CN101044745B - 电话线接口、侧音衰减电路和方法 - Google Patents

Abstract

一种电话线接口和侧音衰减电路包括两个光电转换器。第一光电转换器的输入端连接用于接收与近端信号成比例的信号，其输出端连接用于将与近端信号成比例的电流调制到用户环路上。第二光电转换器的输入端连接用于在其输出端上提供与用户环路上的电流成比例的信号，包括与近端信号成比例的电流。求和放大器接收与第二光电转换器的输出电压成比例的信号和与近端信号成比例的信号。第二光电放大器的输出电压包括与近端信号基本相差180°相位的成分，允许在求和放大器中消除近端信号。

Description

电话线接口、侧音衰减电路和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年9月8日申请的号为60/607,989的美国临时专利申请的权益，将其内容通过引用结合进来。

技术领域

本发明通常涉及电话接口电路，尤其是侧音衰减电路和方法。

背景技术

现代电话网络一般使用户驻地设备终止在双线用户环路上。与用户驻地设备连接的用户环路端通常被称为“头端(tip)”和“环端(ring)”。双线用于从远端发射机接收模拟信号，并将源自用户驻地设备的模拟信号发送到远端。

不幸地，当一对线上携带了双向信号时，两组信号会相互干扰。在多数应用中，一对线上的双向信号问题并不大。对于语音呼叫而言，线上两个方向的信号只是被当作双方同时在讲话。

但是，当电话线被用来同时携带数据型信号和语音时，双向信号就会破坏性地相互干扰。例如，电话线有时用来同时携带双音多频(DTMF)信号和语音信号。例如，DTMF信号典型地被用来从远程监控站控制用户驻地警报系统。同时，用户驻地的用户可以对监控站讲话。由用户发起的信号中与DTMF信号交叉耦合的部分可能与用户驻地的DTMF解码器的操作发生干扰。

因此，本地回波消除(常称为侧音衰减)电路是已知的。但是，典型地，使用变压器和包含精密电阻器的平衡电桥将侧音衰减电路互连到电话线的头端和环端。任何线路的理想电桥都依赖于线路的阻抗。电话线阻抗的改变导致电桥的不平衡并使这样的电路中的侧音衰减变差。

因此，需要改进的侧音衰减电路，这在例如用于警报系统中的DTMF解码电路中尤其有用。

发明内容

电话线接口和侧音衰减电路包括两个光电转换器。第一光电转换器的输入端互连用于接收与近端信号成比例的信号，其输出端互连用于将与近端信号成比例的电流调制到用户环路上。第二光电转换器的输入端互连用于在它的输出端上提供与用户环路上的电流成比例的信号，包括与近端信号成比例的电流。求和放大器接收与第二光电转换器的输出电压成比例的信号和与近端信号成比例的信号。第二光电放大器的输出电压包括与近端信号基本相差180°相位差的成份，允许在求和放大器中消除近端信号。

根据本发明的一个方面，提供从用户环路提取远端信号的方法，该方法包括：利用第一光电转换器将与近端信号成比例的电流调制到用户环路上；在第二光电转换器的输出端产生与流过用户环路的电流成比例的接收电信号，包括与近端信号成比例的电流；通过向接收电信号中加入与近端信号成比例的信号，消除接收电信号中的近端信号成分.

根据本发明的另一方面，提供一种电话线接口，包括：第一光电转换器，其输入端连接用于接收与近端信号成比例的信号，其输出端连接用于将与近端信号成比例的电流调制到用户环路上；第二光电转换器，其输入端连接用于在其输出端提供与用户环路上的电流成比例的信号；求和放大器，接收与第二光电转换器的输出成比例的信号和与近端信号成比例的信号。

结合附图参考对本发明的具体实施方式的以下描述，本发明的其他方面和特征将对本领域技术人员来说是显而易见的。

附图说明

在图中，只以举例的方式图解本发明的实施方式：

图1是根据本发明一个实施方式的电话线接口和侧音衰减电路的示意图；及

图2是根据本发明另一个实施方式的电话线接口和侧音衰减电路的示意图。

具体实施方式

图1示出了电话线接口10，包括侧音衰减电路20，它是本发明的典型实施方式。如图所示，电话线接口10包括缓冲放大器12、侧音衰减电路20和数据接入装置24。侧音衰减电路20包括求和放大器14、耦合电阻器R_couple和耦合电容器C₆。

数据接入装置(“DAA”)24在TIP(头端)和RING(环端)提供到电话用户环路的数据互连。DAA 24包括第一和第二光电转换器16和18，用于将信号耦合到互连的用户环路以及从互连的用户环路耦合信号。光电转换器16和18是传统的光电转换器，可以是单晶体管或多晶体管的光电转换器。每个具有电输入和输出。在输入端出现的电信号经由发光二极管(“LED”)转换为光并在电输出端在晶体管中产生相应的电流。

