CN1081420C - 抑制电话机噪声的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁干扰旁路滤波装置,(用于)抑制电话线——有源电话装置的塞尖(tip)和塞环(ring)引线上传导的射频噪声电流。电话装置附近地区发出的调幅(AM)无线电广播信号导致了这一射频噪声电流。该滤波装置包括了涂覆于电话装置箱体内表面上的一种导电材料。该导电材料被耦合接地。第一和第二电容器被耦合到塞尖及塞环引线与导电材料之间,同时,第一和第二电感串接于塞尖和塞环导线及其与带有电话电路的印刷电路板的连接处之间。
Description
本发明涉及通信系统和设备,特指一种安装在电话线路—有源电话机上用来抑制调幅(AM)广播频段(典型定义是从540KHz~1800KHz)电磁干扰(EMI)的装置,这种电磁干扰是沿着线路传入电话线—有源电话机中的。
电磁干扰(EMI),即不希望出现的从一个电磁能量源至一个受影响电路、系统或结构的电磁能量的耦合,来自干扰源的耦合一般有下列四种方式:1)通过线路传导;2)通过远场辐射,例如发生在间隔大约为一个或多个干扰频率的波长的发射天线和接收天线间;3)通过电容(电场)耦合;4)通过电感(磁场)耦合。
电磁干扰(EMI)问题的一个例子涉及汽车控制系统中数字计算机电路的广泛应用。这样的电路易受来自无线电频率发射机,如蜂窝电话和业余无线电(“ham”)发射机产生的电磁干扰的影响。为了正常工作,小汽车内的电子引擎和制动系统计算机必须设计成可以相对地不受上述附近的发射机产生的电磁场的影响。
同样,电话设备,如抗干扰试验电话,经常被用于附近存在一个或多个具有高功率无线电发射机和与之相联的天线系统的调幅(AM)广播电台的环境之中,因而常常暴露于产生足够强的干扰的或甚至是使上述设备工作完全失效的电磁能量中。本发明的场试验已经表明,由调幅(AM)无线电广播引起的对电话机的干扰主要来自辐射的射频(RF)信号,它被耦合进入附近的电话传输线,然后以射频(RF)电流的形式传导进入与受影响的传输线相连的电话机。
因为大多数当今的电话设计采用有源电路(放大器、自动增益控制电路等),它在为电话提供了优于老式“无源”设计的某些优点的同时,也对由不必要的射频(RF)电流引起的干扰有着更高的敏感度。这是由有源电路的特性所决定,它有着不希望的从调幅射频(RF)载频中解调出音频信号的能力。
在调幅(AM)无线电台附近区域所做的场试验已经表明:对电话装置正常工作的干扰表现为两种主要形式:1)电话的电子电路解调出调幅射频(RF)电流中的音频信号成份,然后放大这一不需要的音频信号成份,将其耦合到电话的接收器中,使听懂接收到的话音极端困难或者根本不可能;2)如果射频(RF)信号足够强,电话装置的内部电路将失效,使其不可能发出呼叫。
图1图解说明了这个问题,它表示一个高功率商业无线电广播天线发射的射频(RF)信号进入位于天线发射场附近地区的双金属线电话传输线中(这一过程)的等效电路。这里,不需要的调幅(AM)广播干扰信号示意性地表示为具有一相应噪声源阻抗13的噪声源11。调幅(AM)信号通过代表对称双线传输线20的一对电阻器15和17进入电话机30的塞尖(tip)和塞环(ring)连接器21和22。电话机30的硬件典型地包括一块被罩在一个绝缘(塑料)外罩或壳子33里面的印刷电路板31。安装在印刷电路板31上的是一个或多个有源电子电路,它们通过自然出现的互耦电容CM0电容性地耦合到地。不希望出现的射频(RF)电流通过双线(塞尖和塞环)传输线20以共模方式传导。
在上述电磁场中进行的射频(RF)噪声测试表明,沿着点画线——路径25(起自噪声源11——经过塞尖及塞环传输线20——印刷电路板31的放大器电路——互耦电容CM0——至地)传导的射频噪声信号的强度足以引起对调幅(AM)无线电广播设各周围的电话装置的阻塞性干扰。
