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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beziehen sich auf Kundengeräte. Insbesondere beziehen sich
die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung auf Systeme und Verfahren für einen
elektronischen Gabelschalter für
Kundengeräte.
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Während
die Telefoninfrastruktur von Land zu Land variiert, bietet die Infrastruktur
der Vereinigten Staaten von Amerika einen nützlichen Ausgangspunkt zwecks
der Beschreibung von Hintergrundinformationen und von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Natürlich
sind die Ausführungsbeispiele,
die hierin beschrieben werden, in anderen Zusammenhängen nützlich.
In den Vereinigten Staaten von Amerika kann ein Festnetzanschluss
eines Telefons ein schnurloses oder ein Telefon mit Schnur sein,
das mit einer Fernsprechvermittlungsstelle(„CO") von einem Telefondienstanbieter für Ortsverbindungen
(„LEC") wie zum Beispiel
die regionale Bell Operating Company („RBOC"), oder der konkurrierenden Telefondienstanbieter
für Ortsverbindungen
(„CLEC") und so weiter verbunden
werden. Schnurlose Telefone haben keine Schnur zwischen dem Handgerät und dem
Grundgerät,
von denen jedes einen Hochfrequenzsender, einen Empfänger und
eine Antenne für
die Verbindung zwischen dem Handgerät und dem Grundgerät haben.
Gewöhnlich enthält das Handgerät eine wiederaufladbare
Batterie, und das Grundgerät
wird mit Hilfe von Strom von einem Wechselstromanschluß („AC") (zum Beispiel, eines
Hauses, des Büros
etc.) versorgt. Der Bereich der wirkungsvollen Verbindungen zwischen
dem Handgerät
und der Grundgerät
kann zwischen 10 Fuß bis
zu einigen Meilen sein, was von Faktoren wie z. B. der Konzeption
des Produkts, der Betriebsfrequenz(en), den Klimabedingungen und
rechtlichen Beschränkungen
(zum Beispiel Gesetze, Regelungen etc.) abhängt. Beispiele der bekannten
Betriebsfrequenzen für
schnurlose Telefonverbindungen in den Vereinigten Staaten von Amerika
beinhalten 900 Megahertz („MHz"), 2.4 Gigahertz
(„GHz"), 5.8 GHz, eine
Kombination davon und so weiter ein.
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In einer Wohnung wird das Grundgerät gewöhnlich mit
der CO über
eine oder mehr Leitungen, wie zum Beispiel mit einer RJ-11 Leitung,
verbunden, die das Grundgerät
mit einer RJ-11
Buchse in einer Wand oder in einem Fußboden verbindet. Die RJ-11 Buchse
wird gewöhnlich
mit der CO über
eine twisted-pair Leitung verbunden. Die CO kann Spannung und Strom
für ein
Telefon zur Verfügung
stellen, das mit der CO über
die RJ-11 Leitung und die RJ-11 Buchse verbunden wird. Zum Beispiel
beziehen einige Telefone mit Schnur ihren Strom von der CO während dem
Wählen
der Telefonnummer und während des
Telefongesprächs.
Jede RJ-11 Buch se hat normalerweise vier Leitungen, die aus zwei
Paaren von a-Adern und b-Adern bestehen. Ein Telefon mit einem Kabel
ist gewöhnlich
mit einem Satz eines Paar aus a-Ader und b-Ader (und kann Energie
von diesem Paar aus a-Ader und b-Ader beziehen) verbunden, und ein
Telefon mit zwei Leitungen wird gewöhnlich mit jedem der zwei Sätze des
Paar aus a-Ader und b-Aderverbunden
(und kann Energie entweder von einem oder von beiden Paar aus a-Ader
und b-Ader beziehen).
