DE19740334A1 - Schaltungsanordnung zur Leitungsspeisung von Telekommunikationsendgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Telekommunikationsendgerät mit einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Funktionsvielfalt der Telekommunikationsendgeräte wächst ständig. Dies ergibt sich daraus, daß die voll digitalisierten Telekommunikationsnetze immer mehr Leistungsmerkmale wie Ruf­ weiterschaltung u.s.w. zur Verfügung stellen. Trotz ISDN wächst auch im analogen Telekommunikationsnetz das Bedürfnis, die Vielfalt der Funktionen zu nutzen. Bei den am analogen Telekom­ munikationsnetz betriebenen Endgeräten, die die Möglichkeiten der modernen Telekommunikationsnetze nutzen wollen, handelt es sich nicht nur um Telefone mit speziellen Funktionsmerkmalen (EP 0 689 330 A2) , sondern auch um Zusatzgeräte wie Fax- Weichen, Rufnummernanzeigen, digitale Anrufbeantworter usw. Oft sind diese Endgeräte mit Anzeigen (Displays) versehen. Die­ se Displays dienen dem Benutzer zur Anzeige von verschiedenen Informationen. Das kann z. B., wie oben schon erwähnt, die ge­ wählte Rufnummer, Sprechzelten, eingegangene Nachrichten, Ge­ bühreninformationen, der Anrufstatus oder auch die Uhrzeit sein.

Am Beispiel soll diese Veränderung im analogen Telekommunikati­ onsnetz erläutert werden.

Neue Vermittlungsstellen der Netzbetreiber erzeugen in Zukunft ein Protokoll (das FSK-Protokoll) zur Übertragung von Daten wie beispielsweise die Rufnummer des rufenden Teilnehmers. Diese Daten werden zwischen dem ersten und zweiten Rufsignalimpuls, also im Anrufzustand (Angerufener hat den Ruf noch nicht ange­ nommen) zu dem gerufenen Teilnehmer übertragen. Die Auswertung erfolgt dann nicht nur solange der Anrufzustand andauert, son­ dern auch zu einem späteren Zeitpunkt z. B. während des Ruhezu­ stands; so erscheint es sinnvoll, die Rufnummer des Anrufenden auch nach Ende des Rufes anzuzeigen, damit der Angerufen, der nicht anwesend war und den nicht Ruf annehmen konnte, zurückru­ fen kann.

Telekommunikationsgeräte zum Anschluß an ein analoges Telekom­ munikationsnetz, wie sie oben beschrieben werden, besitzen üb­ licherweise neben einer Netzanbindungseinheit, eine Ruferken­ nung, eine Schleifenstromerkennung, auch eine Einheit für ver­ schiedene gerätespezifische Funktionen und Steuerungen und Vor­ richtungen zum Hören und Sprechen zur Sprachkommunikation.

Bei der durchgeschalteten Verbindung fließt ein Schleifenstrom, der ausreicht, um die dazu nötigen Vorrichtungen (wie Mikrofon und Lautsprecher) mit Energie zu versorgen. Ein Nachteil bei den bisherigen Endgeräten ist aber, daß viele andere Funktio­ nen ohne zusätzliche Vorkehrungen nur dann ausgeführt werden können, wenn sich das Endgerät in diesem Kommunikationszustand befindet. Das bedeutet, nur wenn das Endgerät den Ruf angenom­ men hat, wird es von der Vermittlungsstelle mit ausreichend Gleichstrom (Schleifenstrom), und damit mit Energie zum Betrieb der Schaltung, versorgt.

Soll ein Betrieb in einem anderen Zustand erfolgen, z. B. im An­ rufzustand (wie es ja bei den FSK-Signalen der Fall ist) oder im Ruhezustand (beispielsweise, wenn eingegangene Daten auch nach dem Anruf weiter angezeigt werden sollen), so benötigt man eine zusätzliche Energiequelle. Man benutzt dazu üblicherweise ein internes oder externes Netzteil oder Batterien.

