CH634703A5 - Circuito telefonico elettronico di linea d'utente. - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce alla trasmissione tele- ' fonica ed in particolare ad un circuito telefonico elettronico dì linea d'utente.

È noto che nelle centrali telefoniche automatiche viene utilizzato un tipo di alimentazione degli apparecchi d'utente detto «a batteria centrale», in cui tutti i microfoni sono alimentati da una unica sorgente di corrente continua centralizzata. Per evitare che i circuiti che riuniscono gli apparecchi in conversazione contemporanea costituiscono anche una via di collegamento per la corrente alternata a frequenza acustica, causando un miscuglio fra le conversazioni in corso, vengono inseriti trasformatori o impedenze aventi una bassa resistenza in corrente continua ed un'alta impedenza in corrente alternata in serie ai collegamenti diretti alla sorgente di alimentazione.

Generalmente le impedenze sono realizzate con gli stessi avvolgimenti di eccitazione dei relè di impegno, i quali svolgono così contemporaneamente il compito di disaccoppiamento per le correnti alternate e il compito di ricezione della segnalazione. Il disaccoppiamento in corrente continua verso gli organi di commutazione della centrale viene invece realizzato mediante condensatori posti in serie al doppino telefonico oppure mediante trasformatori.

Tuttavia, l'uso di impedenze o di trasformatori comporta problemi di disponibilità di locali a causa del loro ingombro e del loro peso, richiede particolari precauzioni per evitare gli effetti dannosi dell'umidità e della polvere ed è sempre meno vantaggioso dal punto di vista economico a causa del costo del rame con cui vengono realizzate gli avvolgimenti.

Negli ultimi anni sono state proposte alle varie amministrazioni nazionali diverse soluzioni a questi problemi, tendenti nella quasi totalità dei casi a sostituire i circuiti di linea tradizionali con circuiti di linea completamente elettronici, facilmente integrabili e, tenendo conto dell'evoluzione degli apparecchi d'utente e degli organi di centrale, facilmente adattabili a nuove funzioni.

I principali tipi di circuiti elettronici di linea d'utente conosciuti, atti a sostituire i circuiti tradizionali, possono essere raggruppati in tre classi:

a) generatori di corrente (Zürich Seminar '76, Memoria C 7; Zürich Seminar '78, Memoria C 7). Le due impedenze vengono sostituite con generatori di corrente realizzati con semiconduttori, ottenendo una impedenza elevata in corrente alternata e una corrente continua nella linea d'utente quasi indipendente dalla lunghezza della linea stessa. Gli svantaggi di questo metodo consistono nella oggettiva difficoltà di un perfetto bilanciamento dei generatori di corrente e nella incompatibilità con i telefoni elettronici a guadagno variabile. Con questi particolari telefoni, l'intensità delle correnti alternate a frequenza acustica viene regolata automaticamente in base all'intensità della corrente continua di alimentazione che, con i ponti di alimentazione tradizionali, dipende dalla lunghezza della linea.

b) Induttori simulati con resistori in serie (Zürich Seminar '76, Memoria C 8). Gli induttori sono simulati con circuiti elettronici impieganti circuiti integrati e, per ottenere una impedenza d'ingresso di valore opportuno, vengono posti due resistori in serie. Questa soluzione presenta una certa complicazione circuitale unita ad un consumo di potenza non indifferente (~ 0,6 W); inoltre necessita di un piccolo trasformatore posto in serie al doppino per ridurre le interferenze da parte di segnali spuri indotti sulla linea. Questi segnali, detti «di modo comune», percorrono nello stesso senso i due conduttori della linea e ritornano attraverso il collega-meno di terra, per cui, trovandosi in fase ai capi dell'avvolgimento primario del trasformatore, non si presentano ai morsetti dell'avvolgimento secondario.

c) Relè simulato con resistenza intrinseca (Zürich Semi-

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nar '76, Memoria C 7). Mediante circuiti elettronici a transistori viene simulato il relè di impegno sia per quanto riguarda la funzione di impedenza svolta dall'avvolgimento di eccitazione, sia per quanto riguarda la funzione di riconoscimento della segnalazione.