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So wie der Begriff „verbunden" zur Beschreibung
des Hintergrunds und der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung benutzt wird, umfasst der Begriff „verbunden" eine direkte Verbindung,
eine indirekte Verbindung oder eine Kombination davon. Zwei Geräte, die
verbunden werden, können
eine direkte Verbindung, eine indirekte Verbindungen oder eine Kombination
davon aufbauen. Außerdem
müssen
zwei verbundene Geräte
nicht ununterbrochenen verbunden sein, sondern können typisch, periodisch, zeitweise,
sporadisch, gelegentlich und so weiter sein, in Verbindung stehen.
Ferner ist der Begriff „Verbindung" nicht auf eine direkte
Verbindung beschränkt,
sondern er enthält
auch eine indirekte Verbindung.
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Schnurlose Telefone beziehen gewöhnlich ihre
Energie nicht von dem Paar aus a-Ader und b-Ader, weil das Grundgerät des schnurlosen
Telefons Strom von einem Wechselstrom(AC) anschluß bezieht.
Schnurlose Telefone werden jedoch auch an ein oder mehrere m Paare
aus a- und b-Adern angeschlossen, um Sprach- und Datenverbindungsignale zu übertragen
und zu empfangen. Außerdem
beinhaltet ein Grundgerät
eines schnurlosen Telefons elektronische Schaltkreise, welche mit
einer verhältnismäßig niedrigen
Spannung , verglichen mit den Spannungen, die mit einem Paar aus
a-Ader und b-Ader verbunden sind, versorgt werden. Zum Beispiel
werden elektronische Schaltkreise häufig mit 12 Volt, 5 Volt, 3,3
Volt und so weiter versorgt. Demgegenüber können Spannungen eines Paares
aus a-Ader und b-Ader einen Wert von bis zu 350 Volt annehmen.
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Bei bekannten Telefonen besteht ein
elektronischer Gabelschalter aus einem oberen Endschalter und einem
unteren Endschalter, so daß eine
integrierte Steuerschaltung für
eine niedrige Spannung („IC") (zum Beispiel,
eine Mikrocomputereinheit, ein Wähl-IC,
ein spezifischer Controller, usw..) den elektronischen Gabelschalter
trotz der Hochspannung zwischen dem Paar aus a-Ader und b-Ader steuern kann.
In solchen bekannten Systemen, ob sie mit zweipoligen Transistoren
oder MOSFETs aufgebaut sind oder nicht, wird weder der obere Endschalter, noch
der untere Endschalter weggelassen. Da diese Systeme einen oberen
Endschalter und einen unteren Endschalter haben, ergeben sich nachteilige Auswirkungen
auf die Kosten und die Auslegung des Systems.
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Zum Beispiel benutzt ein Kundengerät („CPE"), wie ein Telefon,
normalerweise zwei zu einer Darlingtonschaltung verbundene PNP Transistoren,
um den oberen Endschalter aufzubauen, und einen NPN Transistor um
den unteren Endschalteraufzubauen. Wenn ein P-Kanal MOSFET für den oberen Endschalter
benutzt wird, dann wird ein N-Kanal MOSFET für den unteren Endschalter benötigt, um den
Spannungswert der Leitung in eine Spannung umzuwandeln, die niedrig
genug ist, um sie an die Steuerschaltung anzuschließen. Häufig müssen sowohl
der untere Endschalterals auch der obere EndschalterSpannungen bis
zu 350 Volt aushalten.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung,
ein System und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die vorteilhafterweise
einen elektronischen Gabelschalter für Kundengeräte zur Verfügung stellen.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren
und das System der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
beziehen sich auf Systeme und Verfahren für einen elektronischen Gabelschalter
für Kundengeräte. In einem
Ausführungsbeispiel
enthält
ein System eine erste Leitung , die mit einer Drahtspitze verbunden
ist, und eine zweite Leitung, die mit einer b-Ader verbunden ist.
