DE4142341A1

DE4142341A1 - Noise protection filter for electrical equipment - having symmetrically driven line, contains chokes connected into line vias contact arrangement

Info

Publication number: DE4142341A1
Application number: DE19914142341
Authority: DE
Inventors: Heinz Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-06-24

Abstract

The noise protection filter contains chokes (110,111) arranged in a symmetrically operated line (2). The line has a high inductance when operated in phase and only the stray inductance of the chokes when operated out of phase. At least two chokes designed for different frequency ranges and mounted on a circuit board (4) are arranged in series in the symmetrically operated line in the immediate vicinity of the electrical equipment and unrelated to earth potential. The chokes are connected into the line via a contact arrangement (5,6). USE/ADVANTAGE - Filter improves active and passive noise properties of electrical system w.r.t. electromagnetic environment.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Störschutzfilter für elek trische Geräte/Systeme mit symmetrisch betriebenen Leitungen gemäß dem Oberbetriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a noise filter for elek trical devices / systems with symmetrically operated cables according to the preamble of claim 1.

Wenn im folgenden von elektrischen Geräten/Systemen die Rede ist, so sind damit beispielsweise Kommunikationsendgeräte, wie Fernsprech-, Teletex-, BTX- und Faxapparate, Kommunikationssy steme, wie private und öffentliche Vermittlungssysteme, sowie Geräte/Systeme aus der Meß-, Daten- und Steuerungstechnik um faßt.If in the following we speak of electrical devices / systems is, for example, communication terminals such as Telephone, teletex, BTX and fax machines, communication systems systems, such as private and public switching systems, as well Devices / systems from measurement, data and control technology sums up.

Symmetrisch betriebene Leitungen, z. B. Fernmelde-, Signal- und Steuerleitungen, sind dabei nach der DIN VDE 0878 symme trisch aufgebaute Leitungen, deren Sende- und Empfangsschal tungen an den Anschlußpunkten oder Doppeladern eine hohe Un symmetriedämpfung gegen das Bezugspotential aufweisen.Symmetrically operated lines, e.g. B. Telecommunications, signal and control lines are symme according to DIN VDE 0878 tric lines, their transmit and receive scarf a high Un Have symmetry damping against the reference potential.

In den verschiedenen technischen Bereichen, in denen elektri sche Geräte/Systeme mit symmetrisch betriebenen Leitungen zur Anwendung kommen, können die elektrischen Geräte/Systeme durch potentielle Störquellen, wie z. B. Funksender, Stör- oder Schaltimpulse sowie Lampen, Geräte und Motoren, in ihrer Funk tion erheblich gestört werden. Das elektrische Gerät/System wird dabei im Unterschied zu den angegebenen Störquellen als Störsenke bezeichnet. Man spricht im vorliegenden Fall auch von einer Störfestigkeit des elektrischen Geräts/Systems ge genüber seiner elektromagnetischen Umwelt, die durch die po tentielle Störquellen bestimmt wird. Andererseits ist aber auch der umgekehrte Fall möglich, daß das elektrische Gerät/ System als Störquelle auf seine elektromagnetische Umwelt wirkt. Dieser als Störaussendung bezeichnete Fall, wo andere elektrische Geräte als Störsenke dienen, ist beispielsweise bei einem gestörten Empfang von Funksignalen, bei der die Si cherheit von Funknetzen herabgesetzt wird, sowie bei der Aus wertung von geschützten Informationen (Kompromittierung) ge geben.In the various technical areas in which electri cal devices / systems with symmetrically operated lines for The electrical devices / systems can be used potential sources of interference, such as B. radio transmitter, jammer or Switching impulses as well as lamps, devices and motors, in their radio tion are significantly disturbed. The electrical device / system in contrast to the specified sources of interference as Called sink. One also speaks in the present case interference immunity of the electrical device / system compared to its electromagnetic environment, which is caused by the po potential sources of interference is determined. On the other hand is the reverse case is also possible that the electrical device / System as a source of interference to its electromagnetic environment works. This case, called interference, where others Electrical devices serve as a sink, for example in the event of a disturbed reception of radio signals, in which the Si security of radio networks is reduced, as well as during the off evaluation of protected information (compromise) ge give.