Il circuito proposto presenta però alcuni inconvenienti, soprattutto in fatto di linearità della caratteristica tensione — corrente per piccoli valori di tensione, e non è sufficientemente protetto contro abbassamenti di corrente e disturbi impulsivi, che potrebbero venire interpretati come criteri elettrici.

Ovvia a questi inconvenienti il circuito di linea d'utente di cui alla presente invenzione, il quale è circuitalmente semplice e facilmente integrabile, presenta un bilanciamento intrinseco in corrente alternata a frequenza fonica e una bassa impedenza di modo comune ai segnali spuri indotti sulla linea ed ha una caratteristica di impedenza molto lineare anche per piccoli valori di tensione.

Il circuito oggetto della presente invenzione è caratterizzato da ciò che comprende due dispositivi elettronici atti a fornire all'apparecchio d'utente la corrente di alimentazione attraverso i fili costituenti il doppino telefonico, a simulare la resistenza e la reattanza induttiva necessarie per impedire il transito dei segnali a frequenza acustica verso una sorgente di alimentazione comune, e a rivelare le variazioni di corrente in linea dovute a criteri elettrici di segnalazione provenienti dall'apparecchio d'utente, e due comparatori di soglia con isteresi atti a riconoscere le variazioni di tensione in detti dispositivi elettronici dovute alle variazioni di corrente in linea e ad emettere corrispondenti correnti di pilotaggio quando dette variazioni appartengono ad un campo di valori prefissato.

Le particolarità della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione della stessa, data a titolo esemplificativo, presa in connessione con i disegni annessi in cui:

la fig. 1 è uno schema a blocchi dell'invenzione;

la fig. 2 è uno schema circuitale dettagliato in cui sono rappresentati i componenti e i relativi collegamenti contenuti nei singoli blocchi di fig. 1.

In fig. 1 con a e b sono indicati i due fili costituenti la linea d'utente, il cosiddetto doppino, attraverso la quale transitano i criteri elettrici (sgancio, selezione, riaggancio) verso la centrale, i segnali in corrente alternata (segnali vocali, toni acustici, segnali di suoneria) e la corrente continua per l'alimentazione dell'apparecchio d'utente.

Con Ca e Cb sono indicati due normali condensatori elettrici aventi lo scopo di impedire il transito della corrente continua d'alimentazione verso la centrale e di permettere il passaggio dei segnali in corrente alternata; tali condensatori vengono tuttora utilizzati nei circuiti di linea tradizionali.

Con CI è indicato un altro condensatore elettrico il cui scopo, in unione ai circuiti elettrici contenuti nei blocchi indicati con IS e IS', consiste nella simulazione dell'impedenza di arresto per i segnali a frequenza acustica. CI, con l'esclusione di Ca e Cb normalmente utilizzati nei circuiti di linea, è il solo condensatore elettrico impiegato in questa realizzazione, per cui, ricordando che gli unici componenti che non possono essere integrati sono i condensatori di capacità superiore a qualche centinaio di picofarad, si può vantaggiosamente pensare alla realizzazione dall'intero circuito di linea con un circuito integrato e pochi componenti esterni.

Con AO, AO' e A01 sono indicati tre accoppiatori ottici atti a separare galvanicamente il circuito d'utente dagli organi di centrale preposti alla ricezione della segnalazione e all'invio di opportuni comandi sulle connessioni 3, 3' e 2. In particolare, sulla connessione 2 viene inviato dalla centrale un ordine di interruzione della corrente di linea nei casi in cui l'utente, dopo Io sgancio, non effettui la selezione entro un tempo determinato, oppure si verifichino perdite di isolamento; sulle connessioni 3 e 3' sono presenti i criteri elettrici inviati dall'utente verso la centrale.