本地麦克风22被互连到放大电路12的倒相输入端。麦克风22可以是电话的麦克风，或者是警报系统的麦克风。由麦克风22提供被称为AUDIO_IN的近端信号。

可以理解，放大器电路12对于电话线接口10起到缓冲的作用。放大器电路12是具有以下转移函数的倒相放大器：

V_{OUT_1}＝-Z₂/Z₁[Z₄/Z₃+1+Z₄/Z₂]

这里

Z₁＝R₁+1/(jωC₁)

Z₂＝(R₃+R₄)||1/(jωC₂)＝1/[1/(R₃+R₄)+jωC₂]

Z₃＝R₆+[R₇||1/(jωC₃)]＝R₆+1/[1/(R₇)+jωC₃]

Z₄＝R₈

放大器电路12的输出端互连到光电转换器16的输入端，其与R₈并联。因此，光电转换器16的光二极管由与AUDIO_IN信号成比例的电流驱动。这又使得在光电转换器16的输出端产生与AUDIO_IN信号成比例的电流，并调制到用户环路上。

电学光电转换器16也与光电转换器18的光(LED)端串联，该光端使光电转换器18的LED与用户环路串联。

具体地说，当电话处于摘机状态(与监控站进行通信)时，用户环路电流流过DAA 24的操控桥(未示出)，保持DAA内部的极性的正确。电流从电话线RING连接端流过操控桥到达光电转换器16的发射极，穿过光电转换器16到达集电极，接着到达光电转换器18的LED的阴极，通过光电转换器18的LED的阳极回到操控桥并输出到电话线的TIP端。这样，用户环路电流被与AUDIO_IN成比例的电流调制，向远端提供AUDIO_IN。类似地，光电转换器18的LED也由通过用户环路的电流驱动，包括与AUDIO_IN成比例的电流，以及在用户环路上从远端接收的任何信号。

与用户环路上的电流成比例的电流就这样被镜像映射为光电转换器18的电输出端的电流。当电输出晶体管的发射极接地时，与通过用户环路的电流成比例的电压降是V_Out-2，并被提供给放大器14的求和输入端INPUT_1。可归因于AUDIO_IN的V_{out_2}分量与放大器电路12的输出V_{out_1}大约差180°的相位差。

光电转换器18的输出电压(V_Out-2)可以数学表示为：

V_{OUT_2}＝-A_opto*(V_FAREND+(V′_{AUDIO_IN}))

这里

A_opto＝通过光电转换器18的衰减因子

V_FAREND＝远端信号

V′_{AUDIO_IN}＝AUDIO_IN的分量，

这两个信号(V_FAREND和V′_{AUDIO_IN})在光电转换器18的LED中被合并。

V_FAREND是与源自远端发射机的信号成比例的电压。

方便地，当使用光电转换器16、18时，电话线阻抗不反映到电路20中。

V_{out_1}和V_out-2在输入端INPUT_2和INPUT_1分别被提供给放大器电路14，V_{out_1}经由可调电阻器R_couple提供给放大器14的求和输入端INPUT_2。

放大器电路14是具有以下转移函数的倒相求和放大器

$V_{\mathrm{DTMF}}=-Z_f[\left(\frac{-V_{\mathrm{OUT}\_2}}{Z_5}\right)+\frac{V_{\mathrm{OUT}\_1}*R_{\mathrm{COUPLE}\_G-W}}{Z_6+(R_{\mathrm{COUPLE}}+Z_{C6})}]$

这里

Z₅＝R₁₁+1/(jωC₉)

Z₆＝R₁₂+1/(jωC₈)

Z_f＝R₁₃||1/jωC₁₀＝1/[(1/R₁₃)+jωC₁₀]

Z_C6＝1/jωC₆

R_couple＝电位器的最大值

R_COUPLE-G-W＝可调电位器R_couple的地端和接触电刷之间的调节电阻。

因此，放大器电路14求和

V_DTMF＝-K1*(V_FAREND+(-V′A_{UDIO_IN}))+(-K2*V_{INPUT_2})

V_DTMF＝(-K1*V_FAREND)+(-K1*-V′_{AUDIO_IN})+(-K2*V_{INPUT_2})

这里

K1＝Z_f/Z₅

K2＝Z_f/Z₆

V ′_{AUDIO_IN}＝AUDIO_IN的分量

V_{INPUT_2}＝作为R_COUPLE的结果被调节的V_{out_1}

方便地，R_COUPLE可被调节为满足：

(-K2*V_{INPUT_2})＝(-K1*-V′_{AUDIO_IN})

