CN1042281A - 纵向传输系统的自动平衡电路 - Google Patents

Abstract

在经过一条电话本地回路进行话音通信的同时，如果经同一条电话本地回路传送和接收的第一和第二信号的相位及振幅是精确平衡的，则传送和接收上述第一和第二信号是可能的。本发明的装置检测上述第一和第二信号之间的相位及振幅差，并产生数字控制信号，以便把相位和振幅差减小到零。相位及振幅的调整是全自动和迅速完成的。

Description

本发明涉及信息传输领域，特别是关于一种纵向传输系统的自动平衡电路，在该系统中，信息是在电话本地回路上与同一本地回路上的正常话音通信同时传送的，并且不干扰在同一本地回路上正常的话音通信。

遍布世界的电话用户数量很大，并且在迅速增加。每个用户通常由一条被称之为电话“本地回路”的金属线对连接到一个电话中心局。由于通常仅用于电话用户与电话中心局及其他电话用户之间零散的话音通信，这些大量通信线路网络的利用非常不足。此外，为了向电话用户提供如互作用式电视图象，家中购物和银行服务，家庭或办公室的监测报警状态，以及许多其它需要向电话用户传送数据或从电话用户接收数据的用途，电话用户对数据通路的需求正在显著和迅速地增加。已知的利用不足的电话本地回路网络，以及电话用户对通路不断增长的需要激发了对利用电话本地回路进行信息传送，同时保持基础话音通信不受干扰的装置的研究。

现存的系统允许在本地回路上同时传送话音和一个二次信息信号。这种系统之一记载在授予Inteleplex公司，即转让本发明的同一受让人的美国专利4493948和4528422号中。这种系统通常包括在例如电话用户位置的第一位置与塞环/塞尖导体对连接的一个信息终端，以及在例如电话中心局的第二位置上，与同一塞环/塞尖对连接的一个对应的信息终端。这些信息终端被用来在各自的导体和大地之间的塞环和塞尖导体上传送互补的信号（就相位和振幅而言）。这些信号在塞尖和塞环导体之间纵向非常平衡，并且在精确地平衡时，该信号不会干扰正常的基本话音通信。由于电话设备的基本工作方式是检测塞尖和塞环导体之间的电压和/或相位差，故话音通信自然就不会受到干扰，它使得电话设备基本上查觉不出完全平衡的信号。

如美国专利第4493948和4528422号中所述的系统，为允许在本地回路所传送的正常话音通信上叠加一个二次信息信号提供了良好的业务。然而，为了使这样的系统正常工作，在塞尖和塞环导体之间始终必须保持精确地信号平衡。

当信号在不同长度的金属导体线上传送时，由于制造的公差不同，以及各种能改变线对中任何一条导线阻抗的环境条件，对维持信号的平衡就会产生问题。任何这种阻抗变化，即使是很小的变化，也会导致不平衡的纵向信号（相位和振幅差），其结果对本地回路上传送的话音通信产生了有害的干扰（串音）。

这一问题的初步解决方法包括在本地回路内部使用需要由技术人员定期调整的手动可调电位器。然而，对广泛分布的，例如和现存电话网络一起的应用来说，仅是涉及必须手动调整的电路的经费，就使该方法无法实用。

因此，本发明的一个目的就是提供一种方法和装置，用于平衡在一条例如电话本地回路的金属导线对上传送的纵向信号。

本发明的另一个目的是使在本地回路上传送纵向信号时，不需要手工调整如电话本地回路的金属线对中每对导线的变化阻抗。

本发明的另一目的是提供一种简单且相对廉价的设备，用于自动地平衡在如电话本地回路的金属线对上传送的纵向信号。

按照本发明的第一个方案，在一条电话本地回路上传送和接收的第一和第二信号在相位和振幅上是平衡的，上述第一信号接至上述电话本地回路的一个塞环导体与大地之间，上述第二信号接至上述电话本地回路的一个塞尖导体与大地之间。

本发明的一个特征是，用连接到上述塞尖和塞环导体上的装置检测上述第一和第二信号之间的相位和幅度差。

本发明进一步的特征是，可编程数据处理装置响应上述第一信号与第二信号之间的相位和振幅差，产生表示上述相位和振幅差的数字控制信号。

本发明的又一特征是，响应上述数字控制信号的装置，用于补偿上述第一和第二信号的振幅和相位。

本发明的另一特征是，上述被补偿的第一和第二信号不干扰同时出现在上述电话本地回路上的话音传送。

通过以下结合附图所做的详细描述，将有助于更充分地理解本发明的这些及其它的目的和特征。

图1是表示本发明直接与现存电话网络一起应用的方法的框图;

图2是表示本发明的一个框图，用于说明本发明平衡电路中的各个单元;

