CN1127837C - 电话开关叉簧接口电路 - Google Patents

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Abstract

开关叉簧接口电路把用户电话连接到用户电话线路。该接口电路包括摘机信号源，摘机信号具有指示摘机条件的的第一状态，和指示挂机条件的第二状态。在摘机信号源和用户线路之间连接一个电路，它在摘机信号指示摘机条件时逐渐增加从用户电话线路中提取的电流，并在摘机信号指示挂机条件时逐渐减小从用户电话线路中提取的电流。

Description

电话开关叉簧接口电路
本发明涉及在电话开关叉簧接口电路(switch hook interfacecircuit)中用于控制当进行摘机和挂机时所提取电流的改变速率的电路。
当前的消费者电子设备，例如，直接卫星接收系统(如DSS系统)，有时需要接入到用户电话线路。这种接入可能要把收费信息报告给业务提供者，或在接入到交互电视节目期间收看者要与中央计算机系统交互工作。为此，计算机调制解调器以已知方式接入收看者的电话线路。
然而，这样的自动系统不能知道是否有人正在使用用户电话线路。为了确定电话线路是否空闲，现有技术的调制解调器系统进行摘机并试图检测拨号音。如果检测到拨号音，则这表示调制解调器正连接在电话线路上，并可能出现拨号和到中央计算机的连接。另一方面，如果调制解调器未检测到拨号音，则这表示调制解调器未连接在电话线路上，并且调制解调器可挂机，且可在过些时间再试一试。
现有技术的调制解调器以和标准电话同样的方式进行摘机，例如，通过启动一个继电器。当继电器进行摘机时，这会在电话线路上造成可听见的卡塔声，及当继电器在确定它未连接在电话线路后，进行挂机时，会有另一次卡塔声。这些卡塔声是明显地可听见的，而这对于在这时正在使用电话线路的用户来说很讨厌。因此，希望使自动控制的调制解调器当进行摘机以进行测试电话线路是否可供其使用时而造成的可听见声音最小化。
在1995年6月5日发表的题为“Parallel off-hook detectionfor both line-available and phone pick-up detection(用于线路可用的和电话拾音检测的并行摘机检测)”的美国专利No.5,422,939中，由Kramer等描述了现有技术的采用继电器的电话开关叉簧接口电路的例子。Kramer等的装置包括：摘机信号源，该摘机信号具有指示摘机条件的的第一状态，和指示挂机条件的第二状态；在摘机信号源和用户线路之间连接的一个控制电路，用于操作与用户电话线路的“塞尖”导体串联连接的线路捕获继电器。然而，如上所述，当被操作来测试电话线路是否在使用时，继电器趋向于产生出烦人的卡搭声。
本发明的原理能应用到一类电话开关叉簧接口电路，包括：摘机信号源(OH)，该摘机信号具有指示摘机条件的的第一状态(工作为低)，和指示挂机条件的第二状态(不工作为高)；以及连接在摘机信号源和用户线路之间的一个控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)。
按照本发明，接口电路的特征在于，控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)在摘机信号(OH-低)指示摘机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最小电流逐渐增加到最大电流，和在摘机信号(OH-高)指示挂机条件时把从用户电话线路中提取的电流从最大电流逐渐减小到最小电流。
通过在进行摘机时逐渐增加从用户电话线路中提取的电流、以及在进行挂机时逐渐减小从用户电话线路中提取的电流，由现有技术的开关叉簧接口电路产生的令人讨厌的卡搭声可被最小化或被消除。
在附图中：
图1是按照本发明的控制摘机操作的电路的电原理图。
