CN100459625C - 扩展电话用户接口电路的振铃范围的塞环升压电路 - Google Patents

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Abstract

一种塞环升压电路(10)，具有连接到塞环节点(RING)的第一开关器件(16)。第一开关器件(16)对振铃操作作出反应。电荷泵(12)连接到塞环节点，并且当第一开关器件在振铃操作期间被触发时，电荷泵(12)提供电压偏置以增加塞环节点和塞尖节点(TIP)之间的电压差。

Description

扩展电话用户接口电路的振铃范围的塞环升压电路
相关申请数据
本申请要求在2001年10月5日提出的美国临时申请序列号60/327,690的专利申请为优先权，在这里引入作为参考。
技术领域
本发明总体上讲涉及网络通信系统，更具体地，涉及一种能使低成本的电话SLIC(用户线接口电路)产生具有能够更精确地模仿电话公司的塞尖-塞环接口工作的直流偏置的振铃的系统和方法。
背景技术
由电话公司产生的振铃通常是叠加在大约48V的直流(DC)电平上具有20Hz的振铃信号。用于以因特网协议传输声音(VoIP)以及其它产品的低成本的用户线接口电路(SLIC)不能产生这种振铃信号，因为这种振铃信号需要太高的电压。要提供高电压幅度就需要更高成本的解决方案。
一种昂贵的解决方案是采用能够在更高的电池电压下工作并能够提高电池电压的SLIC。这增加了SLIC和电源的成本，并增加了功率消耗。另一种解决方案是采用分离的IC分别用于SLIC和振铃功能，并用继电器切换SLIC。这也显著地增加了成本。
某些电话和电话应答机根据DC偏置以及振铃信号的幅度进行响应。当由这些廉价的SLIC集成电路(IC)产生的振铃信号作为驱动时，这些电话不能正确的振铃。这些器件的振铃信号通常是0VDC偏置的140V峰-峰值电压的梯形波或正弦波。
因此，存在对只增加少量成本就允许加入直流偏置，并且允许低成本SLIC驱动电话产品的系统和方法的需要。
发明内容
本发明采用与开关或限流装置相结合的电荷泵电路以产生加到振铃信号上的DC偏置。电荷泵优选地由振铃信号本身供电。
在一个实施例中，塞环升压电路包括：
连接到一个塞环节点并对振铃操作作出反应的第一开关器件，所述第一开关器件具有一个常开开关和一个常闭开关；以及
连接在所述塞环节点和一个塞尖节点之间、并与所述第一开关器件相连的电荷泵电路，所述电荷泵电路在振铃操作期间由振铃电压供电，
其中在振铃操作期间，所述常闭开关打开，所述常开开关闭合，将一个塞环输出节点连接到所述电荷泵电路，从而将所述电荷泵电路的电压偏置加到所述塞环输出节点的电位上，以增加所述塞环节点和所述塞尖节点之间的电压差。
附图说明
下面通过结合附图更详细的说明示例性的实施例使本发明的优点、性质和各种其它特点更全面地展现，特征在于：
图1是根据本发明的一个实施例的塞环升压电路的示意图；
图2举例示出了图1的电路在振铃期间塞尖(Tip)和塞环(Ring)信号的图形；
图3举例示出了图1的电路在振铃期间塞尖和塞尖信号之间的电压差的图形；
图4举例示出了根据本发明在振铃和非振铃操作期间经过电荷泵的充电电容上的电压波形图；
图5举例示出了图1的电路在主塞环处的电压波形图；
图6举例示出了图1的电路在塞尖和主塞环之间的电压差的图形；
图7是根据本发明的另一个实施例的塞环升压电路的示意图，该电路采用由电流镜控制的MOSFET作为开关；
图8-10举例示出了根据本发明图7的电路在振铃期间三个开关上的电压的图形；
图11是根据本发明的另一个实施例的塞环升压电路的示意图，该电路采用由数字逻辑电路使能的电流源控制的MOSFET作为开关；以及
图12是根据本发明的另一个实施例的简化的塞环升压电路的示意图，其中完全去除了开关。
应当理解，附图是用于说明本发明的构思，而不是表示本发明的唯一可能的结构。
具体实施方式
本发明提供一种能使低成本的电话SLIC(用户线接口电路)，例如，以因特网协议传输声音(VoIP)的单元，产生具有能够更精确地模仿电话公司的塞尖振铃接口工作的直流(DC)偏置的振铃的系统和方法。VoIP单元最好优选地包括电话SLIC(用户线接口电路)以产生能够与常规电话连接的塞尖/塞环接口。在振铃期间，电荷泵电路提供加到振铃信号上的DC偏置。电荷泵由振铃信号本身供电。
应当理解，本发明采用VoIP系统进行说明；但是，本发明适用于更广泛，并且可以包括任何需要或使用SLIC以提供电话产品振铃的电话系统。此外，本发明可用于能够模拟用于电话、机顶盒、计算机、卫星盒的振铃信号的任何系统，或任何其它采用振铃信号的网络和系统。
应当理解，附图说明性地示出了元件的数值。采用这些数值是为说明本发明的实例，而不应当构成对本发明的限制。本领域的技术人员应当理解，元件的型号及其数值可以在而不脱离本发明的实质和范围内进行调整。
现在参考附图的具体细节，其中在各附图中相同的标号表示类似的或相同的元件，并且从图1开始，示出了根据本发明的一个实施例的塞环升压电路10。塞环升压电路10包括电荷泵电路12，它与开关14和16相结合以产生加到振铃信号上的直流(DC)偏置。电荷泵优选由振铃信号供电。
塞尖和塞环从电话用户线接口电路地(SLIC，未示出)输出。在“挂机(on-hook)”状态期间(即，所有连接的电话都挂机)，塞尖电压通常接近地电位(0V)，塞环电压通常为-50VDC。在振铃期间，塞尖和塞环电压为从大约0V到-70VDC反相的20Hz梯形波(或正弦波)。在塞尖和塞环之间产生的差分信号为140V峰-峰值电压的梯形波。在“摘机”状态(即，一个或多个电话摘机)期间，塞尖电压通常接近地电位(0V)，塞环电压大约为-6VDC。在振铃期间塞尖和塞环电压的波形如图2所示。