Eine Diodenbrücke
wird mit der ersten Leitung und mit der zweiten Leitung verbunden
und hat ein positives Ausgangssignal. Ein unterer Endschalter wird
mit dem positiven Ausgangssignal der Diodenbrücke ohne einen oberen Endschalter
zwischen dem unteren Endschalter und dem positiven Ausgangssignal
der Diodenbrücke
verbunden.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden jetzt mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Beispiel einer bekannten Telephonleitungsschnittstellenschaltung
zeigt;
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2 ist
ein systematisches Diagramm einer Telephonleitungsschnittstellenschaltung
in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
ein Beispiel eines bekannten Entwurfs einer Telefonschnittstellenschaltung;
und
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4 ist
ein systematisches Diagramm eines Entwurfs einer Telefonschnittstellenschaltung
in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, enthält
ein Telefonsystem eine Telephonleitungsschnittstellenschaltung, die
den Gebrauch eines oberen Endschalters in einer elektronischen Gabelschalterschaltung
vermeidet. Der elektronische Gabelschalter kann dann aus einem NPN
Transistor oder einem N-Kanal MOSFET bestehen. Infolgedessen werden
Platz und Kosten gespart. Da eine Telephonleitungsschnittstellenschaltung
mit weniger Bauteilen aufgebaut werden kann, kann eine gedruckte
Leiterplatte („PCB") oder eine integrierte
Schaltung einschließlich
dem elektronischen Gabelschalter von geringerer Größe sein. Folglich
kann ein Telefonsystem (zum Beispiel, ein Grundgerät eines
schnurlosen Telefons ) zu einem niedrigeren Preis produziert und
verkauft werden.
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1 zeigt
das Blockdiagramm eines Beispiels einer bekannten Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100.
Ein Telefonnetzwerk 10 ist mit einer Spitze 101 und
einem Ring 102 verbunden. Eine Schutzschaltung 103 verhindert
eine Beschädigung der
folgenden Schaltung durch eine Überspannung und
eine Diodenbrücke 104 reguliert
die Gleichspannung der Leitung auf eine feste Polarität für den Rest der
Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100. Wenn die Mikrocomputer-Einheit
(MCU) 106 den unteren Endschalter 105 einschaltet,
dann wird ein Strom ID1 119 fließen, und den oberen Endschalter 117 einschalten.
Dann ist die Schleife geschlossen, und der Strom durch die Schleife
wird durch den oberen Endschalter 117 und die dahinter
liegende Schaltung fließen.
Dieser Status wird normalerweise als Zustand bei abgehobenem Hörer bezeichnet.
Im Gegensatz zu diesem Zustand bei abgehobenem Hörer wird kein Strom ID 119 mehr
fließen
und der obere Endschalter 117 wird geöffnet sein, wenn die MCU 106 den
unteren Endschalter 105 ausschaltet. Infolgedessen ist
die Schleife geöffnet
und es wird kein Schleifenstrom in die Schaltung hinter dem oberen Endschalter 117 fließen. Diese
bekannte Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100 und
ihre Funktion sind beispielhaft dafür, wie ein typischer bekannter elektronischer
Gabelschalter aufgebaut ist und funktioniert.
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Die Leitungsspannung bei geöffneter
Schleife kann bis zu 350 Volt hoch sein. Die MCU 106 kann den
oberen Endschalter 117 nicht direkt schalten, weil es ein
auf eine niedrige Spannung ausgelegtes Bauelement ist, das eine
Spannung von 350 Volt nicht aushält.
Bei abgenommenem Hörer
wird das ankommende Signal durch das passive Rückhörnetzwerk 108 extrahiert
und durch den Eingangsverstärker 112 verstärkt. Das
abgehende Signal wird durch den Ausgangsverstärker 111 verstärkt und
in die Leitung durch den Leitungsverstärker 107 eingespeist.
Was den Fluß des
Schleifenstromes betrifft, fließt
er durch den oberen Endschalter 117 und den Leitungsverstärker 107 zurück zu dem
Telefonnetz 10. Schaltungselemente wie der Eingangsverstärker 112,
der Ausgangsverstärker 111 und
die MCU 106 benötigen
gewöhnlich
eine Hilfsenergieversorgung. In einigen bekannten Systemen beziehen
diese Schaltungselemente ihre Energie direkt aus dem Telefonnetz 10,
so wie dies der Fall bei einem typischen Telefon mit Schnur ist.