Con IS e IS', come si è detto, sono indicati due blocchi che in unione a CI simulano le impedenze di arresto utilizzate nei circuiti di linea tradizionali.

La corrente di alimentazione viene prelevata dalla batteria comune di centrale, indicata con B, mediante le connessioni indicate con 1 e 1', e transitano attraverso IS e IS' e i fili a e b del doppino telefonico, giunge all'apparecchio dell'utente.

Con CS e CS' sono indicati due comparatori di soglia con isteresi, atti a rivelare le variazioni di corrente in linea dovute alla segnalazione d'utente.

L'ampiezza dell'isteresi viene scelta in modo opportuno al fine di evitare incertezze nel riconoscimento dei criteri, quando si presentano disturbi o si verificano abbassamenti di corrente. I blocchi IS' e CS' sono rispettivamente uguali ai blocchi IS e CS come disposizione circuitale, ma i singoli semiconduttori (transistori e diodi) contenuti nei primi sono i complementari di quelli contenuti nei secondi (cioè a transistori N-P-N corrispondono transistori P-N-P e a diodi P-N diodi N-P), poiché le relative tensioni di alimentazione, prelevate dalla stessa batteria centralizzata mediante connessioni non rappresentate in figura, hanno polarità opposte.

Tutti i blocchi rappresentati in fig. 1 sono pure evidenziati in fig. 2 mediante rettangoli tracciati a linee tratteggiate.

Da un primo esame della fig. 2 si può notare l'uguaglianza della disposizione circuitale e la complementarità dei semiconduttori dei blocchi compresi nella metà superiore con quelli dei blocchi compresi nella metà inferiore del disegno, per cui, nel seguito della descrizione, si farà riferimento alla metà inferiore.

In IS sono presenti due transistori indicati con TI e T2, sette resistori, indicati con numerazione progressiva da R1 a R7 e tre diodi, Dl, D2 e D3. Il circuito base atto a simulare una induttanza mediante un elemento attivo e un condensatore, già noto nella tecnica, presenta alcuni inconvenienti ai quali il circuito proposto ovvia mediante soluzioni originali. In particolare, nei circuiti tradizionali realizzati con un transistore normalmente polarizzato e un condensatore posto tra base e massa, l'impedenza vista dal collettore è anche funzione del guadagno del transistore e della temperatura; inoltre esiste una soglia di tensione dipendente dalla tensione base — emettitore del transistore.

L'impedenza potrebbe essere resa più stabile con un aumento del guadagno dell'elemento attivo, per esempio utilizzando due transistori in configurazione Darlington, ma si avrebbe un ulteriore incremento della soglia di tensione a causa delle due tensioni base — emettitore in serie. Il circuito di IS, ottiene un buon guadagno mediante due transistori, TI e T2, connessi secondo una configurazione a inseguimento di emettitore (emitter-follower) complementare, mediante la quale si ha anche una compensazione delle tensioni base — emettitore e quindi una soglia trascurabile.

La componente resistiva dell'impedenza di IS è determinata dalla caratteristica statica tensione — corrente di T2, la pendenza della quale può essere agevolmente fissata in base ai valori dei resistori di polarizzazione.

Il condensatore CI, dal quale dipende secondo una legge nota l'induttanza simulata, è comune ai due circuiti IS e IS' complementari; in tal modo si può ottenere una impedenza elevata per segnali differenziali sui fili a e b e una bassa impedenza per segnali di modo comune.