Ein großer Nachteil ist dabei, daß der Benutzer eine Steckdose in der Nähe seines Telefonanschlusses haben muß. Besitzt er gar - mehrere Endgeräte, so ist eine größere Zahl von Anschlußleitun­ gen nötig. Außerdem wird in den Netzteilen auch im Ruhezustand unnötig Energie verbraucht (z. B. im Standby-Betrieb der Gerä­ te). Batterien als Alternativlösung haben den Nachteil, daß sie im Laufe der Zeit verbraucht sind und ersetzt werden müssen, was zusätzliche Kosten und Abfälle verursacht.

Bekannt ist zwar, daß bei ISDN-Endgeräten eine zusätzliche Energiequelle für viele Funktionen und kleinere, unbeleuchtete Displays nicht nötig ist; dies liegt aber daran, daß diese End­ geräte aus dem ISDN-Bus versorgt werden, der eine größere Energiezufuhr aus der Teilnehmeranschlußleitung zuläßt, als dies im analogen Netz möglich ist.

Da aber die Zahl der Endgeräte, die an analogen Teilnehmeran­ schlußleitungen betrieben werden, nach wie vor zunimmt, ist es wünschenswert, daß es auch hier dieselbe Möglichkeit der Unab­ hängigkeit von einer zusätzlichen Energiequellen gibt, wie es bei Endgeräten in digitalen Netzen schon genutzt wird.

Es sind zwar Schaltungen für analoge Telekommunikationsnetze bekannt, die zur Energieversorgung Energiespeicher benutzen, welche aus der Teilnehmeranschlußleitung aufgeladen werden, aber die noch vorhandenen Nachteile haben die allgemeine Ein­ führung verhindert. So reicht bei der Schaltung gemäß der DE 35 43 797 A1 die Energieversorgung während aller möglichen Zustände nicht aus, so daß der Energiespeicher sich entlädt. Der Ladezustand des Energiespeichers muß deshalb überwacht wer­ den, und gegebenenfalls wird künstlich ein Betriebszustand mit erhöhtem Stromfluß hervorgerufen.

Außerdem ist es durch die Art der Schaltung bedingt, daß immer zwischen den eigentlichen Funktionseinheiten des Endgerätes und dem Energiespeicher umgeschaltet werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung entsprechend der DE 35 43 797 A1 zu entwickeln, die eine kontinuierliche und effektive Energieversorgung eines Telekommunikationsendgerätes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Der besondere Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß damit alle Betriebszustände des Endgerätes ausgenutzt werden, bei de­ nen ein Strom fließt, der zum Aufladen des Energiespeichers verwendet werden kann. Dabei wird jeweils der technisch maximal mögliche Strom dem Telekommunikationsnetz entnommen. Von großem Nutzen ist, daß dem Energiespeicher unabhängig vom Betriebszu­ stand des Endgerätes ein Ladestrom zugeführt wird.

In den abhängigen Ansprüchen sollen bevorzugte Weiterbildungen geschützt werden.

Durch Verzögerung der Verbindungstrennung (Verzögertes Aufle­ gen) wird in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen, dem Energiespeicher noch mehr Energie zur Verfügung zu stellen (Anspruch 4).

Es ist besonders günstig, den Akkumulator aus einem Netzwerk von sogenannten Goldcap-Kondensatoren aufzubauen, da diese trotz kleinster Bauweise ein großes Speichervermögen zu besit­ zen. Damit kann die Schaltungsanordnung sehr kompakt gehalten werden (Anspruch 6).

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbin­ dung mit beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das schematische Blockschaltbild einer möglichen Schal­ tungsanordnung,

Fig. 2 das Schema des Anschlusses an eine Teilnehmeranschluß­ leitung, und

Fig. 3 das schematische Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführung zur Anzeige von CLIP-Daten.

Die Schaltungsanordnung (kurz: Schaltung) nach Fig. 1 dient dazu, bei den verschiedenen weiter unten beschriebenen Be­ triebszuständen, die beim Anschluß an ein analoges Telekommuni­ kationsnetz 1 existieren können, die jeweils maximal mögliche Energie dem Telekommunikationsnetz 1 zu entnehmen, abzuspei­ chern und als kontinuierliche Versorgungsspannung den Funk­ tionselementen des zu versorgenden Endgerätes zur Verfügung zu stellen. Diese beispielhafte Ausführung ist so konzipiert, daß sie zusätzlich zu einem vorhandenen Endgerät 9 angeschlossen werden kann. Deshalb weist die Schaltung auch einen Überspan­ nungsschutz 2, eine Schleifenstromerkennung 8 und eine Rufer­ kennung 7 auf. In Fig. 2 ist dargestellt, wie ein Zusatzendge­ rät 14, daß diese Schaltungsanordnung beinhaltet, zusammen mit einem beliebigen Endgerät 9 über eine TAE-Dose 15 an das Tele­ kommunikationsnetz 1 angeschlossen ist.