Um das aktive und passive Störverhalten (Störaussendung und Störfestigkeit) der elektrischen Einrichtungen mit den symme trisch betriebenen Leitungen gegenüber der elektromagnetischen Umwelt zu verbessern, werden an den elektrischen Einrichtungen Maßnahmen, wie z. B. eine Gehäuse-Metallisierung, Einsatz von Entstörbauelementen und eine Leitungsschirmung/Erdung, vorge nommen. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, das elektri sche Gerät/System bezogen auf dessen elektromagnetische Umge bung örtlich zu verändern oder durch qualitativ bessere Gerä te/Systeme zu ersetzen. Bei dieser Art des Störschutzes für elektrische Geräte/Systeme wirkt es sich jedoch nachteilig aus, daß stets eine Bezugsmasse (Erde) für das elektrische Ge rät/System erforderlich ist sowie aufwendige konstruktive Än derungen an dem betreffenden elektrischen Gerät/System zur Verbesserung des Störschutzes notwendig sind.To the active and passive interference behavior (emission and Immunity) of the electrical equipment with the symme trically operated lines compared to the electromagnetic Improve the environment are on the electrical facilities Measures such as B. a housing metallization, use of Interference suppression components and line shielding / earthing, pre taken. In addition, it is also possible to electri cal device / system related to its electromagnetic reverse Exercise to change locally or by better quality equipment te / systems to replace. With this type of interference protection for electrical devices / systems, however, it has an adverse effect from that always a reference mass (earth) for the electrical Ge advises / system is required as well as complex constructive changes changes to the electrical device / system concerned Improvement of the interference protection are necessary.

Aus der DE-B2-26 23 412 ist eine Leitungsdrossel zur Erhöhung der Umlaufdämpfung von Zwischenverstärkern für Nachrichten übertragungsstrecken bekannt. Die Leitungsdrossel besteht da bei aus zwei auf einem Koaxialkabel aufgeschobenen, in Reihe geschalteten Ferritringen. Da die Leitungsdrossel durch den Aufbau des Koaxialkabels und der Ferritringe gleichsinnige Wicklungen besitzt, erzeugt der zu übertragende Signalstrom im Gegentaktbetrieb in beiden Wicklungen entgegengesetzt gerich tete Magnetfelder, die sich aufheben. Für Ströme in gleicher Richtung (Gleichtaktbetrieb) wirkt die Anordnung dagegen als HF-Drossel mit einer hohen Induktivität.From DE-B2-26 23 412 is a line choke for increasing the circulation loss of repeaters for messages transmission lines known. The line choke is there in series with two slid on a coaxial cable switched ferrite rings. Since the line choke through the Structure of the coaxial cable and ferrite rings in the same direction Has windings, the signal current to be transmitted generates Push-pull operation in both windings in opposite direction magnetic fields that cancel each other out. For currents in the same Direction (common mode), however, the arrangement acts as RF choke with high inductance.

Aus der DE-A1-30 27 469 ist weiterhin ein Störschutzfilter für transportable Fernmelde-Betriebsstellen bekannt. Das Stör schutzfilter besteht dabei aus einer Blitzschutzdrossel mit zwei gleichsinnigen Wicklungen, die an den Wicklungsenden mit symmetrisch betriebenen Leitungen verbunden sind.From DE-A1-30 27 469 is still a noise filter for transportable telecommunications operations known. The sturgeon protection filter consists of a lightning choke with two windings in the same direction, with the ends of the windings symmetrically operated lines are connected.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Störschutzfilter für elek trische Geräte/Systeme mit symmetrisch betriebenen Leitungen aufzubauen, durch das das aktive als auch passive Störverhal ten des elektrischen Geräts/Systems gegenüber der elektroma gnetischen Umgebung verbessert und das vielseitig verwendbar ist.The object of the invention is to provide a noise filter for elek trical devices / systems with symmetrically operated cables to build through which the active as well as passive interference behavior of the electrical device / system versus the electroma gnetic environment improved and versatile is.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1 solved.