参考图2，在振铃之前，塞尖电压为大约0VDC，塞环电压为大约-50VDC。在振铃期间，塞尖和塞环电压均为70V峰-峰的波形。在图3中，示出了塞尖-塞环的140V峰-峰值电压的差分波形。在图3中，在挂机状态期间，为50V的DC电平，但是在振铃期间DC电平实际上为0VDC。
重新回到图1，电荷泵12可以采用多种不同的方式来实现。根据本发明，一种实现方式包括采用电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3以及二极管D1和D2。图1示例性地说明了这些器件的数值。这些数值可以调整，并且可以根据本发明采用不同的数值。在振铃期间，C3上的电压通常被充电到大约70V，但是被齐纳二极管箝位到例如51V。当没有振铃时，开关22和20打开，C3通过R3以例如2.2秒的时间常数放电。对于本领域的技术人员已知的其它的箝位电压和时间常数也可以设计和调整。C3上的电压如图4所示。在振铃期间充电所能达到的电压由二极管D3决定。
优选地在振铃期间开关14和16以将C3上的电压有效的加到塞环上的方式工作。当没有振铃时，第一(或常闭(NC))开关18闭合，主塞环(或其它输出节点)连接到塞环。在振铃期间，开关18打开，第二(或常开(NO))开关20闭合。这使C3与塞环串联，从而使RING PRIME的电压为塞环加上C3的电压。同时，由于电荷泵12的工作使C3上的电压增加到51V。需要第三开关22在摘机期间防止电荷泵电路12降低双音多频拨号音和音频信号的负载。采用振铃节奏控制信号24使开关14和16的操作与在塞尖和塞环上的振铃波形相一致。
应当防止开关20和18同时闭合，特别是在振铃周期结束时。其原因是如果开关20和18都闭合，C3将迅速地通过开关放电。只有开关本身的电阻将限制电流，电流可能会非常大。该电流可能引起执行开关的器件的损坏，例如在图7中的MOSFETQ7和Q8。
在图5中示出了主塞环处的波形，电压差TIP-RING PRIME的波形在图6中示出。
比较图3和6，在几百毫秒之后，振铃的DC偏置电压从0V增加到50V，并保持到振铃结束。DC偏置和AC振铃幅度的组合足以使即使易出故障电话振铃，避免了对采用100V或更高的电压以实现振铃的强制方法的需要。
参考图7，示出了根据本发明的另一个实施例。采用N沟道MOSFET，Q6、Q7和Q8分别实现开关22、20和18，如上述和图1所示。这些MOSFET分别由采用高电压PNP晶体管36实现的电流镜30、32和34控制。在本实施例中，便于说明性的设计电流镜30、32和34输出50微安，它们在MOSFETQ7和Q8上产生3.75V的栅极电压，在Q6上产生3.1V的栅极电压。电流镜30、32和34保持MOSFET的栅-源电压相对恒定。选择电阻R9的阻值(例如R11和R13的阻值为62k欧姆而不是75k欧姆)以防止晶体管Q1饱和，这将降低Q6的栅极驱动。也可以采用其它形式的开关，例如舌簧继电器和固态继电器。但是，MOSFET提供了节省成本的方案。事实上，以目前的价格，对于单电话线，电路200的成本少于35美分。在图7中说明性的示出了元件值。根据本发明可以使用其它值以提供有效的功能性。
应当防止MOSFET开关Q7和Q8同时导通，特别是在振铃周期结束时。在上述的例子中，如果上述情况发生，C3将通过开关迅速地放电。只有开关本身的电阻将限制电流。例如，如果C3充电到50V，每个MOSFET开关Q7和Q8的导通电阻为6欧姆，如果两个MOSFET同时导通，流过的电流将达到4.17A。该电流超过了MOSFET Q7和Q8的额定电流，结果可能导致一个或这两个器件的损坏。可以以硬件或软件的方式实现开关的延迟动作，来防止这种情况的发生。具体地，在振铃转换期间设置一小段“停滞时间(dead time)”，在此期间两个器件均关闭，从而防止这种情况的发生。在采用舌簧继电器或固态继电器作为开关16的另一个实施例中，应当采用“先断后通”型开关。
参考图8、9和10，示出了每个开关(分别为Q6、Q7和Q8)上的电压。图8-10都基于相同的时间尺度。
参考图11，在另一个实施例中，图7的电路100通过用电流源代替电流镜从而去掉了两个PNP晶体管而得到简化。
电路300包括含有NAND门304的逻辑电路302。逻辑电路302提供适当切换MOSFET Q6、Q7和Q8的开和关的定时延迟。D4为双向硅瞬复二极管，它在雷击浪涌或其它瞬变过程期间为MOSFET Q8提供保护。D4对于塞环升压操作不是必需的元件，但是在本实施例中示例性的示出以作为实际实现的例子。
参考图12，示出了根据本发明的另一个更简单的实施例，一般表示为电路400。这里开关及其控制电路被完全去除了。齐纳二极管D5和D6在摘机期间防止电荷泵12降低双音多频拨号音和音频信号的负载。这些齐纳二极管提供了一个不同的实现图1中开关14的功能的方式。RING PRIME现在直接连接到电容C3上。本简化的实施例的操作和功能与前面所述的相近。主要的不同在于在振铃周期的结束时，主塞环上的电压没有如图5和6所示立即跳转到塞环上的电压，而是随着电容C3通过电阻R3进行放电而逐渐接近塞环。注意，用齐纳二极管D5和D6代替开关14与取消开关18和20可以相互独立的完成。这为本发明提供了各种可能的组合，所有这些体现了本发明的精神。
上文已经叙述了用于扩展电话SLIC的振铃范围的塞环升压电路的优选实施例(它们是用作说明而不是用作限定)，应注意，本领域的技术人员根据上面的说明可以进行修改和变形。因此，应当理解，在所附的权利要求书划定的本发明的范围和精神内可以对公开的本发明的特定实施例进行修改。根据专利法的要求已经详细地介绍了本发明，所要求和期望通过专利许可获得保护的内容已列在所附的权利要求书中。

