CN1053873A - 电话线路的直流供电方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及给电话线(ab)直流供电的方法和装 置。根据本发明，电流源特性是程序可控的。该装置 包括一个直流源电路，该电路检测线电压(U_ab)并根 据预先编程的电流源特性供给线电流(I_ab)。

Description

本发明涉及远程通讯系统中电话线路的直流供电。更具体地说，但不仅限于，本发明涉及在由编程给定模式的框架内改变电源特性的方法和装置。

在电话交换台中，SLIC电路（Subscriber  Line  Interface  Circuit，即用户线接口电路）尤其负责对其相应的电话线路和用户的直流供电。借助于电子控制系统在该SLIC电路中获得电流源，该控制系统检测线电压并供给相应的线电流。这样，虽然也能获得恒定电流源，仍可能模仿电阻性供电系统的功能。通过选择外部电阻器可确定电源电阻值及电源电流。已知类型的SLIC电路的电流源功能在Ericsson  Review（No.4，1983）中有描述。

属于已知技术的线电路BLIC（BIMOS  Line  Interface  Circuit）在IEEE  Journal  of  Solid-State  Circuits（Vol  Sc-21，No.2，1986年4月，第252-258页）中有描述。所述电话线电路包括一个有效地对相应电话线路直流供电的直流回路（DC-loop）。由于所述线电路（BLIC）是检测线电流并供给线电压，它以与前述SLIC电路相反的方式工作。

另一种已知的现有技术是MALC系统中用于直流供电的反馈回路。该系统在MOTOROLA，Technical Developments（Vol.7，1987年10月第77-79页）中有描述。在其图1中示出的该电源特性可分为三部分，电压源V_L＝V_F，电流源I_L＝I_F和电阻电源，所述电路类似于有一内部电阻R_F的电流源。其图2示出了用于获得上述图1所示电源特性的电路。参数V_F、R_F和I_F均为程序可控。由于该电路包括一跨导放大器OTA，从而产生一恒电压V_L＝V_F，以致于获得非常高的电压放大。

SLIC电路的主要缺点是电源特性不可编程控制。当将SLIC电路出口到不同国家时，对通行不同电流源特性要求的国家必须生产不同的电路。特别是因为外连电阻R₃的变化，使这些电路不同。

SLIC电路另一缺点是当电流源电阻变化时，电路等效电感不恒定。这意味着该电流电源回路的反应时间取决于电流电源特性并可能在某些场合下较长。

MALC系统直流供电反馈回路的问题在于电流电源特性的形状。在图1恒定电压V_L＝V_F部分，需要无限放大，这使保持直流回路稳定变得困难。在图1恒定电流I_L＝I_F部分，可能与具有限流用户的设备一起出现问题。如果用户设备的限流与DC回路中限流相同，则可能发生低频自激。

因此，本发明的目的是提供一种检测线电压供给线电流的直流电源电路，该电流源特性适合于将直流供给用户线路，同时允许通过编程改变电流源的特性。

本发明的又一目的是提供具有短反应时间的电流源电路，以致该电路能通过以相应方式改变线电流对线电压的变化快速反应。

用本发明的方法和本发明的电流源电路可获得所希望的直流电源功能。该电路包括一个用于线电压检测和电平调整的电压转换器、包含一个电容器用于滤掉声音信号的低通滤波器、连接到该低通滤波器的缓冲放大器和连接到所述放大器输出端的电阻器。来自缓冲放大器的电压通过该电阻将电流供给电流放大器，该电流放大器供给实际线电流。

所述对电流源特性的编程可通过安置具有基本与低通滤波器中电容器并联的程序可控电阻的第一电阻性元件而获得。为同样目的，将具有程序可控参考电压的限压元件与具有程序可控电阻的第二电阻性元件串联，并将它们安置成基本与所述电容并联。最后，将一电流发生器也安置成基本与电容器并联。该电流发生器产生具有程序可控方向的电流，也可选择用程序控制该电流大小。这样，电流源特性的所有变化由低通滤波器中电容器的旁路耦合实现。该电路由此根据预定的电流源特性供给线电流。

