CN1135136A - 电话用户线接口电路与方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电话系统的用户线接口电路(SLIC)，其中四线传输通路发送信号增益、四线传输通路接收信号增益、和二线阻抗匹配校正是相互独立的。用于SLIC的混合电路包括一个综合的阻抗用于控制二线回程损耗，该阻抗是接地的。阻抗匹配和转移混合回声抵消可以在用于SLIC电路的集成电路中进行。

Description

电话用户线接口电路与方法

本发明涉及一种用于电话系统的用户线接口电路，具体地讲，是涉及一种电流型用户线接口电路，其中四线传输通路的发送信号增益、四线传输通路接收信号增益、和二线阻抗匹配互相是独立的。

电话用户线接口电路(SLIC)连接一个平衡双线传输通路(塞尖和塞环通路到达和来自单独的一个用户的电话手机)与一个不平衡四线传输通路(到达和来自电话中心交换矩阵的分开的二线发送和接收的信号通路)。SLIC执行各种功能，包括电池供电、过压保护、振铃、信令、混合、和测试。

SLIC的操作是公知的，不需要详细讨论。作为说明性的例子，参照如图1所示的现有技术的SLIC，一个电流型SLIC10(一种处理与传输通路中的信号有关的电流的，而不是电压的SLIC)利用在二线或SLIC的用户侧的塞尖与塞环上的电压检测电阻RS1与RS2的可用电流信息。

通常，电流型SLIC利用提供输入信号的复制品的电流镜电路。电流镜电路是公知的，正如公开在美国专利US.4203021的说明书中的电路那样。

电流信息被提供到一个混合电路12中，该电路检测输入的信号和将该信号向右方向发送。混合电路12与以14指示的连接到SLIC的四线侧的外部电路相组合，提供适当的放大，转移混合回声抵消，和阻抗匹配。

“接收”信号的增益(该信号通过SLIC到用户)也称为“四线到二线增益”为V_TR/V_RX，其中V_TR为V_TiP-V_RiNG。接收信号V_RX被变换为电流、被镜象，放大，分裂(Split)、再次放大并加到塞尖与塞环接点上以便传输到用户。

“发送”信号增益(来自用户的信号通过SLIC传送到四线传输线)也称为“二线到四线增益”，为V_TX/V_TR，其中V_TR为R_电话＋R_线路两端的电压。为了提供发送信号，塞尖与塞环电流被镜象，组合，并通过因子R_4W变换为电压。

二线回程损耗是两线信号(在用户手机上的讲话者的话音)是通过该二线传输通路返回到该讲话者的延迟的回程和由在塞尖、塞环界石的阻抗失配引起的。转换混合回声是在发送输出端出现的接收信号，作为在二线线路上的测量结果，该回声为V_TX/V_RX。

在操作中，在电话线端的塞尖与塞环电压利用加在电阻RS1与RS2两端的电压被变换为塞尖与塞环电流，该电流以后被提供到电流镜电路CM1和CM2，在该电路它们被复制。交流塞尖电流，TIP/正比于电话线塞尖侧的电压，交流塞环电流，I.RING/正比于用户电话线塞环侧的电压。

I_TIP＝V_TIP/RS1                            (1)

I_RING＝V_RING/RS2                           (2)

混合电路12希望设置在一个集成电路中，以减小体积和增加可靠性。外部电路14一般没有成为现有技术的集成电路的一部分(即，之后是芯片以外的)，因为阻抗匹配要求时间和温度稳定和其阻抗是在芯片外匹配的。更重要的是，一般阻抗是复数的，在硅片上实现大容量的电容器是不实际的。许多现有技术的电阻元件(例如，RS1、RS2和电阻R_4W)是集成电路的一部分，因为这些无阻在预先考虑中没有变化和这些元件通常在阻抗匹配中不起关键性的作用。