图3描述了图2中所示的振幅基准和振幅调整电路;

图4说明图2中所示的相位基准和相位调整电路;

图5说明图2中所示的信号求和电路;

图6说明图2中所示的振幅差检测器和缓冲器;

图7说明图2中所示的相位差检测电路;

图7A包括一个说明图7中电路工作的真值表;以及

图8描述图2中所示的纵向信号拟制电路。

以下参见图1，它表示一个纵向传输系统的综合框图，其中一个二次信息转输系统利用电话本地回路传输信息，而不干扰正常的话音通信。更准确地说，由1表示的电话中心局通过本地回路5连接到一个用户电话2。与中心局并联连接的是信息终端3，同时信息终端4在用户电话并联连接。该系统被用来允许信息终端3和4在用户电话与中心局之间存在话音通信的同时互相传送信息。当然，在电话中心局应设有适当的设备，用于把从信息终端3接收到的信息传送到任何一个所需的地点，以及向信息终端3发送信息。

图1所示的系统允许在本地回路上同时传送话音和二次信息信号。然而，这种系统要求用于传送二次信息的纵向信号连续地平衡，使得在塞尖和塞环导体上出现的信号没有相位差和振幅差。只要这些信号维持平衡，信息传送就不会干扰正常的话音通信。

本然，本地回路5的长度可以改变，其长度和阻抗会成比例变化，例如，在强风条件下金属线对的移动。环境条件如酷热，降雨或结冰自然也会改变构成本地回路5导体的金属线对的阻抗。任何这种阻抗的变化，即使是很小的变化，也会导致不平衡的纵向信号，并且其结果会干扰话音通信。因此，重要的是信息终端3和信息终端4两者都应包括有连续和自动保障纵向信号维持平衡的设备，以便不干扰本地回路上的正常话音通信。

现参考图2，它表示本发明的自动平衡电路，该电路应包括在图1所示的每个信息终端3和4内，如图2所示，平衡电路的端子31和32连接到本地回路的塞尖和塞环。同样，自动平衡电路的端子29和30连接到用户电话，同时端子27和28应连接到一个信息终端，例如信息终端3或4。

从信息终端传送的信息来自端子27和28，经过数据存取装置（DAA）10传送到振幅基准19和振幅调整18。DAA是一个标准的现成组件产品，例如国家半导体（National    Semi-Conductor）的产品，其功能是选择性地消除大输出信号，否则可能出现回路反送，以及克服较弱的输入信号。在Advanced    Micro    Devices出版的“Advanced    Micro    Device    Manual-AM    7910    FSIC    Modem    Technology    Manual”中描述了这种DAA电路。

振幅基准电路19的作用是提供一个固定的振幅基准，用于与输出信号的振幅比较。如果振幅需要调整，则由振幅调整电路18按下文所述的方法完成这种调整。

接着，把输出信号施加给相位基准电路21和相位调整电路22。相位基准电路21提供一个固定的相位基准，用于与输出信号的相位比较，如果需要调整，相位调整电路22就按下文所述的方法对相位进行调整。

相位基准和相位调整电路被连接到接口电路24，振幅差检测器23和相位差检测器25。振幅差检测器确定经过塞尖和塞环导体传送的纵向信号之间是否存在振幅差。同时，相位检测器25确定在塞尖导体和地与塞环导体和地之间是否有相位差。

振幅差检测器23和相位检测器25的输出送到缓冲器20，并由此送到中央处理单元（CPU）15。CPU15是一个适当编程的微处理器，用于识别输出纵向信号中的相位和/或振幅差的出现。根据相位或振幅差的出现，CPU经由缓冲电路14向相位控制电路16和振幅控制电路17提供校正指令。相位控制电路16依次命令相位调整电路22，对输出信号做出适当的相位调整，使塞尖和塞环导体上出现的纵向信号之间实现零相位差。同时，振幅控制电路17向振幅调整电路18提供适当的控制信号，使塞尖和塞环导体上的纵向信号之间实现零振幅差。

经过一个适当的调整间隔后，CPU15精确地调整了相位和振幅，使纵向信号完全平衡。这一完全平衡的纵向信号被送到接口电路24，用来改善输出信号的信噪比。由于这种电路是众所周知的，接口电路24在此就不再进一步描述了。然后，输出信号加到塞尖和塞环导体31和32上，并由此传送到电话中心局。

输入纵向信号被加到塞尖和塞环导体31和32上，并由此送到加法电路12。加法电路12能阻止振幅相同和相位超出180°的差分输入信号的通过。送到加法电路12的还有由反馈电路13倒相的输出信号。依靠反馈倒相的输出信号，可以消除强输出信号与较弱输入信号之间的任何可能的干扰。滤波器11是一个简单的带通滤波器。由于反馈电路13和滤波器11都是公知的电路类型，在此不做更多地描述。