在图1中，摘机信号输入端OH(即摘机)被连接到调制解调器的输出端(图上未示出)。在图1所显示的实施例中，这个信号是工作为低，如在图1中在“OH”上的线条所表示的。也就是说，该信号在低电平时是工作，而在高电平时是不工作。摘机信号输入端OH，被连接到第一电阻R1和第二电阻R2的各自的第一电极。第二电阻R2的第二电极被连接到第一NPN晶体管T1的基极。第一NPN晶体管T1的发射极被连接到参考电位源(接地)。第一NPN晶体管T1的集电极被连接到第三电阻R3和第四电阻R4的各自的第一电极。第四电阻R4的第二电极被连接到第五电阻R5和第一电容C1的各自的第一电极。第五电阻R5的第二电极被连接到第一二极管D1的正极。第一二极管D1的负极被连接到第二NPN晶体管T2的基极。第二NPN晶体管T2的发射极被连接到地。
工作电压源VCC被连接到第一电阻R1和第三电阻R3的各自的第二电极，和第六电阻R6的第一电极。第六电阻R6的第二电极被连接到作为固态继电器K1的一部分的发光二极管LED1的正极。发光二极管LED1的负极被连接到第二NPN晶体管T2的集电极。
使能输入端ENB被连接到慢速摘机使能信号源(图上未示出)的输出端。该使能输入端ENB被连接到第七电阻R7的第一电极。第七电阻R7的第二电极被连接到第二二极管D2的正极。第二二极管D1的负极被连接到第三晶体管T3的基极。第三NPN晶体管T3的发射极被连接到地。第一电容C1的第二电极被连接到第三NPN晶体管T3的集电极。
第一电话线路端PH1和第二电话线路端PH2被连接到用户电话线路的各自的信号线(图上未示出)。第一电话线路端PH1和第二电话线路端PH2中的任一个可分别被连接到用户电话线路的塞尖线，而另一个被连接到用户电话线路的塞环线。第一电话线路端PH1被连接到第三二极管D3的正极，和第四二极管D4的负极。第三二极管D3的负极被连接到也作为固态继电器K1的一部分的光-达林顿管对PD1的集电极。光-达林顿管对PD1的发射极被连接到湿式调制解调器变压器TR的第一绕组的第一端。变压器TR的第一绕组的第二端被连接到第四二极管D4和第六二极管D6的各自的正极。第二电话线路端PH2被连接到第五二极管D5的正极，和第六二极管D6的负极。第五二极管D5的负极被连接到光-达林顿管对PD1的集电极。变压器TR的第二绕组被连接到调制解调器的数据收发信机电路(图上未示出)。
在所显示的实施例中，固态继电器K1包括光-达林顿管对PD1(如上所述)，它是无方向性器件。这比其它双向开关(例如FET)便宜得多。然而，它对于塞尖的和塞环形的用户电话线路信号的极性很敏感。为了把用户电话线路信号正确地耦合到固态继电器K1中的光-达林顿管对PD1，第三，第四，第五，和第六二极管D3，D4，D5，和D6，构成以已知方式运行的全波电桥，把用户电话线路耦合到固态继电器K1。
在工作时，调制解调器(图上未示出)控制摘机信号OH，及控制逻辑块(图上也未示出)控制慢速使能信号ENB。在其静寂状态，调制解调器处在挂机及慢速使能信号处在禁止状态。这样，摘机信号OH(工作为低)处在VCC，它在所示实施例中是+5伏，及慢速使能信号ENB(工作为高)处在地电位。这样，作为开关运行的第一NPN晶体管T1为导通，也作为开关运行的第三NPN晶体管T3为关断。因为第三NPN晶体管T3关断，电容C1浮接，并与电路断开。在其静寂条件下，它被放电，且其上电压为零伏。因为第一NPN晶体管T1为导通，所以，被偏置在其工作区域作为放大器运行的第二NPN晶体管T2的基极处在地电位，及第二NPN晶体管T2被关断。因而，发光二极管LED1被关断，如同光-达林顿管对PD1那样。这样，电路保持挂机状态。
当调制解调器被调整为开始自动连接到外部计算机时，慢速使能信号ENB被维持并达到5伏。因为慢速使能信号ENB是高电平，所以第三NPN晶体管T3导通，它把电容C1的第二电极连接到地。电容C1现在被连接到电路。然后，调制解调器进行摘机，以便通过检测拨号音来检验电话线路是否空闲。摘机信号OH被维持，而在OH输入端的信号变为地电位。这关断了第一NPN晶体管T1。电容C1上的电压起始为零，如上所述，及第二NPN晶体管T2保持为关断。电容C1分别通过第三和第四电阻R3和R4充电。当电容C1充电时，其电压逐渐上升。电容C1上的电压逐渐增加使第二NPN晶体管T2的基极电流逐渐增加，并使它进入工作区。这样，通过第二NPN晶体管T2的主要传导(发射极-集电极)路径的电流也逐渐增加。这又使发光二极管LED1的光输出逐渐增加，以及，这又使通过光-达林顿管对PD1从用户电话线路提取的电流逐渐增加。