在电流型SLIC的设计与操作中面临的多个复杂问题中的两个问题是转换混合回声消除和阻抗匹配。正如上文已指出那样，不良阻抗匹配引起通过二线传输通路返回到讲话人的两线信号(在用户手机的讲话人的话音)的延尺返回。当从四线电路16接收的信号通过SLIC传送到四线发送信号传输通路18时，引起转移混合回声。转移混合回声通过对接收信号部分与发送信号求和，实现对来自接收信号已经通过SLIC的发送信号分量的抵消，在芯片外很方便地被抵消掉，发送和接收信号一般是反相位的或实现抵消极性的。

阻抗的匹配减小发送信号的反射。二线用户线是一个具有通常为数百欧姆(例如，600Ω至9000Ω)负载阻抗ZL的传输通路。连接到用户线的SLIC希望具有一个匹配的阻抗，防止两线反射或回声，也称为“二线返回”。

图1表示阻抗匹配通过综合的二线阻抗Z_S在芯片的外已经进行了，该阻抗近似于从塞尖与塞环端着进去的负载阻抗Z_L。所综合的阻抗固子K₁20可以由连接在发送通路18和接收通路16的阻抗元件20提供。

进入RX的接收信号的幅度是阻抗元件22上和阻抗元件20上信号之和。出自阻抗元件20的增益调整K₂Z。和阻抗设置固子K₁Z0因此必需是相关的，通常是K₁＞K₂。

接收信号增益调整对于阻抗设置固子的依赖性，和它们都是复数函数的实事，使独立地改变增益与二线阻抗匹配变得困难。这些因素，还限制了改变增益调整和阻抗匹配因子的能力，因为这些改变是十分复杂的。因此，阻抗匹配与增益的值是根据性能的折衷来预置的。

本发明的一个目的是避免了现有技术的许多问题和提供一种SLIC及其操作方法，和其中四线传输通路的发送信号增益、四线传输通路的接收信号增益，和二线阻抗匹配是相互独立的。

另一个目的是提供一种新颖的SLIC和其操作方法，其中用于控制二线回程损耗的综合阻抗是一个一个端口接地的两端口网络。

另一个目的是提供一种新颖的SLIC和其操作方法，其中阻抗匹配电路通过增加于接地的综合网络阻抗Z_o的值成反比的塞尖与塞环电流组合的增益，提供一个综合阻抗，和其中在四线传输通路中接收信号的增益于阻抗匹配和发送增益无关。

本发明包括一个连接于二线用户传输通路与四线传输通路之间的SLIC用户线集成电路，所述SLIC包括一个用于将塞尖与塞环信号电流与接收信号电流进行组合的组合器；一个阻抗匹配电路，阻抗匹配电路通过一个近似于预先考虑的将要连接到该SLIC的二线传输通路的预选阻抗接到地电位；和一个电流镜电路，用于以于所述阻抗值相反的关系增加所述组合器的增益和互相独立装置，用于独立地调整(a)四线发送信号的增益，(b)四线接收信号增益，和(c)二线阻抗匹配电路。

本发明还包括一种匹配SLIC两端阻抗的方法，该方法包括以下步骤：

(a)组合塞尖与塞环信号电流；

(b)此后根据一个预定阻抗修改该组合的电流的增益，其中该预定阻抗是接地的，组合电流的增益与该预定阻抗之间的关系最好是成反比的。

下面将结合各附图的列子的方式描述本发明：

图1是表示阻抗匹配、发送增益调整、和接收增益调整特征的混合相连的各元件的现有技术SLIC的示意性功能方框和电路图。

图2是表示图1的SLIC的阻抗匹配功能的现有技术装置的功能框图。

图3是表示阻抗匹配功能的本发明的一个实施例的功能性框图。

图4是表示图1的SLIC的转换混合回声抵消功能的现有技术的功能性框图。

图5是表示转换混合回声抵消功能的本发明的一个实施例的功能性框图。

图6是表示图3和5的电路的集成的本发明的改进SLIC混合电路的一个实施例的功能性框图。

首先通过分别地考虑由该电路提供的两个主要的改善，即阻抗匹配与转换混合回声抵消，本发明的SLIC的评价将能更容易地实现。图2-5用于分别讨论下面的电路特点描述。描述在这里的改进的SLIC电路中阻抗匹配与接收增益与发送增益调整无关且被移出芯片以外准备随时接入。可以比较的现有技术电路在图2中以功能方框图的形式描述。正如在图中可以看到那样，接收信号的增益校正系数K₂Z₀和综合阻抗因子K₁Z₀两者都是Z₀的函数和固化一个变化影响另外一个。它们两者都在芯片以外。