Infatti, nel primo caso, ai morsetti del condensatore CI si presentano segnali a frequenza acustica sfasati di 180°; il condensatore CI ritarda la variazione della tensione di base

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di TI (e di TI') e quindi la corrente di collettore di T2 (e di T2'). È ovvio che se tali correnti sono in ritardo rispetto alle tensioni ai morsetti, il comportamento dei blocchi IS e IS' dal punto di vista elettrico è induttivo e l'empedenza presentata è elevata. Al contrario, nel secondo caso i segnali in corrente alternata di modo comune sì presentano ai morsetti di CI in concordanza di fase, per cui il condensatore non ha alcuna azione su di loro; si hanno quindi normali variazioni della tensione di base di TI (e di TI') e di conseguenza della corrente di collettore di T2 (e di T2').

È evidente che, se in seguito alla variazione di tensione di modo comune si ha una notevole variazione di tali correnti, l'impedenza presentata da IS e IS' a tali segnali è bassa.

Inoltre non essendo CI riferito a massa, IS e IS' rimangono automaticamente bilanciati nei confronti delle correnti foniche.

Il resistore R4 contenuto in IS serve a diminuire la tensione collettore —• emettitore di T2 mentre gli altri resistori hanno compiti di polarizzazione.

Il diodo DI serve a impedire che la tensione base emettitore di TI assuma valori inversi quando T2 è interdetto e il diodo D2 serve a compensare la caduta di tensione su DI in conduzione. Attraverso R14 e il fototransistore T5 contenuti in A01 scorre normalmente la corrente di polarizzazione di base di T2 (e T2'); nei casi già esaminati in cui si voglia interrompere la corrente di linea, la centrale invia tramite la connessione 2 un opportuno comando ad A01, provocando l'interdizione del fototransistore T5 accoppiato al diodo fotoemittente D7 e di conseguenza l'interruzione della corrente di base di T2 (e di T2'). Ciò provoca l'interdizione del transistore T2 (e T2') e quindi l'interruzione dell'alimentazione.

La segnalazione in corrente continua proveniente dall'apparecchio dell'utente si manifesta nel blocco IS come successione di variazioni di tensione nel punto in cui sono collegati fra loro i resistori R3 ed R5; queste vengono prelevate tramite il diodo D3 ed inviate al successivo blocco CS, le cui variazioni di impedenza di ingresso non possono ripercuotersi sulla polarizzazione di T2 grazie alla presenza dello stesso diodo D3.

Si esamina ora il funzionamento del blocco CS, che, come già si è detto, svolge la funzione di comparatore di soglia 5 con isteresi; esso comprende due transistori, indicati con T3 e T4, sei resistori, indicati con numerazione progressiva da R8 a R13 e due diodi, D4 e D5.

Quando la caduta di tensione ai capi del resistore R3 contenuto nel blocco IS supera la soglia superiore determinata dalla somma delle cadute di tensione sui diodi D4 e D5 e sulla giunzione base — emettitore di T3, meno la caduta su D3, il transistor T3 inizia a condurre, provocando un aumento della tensione di base di T4 e quindi della relativa corrente di collettore, che contribuisce ad un ulteriore incremento della corrente di base di T3, fino al raggiungimento della saturazione di T3 e T4.

Quando la caduta di tensione ai capi del resistore R3 contenuto nel blocco IS scende al di sotto della soglia infe-20 riore, parte della corrente di base di T3 viene sottratta attraverso R9 e D3, causando così una diminuzione della sua corrente di collettore e della tensione di base di T4 e quindi un ulteriore decremento della corrente di base di T3, fino al raggiungimento dell'interdizione di T3 e T4; in questa condi-25 zione l'unica corrente che viene assorbita dal comparatore di soglia è quella che fluisce in R8. I valori delle tensioni di soglia possono essere agevolmente ottenuti con un opportuno dimensionamento dei valori dei resistori di polarizzazione e del numero dei diodi o di altri componenti a soglia equiva-30 lenti posti fra la base di T3 e il collettore di T4; in particolare, con un adeguato rapporto di partizione tra R3 e R5, si può portare la soglia superiore al valore più conveniente.