Claims (6)

1.一种塞环升压电路，其特征在于包括：
连接到一个塞环节点并对振铃操作作出反应的第一开关器件(16)，所述第一开关器件具有一个常开开关和一个常闭开关；以及
连接在所述塞环节点和一个塞尖节点之间、并与所述第一开关器件相连的电荷泵电路(12)，所述电荷泵电路在振铃操作期间由振铃电压供电，
其中在振铃操作期间，所述常闭开关打开，所述常开开关闭合，将一个塞环输出节点连接到所述电荷泵电路，从而将所述电荷泵电路的电压偏置加到所述塞环输出节点的电位上，以增加所述塞环输出节点和所述塞尖节点之间的电压差。
2.根据权利要求1的塞环升压电路，其特征在于：振铃操作由控制信号(24)启动，以触发第一开关器件。
3.根据权利要求1的塞环升压电路，其特征在于：在振铃操作期间以外，常闭开关将塞环输出节点连接到塞环节点上。
4.根据权利要求1的塞环升压电路，其特征在于还包括第二开关器件(14)，所述第二开关器件在振铃操作期间将塞尖节点连接到所述电荷泵电路。
5.根据权利要求1的塞环升压电路，其特征在于：所述电荷泵电路(12)包括限制偏置的齐纳二极管(D3)。
6.根据权利要求1的塞环升压电路，其特征在于：所述电荷泵电路包括电容(C3)以在振铃操作期间为塞环输出节点提供电荷。
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