在墨西哥,墨西哥电话部门(TelMex)要求电话必须具有射频(RF)抗扰能力。然而,迄今为止,本发明人在墨西哥还没有见过完全抑制掉射频干扰(RFI)的电话。上述两个基本问题或其中之一是常见的,即调幅(AM)音频信号被解调,或者电话的电子电路被影响(例如,由于传入的射频电流,拨号电路失效)。
虽然针对电磁干扰(EM4I)问题一般可以采取如美国专利Nos.5,271,056和No.4,738,638中所描述的各种各样的屏蔽/接地措施,可没有一个专利描述上面提及的作为出现在双线(塞尖与塞环)导线的不需要的共模射频电流的AM广播信号被电话的电子线路进行不希望的解调这一问题。专利5,271,056描述了一种作为无线电话部件的带有边缘弯起的框架板的接地金属薄片的使用。专利5,271,056描述了一种电话定型化设计插座的导体之一的替代品,它带有用来传导高频电磁干扰(EMI)信号至地的宽金属表面,或者一种为此目的而设计的金属连接盖子。
本发明特指一种装置,它可以有效地消除由高电平、调幅无线电广播带来的干扰,特别是消除由振幅调制导致的、通过塞尖和塞环导线向电话机有源电路传导的射频噪声电流带来的射频干扰(RFI)。正如所描述的那样,本发明有效地滤除了传导的调幅射频电流信号,使得滤波后的电话能够完成它的预定功能,对通话没有干扰,常规的电话性能参数没有降低。
为此目的,本发明涉及到改造常规电话机,在其绝缘外壳的内表面加上一利导电涂层。另外,耦合于塞尖和塞环导线与外壳的导电涂层间的是第一和第二辅助电容,同时,第一和第二电感被串行耦合于塞尖、塞环导线和与之相连的印刷电路板。
每一个辅助电容的值都明显大于印刷电路板的导电通路和电话机壳内表面的导电涂层之间的互耦电容的值,。由塞尖和塞环引线上的共模射频噪声电流信号看过去的对地有效阻抗因而是远远低于经过印刷电路板上的线路所遇到的阻抗。尽管这有效地增加了注入电话机的共模电流,然而较低的通过辅助电容器的旁路阻抗引导共模RF电流流动于印刷电路板的周围,而不是流过它的有源电路。
辅助电容器的值必须足够小,防止摘机(off-hook)时电话机反映在电话网络上的交流(AC)阻抗的减小。已经发现,每一个辅助电容器可以有一个0.02μf数量级或者更小的电容值。从跨接于塞尖和塞环引线的电话电路看上去,辅助电容器互相串联并且建立了一个塞尖和塞环间的0.01μf量级的电容,它与电话机的阻抗并联。电容器的值明显大于0.02μf会将电话机的交流(AC)阻抗减小到所要求的600至900欧姆范围以下而这一阻抗范围是在300至3400Hz的语音频带所必须保持的。尽管将一对塞尖和塞环辅助电容值增加到大于0.02μf会进一步减小解调音频信号的电平,但这样做破坏了对有效交流(AC)阻抗的要求。
电感线圈对射频噪声信号呈现一个高串联阻抗,从而进一步减小了流入电话机有源电路的射频电流,以致解调后音频噪声信号电平降低到人的听力电平之下。这样做有效地使按照本发明改良的测试电话的性能实质上与连接于没有射频电流流动的传输线上的电话没有什么区别。
本发明包括一种用于抑制通过电话机塞尖和塞环引线传导的由调幅射频噪声电流造成的干扰的装置,以使电话机电路能够完成它的特定功能,通话时无干扰,电话性能参数不降低。该装置包括加在电话机壳内的一种被耦合接地的导电材料,这种导电材料罩住了电话机的电话电路,第一和第二电容器耦合于塞尖、塞环引线与这种导电材料之间。
本发明还包括一种抑制对电话机电路的干扰的方法,干扰是由经过塞尖和塞环引线传入电话机的射频噪声电流引起的,位于电话机附近地区的调幅广播源发出的调幅广播信号造成了这一噪声电流。该方法包括下列步骤:
(a)用一种耦合接地的导电材料包围电话机的电话电路;同时
