CN102132332B - 传送音频及直流信号的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种装置，包括输入端、调制电路、隔离电路、解调器电路、检测器电路和至少两个输出端。输入端能被构造成接收音频信号及直流电压。调制电路被构造成对音频信号及直流电压进行调制。隔离电路具有与输出端电隔离的输入端，其输入端与调制电路相连接。解调器电路可操作地与隔离电路的输出端相连接，并且被构造成从中提取音频信号。检测器电路可操作地与解调器的输出端相连接，并且被构造成，响应于检测出与由调制电路所调制直流电压相对应的调制信号而产生第一信号。

Description

传送音频及直流信号的装置及方法

本申请要求以在2008年8月20日提交的序号为61/090,350的美国临时专利申请的优先权，该申请的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及建筑物系统中的电路，其向分布在建筑物或设施不同区域的装置提供信号。

背景技术

防火系统除了别的之外包括探测装置和通知装置。探测装置包括烟雾探测器、高温探测器或燃气探测器，这些探测器探测建筑物或其他设施中的潜在不安全状况。探测装置还可以包括手动操作的拉式火警箱(pull station)。通知装置，通常称为通知器材，包括喇叭、闪光灯及其他装置，这些装置提供对不安全状况诸如“火警”的听觉和/或视觉通知。许多消防系统包括扬声器，其提供在源头所产生的听觉信号。扬声器可以用来向建筑物的居民通报灾难、测试或其他通知。

在商业、工业及多单元住宅建筑物中，防火系统可以包括一个或多个消防控制面板(fire conrtol panel)，作为分布式控制单元。每个消防控制面板可以与多个分布式探测装置和/或多个分布式通知器材相连接。另外，其他现场面板(field panel)或现场电路，操作来向至少一个扬声器提供音频信号。与其他通知器材一样，扬声器可以分布于整个设施。

在典型扬声器构造中，向现场面板或现场电路内的放大器提供低压音频信号。放大器将音频信号经由适当的导线传输至一个或多个扬声器。为了允许扩展的分布而不带来过大损耗，采用相对高压音频信号。例如，公知在防火音频电路中使用25伏、70伏和100伏的音频信号。相对高压信号不易于I²R损耗，并且带来更少的声音劣化。

在大型设施中，多个分布式放大器向众多扬声器提供音频信号。据此，必须将低压“源”音频信号传输至遍及设施的不同放大器。因为低压音频信号在长传送路径中经受损耗，难以用分布在建筑物或校园中大量区域的扬声器在整个大系统中提供音频信号通知。

对此问题的一个解决方案是，从馈送至扬声器的高压音频电路中分接音频信号。在这种构造中，高压音频电路将高电压音频信号提供至扬声器，然后再至接收该信号的下游电路。下游电路是这样一种装置，其例如对该信号再放大，以便产生另一高压音频信号用于附加扬声器。在这种构造中，需要使“源”电路的高压音频信号与下游电路隔离。要求这种隔离是因为可观长度的导体可能易受无用共模信号及噪声的影响。这种隔离典型地使用变压器或电容器耦合实现。

上述解决方案的缺点是，在提供连续信息和故障检测方面存在困难。具体而言，公知在防火系统不同部分中使用直流电压信号作为监控信号来测试连续性。当不在传输音频信号(或其他警报信号)时传输监控信号。控制电路检测监控直流信号的状况，以便确定是否发生短路或开路。在上述装置中，隔离变压器无法将监控直流信号传到下游电路。

尽管下游电路可以产生并分析它们自己的监控信号，目前并不存在一种用于所要传送的关于上游监控信号的信息的方式。

发明内容

上述缺点可以这样克服，通过提供一种采用调制音频信号及监控信号的隔离装置，当两种信号之一存在时，然后都可以将其通过隔离装置传送至下游电路。

第一实施例是一种装置，包括输入端、调制电路、隔离电路、解调器电路、检测器电路、以及至少两个输出端。输入端能被构造成接收音频信号及直流电压。调制电路构造成对音频信号及直流电压进行调制。隔离电路具有与输出端电隔离的输入端，其输入端与调制电路相连接。解调器电路可操作地与隔离电路的输出端相连接，并且被构造成从中提取音频信号。检测器电路可操作地与解调器的输出端相连接，并且被构造成响应于检测出与由调制电路所调制直流电压相对应的调制信号而产生第一信号。