可是，参照图3，这里阻抗匹配电路利用一个简单的芯片以外的电阻元件R_x，该元件与用于接收信号增益调整的Z₀无关。综合阻抗固子KZ₀由另外一个一端接地的简单的芯片外的元件提供并使R_X与Z₀和R_4W无关。阻抗匹配函数因子的增益反比于Z₀。

图4的功能性框图描述了转换混合回声抵消，其是利用一个具有适当电压/电流变换器的电流组合器S₂在芯片外进行的。相反，在图5的改进的电路的转移混合回声抵消是通过从电流镜电路CM4提供一个接收信号电流IR_X的复制品到组合器S₃，在芯片上进行的。

用于执行阻抗匹配与转移混合回声抵消的电路可以更清楚地参见图6。在操作中，在电话线端子上的塞尖和塞环电压由施加在电阻RS1和RS2两端的电压变换为塞尖和塞环电流，并且而后该电流被提供到电流镜电路30和32，在该电路中它们被复制两次。正如上文公式(1)和(2)所示，交流塞尖电流I_TIP正比于电话线侧塞尖的电压，和交流塞环电流I_RING正比于电话线侧塞环的电压。在I_TIP与I_GING中复制品由于所指示的因子N1和N2在比例上可有所不同。

N2塞尖电流在电流镜电路36反射以后的N2塞尖电流组合入组合器34，实现在组合器34中相加或重新组合。这个电流I3在放大器42中由因子R_4W放大被变换为电压和作为发送信号VTX传送到四线电路。

为了抵消转换混合回声，即在发送信号中存在接收的信号，可以从电流镜电路38提供一个由因子N3确定比例的接收信号的复制品到组合器34，实现从发送信号中抵消接收信号。组合器34提供一个组合的电流信号I3到电流/电压变换器42，在被作为发送信号电压V_TX传送到四线传输线上之前该信号可以被适当放大。

I3＝(N2_xI_TIP)＋(N2xI_ring)－(N3xIR_x)    (3)

接收信号通过利用电阻R_X变换接收信号电压信息为接收信号的电流IR_X而被处理。电流电路38做出两个IR_X的复制品，一个如上所述用于转换混合回声抵消，和另一个用于四线到二线传输。

组合器44组合三个电流：即一个来自镜电路30，可以由因子N1确定比例的I_TIP的复制品；一个来自镜电路32，可以由因子N1确定比例的I_RING的复制品(该来自镜电路32的复制品按照需要可以在镜电路46中被反相以后I_TIP与I_RING具有正确的极性)，和来自镜电路38可以由因子N4确定比例的第二复制品。来自组合器44的组合的电流形成电流I4，用于阻抗匹配、和四线到二线传输。

I4＝(N1xI_TIP)＋(N1xI_RING)－(N4xI_RX)              (4)

电流I4被提供到电流增益放大器48，在该放大器中电流增益由一个与综合阻抗设置Z₀有关的因子改变。电流增益放大器48可以接收A，输入信号I4，该信号由来自一个接地阻抗元件50的综合阻抗因子KZ。和来自电阻元件52的电阻R_n进行修改。该电流增益放大器48的增益为：

G＝I_OUT/I_IN＝Rn/KZ_O                        (5)R_n最好固定，作为一个变量，R_n可以影响Z₀。但是，Z₀可以不影响R_n地改变。

从电流增益放大器48的输出，GXI4可以提供到电流分配器54，每一部分由在电流放大器56与58中的因子F放大，传送到二线负载。

由于提供KZ。的阻抗元件50与输入电阻R_X没有连系，Z₀的变化将不像现有技术的电路那样影响R_X。Z₀的一端接地促进简化和允许阻抗元件的转换。因此，综合的阻抗可以独立地改变接收信号增益与发送信号增益。这种独立性使得利用这种电路的SLIC的适用性相当地宽，当电话系统的阻抗随着时间或从一个地点到另一地点变化时，通过调整单个的两端口一端接地的网络，而不是调整两端口都不接地的网络。例如，元件50可以按需要被转换成接触或不接触，和可以从一组每个具有预定阻抗的那种元件中选择。相反，R_X·R_4W和Z₀的独立性也使接收和发送信号增益按需要变化而不影响阻抗。