Dadurch, daß in die symmetrisch betriebene Leitung des elek trischen Geräts/Systems ein Störschutzfilter eingeschleift wird, kann gegenüber den bisherigen Maßnahmen eine verbesserte Störfestigkeit des elektrischen Geräts/Systems gegen leitungs geführte, impuls- oder sinusförmige Störsignale sowie elektro magnetische Feldeinwirkungen erreicht werden. Das elektrische Gerät/System kann dabei beispielsweise ein Kommunikationsend gerät und/oder -system enthalten, in dessen unmittelbarer Nähe das Störschutzfilter ohne jeglichen Bezug zu einem Massepoten tial in die symmetrisch betriebene Leitung eingeschleift wird. Dadurch wird insbesondere die Wirkung der symmetrisch betrie benen Leitung als Sende-/Empfangsantenne für das Kommunika tionsendgerät und/oder -system herabgesetzt. Die Verwendung des Störschutzfilters reduziert außerdem die Funkstörspannung und Funkstörfeldstärke und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit. Durch das Einschleifen des Störschutzfilters in die symmetrisch betriebene Leitung kann zudem ein breites Spektrum von elektrischen Geräten/Systemen in deren aktiven wie passiven Störverhalten verbessert werden. Dies trifft so wohl für analoge, digitale und hybride Fernsprechendgeräte als auch für alle anderen elektrischen Geräte/Systeme zu, bei de nen die symmetrisch betriebene Leitung z. B. als Fernmelde-, Signal-, Daten- und Steuerleitung ausgebildet ist. The fact that in the symmetrically operated line of the elek a noise filter inserted into the device / system compared to previous measures Immunity of the electrical device / system to line guided, pulse or sinusoidal interference signals as well as electro magnetic field effects can be achieved. The electrical The device / system can, for example, be a communication end device and / or system included in its immediate vicinity the interference filter without any reference to a ground potential tial is looped into the symmetrically operated line. This in particular operates the effect of symmetrically line as a transmit / receive antenna for the communication tion terminal and / or system reduced. The usage of the interference protection filter also reduces the radio interference voltage and radio interference field strength and improves the electromagnetic Compatibility. By looping in the interference protection filter In the symmetrically operated line can also be a wide Spectrum of electrical devices / systems in their active how passive interference behavior can be improved. This is so probably for analog, digital and hybrid telephone devices also for all other electrical devices / systems at de NEN the symmetrically operated line z. B. as telecommunications, Signal, data and control line is formed.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnun gen in Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigen:.An embodiment of the invention is explained with reference to the drawings in FIGS. 1 and 2. Show it:.

Fig. 1 die Beschaltung einer Anschlußleitung für Fernsprech endgeräte mit einem Störschutzfilter, Fig. 1 shows the wiring of a power supply cable for the telephone terminal with a noise filter,

Fig. 2 den Aufbau des Störschutzfilters nach Fig. 1, Fig. 2 shows the construction of the noise filter according to Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Konstruktionsbeispiele für die Anordnung der Drosseln des Störschutzfilters. FIGS. 3 and 4 Construction examples of the arrangement of the throttling of the noise filter.