电容C1分别通过第三和第四电阻R3和R4充电到VCC，如上所述，在所显示的实施例中充电到5伏。当电容C1充电充满到1.8伏时，晶体管T2达到饱和并且完全导通。在这时，LED1和光-达林顿管对完全导通，及调制解调器被完全连接到用户电话线路。在这时，其它电路(图上未示出)试图检测拨号音以确定调制解调器是否连接到电话线路。
在优选实施例中，第三电阻R3，第四电阻R4和电容C1的时间常数被调整为对于20ma的环路电流在完全的用户电话线路接入之前，提供大约300毫秒(ms)的时间间隔，而对于120ma的环路电流在完全的用户电话线路接入之前将经历大约100毫秒的时间。在优选实施例中，固态继电器K1具有的最小增益为10，及通过LED1的电流被调整为12毫安(ma)的最大值。这又可产生通过光-达林顿管对PD1的120ma的电流，其电压降则为1.2伏。
如果检测到拨号音，则调制解调器连接到电话线路，并可通过拨号而开始连接到外部计算机的过程。如果使用音频拨号，则拨号正常进行。如果未检测到拨号音，则意味着有用户正在使用电话线路，或如果完成了到外部计算机的连接，则调制解调器再次进行挂机。在这种情况下，摘机信号(工作为低)被取反(negation)，并再次变为5伏。这使得第一NPN晶体管T1再次导通。电容C1通过两条路径放电：即通过第四电阻R4和第一NPN晶体管T1，以及通过第五电阻R5、第一二极管D1和第二NPN晶体管T2的基极—发射极路径。
当电容C1逐渐放电时，如上所述，电容C1上的电压逐渐降低。这又使第二NPN晶体管T2的基极电流逐渐减小，它使通过LED1的电流逐渐减小，因而也使通过通过光-达林顿管对PD1的电流逐渐减小。电容C1放电的时间常数比对电容C1充电的时间常数略小。
通过在进行摘机时在从100ms到300ms的时间间隔内逐渐增加从用户电话线路中提取的电流，以及在进行挂机时在同样的时间间隔内逐渐减小从用户电话线路中提取的电流，由现有技术的电话接口电路产生的可听见的卡塔声在这种条件下可被消除。正在对电话讲话的用户在固态继电器K1逐渐进行摘机然后又挂回时可听到衰弱的噪声，并且用户电话线路上的附加负荷将使音量降低约6dB。然而，在正常对话期间，衰弱的噪声和降低的音量即使在最坏时也几乎是听不到的。
如果使用音频拨号，则这个电路的操作是如上所述的。然而，如果使用脉冲拨号，则慢速使能信号必须被去除，以便允许用户电话线路被正确地加上脉冲。在这种情况下，使能信号被取反，成为地电位。NPN晶体管T3通过使能信号的取反而被关断。然而，电容C1保持充电，其上有5伏的电压。为了进行脉冲拨号，OH信号以已知方式被脉动关断和接通。当OH信号第一次被脉动关断时，电容C1的第一电极通过第四电阻R4和第一NPN晶体管T1的集电极—发射极路径被连接到地。因此，电容C1的第二电极具有-1.8伏的电压。这个电压正向偏置了基极—集电极结。这个电压通过第七电阻R7、第二二极管D2和第二NPN晶体管T2的基极—集电极路径被放电到零。
在优选实施例中，固态继电器K1具有约为300微秒(μs)的最小响应时间。这比标准衔铁式机械继电器快，且固态继电器K1没有接点烧毁问题。因此，通过把电容C1从电路断开，本电路可被用于标准的脉冲拨号。
按照本发明的电路可在自动控制的调制解调器中被用来进行摘机和挂机，而对于正在使用电话线路的用户不会同时造成明显的可听见的声音。另外，它使用比现有技术的开关叉簧接口电路更便宜的部件，并且它也可用于标准的脉冲拨号。
下面的表I给出了图1所示的元件的优选值。
     表I元件值
    元件     数值Ω
    R1     10k
    R2     100
    R3     4.7k
    R4     15k
    R5     4.7k
    R6     300
    R7     4.7k
    元件     数值f.