通过参照下文详细说明及附图，对本领域普通技术人员而言，上述特点和优点及其它方面将更为明了。

附图说明

图1示出了包含本发明实施例的建筑物音频信号通知系统；以及

图2示出了在图1的建筑物音频信号通知系统中可以使用的调制及隔离装置示范实施例的示意性方块图。

具体实施方式

图1示出了包含本发明实施例的建筑物音频信号通知系统100。通知系统100包括音频源102、第一高压音频电路104、第二高压音频电路106、第三高压音频电路108、调制隔离(MI)装置110、以及第四高压音频电路112。如图1所示，通知系统100还包括第二MI电路110’，其与低压输入音频信号通知输入电路112’相连接。

音频源102可以适当地是消防控制面板内的电路，其产生用于传遍通知系统100的音频信号。音频信号通常是在0.775Vrms范围内的低压音频信号。能够产生这种低压音频信号的音频源在本领域是公知的，并且包括从西门子建筑技术公司可购买到的现场声音麦克风(Live Voice Microphone)或LVM系统。

第一高压音频电路104是这样一种电路，其被构造成除了别的之外产生相对高压差动音频信号，并在建筑物的不同部位将此音频信号转换成可听见的声音。为此，音频电路104包括监控与调节(SC)电路114、放大器116、两根信号线路118、120、第一扬声器装置122、第二扬声器装置124、以及线端电阻器126。SC电路114具有输入端，可操作地连接以便接收来自音频源102的低压音频信号。SC电路114与放大器116配合，响应于从SC电路114接收的音频信号而产生高压(25Vrms、70Vrms或100Vrms)音频信号。SC电路114还被构造成与放大器116配合，产生监控DC信号，以及，基于在SC电路114处对监控直流信号的测量，检测信号线路118和120的连续状况(continuity aspects)。这种SC电路是公知的，并且包括例如从西门子建筑技术公司可以购买的音频输入卡(AIC)。AIC卡可以与模型区域放大器模块(ZAM)装置或者模型区域放大器卡(ZAM)中的放大器电路一起使用，ZAM也可以从西门子建筑技术公司购买。

第一扬声器装置122包括扬声器线圈128和串联的隔直流电容器130，它们跨接在信号线118和120之间。第一扬声器装置122还包括音盆组件(cone assembly)132，后者响应于线圈128所接收信号产生可听见的声音。扬声器线圈128和音盆组件132可以由任何适当的音盆和线圈组件构造而成，用于再现高压音频信号，诸如播音扩音器和防火系统中通常使用的扩音器。第二扬声器装置124类似地包括扬声器线圈134、串联的隔直流电容器136、以及音盆组件138，按照与第一扬声器装置122相同的方式进行连接。第二高压音频电路106在结构和操作方面都与第一高压音频电路104类似。因此，第二高压音频电路106被构造成除了别的之外产生相对高压差动音频信号，并将此音频信号转换成可听见的声音。与第一高压音频电路104类似，第二高压音频电路106包括监控与调节(SC)电路140、放大器142、两根信号线路144、146、第一扬声器装置148、第二扬声器装置150、以及线端电阻器152。第二高压音频电路106的部件可以适当地具有与第一高压音频电路104中对应部件相同或相似的结构。

第三高压音频电路108在结构和操作方面与第一高压音频电路104及第二高压音频电路106类似。因此，第三高压音频电路108包括监控与调节(SC)电路154、放大器156、两根信号线路158、160、第一扬声器装置162、以及线端电阻器164。第三高压音频电路108的部件可以适当地具有与第一高压音频电路104和/或第二高压音频电路106中对应部件相同或相似的结构。