根据本发明的电流源特性包括4个可编程参数。第一个参数是小线路电流的电源电阻，第二个参数是发生限流的中断点，第三个参数是在限流时电路的电源电阻，第四个参数是该电路的开路电压，其中空载电压的极性可由程序控制，也可选择用程序控制其大小。这样，借助于可编程元件由程序控制这四个参数。因为电流源特性的全部变化由低滤波器中电容器的旁路耦合实现，该电流源电路的等效电感从电话线侧看将为恒定，与电流源特性和工作点无关。由恒定电感提供的优点是电流源回路的反应时间将是短的。由于当旁路耦合电容时电流源电路中放大率与带宽乘积为恒定从而获得恒定电感。

当电流源特性可由程序控制时所提供的优点在于能制造一种并且同样的电路用于通行不同电流源特性要求的不同国家。例如与操作启动有关的所希望的电流源特性可由程序控制。

本发明电流源特性优于MALC系统中的特性。本发明电路不产生恒定线电压因此没有无限放大，从而避免了稳定性问题。而，根据本发明使用一个负电阻以此对于实际上可忽略的电压降产生一个足够低的电流源电阻。为避免前述的有关恒流源的问题，即使限流，电流源总具有电阻特性。并且，对于元件容差的灵敏度比MALC系统的直流供电电路的小。这是因为本发明电路在基准状态（其中第一和第二电阻性元件电阻值无限大）具有通过低通滤波器和缓冲放大器的直流电压放大为1，而在用跨导放大器实现的相应放大由两个电阻间的商决定，并可由其容差决定。

本发明方法和电路将参照示范性实施例和附图更详细地加以描述。附图中：

图1图示了一个本发明的电流源电路;

图2图示了该电流源电路的电源特性。

图1示出了本发明直流源电路。该电路与电话线ab相连用以直流供电，所述电路检测线电压Uab，并通过反馈回路根据程序控制的直流源特性提供相应的线电流Iab。

该电路包括一个较高电压部分1和在其中电流源特性可编程的第二较低电压部分2。较高电压部分1的电压转换器3与电话线ab相连用于检测线电压Uab。线电压Uab在电压转换器3中改变为较低电压电平以能在其中电流源特性可编程的较低电压部分2中处理，电压转换器3通过其输出端提供一个电压给低电压部分，该电压对应于线电压乘以转换系统Gdc，Gdc比1小得多。来自所述较低电压部分的输出电压Uout通过电阻Rdc提供电流Idc给电流放大器4，该放大器将电流Idc放大Gi倍并提供实际线电流Iab。较高电压部分1中的电压转换器3和电流放大器4包含在前述SLIC电路中。

较低电压部分包括一个含有RC电路的低通滤波器5。该低通滤波器的功能是以语言频率闭塞信号。该低通滤波器5包括第一和第二电阻器R1、R2以及电容器C1，第二电阻R2比第一电阻R1阻值低得多，并可选择为零欧姆。第一电阻R1的一端连接电压转换器3的输出端而另一端连接第二电阻R2的一端。电容器C1的一端连接第二电阻R2的另一端。这一端也是缓冲放大器6的输入端。缓冲放大器6的输出端连接所述电阻Rdc。缓冲放大器6的作用是在较低电压部分2和电阻Rdc间形成缓冲，这样所述电阻将不会比较低电压部分2负载更大。如前所述，缓冲放大器6的输出电压Uout通过电阻Rdc提供电流到电流放大器4。较低电压部分2和电阻Rdc一起形成所述反馈回路。

对电流源特性的所有作用发生在第一结点P₁（第一和第二电阻R₁、R₂间）和第二结点P₂（在电容器C₁的另一端）之间，即基本与所述电容器并联的位置。4个元件负责电流源特性的变化，这些元件是具有程序可控电阻第一电阻性元件R_A，具有程序可控电阻值的第二电阻性元件R_B。具有程序可控基准电压的限压元件7和以程序可控的方向或指向产生生成电流I的电流电路8，该电路也可选择用程序控制其电流大小。第一电阻性元件R_A接在所述第一和第二结点P₁、P₂间。第二电阻性元件R_B接在所述第一结点P₁和限压元件7的一端之间。限压元件的另一端接到第二结点P2。再一次参照低通滤波器中的第二电阻R₂，该电阻的目的是减小限压元件7中可能发生的噪声和干扰，另一方面它对该电流源特性没有影响。电流电路8接在所述第一和第二结点P₁、P₂间，以产生决定该电流源电路的开路电压E的生成电流I。电压E是所述电流I、低通滤波器5中第一电阻R₁和电压转换器3中转换因子Gdc的函数E＝I·R₁/Gdc。电流的方向决定了电压的极性。

图2示出了用所述电路可获得的电流源特性。该图也指出借助于早先提到的电流源电路较低电压部分2中程序可控元件改变特性的方式。

图2中电流源特性示出作为线电压Uab函数的线电流Iab。该特征曲线形状取决于该电流源电路的电源电阻Rfeed（内部电阻），该电阻可随前述可变参数的变化而变化。这样，线电流Iab是电路电源电阻Rfeed和线电压Uab的函数，Iab＝（Rfeed，Uab）。为更容易地理解该电路，可以说当第一和第二电阻性元件R_A、R_B电阻值很高时，即与这些元件相连的线认为被截断，电源电阻处于基准状态。在其准状态，电源电阻由转换系数Gdc、电流放大系数Gi和电阻Rdc所决定，Rfeed＝Rdc/（Gi·Gdc）。再参照图2，其中电阻性元件具有可实际使用的电阻值，因此这也将决定电路电源电阻。该特征曲线展示了两条相互连接的线段，第一线段A和第二线段AB。由电源电阻大小对应于线段斜率的事实以及图中所示线段具有不同斜率的事实，线段A、AB说明该电路具有取决于线电压Uab的不同电源电阻。

小于极限电流I的线电流Iab的电源电阻由第一电阻性元件R_A决定，即Rfeed＝Rdc·（1+R₁/R_A）/（Gi·Gdc）。（该电路电源电阻也包括处于基态的电源电阻，尽管由于它是恒定而可忽略。）图中，第一线段A代表较低电流区间Iab＜Ilim的电路电源电阻。斜率大小对应电源电阻的倒数，因此大斜率（几乎垂直）代表低阻值电源电阻。以其最简单的形式，第一电阻性元件R_A是一个电阻。电话线ab的电流源将比其基态具有高的阻值。通过程序控制，该电阻可具有不同的值。在图示的实施例中，电阻性元件R_A是一串硅集成电阻，借助于晶体管可获得所希望的阻值。如前所述，不同值给出不同电源电阻并且产生不同的第一线段A的斜率。如果第一电阻第一电阻性元件R_A是低阻值的，电源电阻将是高阻值并且第一线段A具有较平缓或较小的斜率，而如果元件R_A是高阻值，电源电阻将是低阻值并且线段A具有陡的或大的斜率。通过从负电阻形成第一电阻性元件R_A，还可能得更低阻值的电源电阻（线段A几乎垂直），该负电阻借助与正或负反馈放大器相结合的电阻产生。该电阻接在反馈放大器的输入端和输出端之间。通过改变该放大器的反馈可获得该负电阻的不同阻值，这也可由程序控制。极限线电流Ilim对应于极限电压Ulim。这样，将电路电源电阻由第一电阻性元件R_A控制在开路电压E和所述极限电压Ulim之间。

限压元件7的作用是在线电流高于极限电流Ilim时限制电流，以致于在所述较高电流期间的线电流Iab以比在较低电流期间慢的速度增长。该限压元件7包括例如负反馈比较器，该比较器的基准电压由程序控制用以决定发生限流时的极限电流Ilim。可通过将程序控制的电流加到一电阻对该基准电压进行程序控制。当比较器输入端（第二电阻性元件R_B和限压器7间的第三结点P₃）的电压达到可编程基准电压时，该电压则不能再增长，而有电流通过该比较器。通过比较器的该电流也流过第二电阻性元件R_B，该电流也决定该电路电源电阻，该电流增大从而发生所述限流。与第二电阻性元件R_B并连的第一电阻性元件R_A决定了该电路在所述限流时，即在线电流超过极限电流I时的电源电阻。图2中第二线段AB斜率减小示出限流时电路电源电阻增大。第二电阻性R_B可编程变化，从而使线段AB的斜率和限流时电路电源电阻发生变化。前述第二元件R_B可包含例如象使用在第一电阻性元件R_A（当其为正时）的同样类型的元件。