Normalerweise wird die Spannungsversorgungsschaltung 113 die
selbe Referenzmasse 121 wie die MCU 106, der untere
Endschalter 105 und die Verstärkerschaltungselemente 111, 112 und 107 haben,
egal von woher die Energie kommt. Dies wird normalerweise gefordert,
um eine Hilfsenergieversorung zu benutzen und um einen normalen Signalweg
einzustellen. Gewöhnlich
ist die Referenzmasse 121 der Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100 mit
dem negativen Ausgang der Diodengleichrichterbrückenschaltung 104 verbunden.
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2 ist
ein systematisches Diagramm einer Telephonleitungsschnittstellenschaltung
in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, enthält
eine verbesserte Telephonleitungsschnittstellenschaltung 200 nicht den
oberen Endschalter, der in bekannten Telephonleitungsschnittstellenschaltungen
vorhanden ist. Zum Beispiel enthält
die Telephonleitungschnittstellenschaltung 200, im Vergleich
zu der bekannten Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100,
alle Schaltungselemente der Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100 bis
auf den oberen Endschalter 117. Außerdem sind in einem Ausführungsbeispiel
die Verbindungen zwischen den Schaltungselementen der Telephonleitungsschnittstellenschaltung
200 im wesentlichen dieselben, wie die Verbindungen zwischen den
Schaltungselementen der bekannten Telephonleitungsschnittstellenschaltung 100.
Ausserdem kann in einem Ausführungsbeispiel, jedes
der Schaltungselemente der Schaltung 200 die gleiche interne
Dimensionierung haben, wie die entsprechenden Schaltungselemente
in der bekannten Schaltung 100. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, sind die einzigen Änderungen an der Schaltung 200 verglichen
mit der bekannten Schaltung 100, daß der untere Endschalter 105 mit
dem positiven Ausgang der Diodengleichrichterbrückenschaltung 104 verbunden
ist und der Leitungsverstärker 107 mit
dem negativen Ausgang der Diodengleichrichterbrückenschaltung 104 verbunden
ist. Auch die Referenzmasse 121 ist nicht mit dem negativen
Ausgang der Diodengleichrichterbrückenschaltung verbunden. In
der Telephonleitungsschnittstellenschaltung 200 fließt der Strom durch
die Schleife bei abgenommenem Hörer
durch den unteren Endschalter 105 und den Leitungsverstärker 107 zurück zu dem
Telefonnetz 10. In einem Ausführungsbeispiel wird der Leitungsverstärker durch
eine negative Spannung vorgespannt, was auf mehreren Wegen erreicht
werden kann. Beispielsweise wird bei einer Bipolarlösung der
NPN Transistor durch einen PNP Transistor ausgetauscht und umgekehrt.
Das Wechselspannungssignal wird über die
Kondensatoren 109, 110 eingekoppelt. Die Spannung
an diesen Kondensatoren 109, 110 kann auf einige
Volt ansteigen, weil sie die Gleichspannung zwischen den mit negativer
Spannung versorgten Schaltungselementen 107, 108 und
den mit positiver Spannung versorgten Schaltungselemente 106, 111 und 112 nicht
hindurch lassen. In anderen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch ein Niederspannungskondensator
benutzt werden.
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3 zeigt
ein Beispiel einer bekannten Auslegung einer Telefonschnittstellenschaltung 300. Der
obere Endschalter wird durch die Transistoren 304 und 308 gebildet.
Der untere Endschalter wird durch Transistor 310 gebildet,
und der Leitungsverstärker
wird durch die Transistoren 301 und 307 gebildet.
Der Fachmann wird erkennen, daß der
Strom, der den oberen Endschalter antreibt, ein Teil des Schleifenstromes
ist und daß der
Strom nicht zu hoch eingestellt werden kann, da sonst die Gleichspannungs
V-I Charakteristik verletzt werden kann. Der Strom muß jedoch
groß genug
sein, um den oberen Endschalter in die Sättigung zu fahren. Ein unerwünschterr
Zustand tritt auf, wenn die Spannung zwischen Ader und Ring sehr
klein ist, was durch ein paralleles Telefon verursacht werden kann.