(b)在塞尖、塞环引线与上述导电材料间接入第一和第二电容器。
本发明现在将用带有参考附图的例子加以描述:
图1示意性地画出了一个高功率商业无线电广播天线发射的射频信号进入位于天线附近地区的双金属电话传输线中(这一过程)的等效电路;同时
图2图解表示了一种包括了导电涂层、辅助并联塞尖和塞环电容器及串联的电感器的电话机结构的一个改造方案。
本发明的射频干扰(RFI)滤波装置可以有效地消除由高电平调幅无线电广播带来的干扰,特别是由通过塞尖和塞环引线导入电话机有源电路部件的调幅RF噪声电流造成的干扰,以使常规电话性能参数不会降低。
图2表示了电话机30的结构改进方案,在其绝缘(塑料)外罩或壳体33的内表面加上了一种导电涂层35。另外,耦合在传输线20的塞尖和塞环导线21和22与导电涂层35之间的是第一和第二辅助电容器41和43,分别有电容值C1和C2。再有,第一和第二辅助电感51和53(分别有大约1mH的电感值L1和L2)被串接在塞尖和塞环导线21和22及与之相连的印刷电路板31的连接处之间。
辅助电容器41和43的相应的值C1和C2明显大于印刷电路板31的导电通道和电话机壳33内的导电涂层35间的互耦电容值CM1。导电涂层35和大地间的互耦电容用CM2表示。结果,从塞尖和塞环引线21和22上的共模射频噪声信号看上去的有效对地阻抗远远低于经过印刷电路板31的电路所遇到的阻抗。
尽管本发明的导电涂层和LC旁路设计可能增加注入电话机的共模电流,然而通过辅助电容器41和43的较低的旁路阻抗引导共模电流环绕于印刷电路板31的周围,而不是经过不希望经过的印刷电路板31上的有源电路。辅助电容器41和43的值必须足够小,以防止摘机时电话机呈现在电话网络上的交流阻抗的减小。
作为一个非限定的例子,已经发现辅助电容器41和43的每一个应该有0.02μf量级或更小的值。正如先前注释的那样,当向跨接于塞尖和塞环引线21和22的电话电路看的时侯,辅助电容器41和43互相串联并且形成一个跨接于塞尖和塞环引线21和22间的0.01μf量级的电容。所得到的交流阻抗并联在电话机的交流阻抗上。明显大于0.02μf的电容值会将电话机的交流阻抗减小到所要求的600~900欧姆范围(这对300至3400Hz话音频段是必需保持的)以下。如果辅助电容41和43的值大于0.02μf,解调的音频电平可能进一步减小,但是这样做将破坏对等效交流阻抗的要求。
电感51和53的效果是对射频噪声信号呈现为一个高串联阻抗,从而进一步减小进入到电话机有源电路中的射频电流,以使音频噪声信号的电平减小到人的听力电平以下。这有效地使按照本发明改进的电话的性能与连接于没有射频电流流动的传输线上的电话的性能没有什么本质区别。
正如从上文的描述中了解到的那样,本发明的辅助旁路滤波装置有效地消除了由高电平调幅无线广播带来的干扰,特别是消除电话线——有源电话机的塞尖和塞环引线上传导的调幅射频噪声电流造成的无线射频干扰(RFI),以使滤波后的电话电路能够有效地完成它的特定功能,没有对通话的干扰,常规电话性能参数没有下降。其结果是一部与连接于不存在射频电流的传输线上的电话机没有本质区别的电话机。
总之,本发明是一种电磁干扰旁路滤波装置,用来抑制在电话线——有源电话机的塞尖和塞环引线上传导的射频噪声电流。这种射频噪声电流是由电话机附近发射的调幅无线广播信号引起的。为了包围包含电话电路的印刷电路板,滤波装置包括了一种涂覆于电话机外壳的内表面的导电材料。这种导电材料被耦合接地。第一和第二电容器被耦合于塞尖、塞环引线和导电材料之间,同时,第一和第二电感被串接于塞尖、塞环导线和与之相连的包含电话电路的印刷电路板的连接处之间。
Claims (19)