由于电流源电路包括低通滤波器5，该电路中内部阻抗变得复杂。该阻抗由早先提到的与电感Lfeed串联的电源电阻Rfeed组成。低通滤波器中的反应元件是电容器C₁。第一电阻性元件R_A是所述电容器的线性旁路，而第二电阻性元件R_B是所述电容器的非线性旁路。由于电流源特性的所有变化（线性和非线性）由该电容器的旁路耦合反映，从电话线侧ab看，等效电感将恒定，而与电流源特性和工作点无关。这是由于在所述电容器旁路耦合处放大率和带宽的乘积是恒定而得到的。

由于电话线ab和两个结点P₁、P₂间的电路被认为是回转器，该回转器可将电流转换为电压和反过来转换，使该阻抗包括电感。结点P₁、P₂间的电流将对应于电话线ab上的电压（该生成电流I决定空载电压E），电压对应于线电流Iab（限压元件7导致电话线ab上的限流）。旁路连接电阻于是转变为该电话线上的串联电阻，并以同样方式，并联电容器C₁转变为串联电感Lfeed。

Claims (6)

1、一种用于改变对电话线(ab)，供电的电路电流源特性的方法，所述电路包括一个用于检测和控制线电压(Uab)电平的电压转换器(3)、一个包含一个电容器(C₁)并用于将声音信号滤出的低通滤波器(5)，连接到所述低通滤波器(5)的缓冲放大器(6)和与所述缓冲放大器(6)的输出端连接的电阻(Rdc)，其中从缓冲放大器的输出电压(U_out)通过电阻(R_dc)提供电流(I_dc)给用于提供线电流(I_ab)的电流放大器(4)，该方法的特征在于：安置基本与该电容器(C₁)并联的电流电路(8)用以产生具有可调方向的生成电流I，安置基本与该电容器(C₁)并联的具有可调电阻的第一电阻性元件(R_A)，将具有可调基准电压的限压元件(7)与具有可调电阻的第二电阻性元件(R_B)串联连接并且基本与电容器C₁并联设置，当设定电流源特性时，借助这样设置生成电流(I)的电流方向来决定电路开路电压(E)的极性，借助这样设置第一电阻性元件(R_A)的电阻来决定为小于极限线电流(I_lim)的线电流(I_ab)的电路电源电阻，借助这样设定限压元件(7)的基准电压来决定发生限流时的所述极限电流(I_lim)和借助这样设定第二电阻性元件(R_B)的电阻来决定极限电流(I_lim)以上的线电流(I_ab)的电路电源电阻。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于：通过对生成电流（I）的电流方向、第一电阻性元件（R_A）的电阻、限压元件（7）的基准电压和第二电阻（R_B）的电阻的编程控制来实现电流源特性的设定。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于：生成电流（I）的大小也是程序可控的。

4、一种用于给电话线ab提供电流和有效检测线电压（Uab）以及根据预先编程的电流源特性提供线电流（Iab）的电路，其中所述电路包括用以检测和调整线电压（Uab）电平的一个电压转换器（3）、包含一个电容器（C₁）并用于将声音信号滤去的低通滤波器（5）、连到该低通滤波器（5）的缓冲放大器（6）和连到所述缓冲放大器（6）的输出的电阻（Rdc），其中来自缓冲放大器的输出电压（Uout）通过电阻（Rdc）将电流（Idc）提供到用以提供线电流Iab的电流放大器（4），其特征在于：用于设定电流源特性的所述电路包括一个用以产生具有程控方向或指向的生成电流（I）的电流电路（8），该电流电路（8）基本与所述电容器（C₁）并联，其中电路的开路电压（E）的极性由程控的生成电流（I）的方向决定，具有程控电阻的第一电阻性元件（R_A）与所述电容器（C₁）基本并联，其中低于极限电流（Ilim）的线电流（Iab）的电路电源电阻由第一电阻性元件（R_A）的程控电阻所决定，以及具有程控基准电压并与具有程控电阻的第二电阻性元件（R_B）串联的安置成基本与所述电容器（C₁）并联的限压元件（7），其中限压元件（7）程序可控从而决定发生限流时的极限线电流（Ilim），第二电阻性元件（R_B）的电阻是程序可控的从而决定了线电流（Iab）高于极限电流（Ilim）时的电路电源电阻。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于：所述第一电阻性元件（R_A）是与正或负反馈放大器相组合的电阻器。

6、根据权利要求4的电路，其特征在于：所述限压元件（7）是反馈比较器。

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