连接到塞尖和塞环导体31和32上的还有纵向信号抑制电路26，它靠抑制纵向信号来保护差分的话音和振铃信号的完善。它保证用于传送正常话音、振铃和摘机信息的差分信号能被适当地传送到用户电话和电话中心局，而不受由这个电路通道所抑制的纵向信号的干扰。图2中的每个电路在下文中将做更详细地描述。

现参照图3，该图表示振幅基准电路19和振幅调整电路18的电路。更确切地说，来自DAA10的输出信号送到放大器35，并由此送到压控放大器37和38。压控放大器37的控制输入是一个由电阻33和34之间的阻抗比确定的固定电压。因此，放大器37的输出相对于出现在塞尖导体上的信号是一个固定的振幅值。

压控放大器38的控制输入是（D/A）数模变换器36的输出。D/A变换器36再由CPU15的数字控制信号依次驱动。如上所述，CPU15根据对塞尖和塞环导体上的纵向信号振幅差的检测直接执行适当的振幅调整。因此，根据从CPU15接收的D/A变换器36转换成模拟信号的数字控制信号，放大器38对从DAA10和塞环导体上接收的信号的输出振幅进行调整。放大器39和40是标准的放大电路，在此无需更详细地描述。

现参见图4，它表示相位基准电路21和相位调整电路22。如上所述，相位基准电路仅是一个放大器50，用于放大振幅基准电路19的输出，并把该信号送到塞尖导体上。与振幅调整电路一样，相位调整电路由放大器43和偏置电阻47和48组成。振幅调整电路18的输出经由耦合电阻46和耦合电容45送到放大器43。D/A变换器49如上述关于图3和D/A变换器36的描述一样，由CPU15的指令驱动。D/A变换器49的模拟输出送到电阻44，并由此送到电容器42和FET晶体管41。FET晶体管41起到一个可变电阻的作用，它连同电容器42构成一个可调相移电路。

参见图5，它表示图2所示加法电路12的细节。更确切地说，送到电路12的有塞尖和塞环输入信号和由DAA10经反馈电路13送到加法电路的输入信号。加法电路的输出如图2所示送到滤波器11。

加法电路的用途是阻碍不完全平衡的输入纵向信号，并消除强输出信号可能对较弱输入信号的任何影响。

更准确地说，运算放大器79对接收自塞尖导体的信号起一个相移电路的作用。通过更换电阻73的阻值或把电阻73制成一个电位器对相位进行调整。这种相位调整一般可以在制造厂或在电路安装时进行。在调整时，任何所需的调节都将由上述自动调整电路处理。运算放大器79周围的其余元件包括电阻72，74，77和76，以及电容75和78，它们起到公知的偏置和网络耦合的作用，其功能无需进一步描述。放大器79的输出送到一个由放大器67，电阻66和耦合电阻68构成的振幅调整器。通过改变电阻66的阻值，对来自塞尖导体上的信号的振幅进行调整是可能的，然后把该信号送到电阻68。

同样，出现在塞环导体上的信号经电容61耦合，并通过电阻62送到振幅调整电路63的一个端子上。用该电路通过改变电阻64的阻值调整输入信号的振幅是可能的。这一信号然后经电阻65耦合，并送到电阻68。可以理解，如果输入信号的相位和振幅不平衡，放大器71的输出将等于零。

来自DAA的输出信号，正如直接送到倒相反馈电路13一样，直接经电阻53和耦合电容51送到放大器55的正、负端。该放大器起相位调整电路的作用，其相位可通过改变电阻52的阻值来调整。同样。放大器59起振幅调整电路的作用，其振幅可通过改变电阻58的阻值来调整。如果对这些元件做适当地调节，强输出信号对输入信号的任何影响都能被消除。

图5中此处未做出描述的其他元件，都是起到现有技术中公知的一般偏置和耦合作用，因此无需描述。

参见图6，它表示图2所示的振幅差检测电路23和缓冲器20的细节。在图6中，输出纵向信号被送到塞尖和塞环端，并从那里被送到三个差动放大器81，83和86。图6中的元件90起缓冲电路20的作用。缓冲电路的输出如图2所示送到CPU15。

运算放大器81被用于确定塞尖和塞环导体上的纵向信号之间是否有负振幅差。随后把输出送到缓冲器90。同样，放大器83检测纵向信号的振幅之间是否有正振幅差，这一信息也被送到缓冲器。缓冲器的输出是一个表示纵向信号振幅的正和负差的数字信号，这种信号随时都可能出现。该数字信号被送到CPU15，CPU15产生适当的控制信号去调整振幅，如上所示。一旦振幅差达到零，这一信息就由放大器81，83和86以及缓冲器90转换成一个数字信号，向CPU表示已达到了零振幅差。电阻87，88和89提供一个适当的偏置网络，电阻80，84，82和85也是适当的偏置及耦合元件。