第四高压音频电路112在结构和操作方面与其他高压音频电路104、106、108类似。因此，第四高压音频电路112包括监控与调节(SC)电路166、放大器168、两根信号线路170、172、第一扬声器174、第二扬声器176、第三扬声器178、以及线端电阻器180。第四高压音频电路112的部件可以适当地具有与第一高压音频电路104中对应部件相同或相似的结构。然而，与高压音频电路104、106和108不同的是，第四高压音频电路112的SC电路166未与音频源102连接，而是与MI装置110的一个或多个输出端相连接，如下文将具体说明那样。

应当理解，高压音频电路104、106、108和112中各自扬声器装置(例如124、148、162等)的数量只是示例方式给出，并且电路104、106、108和112可以具有与图1所示不同数量的扬声器装置。

MI装置110是这样一种电路，其被构造成，对代表所接收音频信号和/或监控直流信号的信号进行调制，通过隔离装置传送调制信号，以及对该信号进行解调，以便得到音频信号和/或检测监控直流电压。为此，MI装置110具有与第三高压音频电路108的信号线路158和160相连接的输入端，并且包括调制级182、隔离级184和解调/检测级186。调制级182包括调制器，后者取决于信号存在，将音频信号或监控直流电压调制到载波信号上。隔离级184是这样一种电路，其可以通过电隔离耦合例如光隔离器传送调制信号。解调/检测级186是这样一种电路，其取决于调制信号的内容，产生解调的音频信号或指示监控直流电压的检测信号。解调/检测级186被构造成，提供指示音频信号和/或监控直流电压的输出，作为一个或多个输出。这种输出适合于由另一装置的输入电路接收，后者接收线路电平信号，或者，换而言之，比存在于线路158、160上的那些信号明显具有更低电压电平的信号。在本实施例中，解调/检测级186被构造成向第四高压音频电路112的SC电路166提供这样的输出。

MI装置110’在结构和功能上与上述MI装置110可以适当地相同。类似于MI装置110，MI装置110’具有与第三音频电路108的信号线路158和160相连接的输入端。MI装置110’构被造成，对代表所接收音频信号和/或监控直流信号的信号进行调制，通过隔离装置传送调制信号，以及，对该信号进行解调，以便得到音频信号和/或检测监控直流电压。MI装置110’被可操作方式连接，以向低压输入音频信号通知输入电路112’提供隔离并解调的信号。低压音频信号通知输入电路112’可以适当地是另一高压音频电路的SC电路，或者是另一建筑物防火装置，后者可以使用由MI装置110’产生的一个或多个输出。

在操作中，装置100的第一稳态操作是不存在音频信号的状态。在这样一种状态下，如现有技术中所公知的一样，SC电路114、140、154和166经由它们各自的放大器116、142、156和168产生监控音调信号。具体而言，参照第一高压音频电路104为例，SC电路114和放大器116产生监控直流电压，例如，24伏。假设信号线路118和120正常连续，使至少一部分监控直流电压在线端电阻器126两端降低。SC电路114/放大器116检测压降并估算压降，以便确定信号线路118和120是否具有正常连续。如果在信号线路118和120之间存在短路，则检测到低于正常的电压差。如果在信号线路118和120之间存在开路，则检测到高于正常的电压差。使用这种方法来确定高压音频电路104中的装置是否有问题。

在其他高压音频电路106、108和112中采用类似的方法。然而，在本实施例中，来自高压音频电路108的监控直流信号被也传送至第四高压音频电路112的SC电路166。这尤其允许SC电路166监测第三高压音频电路108的放大器156与第四高压音频电路112之间连接中的连续性。