因此，在R_COUPLE调节下，

V_DTMF＝-K1*V_FAREND，

有效地消除在V_DTMF处与AUDIO_IN成比例的任何成分的存在。

用这样的配置，获得低至16dB的AUDIO_IN的衰减级。传统的基于变压器的侧音衰减电路一般只获得大约6dB的衰减级。

DTMF解码器(未示出)和可选的监控电路，例如以扬声器(未示出)的形式，可互连到放大器电路14的输出端。

通过向晶体管T1的基极施加摘机信号(OFF-HOOK)可以打开及关闭电路20。

在使用前，要校准电路20。这可通过以用户环路的阻抗终止TIP和RING端并且在与放大器14的输入端实质并联的测试输入端TEST施加测试信号来完成。该测试信号可以是1000Hz的信号。可变电阻器R_COUPLE接着调节为使放大器14的输出端具有最小电压，以便消除发射信号的侧音。

为了降低电路20的频率灵敏性，电路20可被修改为形成图2中描述的电路20′。具体地说，电路20′的衰减随发射信号频率的改变而改变，频率的改变是由于穿过光电转换器16和18时的相移。这可通过增加滞相电路30来补偿，滞相电路30连接在放大器12的输出端V_{OUT_1}和放大器电路14的求和输入端INPUT_2之间。

在描述的实施方案中，R₁₉和R₂₀的值被选为相等。这导致滞相电路30的输出提供0dB的增益和只与R₁₈和C₁₃有关的相移。滞相角可如下表示：

θ＝-2*arctan(ω*R₁₈*C₁₃)

因此信号V′_{OUT_1}就具有一个与其相关的相位角，使得电路30的输出为V′_{OUT_1}＜-θ。这补偿了由光电转换器16和18引起的任何额外相移并产生更好的侧音衰减。最佳衰减所需的典型相移在1KHz处约为-5.4度。

当然，上述实施方案只是说明性的而决非限制。实现本发明的所述实施方式易于进行多种形式修改、部件修改、细节和操作顺序的修改。更确切地，本发明确定为包含所有在其范围内的、如权利要求书限定的修改。

Claims (10)

1.一种从用户环路提取远端信号的方法，所述方法包括：

利用第一光电转换器将与近端信号成比例的电流调制到所述用户环路上；

通过使与流过所述用户环路的所述电流成比例的电流通过所述第二光电转换器的输入端，以在第二光电转换器的输出端产生与和所述近端信号成比例的信号有180°相位差的电压作为接收电信号，从而在第二光电转换器的所述输出端产生与流过所述用户环路的电流成比例的所述接收电信号，其中流过所述用户环路的电流包括与所述近端信号成比例的所述电流；

通过向在所述第二光电转换器的所述输出端产生的所述接收电信号中加入与所述近端信号成比例的信号，消除所述接收电信号中的所述近端信号成分。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述的消除步骤包括将在所述第二光电转换器的所述输出端的所述电压和与所述近端信号成比例的所述信号提供给求和放大器。

3.如权利要求1所述的方法，还包括在提供给所述求和放大器的输入端之前，相移与所述近端信号成比例的所述信号和所述接收电信号中的一个。

4.一种电话线接口，包括：

第一光电转换器，其输入端连接用于接收与近端信号成比例的信号，其输出端连接用于将与所述近端信号成比例的电流调制到相连的用户环路上；

第二光电转换器，其输入端连接用于通过使与流过所述用户环路的所述电流成比例的电流通过所述第二光电转换器的输入端，以产生与和所述近端信号成比例的所述信号有180°相位差的电压，从而提供与所述用户环路上的电流成比例的信号作为其输出端上的电压；以及

求和放大器，接收与在所述第二光电转换器的所述输出端的所述信号成比例的信号和与所述近端信号成比例的信号。

5.如权利要求4所述的电话线接口，还包括在向所述求和放大器提供与所述近端信号成比例的所述信号之前，相移与所述近端信号成比例的所述信号的放大器。

6.如权利要求4所述的电话线接口，还包括与所述求和放大器的输入端互连的可调阻抗，使得所述求和放大器提供的输出中的所述近端信号的任何成分完全衰减。

7.如权利要求6所述的电话线接口，包括数据接入装置，它将所述第一和第二光电转换器连接到所述用户环路。

8.如权利要求7所述的电话线接口，其中所述第二光电转换器的所述输入端与所述第一光电转换器的所述输出端串联。

9.如权利要求8所述的电话线接口，其中所述求和放大器的输出端与DTMF解码器互连。

10.如权利要求4所述的电话线接口，还包括：连接用于接收所述近端信号并将与所述近端信号成比例的所述信号提供给所述第一光电转换器的放大器。

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