现参见图7和7A，此处表示相位差检测电路25。更准确地说，出现在塞尖和塞环导体上的信号分别被送到电阻93和96，并从那里送到放大器92和95。放大器92和95的输出在图7A所示的真值表中用V₁和V₂表示。正如真值表所示，当输出V₁与V₂两者相等时，反相器102的相位输出等于零。类似地，如果V₁与V₂不相等，反向器102的输出等于逻辑“1”电平。反向器97和99，以及门电路98，100和101按标准的公知方式工作，不必进一步描述。门电路102的输出送到图6所示的缓冲器90的相位输入端。图2中的CPU15把真值表中的相位差转换成适当的相位控制信号，用于对相位进行调整，如上所述。

图8表示图2中用26代表的纵向信号抑制电路的细节。如上所述，该电路的用途是对该电路的相位信号通路中出来的纵向信号进行抑制，以保护差动信号的完善。输入纵向信号被送到变压器103的塞尖和塞环端。由于该变压器上没有地回路，所以大部分纵向信号被隔离变压器103消除。变压器的输出送到放大器106和113，而放大器113的输出送到放大器119的负端。类似地，放大器106的输出经过放大器110送到放大器119的正端。如果放大器119输入信号的振幅和相位相同，放大器119的输出便等于零。然而，差动信号可以不受阻碍地穿过变压器103，放大器106，110，113，和119进行传送，并被送到放大器123，126和129。此后，差动信号被送到用户电话。图8中在此没有描述的元件是按现有技术中公知的方式工作，因此，无需进一步描述。

前文对本发明所做的揭示和描述是用作说明的，在附加的权利要求书的范围内，只要不离平本发明的精神，可以进行各种改变。

Claims (9)

1、一种用于平衡在电话本地回路上传送和接收的第一和第二信号的相位及振幅的装置，上述第一信号连接在塞环导体与地之间，上述第二信号连接在塞尖导体与地之间，该装置包括：

用于在上述第一和第二信号之间检测相位及振幅差的装置；

可编程数据处理装置，它响应上述振幅及相位检测装置，以产生表示上述第一和第二信号之间的振幅及相位差的数字控制信号，以及

响应上述控制信号的装置，用于平衡上述第一和第二信号的振幅及相位。

2、如权利要求1所述的装置，其中上述振幅差检测装置包括一个用于检测振幅正差的第一差分放大器，一个用于检测振幅负差的第二差分放大器，一个用于指示零振幅差的第三差分放大器，以及用于把上述第一，第二及第三放大器的模拟输出转换成一个第一数字指令信号的装置，该数字指令信号供上述可编程数据处理装置使用。

3、如权利要求2所述的装置，其中上述相位差检测装置包括第一和第二运算放大器，第一装置响应上述第一和第二运算放大器输出信号的差，用于指示上述第一和第二信号之间的相位差，第二装置响应上述第一和第二运算放大器相同的输出，用于指示上述第一和第二信号同相位，以及第三装置响应上述第一和第二装置，用于产生一个第二数字指令信号供上述可编程数据处理装置使用。

4、如权利要求1所述的装置，其中上述振幅平衡装置包括，用于把来自上述可编程数据处理装置的上述数字控制信号转换成一个第一模拟控制信号的第一装置，用于把上述第一信号的振幅固定在一个恒定振幅电平的装置，以及响应上述第一模拟控制信号的装置，它用于调整上述第二信号的振幅电平，使其与上述恒定电平一致。

5、如权利要求4所述的装置，其中上述相位平衡装置包括，用于把来自上述可编程数据处理装置的上述数字控制信号转换成一个第二模拟控制信号的第二装置，用于把上述第一信号的相位固定在一个恒定相位角的装置，以及响应上述第二模拟控制信号的装置，它用于调整上述第二信号的相位，使其与上述第二信号的相位一致。

6、如权利要求5所述的装置，其中上述相位调整装置包括，一个与一个电容器相结合的FET晶体管，上述FET晶体管根据上述第二模拟控制信号改变阻抗。

7、如权利要求1所述的装置，其中话音信号与上述第一和第二信号同时在上述电话本地回路上从用户电话传送到电话中心局，上述装置还包括用于防止上述第一和第二信号传送到上述电话用户的装置。

8、如权利要求1所述的装置，其中还包括对经过上述电话本地回路接收的上述第一和第二信号的振幅及相位进行比较的装置，以及响应上述比较装置，用于抑制第一和第二信号两者之间相位及振幅差的装置。

9、如权利要求8所述的装置，其中还包括用来消除经上述电话本地回路传送的信号与经上述电话本地回路接收的信号之间干扰的装置。

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