Das Zusatzendgerät 14 wird mit einer vierdrahtigen Anschluß­ schnur an die Buchse N einer TAE-Dose 15 angeschaltet. Über die Kontakte La und Lb der TAE-Dose 15 ist das Zusatzendgerät an das Telekommunikationsnetz 1, und über die Kontakte a₂ und b₂ in der TAE-Dose 15 über eine interne Verdrahtung an ein Endge­ rät 9 angebunden, daß an der Buchse F der TAE-Dose 15 ange­ schlossen ist.

Die Schaltung im Zusatzendgerät 14 ist also nur mit einer An­ schlußschnur an die TAE-Dose 15 angeschlossen, so daß der Be­ nutzer nur noch die Anschlußschnur für das Zusatzendgerät 14 mit der TEA-Dose 15 verbinden muß und somit keine zusätzlichen Leitungen zur Spannungsversorgung benötigt.

Durch die oben beschriebene Art der Beschaltung ist es möglich, daß eine Schleifenstromerkennung 8 den Zustand des Endgerätes 9 feststellen kann, d. h. ob es sich im Ruhe- oder Gesprächszu­ stand ("aufgelegt oder abgehoben") befindet. Gleichzeitig regi­ striert die Ruferkennung 7, ob Rufsignale anliegen. Sowohl die Ruferkennung 7 als auch die Schleifenstromerkennung 8 geben ei­ ne Meldung an eine Steuerungslogik 6 weiter. Die Steuerungslo­ gik 6 ist auch für die Ausführung der gerätespezifischen Funk­ tionen zuständig (beispielsweise Rufnummernerkennung und -anzeige, Fax-Weiche usw.) Ein Überspannungsschutz 2 sorgt da­ für, daß durch eventuell auftretenden Spannungsspitzen im Lei­ tungsnetz keine Schäden an den Bauelementen der Schaltung ent­ stehen können.

Die eigentliche Energieversorgungsschaltung weist einen Gleich­ richter 3 auf, der die aus dem Telekommunikationsnetz ankommen­ de Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Der Energie­ speicher 4 wird durch den über den Gleichrichter fließenden Strom aufgeladen. Wegen des in der Regel zur Verfügung stehen­ den geringen Raumes besteht der Energiespeicher aus Goldcap- Kondensatoren. Besteht eine Raumgrenze nicht, z. B. weil aus De­ signgründen eine etwas größere Ausgestaltung gewählt wurde, so können selbstverständlich handelsübliche Kondensatoren oder Ak­ kumulatoren verwendet werden, die eventuell auch preisgünstiger sind.

Über eine Spannungsgenerierung 5 werden die Steuerlogik 6 sowie die anderen Komponenten des Endgerätes mit einer Speisespannung kontinuierlich versorgt.

Vorteilhaft ist hier besonders, daß die Energieversorgung nur über den Energiespeicher 4 erfolgt, so daß die Auslegung der Endgeräte vereinfacht wird. Es fehlt die Anpassung an die ver­ schiedenen Betriebszustände.

Der Gleichrichter 3 und der Energiespeicher 4 sind miteinander über 3 Parallelkreise verbunden. Zum einen über einen Wider­ stand 10, zum Zweiten über eine Konstantstromquelle 11, die von der Steuerlogik 6 geregelt wird, und zum Dritten über einen ab­ schaltbaren Widerstand 12. Darüber hinaus ist der Energiespei­ cher 4 auch noch über die Ruferkennung 7 mit dem Telekommunika­ tionsnetz verbunden.