Fig. 1 zeigt eine Kommunikations- und Dateneinrichtung 1 mit einer symmetrisch betriebenen Anschlußleitung 2. Die Anschluß leitung 2 ist dabei gemäß der Darstellung in Fig. 2 bei spielsweise vieradrig aufgebaut. Die Kommunikations- und Da teneinrichtung 1 weist einen Fernsprechapparat 10 und ein Störschutzfilter 11 auf, die über die Anschlußleitung 2 und einer Wandanschlußdose 3 mit einem nicht dargestellten Ver mittlungssystem verbunden sind. Das Vermittlungssystem kann z. B. ein privates Kommunikationssystem, wie z. B. eine HICOM- Anlage, oder ein öffentliches Kommunikationssystem, wie z. B. das EWSD-System, sein. Alternativ zu der Kommunikations- und Dateneinrichtung 1 mit dem Fernsprechapparat 10 kann das Stör schutzfilter 11 auch in einer Meß- und Steuerungseinrichtung mit symmetrisch betriebenen Signal- und Steuerleitungen vor handen sein. Fig. 1 shows a data communication and device 1 with a symmetrically-driven service line 2. The connection line 2 is constructed as shown in Fig. 2 for example four-wire. The communication and Da teneinrichtung 1 has a telephone 10 and a noise filter 11 , which are connected via the connecting line 2 and a wall socket 3 with a switching system, not shown, United. The switching system can e.g. B. a private communication system such. B. a HICOM system, or a public communication system such. B. the EWSD system. As an alternative to the communication and data device 1 with the telephone set 10 , the interference filter 11 can also be present in a measuring and control device with symmetrically operated signal and control lines.

Das Störschutzfilter 11 hat in jedem der genannten Fälle die Funktion, einen hochfrequenten Strom i_HF auf der Anschlußlei tung 2 bzw. der Signal- und Steuerleitung der Meß- und Steue rungseinrichtung bei der Einstrahlung durch Funksignale oder auch durch Einkopplung leitungsgebundener Signale, wie z. B. Transienten, zu reduzieren. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird das Störschutzfilter 11 immer dort eingesetzt, wo der Fernsprechapparat 10 bzw. das Meß- und Steuerungsgerät ei ner erhöhten hochfrequenten Umweltbelastung, z. B. einem star ken hochfrequenten elektromagnetischen Feld, ausgesetzt ist. Da die Anschlußleitung 2 als Sende-/Empfangsantenne für den Fernsprechapparat 10 wirkt, sollte das Störschutzfilter 11 so nah wie möglich an den Fernsprechapparat 10 angebracht werden. Die gleiche Anforderung an das Störschutzfilter 11 sollte auch im Fall der Meß- bzw. Steuerungseinrichtung gelten. Das Stör schutzfilter 11 dient für Zwei-Draht- bis Vier-Draht-Geräte. Der wirksame Frequenzbereich reicht von einer Frequenz f_u < 100 kHz bis einer Frequenz f_o < 100 MHz mit einem zwei stelligen Störschutzfaktor. Das Störschutzfilter 11 soll dar über hinausThe interference filter 11 has the function in each of the cases mentioned, a high-frequency current i _HF on the connecting line device 2 or the signal and control line of the measuring and control device when irradiated by radio signals or by coupling in line signals such as. B. to reduce transients. According to the representation in Fig. 1, the interference filter 11 is always used where the telephone set 10 or the measuring and control device egg ner increased high-frequency environmental pollution, for. B. a star ken high-frequency electromagnetic field is exposed. Since the connecting line 2 acts as a transmitting / receiving antenna for the telephone set 10 , the interference filter 11 should be attached as close as possible to the telephone set 10 . The same requirement for the interference protection filter 11 should also apply in the case of the measuring or control device. The interference filter 11 is used for two-wire to four-wire devices. The effective frequency range extends from a frequency f _u <100 kHz to a frequency f _o <100 MHz with a two-digit protection factor. The interference filter 11 is intended to be beyond

a) cover the widest possible range of devices,
b) the least possible impairment for the end device and
c) have good RF properties in the restricted area and
d) as many points of the electromagnetic compatibility as possible Improve speed on the end device.

Ein breites Geräte-Spektrum kann dadurch abgedeckt werden, daß das Störschutzfilter 11 z. B. für analoge und digitale Zwei- Draht-Fernsprecher, für analoge, digitale und hybride Vier- Draht-Fernsprecher, für Geräte mit der Stromversorgung über die Anschlußleitung und für alle Geräte mit der Anschlußlei tung, bei denen 100 V/100 mA nicht überschritten werden, z. B. Telex, Teletex, Telefax etc., verwendbar ist.A wide range of devices can be covered by the fact that the interference filter 11 z. B. for analog and digital two-wire telephones, for analog, digital and hybrid four-wire telephones, for devices with the power supply via the connecting line and for all devices with the connecting line, in which 100 V / 100 mA is not exceeded be, e.g. B. Telex, Teletex, Fax etc., can be used.