Il transistore T3 pilota il blocco AO, un normale accoppiatore ottico comprendente un diodo fotoemittente D6 e un 35 fototransistore T6 il quale permette il trasferimento della segnalazione verso la centrale separando galvanicamente i rispettivi circuiti.

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2 fogli disegni

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   RIVENDICAZIONI

   1. Circuito telefonico elettronico di linea d'utente, caratterizzato da ciò che esso comprende due dispositivi elettronici (IS, IS') atti a fornire all'apparecchio d'utente la corrente di alimentazione attraverso i fili (a, b) costituenti il doppino telefonico, a simulare la resistenza e la reattanza induttiva necessarie per impedire il transito dei segnali a frequenza acustica verso una sorgente di alimentazione comune e a rivelare le variazioni di corrente in linea dovute a criteri elettrici di segnalazione provenienti dall'apparecchio d'utente, e due comparatori di soglia con isteresi (CS, CS') atti a riconoscere le variazioni di tensione in detti dispositivi elettronici (IS, IS') dovute alle variazioni di corrente in linea, e ad emettere corrispondenti correnti di pilotaggio quando dette variazioni appartengono ad un campo di valori prefissato.
2. 2. Circuito telefonico elettronico di linea d'utente come nella rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che detti dispositivi elettronici (IS, IS') sono mantenuti galvanicamente separati dalle apparecchiature di centrale, per mezzo di un primo accoppiatore ottico (A01) atto a ricevere un comando dalla centrale.
3. 3. Circuito telefonico elettronico di linea d'utente come nella rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che detti comparatori di soglia (CS, CS') sono mantenuti galvanicamente separati dalle apparecchiature di centrale, mediante un secondo e un terzo accoppiatore ottico (AO, AO') atti a trasferire verso la centrale le correnti di pilotaggio emesse da detti comparatori di soglia.
4. 4. Circuito telefonico elettronico di linea d'utente- come nella rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che ognuno di detti dispositivi elettronici (IS, IS') comprende dei diodi ed un primo transistore (TI, TI'), in configurazione a collettore comune e con la base collegata ad un condensatore (CI),

   atto a pilotare un secondo transistore (T2, T2') complementare del primo, la cui corrente di collettore coincide con la corrente di alimentazione di linea, i transistori e i diodi di uno di detti dispositivi elettronici (IS, IS') essendo complementari dei transistori e dei diodi dell'altro di detti dispositivi elettronici (IS', IS); che detto condensatore (CI), che determina il valore della reattanza induttiva simulata, è collegato da una parte alla base di uno di detti primi transistori (TI, TI') e dall'altra alla base dell'altro di detti primi transistori (TI', TI); e che ogni detto secondo transistore fornisce su di un partitore di tensione (R3, R5; R3', R5'), collegato all'emettitore, le variazioni di tensione corrispondenti alle variazioni di corrente sulla linea d'utente originate dalle operazioni di segnalazione.
5. 5. Circuito telefonico elettronico di linea d'utente come nelle rivendicazioni 1, 3 e 4, caratterizzato da ciò che ciascuno di detti comparatori di soglia con isteresi (CS, CS') comprende dei diodi ed un terzo transistore (T3, T3') in configurazione a emettitore comune, atto a ricevere sulla base dette variazioni di tensione presenti in detti dispositivi elettronici (IS, IS'), a inviare variazioni corrispondenti in tensione alla base di un quarto transistore (T4, T4') connesso alla sorgente di alimentazione comune, la cui corrente di collettore contribuisce alla corrente di base di detto terzo transistore (T3, T3'), detto terzo transistore pilotando direttamente detto accoppiatore ottico (AO, AO') in modo tale che alla sua uscita (3, 3') siano presenti variazioni di corrente corrispondenti alle variazioni di corrente di collettore di detto terzo transistore; e che i transistori e i diodi di uno di detti comparatori di soglia (CS, CS') sono i complementari dei transistori e dei diodi dell'altro di detti comparatori di soglia (CS', CS).