1.一种用于抑制从塞尖和塞环引线到电话机传导的调幅射频噪声电流造成的干扰的装置,以使电话机电路能够完成它的特定功能,通话时无干扰,电话性能参数不降低,上述装置包括加在上述电话机的外壳内的一种导电材料,上述导电材料罩住了上述电话机的电话机电路并且被电容性地耦合接地,还包括耦合于塞尖和塞环引线与上述导电材料间的第一和第二电容器。
2.如权利要求1所述的装置,其中上述第一和第二电容器的分别的值大于上述电话机电路的导体和上述导电材料之间的互耦电容,使得由在上述塞尖和塞环导线上传导的共模射频噪声电流信号看上去的对地的有效阻抗低于在通过上述电话机电路的路径上遇到的阻抗。
3.如权利要求1所述的装置,其中上述第一和第二电容器的分别的值足够地小,使得当上述电话机摘机时能够防止上述电话机电路呈现给电话网的交流阻抗的显著的减小。
4.如权利要求1所述的装置,其中上述第一和第二电容器的每一个有一个0.02μf的量级或更小的值。
5.权利要求1所述的装置,其中上述导电材料包括在上述电话机的上述外壳的内表面上形成的导电涂层。
6.权利要求5所述的装置,还包括与上述塞尖和塞环导线串联连接的第一和第二电感器和上述塞尖和塞环导线到上述电话机的上述电话机电路的连接。
7.权利要求1所述的装置,还包括在上述塞尖和塞环导线与上述电话机的上述电话机电路之间连接的第一和第二电感器。
8.权利要求7所述的装置,其中上述第一和第二电感器具有1mH的量级的值。
9.如权利要求8所述的装置,其中上述第一和第二电容器的每一个有一个0.02μf的量级或更小的值。
10.一种用于抑制从塞尖和塞环引线到电话机传导的调幅射频噪声电流造成的干扰的装置,以使电话机电路能够完成它的特定功能,通话时无干扰,电话性能参数不降低,上述装置包括加在上述电话机的外壳内的一种导电材料,上述导电材料罩住了上述电话机的电话机电路并且被容性地耦合接地,还包括耦合于塞尖和塞环引线与上述导电材料间第一和第二电感器。
11.一种用于抑制由从塞尖和塞环引线到电话机传导的调幅射频噪声电流造成的对电话机的电话机电路的工作的干扰的方法,上述噪声电流由上述电话机附近的调幅无线电的发射源的调幅广播信号引起,上述方法包括以下步骤:
(a)用一种电容性耦合接地的导电材料包围上述电话机的电话机电路;并且
(b)在上述塞尖和塞环引线与上述导电材料间连接第一和第二电容器。
12.如权利要求11所述的方法,其中上述第一和第二电容器的分别的值大于上述电话机电路的导体和上述导电材料之间的互耦电容,使得由在上述塞间和塞环导线上传导的共模射频噪声电流信号看上去的对地的有效阻抗低于在通过上述电话机电路的路径上遇到的阻抗。
13.如权利要求11所述的方法,其中上述第一和第二电容器的分别的值足够地小,使得当上述电话机摘机时能够防止上述电话机电路呈现给电话网的交流阻抗的显著的减小。
14.如权利要求1所述的方法,其中上述第一和第二电容器的每一个有一个0.02μf的量级或更小的值。
15.权利要求11所述的装置,其中步骤(a)包括形成上述导电材料作为在上述电话机的上述外壳的内表面上形成的导电涂层。
16.权利要求15所述的方法,还包括在上述塞尖和塞环导线与上述电话机的上述电话机电路之间安装第一与第二电感的步骤(c)。
17.权利要求11所述的方法,还包括在上述塞尖和塞环导线与上述电话机的上述电话机电路之间安装第一与第二电感器的步骤(c)。
18.权利要求17所述的装置,其中上述第一和第二电感器具有1mH的量级的值。
19.如权利要求18所述的装置,其中上述第一和第二电容器的每一个有一个0.02μf的量级或更小的值。
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C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |