Schaltelement des Schalters 36 in seiner unteren Position
einen zweiten Stromgenerator 40 mit dem Knoten 35 verbindet,
um den Kondensator 30 zu entladen, wie es durch einen Pfeil
angezeigt ist.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 3 sei angenommen,
dass die auf dem hohen Potenzial liegende Ader, d. h. die A-Ader,
der Telefonleitung mit einem Anschluss 41 verbunden ist,
während
angenommen sei, dass die auf dem niedrigen Potenzial liegende Ader,
d. h. die B-Ader, mit einem Anschluss 42 verbunden ist.
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Die
Anschlüsse 41 und 42,
d. h. die A-Ader und die B-Ader, sind mit Steuereingangsanschlüssen 43 und 44 der
Stromgeneratoren 39 und 40 verbunden, um diese
Stromgeneratoren derart zu steuern, dass diese Ströme abhängig von
der Leitungsspannung, d. h. der Spannung zwischen den Anschlüssen 41 und 42 oder
der A-Ader und der B-Ader, erzeugen.
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Somit
wird der Kondensator 30 mittels Strömen, welche proportional zu
der Leitungsspannung sind, zwischen den konstanten Spannungen VREF3 bzw.
VREF4 aufgeladen bzw. entladen, wie es in 3A dargestellt
ist.
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Die
sich ergebende Pulsfolge, welche an dem Ausgangsanschluss 38 auftritt,
weist, wie es in 3B dargestellt ist, eine Pulswiederholungsfrequenz
auf, welche proportional zu der Leitungsspannung ist.
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Wie
auch oben erwähnt
ist, kann eine monostabile Schaltung an dem Ausgangsanschluss 38 angeschlossen
werden, um die Pulse der Pulsfolge in Pulse gleicher Breite umzuwandeln.
Somit enthält das
Ausgangssignal eine Information über
die Leitungsspannung sowohl in seiner Pulswiederholungsfrequenz
als auch in seinem Mittelwert.