为此，将监控直流电压从信号线路158、160传送至调制级182。调制级182将监控直流电压调制到载波信号上。例如，调制级182可以使用频率调制，将载波信号调制到与监控直流电压相对应的特定频率上。通过隔离级184传送调制信号，因而，在调制级182与解调/检测级186之间没有电连续性的情况下，向解调/检测级186提供调制信号。通过解调或者甚至简单的频率检测，解调/检测级186检测已被调制到调制信号上的监控直流信号的存在。解调/检测级186向SC电路166提供指示监控直流信号检测结果的输出。

SC电路166接收监控直流信号的指示，并且基于此信号可以执行进一步动作。例如，SC电路166可以确定：从电路108开始的连续性完整无损，并据此促使第四高压音频电路112执行正常操作。

在另一操作中，音频源102向SC电路114、140和154提供音频信号。在这样一种情况下，SC电路114、140、154不再产生监控直流电压。音频信号可以成通知的形式，经由扬声器装置122、124、148、150、162、174、176和178向建筑物的居民可被听见地广播。作为替换，或者另外地，如果SC电路包括本领域中公知的声控电路，音频信号也可以被用作控制信号。

当音频信号存在时，SC电路114和放大器116相配合，将音频信号放大至高电压电平(例如，25、70或100伏特rms)。放大后的音频信号经由信号线路118、120传送至扬声器装置122和124。线圈128和134与各自的音盆132和138相配合，提供放大音频信号的可听见的再现。SC电路140、154和放大器142、156以类似方式操作，从而促使它们各自的扬声器装置148、150和162可听见的地再现放大的音频信号。

另外，线路158和160上放大后的音频信号被传送至调制级182。调制级182对该音频信号进行调制，并向隔离级184提供调制后的音频信号。另外，调制级182优选地降低来自信号线路158、160上所使用高压音频信号的电平。

按照与调制级182电隔离的方式，隔离级184向解调/检测级186提供调制后的音频信号。解调/检测级186解调该音频信号，并将其作为输出向SC电路166提供。解调后的音频信号为低压电平，与音频源102所产生的电平类似。

然后，SC电路166和放大器电路168向扬声器装置174、176和178提供所接收的音频信号的放大版。结果，扬声器装置174、176和178再现与扬声器装置122、124、148、150和162所产生的大体相同的音频信号。

通知电路100提供一种优点：因为在线路158、160上使用高压，电路108与电路112之间的距离可以相对可观。高压允许信号更长距离的传送，同时维持可接受的信噪比。另外，由隔离级184所提供的隔离给电路108和112提供必要的保护，使其免受多条长距离导体(multiple，long-runconductor)中可能出现的无用共模信号和噪声的影响。与隔离相连接的调制的使用，允许来自电路108和112的监控直流信号的传送，这提供了SC电路166中关于通知电路100操作(例如，连续性)状态的更多的信息。

如图1所示，在每个高压音频电路的信号线路上，通知电路100可以采用多个MI电路(例如，MI电路110、110’)。据此，在较大建筑物或校园环境中可以实现音频信号的传送，而不用在几个音频源之间进行协调。

图2进一步具体示出了MI电路110的示范实施例。MI电路110包括输入端202、204，其被构造成与差动高压音频线路诸如图1的信号线路158、160相连接。MI电路110包括一组三个输出端206、208和210。输出端206提供逻辑直流信号，其指示差动输入端202、204之间监控直流信号的有无。输出端208提供音频信号，在差动输入端存在音频信号的情况下，所提供的音频信号可以是该音频信号的再现。可选择地，输出端208提供音调(tone)，其指示差动输入端202、204之间存在监控直流信号。输出端210可以提供逻辑输出，其响应于差动输入端202、204之间音频信号存在的检测结果。

输出端206、208和210处的某些或全部输出信号可以由不同电路使用，以便向下游装置及电路传送音频信号、控制信息、以及连续性信息。

如图2所示，差动输入端202、204通过高阻抗电路212与差动放大器214相连接。差动放大器214的输出端与压控振荡器(VCO)调制电路216相连接。VCO调制电路216的输出端与隔离电路218相连接。本实施例中隔离电路218是光隔离器，但也可以采用其他形式。隔离电路218的输出端与信号缓冲器220相连接。信号缓冲器220的输出端与频率检测器222和解调电路224相连接。