So benutzen bekannte Schaltungen einen kleinen Ansteuerungsstrom
und einen Transistor mit hoher Verstärkung, um den oberen Endschalter
aufzubauen. Leider hat ein Hochspannungs-PNP-Transistor normalerweise
eine niedrige Stromverstärkung.
Infolgedessen werden gewöhnlich
zwei PNP Transistoren in einer Darlington-Konfiguration eingesetzt, um den Schalter
mit einer genügend
hohen Stromverstärkung
aufzubauen.
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4 ist
ein systematisches Diagramm eines Entwurfs einer Telefonschnittstellenschaltung 400 in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Verglichen mit dem bekannten Entwurf
der Schaltung 300, fehlen dem Entwurf der Schaltung 400 die
zwei Hochspannungs-PNP Transistoren (d.h., die Transistoren 304, 308)
und ein Hochspannungs-NPN Transistor 410 dient als der
untere Endschalter. Ein Fachmann wird erkennen, daß der Strom,
der den Transistor 410 ansteuert, nicht ein Teil des Schleifenstromes
ist, sondern von der MCU 406 und folglich von der Hilfsenergieversorgung
her kommt. In einem Ausführungsbeispiel
ist dies vorteilhaft, weil die Größe des Steuerstroms nicht die
Gleichspannungs- V-I Charakteristik beeinflußt, vorausgesetzt daß der Steuerstrom
stark genug ist um den Transistor in die Sättigung zu fahren. Folglich
kann in einem Ausführungsbeispiel
ein hoher Steuerstrom den Schalter steuern ohne die bei abgenommenem
Hörer betreffende
Gleichspannungs V-I Charakteristik zu verletzen, und es wird nur ein
NPN Transistor im unteren Endschalter benutzt.
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Im obigen Beispiel des Entwurfs der
Schaltung 400, werden verglichen mit dem bekanntem Schaltungsentwurf 300,
zwei Hochspannungs-PNP Transistoren nicht benutzt und dadurch vom
Standpunkt der Herstellung und der Kosten „eingespart". Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung, wie der Schaltungsentwurf 400,
haben gezeigt, daß es
wenige oder keine Auswirkungen auf die Hochspannungsschutzschaltung
gibt und die gesamte Auslegung die UL und FCC Teil 68 Tests
besteht.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung umfassen nicht nur Telefone, sondern auch andere Kundengeräte (CPE),
die mit dem Telefonnetz verbunden sind, wie zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, auf
Anrufbeantworter, Faxgeräte, Computermodems
und so weiter. Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
in diese CPE eingebaut werden und können dazu beitragen die Produktionskosten
zu senken. Zum Beispiel können
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung, beispielsweise bei einer integrierten
Schaltung, die eine Telephonleitungsschnittstellenschaltung beinhaltet,
die Chipgröße und folglich
die Kosten des Chips verringern.
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Es wurden Ausführungsbeispiele der Systeme
und Verfahren für
einen elektronischen Gabelschalter für Kundengeräte beschrieben. In der vorangehenden
Beschreibung wurden zu Zwecken der Erklärung zahlreiche spezifische
Details beschrieben, um ein genaues Verstehen der vorliegenden Erfindung
zu ermöglichen.
Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß die vorliegende Erfindung
ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen
Fällen
werden Strukturen und Geräte
in Blockdiagrammform dargestellt. Ausserdem kann ein Fachmann leicht
erkennen, daß genau
diese Reihenfolgen, in denen die Verfahren dargestellt und durchgeführt werden,
beispielhaft sind und es möglich
ist, daß diese
Reihenfolgen verändert
werden können und
noch innerhalb des Geists und des Bereichs der vorliegenden Erfindung
bleiben.