    C1     10μ

Claims (13)

1.一种用于连接到用户电话线路(PH1，PH2)的电话开关叉簧接口电路，包括：
摘机信号(0H)源，该摘机信号具有摘机条件和挂机条件；以及
控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)，被连接在摘机信号(OH)源和用户线路(PH1，PH2)之间；
其中所述控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)在摘机信号(OH)指示摘机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最小电流逐渐增加到最大电流，和在摘机信号(OH)指示挂机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最大电流逐渐减小到最小电流。
2.权利要求1的接口电路，其特征在于：
控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)工作在使能状态和禁止状态之一，其中：
在使能状态，控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)在摘机信号(OH)指示摘机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最小电流逐渐增加到最大电流，和在摘机信号(OH)指示挂机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最大电流逐渐减小到最小电流；以及
在禁止状态，控制电路(T1，R4，T3，C1，T2)在摘机信号(OH)指示摘机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最小电流切换到最大电流，和在摘机信号(OH)指示挂机条件时把从用户电话线路(PH1，PH2)中提取的电流从最大电流切换到最小电流。
3.权利要求1的接口电路，其特征在于，控制电路包括：
连接到用户电话线路的放大电路(K1，T2)，用于响应于控制信号而改变从用户电话线路中提取的电流；以及
用于产生控制信号的电路(T1，R4，C1，T3)，该控制信号响应于指示摘机条件的摘机信号(OH)而逐渐增加，和响应于指示挂机条件的摘机信号而逐渐减小。
4.权利要求3的接口电路，其特征在于：
放大电路包括串联连接的固态继电器(K1)和晶体管(T2)的主要传导路径，晶体管被偏置成作为放大器运行，并被耦合在工作电位源(VCC，R6)和参考电位源之间；以及
控制信号产生装置，被耦合到晶体管(T2)的控制电极。
5.权利要求4的接口电路，其特征在于：
固态继电器(K1)包括耦合在工作电位源(VCC，R6)和晶体管(T2)之间的发光二极管(LED1)，以及耦合到用户电话线路(PH1，PH2)的光-达林顿管对(PD1)。
6.权利要求5的接口电路，其特征在于：
放大电路还包括耦合在用户电话线路(PH1，PH2)的光-达林顿管对(PD1)的全波电桥(D3，D4，D5，D6)。
7.权利要求3的接口电路，其特征在于：
控制信号产生电路包括耦合到摘机信号源(OH)的电阻(R4)和电容(C1)，用于响应于指示摘机条件的摘机信号而使电容器逐渐充电，和响应于指示挂机条件的摘机信号而使电容器逐渐放电，并使用电容上的电压作为控制信号。
8.权利要求7的接口电路，其特征在于，其中控制信号产生电路还包括：
电阻(R4)和电容(C1)的串联连接，它具有第一和第二端，其中串联连接的第一端被耦合到参考电位源；以及
开关(T1)，用于响应于指示摘机条件的摘机信号而把串联连接的第二端选择地耦合到参考电位源，和响应于指示挂机条件的摘机信号(OH)而选择地耦合到工作电位源(VCC)。
9.权利要求8的接口电路，其特征在于：
接口电路还包括使能信号源(ENB)，它具有指示控制电路是被使能的第一状态，和指示控制电路是被禁止的第二状态；以及
控制信号产生电路还包括第二开关(T3)，用于响应于指示控制电路是被使能的使能信号而把串联连接的第一端选择地耦合到参考电位源，和响应于指示控制电路是被禁止的使能信号而把串联连接的第一端与参考电位源隔离开。
10.权利要求1的接口电路，其特征在于，其中摘机信号源(OH)包括调制解调器。
11.权利要求1的接口电路，其特征在于，其中电流从最小电流到最大电流的增加和电流从最大电流到最小电流的减小基本上发生在100和300毫秒之间。
12.权利要求1的接口电路，其特征在于，其中最小电流基本上是0毫安。
13.权利要求1的接口电路，其特征在于，其中最大电流基本上是在10毫安和120毫安之间。
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