频率检测器222可以适当地是一种带通滤波器，频率检测器222被构造成检测这样一种频率，该频率与由调制器216调制到载波信号上的监控直流电压相对应。因此，频率检测器222构造成产生一种输出信号，其指示是否由VCO调制电路216将监控直流信号调制到载波信号上。频率检测器222可操作地连接，以将此输出信号提供给输出端206和本地振荡器226。本地振荡器226也可以是压控振荡器，或基于来自频率检测器222输出信号可以通断的振荡器。无论何种情况，本地振荡器226被构造成，如果频率检测器222在调制信号上检测到监控直流电压的存在，则产生预定频率范围内的音调。本地振荡器226的输出还提供至加法器228，下文将对加法器228作进一步讨论。

解调器224是这样一种解调装置，其被构造成对VCO调制器216所调制的信号进行解调。在本实施例中，解调器224是FM解调器。解调器224的输出端与加法器228和声控开关230相连接。加法器228被构造成对来自本地振荡器226和解调器224的输出信号进行求和。一般而言，本地振荡器226不会在解调器224提供音频信号的同一时间产生音调，因为输入端202、204处的信号或者包括监控直流电压，或者包括音频信号，但不会同时包括二者。因此，加法器228通常向输出端208提供或者由本地振荡器226产生的音调，或者由解调器224解调出的音频信号。

声控开关230是一种可以基于语音信号产生输出的装置。这种装置在本领域是公知的。声控开关230被构造成，响应于从解调器224接收的特定音频信号而产生逻辑(直流)输出。这种开关可以用于指令SC电路116，以便激活放大器168。

在操作中，差动输入端202或204将接收音频信号或监控直流信号。在装置失效或故障的情况下，差动输入端202可能接收不到任何信号。然而，在正常操作下，差动输入端202或204将接收监控直流信号(无故障、测试或通知)，或者音频信号(指示故障、测试、或给建筑物居住者的其他通知)。

在接收音频信号的情况下，取决于系统的构造，差动输入端202、204接收25、70或100伏数量级的高压音频信号。衰减器212衰减差动信号，使其成为差动放大器214输入范围内的电压。因此，如果差动放大器214的电源电压为大约15伏特，则差动信号可以低于1伏特rms，或者，甚至达到3伏特rms。差动放大器214进一步调节音频信号并产生一种输出，在该输出中将差动音频信号转变成参照恒定电压基准的音频信号。VCO调制器216接收来自差动放大器214的音频信号，并将音频信号调制到载波频率上。VCO调制器216因此向隔离电路218提供频率调制(FM)的音频信号。隔离电路218向频率检测器222和解调器224提供FM音频信号的隔离版。

因为在FM音频信号中没有检测出与监控直流信号相对应的频率，频率检测器222不产生输出。因此，本地振荡器226不会产生任何音调，并且输出端206提供这样一种信号，其指示没有检测到任何监控直流信号。

同时，解调器224接收FM音频信号并解调该信号，以便再现音频信号，其大致代表在差动输入端202、204处所接收的音频信号。解调器224向加法器228和声控开关230提供音频信号。加法器228在输出端208处提供音频信号。声控开关230提供基于音频信号的音频内容的输出。在许多情况下，声控开关230仅仅提供存在任意一种音频信号的指示。

在接收监控直流电压而不是音频信号的情况下，差动输入端202、204接收直流信号，取决于系统的构造，这种直流信号可以适当地在3伏特至12伏特数量级上。衰减器212衰减差动信号，使其成为低于1伏特直流的电压。由衰减器212响应于有效监控直流电压所产生的电压将是特定的预定直流电压。差动放大器214进一步调节此信号并产生输出，其中差动直流信号已被转换为参照恒定电压基准的直流信号。VCO调制器216接收来自差动放大器214的直流信号，并将直流信号调制到载波频率上。VCO调制器216因此提供单频信号，其代表由直流信号量使载波频率偏移。隔离电路218向频率检测器222和解调器224提供单频信号的隔离版。

因为(在正常情况下)单频信号代表调制到载波信号上的监控直流信号，频率检测器222检测出单频，并产生指示监控直流信号存在的输出。频率检测器222通过其输出促使本地振荡器226产生输出音调，并进一步地向输出端206提供这样的信号，其指示已经检测出监控直流信号。

同时，解调器224接收单频信号并解调该信号，以便再现直流信号。直流信号没有任何音频内容。据此，加法器228仅向输出端208提供本地振荡器226所产生的音调。另外，基于直流信号中音频内容的缺失，声控开关230提供一种输出。

因此，图2的示范MI电路110提供了多个输出，这些输出可以用于不同的下游电路尤其是防火音频广播系统中。如以上结合图1所讨论的那样，SC电路可以使用这些输出，以便进一步传送音频信号，以及，以便进一步传送监控直流信号以便检测上游电路故障。可以使用图2中MI电路110输出的电路示例，包括可从西门子建筑技术公司购买的模型AIC音频输入电路，其具有可以与输出端208相连接的音频输入端、和可以与输出端210相连接的控制输入端。应当理解，输出端206、208和210可以改变或构造成适合于任何下游音频通知系统装置的需要，这些装置可以使用音频信号、由音频信号触发的控制信号、或者监控信号。

应当理解上述实施例仅仅是示例，并且，本领域普通技术人员可以容易地设计出结合本发明原理并落入本发明精神及范围内的他们自己的实现方式及修改。

例如，如上所述，MI电路110可以使用其他形式的调制，诸如脉宽调制或经由模数转换器的调制。用于解调这种信号、以及用于检测由这种方法调制的单一直流电压的方法，对本领域普通技术人员而言都是公知的。

Claims (12)

1.一种传送音频及直流信号的装置，包括：

a)输入端，能被构造成接收音频信号及直流电压；

b)调制电路，被构造成对所述音频信号及所述直流电压进行调制；

c)隔离电路，具有与输入端电隔离的输出端，所述隔离电路的输入端与所述调制电路相连接；

d)解调器电路，与所述隔离电路的输出端可操作地相连接，并且被构造成从中提取第二音频信号；

e)检测器电路，与所述解调器电路的输出端可操作地相连接，所述检测器电路被构造成，响应于检测出调制信号而产生第一信号，该调制信号与由所述调制电路所调制的直流电压相对应；

f)至少一个第一音频输出端，与所述解调电路相连接；以及

g)至少一个第一信号输出端，与所述检测器电路相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：与所述第一信号输出端相连接的本地振荡器，所述本地振荡器构造成响应于所述第一信号产生音调信号。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括：与所述第一音频输出端和所述本地振荡器相连接的加法器。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括：连接在所述解调电路和所述加法电路之间的声控开关。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调制电路包括频率调制电路。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述检测器电路包括具有预定通带的带通滤波器。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述隔离电路包括光隔离器。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括：连接在所述输入端与所述调制电路之间的衰减器，所述衰减器被构造成使输入信号衰减至少一个数量级。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二音频信号具有的幅度比所述音频信号幅度低一个数量级。

10.一种传送音频及直流信号的方法，包括：

a)在不同时间在一个输入端处接收音频信号及直流电压；

b)对所述音频信号及所述直流电压进行调制；

c)产生调制音频信号及调制直流电压的电隔离的版本；

d)对所述调制音频信号的隔离的版本进行解调；

e)在所述调制直流电压的隔离的版本中检测调制后的直流电压。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤c)还包括使用光隔离器来产生所述调制音频信号及直流电压的电隔离的版本。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤b)包括对所述音频信号及直流电压进行频率调制。

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