Im Nachfolgenden wird die Arbeitsweise der Versorgungsschaltung anhand der verschiedenen Betriebszustände (Anrufzustand, Ge­ sprächszustand, usw.) beschrieben.

Man kann verschiedene Fälle der Speisung aus dem Telekommunika­ tionsnetz 1 zur Aufladung des Energiespeichers 4 unterscheiden. Mit I₁ bis I₅ werden die Speiseströme der verschiedenen Fälle bezeichnet, die zur Ladung des Energiespeichers 4 ausgenutzt werden:

Ruhezustand

Im Ruhezustand (nicht verbunden, kein Ruf) fließt der Strom I₁,bestimmt durch den An­ schlußwiderstand des Endgerätes, der zur Aufrechterhaltung der Ladung bzw. Dauerla­ dung des Energiespeichers 4 dient. Der Wi­ derstand 10 ist so dimensioniert, daß der minimal zulässige Abschlußwiderstand des Endgerätes nicht unterschritten wird, da sonst von der Vermittlungsstelle ein (nicht gewollter) Gesprächszustand angenommen wird.

Anrufzustand

Als Anrufzustand wird hier das Anliegen ei­ ner Rufwechselspannung vom Telekommunikati­ onsnetz 1 bezeichnet. Im Anrufzustand fließ zusätzlich zu I₁ der Strom I₄. Dieser Strom wird aus der Rufwechselspannung gewonnen, und ist abhängig von der Höhe der Rufwech­ selspannung. Die Gesamtimpedanz der Schal­ tung darf dabei, analog zum Ruhezustand, einen bestimmten Wert nicht unterschreiten.

Gesprächszustand

Im Gesprächszustand des Endgerätes 9, d. h. die Verbindung wurde durch dieses herge­ stellt, fließt ein höherer Strom als im Ru­ he- und Anrufzustand. Dieser ist dadurch bedingt, daß im Verbindungszustand die Ge­ samtimpedanz des Endgerätes jetzt kleiner ist. Damit die Einfügedämpfung klein bleibt, wird dieser Strom durch die Kon­ stantstromquelle 11 auf einen Strom I₂ be­ grenzt. So wird gewährleistet, daß noch ge­ nügend Energie für die Vorrichtungen zur Sprachkommunikation (Mikrofon, Lautspre­ cher) zur Verfügung steht, und daß keine Störungen auftreten. Der Strom I₂ dient jetzt als zusätzlicher Ladestrom für den Energiespeicher 4.

Auflegen

Beim Übergang vom Gesprächszustand in den Ruhezustand des Endgerätes 9 fließt noch für eine gewisse Zeit Strom I₃. Das wird durch die Verzögerung des Auflegens (des Schaltens vom niederohmigen in den hochohmigen Zustand) erreicht. Dies wird von der Steuerlogik 6 über den Schalttran­ sistor 13 gesteuert. Die Verzögerung, und damit das Fließen des Stroms I₃, beträgt in der Regel nur einige 100 ms.

Durch den Ruhestrom I₁ wird der Energiespeicher 4 ständig nach­ geladen, und somit ist es auch bei längere Ruhezeiten (keine Anrufe, keine Verbindungen) möglich, für eine gewisse Zeit den Betrieb der Funktionen des Gerätes aufrecht zu erhalten. Da al­ lerdings der Ruhestrom I₁ sehr klein ist, ist diese Betriebs­ zeit eingeschränkt. Nur durch die zusätzlichen Ströme I₂, I₃ und I₄, ist ein dauernder Gebrauch der Funktionen des Endgerä­ tes möglich. Das bedeutet, daß das Ausnutzen der anderen Be­ triebszustände unerläßlich zur Aufrechterhaltung der Ladung des Energiespeichers 4 ist.

Wenn die Schaltung zum erstenmal an das Telekommunikationsnetz 1 angeschlossen wird (d. h. der Energiespeicher 4 ist leer), so sollte der Benutzer den Speicher dadurch aufladen, daß er z. B. eine Zeit lang (bis beispielsweise eine Ladekontrollanzeige er­ lischt) den Hörer abnehmen, damit ein Schleifenstrom fließen kann ("Gesprächszustand").

Die Schaltungsanordnung zur Energieversorgung, wie sie in den vorangegangenen Absätzen beschrieben wurde, kann selbstver­ ständlich auch in einem Endgerät eingebaut sein. Dann entfallen die Bauteile Überspannungsschutz, Schleifenstromerkennung und Ruferkennung, da diese in den Endgeräten üblicherweise enthal­ ten sind und die Steuerung des Endgerätes kann dann auch die noch notwendigen Funktionen Steuerlogik 7 mit integrieren. Ein Telefon mit Rufnummernanzeige sei hier als Beispiel ge­ nannt.

Fig. 3 zeigt beispielhaft anhand eines Blockschaltbildes einer Vorrichtung zur Anzeige von Rufnummern (CLIP-Display-Box), wie ein Zusatzendgerät 14 mit oben beschriebener Schaltungsanord­ nung aufgebaut ist. Die CLIP-Display-Box dekodiert die Rufnum­ mer des Anrufers, die FSK-codiert zwischen dem 1. und 2. Rufsi­ gnalimpuls gesendet wird, zeigt diese an und speichert sie zum späteren Gebrauch ab.

Die Speiseschaltung 16 analog Fig. 1 ist an das Telekommunika­ tionsnetz 1 angeschlossen. Sie kann den Zustand des Endgerätes 9 über die Anschlüsse a₂ und b₂ erfassen. Die Speiseschaltung 16 versorgt alle weiteren Komponenten der CLIP-Diplay-Box mit Spannung.

Ein CLIP-Dekoder 23 dekodiert das FSK-Signal und gibt die ge­ wonnene Rufnummer an eine Steuerung 18 (CPU) weiter. Dabei kann diese CPU 18 auch die Aufgaben der Steuerlogik 6 für die Spei­ seschaltung 16 übernehmen. Die CPU 18 stellt die Rufnummer ent­ weder auf einer Anzeigeeinheit (Display) 22 dar, oder legt sie in einem Speicher 19 (RAM) mit Datums- und Zeitstempel ab. Aus diesem Speicher können vorher abgespeicherte Rufnummern zusam­ men mit der Uhrzeit und dem Datum der Speicherung abgerufen werden. Der Benutzer kann über ein Bedienfeld 17 die gespei­ cherten Rufnummern der Reihe nach abrufen und sich auf dem Dis­ play 22 anzeigen lassen. Über eine optional angeschlossene Sprachausgabeeinheit 20 mit Lautsprecher 21 kann die Informati­ on auch akustisch abgerufen werden.

Gezielt lassen sich bestimmte oder alle Rufnummern aus dem Speicher gesteuert über das Bedienfeld 17 löschen. Um Energie zu sparen, wird das Display bei Nichtgebrauch einige Zeit nach der Benutzung oder nach eingegangenem CLIP-Ruf abge­ schaltet.

Claims (6)

1. Telekommunikationsendgerät mit einer Schaltungsanordnung zur Energieversorgung aus dem Telekommunikationsnetz, die einen Energiespeicher aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Energiespeicher die Komponenten des Telekommunikati­ onsgeräts vollständig und unterbrechungsfrei mit der notwen­ digen Speisespannung versorgt, und
daß der Energiespeicher seine Energie kontinuierlich aus dem Telekommunikationsnetz bezieht.

2. Telekommunikationsendgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltungsanordnung einen Gleichrichter (3) auf­ weist, der über einen Widerstand (10) mit dem Energiespei­ cher (4) verbunden ist.

3. Telekommunikationsendgerät Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß parallel zum Widerstand (10) eine Konstantstrom­ quelle (11) angeordnet ist, über die der Energiespeicher (4) aufgeladen wird.

4. Telekommunikationsendgerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zum Widerstand (10) ein zweiter Widerstand (12) angeordnet ist, der über ein Schaltmittel (13) von einer Steuerlogik (6) beim Übergang vom Verbindungszustand in den Ruhezustand eingeschaltet verzögert ausgeschaltet wird.

5. Telekommunikationsendgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über die Rufsignalerkennung (7) der Rufsignalstrom (I₄) dem Energiespeicher (4) zugeführt wird.

6. Telekommunikationsendgerät nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (4) aus einem oder mehreren Goldcap- Kondensatoren besteht.