Eine geringe Beeinträchigung für das zu schützende Gerät ist dann gegeben, wenn das Störschutzfilter 11 einen geringen Gleichstrom-Widerstand, eine geringe Frequenzgang-Beeinträch tigung und eine große Teilnehmer-Arbeitsbandbreite aufweist.There is little impairment for the device to be protected if the interference protection filter 11 has a low direct current resistance, a low frequency response impairment and a large subscriber working bandwidth.

Gute HF-Eigenschaften liegen dann vor, wenn das Störschutzfil ter 11 eine große Sperrbandbreite, keine Resonanzstellen im Sperrbereich sowie ein hohes Dämpfungsmaß im hochohmigen Fern sprechapparat-Meßkreis aufweist. Good RF properties are present when the Störschutzfil ter 11 has a large blocking bandwidth, no resonance points in the blocking area and a high level of attenuation in the high-resistance telephony measuring circuit.

Die elektromagnetische Verträglichkeit des elektrischen Ge räts/Systems kann schließlich dadurch verbessert werden, daß die Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Sinussignale, Feld kopplung und leitungsgeführte Impulse erhöht sowie die Funk störspannung auf der Fernmeldeleitung und die Funkstörfeld stärke (Abstrahlung) gesenkt wird.The electromagnetic compatibility of the electrical Ge räts / Systems can finally be improved in that the immunity to conducted sinusoidal signals, field Coupling and conducted impulses increased as well as the radio interference voltage on the telecommunication line and the radio interference field strength (radiation) is reduced.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Störschutzfilters 11 nach Fig. 1. Das Störschutzfilter 11 besteht danach aus der Reihenschal tung zweier stromkompensierter Drosseln 110, 111, bei denen die z. B. aus Kupfer hergestellten Hin- und Rückleitungen der vieradrigen symmetrisch betriebenen Anschlußleitung 2 auf ei nen gemeinsamen Ferritkern gewickelt sind (gleicher Wicklungs sinn). Dadurch wird der Ferritkern durch den Betriebsstrom nicht vormagnetisiert, so daß für die höheren Störfrequenzen die volle Permeabilität zur Verfügung steht. Dies ist gleich bedeutend damit, daß im Gleichtaktbetrieb eine hohe Induktivi tät und im Gegentaktbetrieb (Fernsprechbetrieb) nur noch die Streuinduktivität der Drossel 110, 111 wirksam ist. Bei der Drossel 110 handelt es sich beispielsweise um eine stromkom pensierte Ringkerndrossel, die für den unteren Frequenzbereich ausgelegt ist. Demgegenüber handelt es sich bei der Drossel 111 beispielsweise um eine stromkompensierte E-Kern-Drossel, die für den oberen Frequenzbereich ausgelegt ist. Fig. 2 shows the structure of the interference filter 11 of FIG. 1. The interference filter 11 then consists of the series circuit device of two current-compensated chokes 110 , 111 , in which the z. B. made of copper outgoing and return lines of the four-wire symmetrically operated connecting line 2 on egg nen common ferrite core are wound (same winding sense). As a result, the ferrite core is not premagnetized by the operating current, so that full permeability is available for the higher interference frequencies. This is equivalent to the fact that in common mode a high inductivity and in push-pull mode (telephone mode) only the leakage inductance of the choke 110 , 111 is effective. The choke 110 is, for example, a current-compensated toroidal choke which is designed for the lower frequency range. In contrast, the choke 111 is, for example, a current-compensated e-core choke that is designed for the upper frequency range.

Fig. 3 und 4 zeigen Konstruktionsbeispiele für die Anord nung der in die symmetrisch betriebene Anschlußleitung 2 ein geschleiften Drosseln 110, 111. Die Drosseln 110, 111 sind da nach auf einer Platine 4 ohne Gehäuseabschirmung und ohne Be zug zum Massepotential angeordnet. FIGS. 3 and 4 show examples of the construction of a looped Anord voltage chokes in the symmetrically operated supply cable 2 110, 111. The chokes 110 , 111 are there after arranged on a circuit board 4 without housing shield and without reference to ground potential.

In der ersten Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Drossel 110 des Störschutzfilters 11 über die Anschlußleitung 2 mit einem Kopplungselement 5 und die Drossel 111 des Störschutzfilters 11 über die Anschlußleitung 2 mit einem Stecker 6 verbunden. Während das Kopplungselement 5 mit einem entsprechenden, nicht dargestellten Gegenstück zur Verbindung des Störschutzfilters 11 mit dem Fernsprechapparat 10 zusammengesteckt wird, wird der Stecker 6 in die Wandanschlußdose 3 nach Fig. 1 gesteckt.In the first embodiment according to FIG. 3, the choke 110 of the interference protection filter 11 is connected to a coupling element 5 via the connection line 2 and the choke 111 of the interference protection filter 11 is connected to a connector 6 via the connection line 2 . While the coupling element 5 is plugged together with a corresponding counterpart, not shown, for connecting the interference protection filter 11 to the telephone set 10 , the plug 6 is inserted into the wall outlet 3 according to FIG. 1.

In der weiteren Ausführungsform nach Fig. 4 sind neben den Drosseln 110, 111 zusätzlich noch zwei Buchsen 7 auf der Pla tine 4 angeordnet. Über die Buchsen 7 werden die Drosseln 110, 111 an den Fernsprechapparat 10 bzw. der Wandanschlußdose 3 nach Fig. 1 angeschlossen. Diese Ausführungsform bietet die Möglichkeit, das Störschutzfilter 11 nach Fig. 1 im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 3 als kompaktes Modul, ohne die vieradrige Anschlußleitung 2 zu verwenden. Die Verbindung zu dem Fernsprechapparat 10 und zu der Wandanschlußdose 3 er folgt bei der Ausführungsform nach Fig. 4 über in der Fig. 4 nicht dargestellte Steckelemente, die in die Buchsen 7 hinein gesteckt werden.In the further embodiment according to FIG. 4, two sockets 7 are also arranged on the circuit board 4 in addition to the chokes 110 , 111 . Via the sockets 7 , the chokes 110 , 111 are connected to the telephone set 10 or the wall connection box 3 according to FIG. 1. In contrast to the embodiment according to FIG. 3, this embodiment offers the possibility of using the interference protection filter 11 according to FIG. 1 as a compact module without using the four-wire connecting line 2 . The connection to the telephone set 10 and to the wall connection box 3 it follows in the embodiment according to FIG. 4 via plug elements not shown in FIG. 4, which are inserted into the sockets 7 .

Claims

1. Noise filter for electrical devices / systems with symmetrically operated lines in which a choke ( 110 , 111 ) is looped into the symmetrically operated line ( 2 ) in such a way that the common-mode operation of the symmetrically operated line ( 2 ) has a high inductance and Push-pull operation of the symmetrically operated line ( 2 ) only the leakage inductance of the choke ( 110 , 111 ) is effective, characterized in that at least two chokes ( 110 , 111 ) designed for different frequency ranges and arranged on a circuit board ( 4 ) ) in the immediate vicinity of the electrical device / system ( 10 ) without reference to a ground potential connected in series in the symmetrically operated line ( 2 ) and connected to a contacting device for grinding ( 5 , 6 , 7 ) .

2. interference filter according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling elements ( 5 , 6 ) via the symmetrically operated line ( 2 ) with the Dros seln ( 110 , 111 ) are connected.

3. interference filter according to claim 1 or 2, characterized in that the throttles ( 110 , 111 ) each with the coupling element ( 7 ) on the circuit board ( 4 ) are connected ver.

4. interference filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the interference filter is used in communication and data devices ( 1 ).

5. noise filter according to one of claims 1 to 3, because characterized in that the sturgeon protective filter used in measuring and control devices becomes.

6. interference filter according to claim 4, characterized in that the electrical device / system ( 10 ) is designed as a telephone.