用于该改进的电路中的元件可以是常规的，虽然适合于集成电路的元件希望利用匹配元件的能力(例如，在电流镜电路中)和改善可靠性。例如，当利用集成电路元件时，SLIC混合电路60(包括在图6的虚线范围内)可以是一个单片集成电路。可能提供各变值输入的元件可以在芯片以外，虽然这里不要求的。例如R_X和KZ。可以在芯片以外，以便当安装该SLIC时或响应于改变的操作条件的操作期间，这些元件可以有选择地改变。

正如将可以看出的那样，图6的电路利用一种单一的接地参考阻抗网络去控制二线的回损，而不是现有技术的浮动网络。综合的二线阻抗通过利用转换接地可以独立地选择接收与发送增益。接收与发送增益可以通过一个单个的电阻设置，而不是现有技术的用于复数阻抗负载的复数阻抗网络。

由这里的改进的电路提供的元件选择的简化的证明将参照图6的元件定义与放大系数将予以说明。

综合的阻抗Z₀可以按下式计算： $Z_3\frac{\left(\mathrm{RS}\right)\left(K{Z}_0\right)}{\left(\mathrm{Rn}\right)\left(\mathrm{FNI}\right)}----\left(6\right)$

四线到二线的接收增益可以按下式计算：

二线到四线的发送增益可以按下式计算：

转换混合回声抵消(四线到二线增益)可以按下式计算：

为了证明其中元件的简化状态，假设下式值：

         N1＝N2＝N3＝1，

         N4＝2

         F＝400，

         Rn＝25kΩ，RS＝100kΩ

         ZS＝ZL＝600Ω

然后，具有下列值的元件可以用于实现所表示的增：

对于G_4W-2W＝G_2W-4W＝0dB，G_4W-4W，＝-inf dB

      KZ₀＝60kΩ，R_X＝100kΩ，and R_4W＝100kΩ；

对于G_4W-2W＝-6dB，G_2W-4W＝0dB，G_4W-4W＝-inf.dB

      KZ₀＝60kΩ，R_X＝200kΩ，and R_4W 100kΩ；

对于G_4W-2W＝0dB，G_2W-4W＝-6dB，G_4W-4W-inf.dB

      KZ₀＝60kΩ，R_X＝100kΩ，and R_4W＝200kΩ；

显而易见，增益可以通过电阻的简单替换改变，而不影响阻抗匹配。

一种用于电话系统的用户线接口电路(SLIC)，其中四线传输通路发送信号增益、四线传输通路接收信号增益、和二线阻抗匹配校正是互相独立的。用于SLIC的混合电路包括一个用于控制二线四损的综合的阻抗，该阻抗是接地的。阻抗匹配与转换混合回声抵消可以在一个具有SLIC的集成电路中进行。

Claims (12)

1.一种连接在二线用户传输通路器与四线传输通路之间的SLIC用户线集成电路，所述SLIC包括一个组合器，用于组合具有塞尖与塞环信号电流的接收信号，和一个阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路通过一个预选的阻抗参照地电位，该阻抗近似于要连接到该SLIC的二线传输通路的预计阻抗，和一个电流镜象电路，用于反比于所述阻抗值增加所述组合器的增益，和互相独立装置，用于独立地调整(a)四线发送信号增益、(b)四线接收信号增益，和(c)二线阻抗匹配电路。

2.权利要求1所要求的SLIC，包在二线用户传输通路与四线传输通路之间的连接，所述SLIC包括一个阻抗匹配电路，该电路包括一个用于控制二线回程损耗的接地阻抗。

3.按照权利要求1或2所要求的SLIC，其中所述接地的阻抗装置被预选为近似于连接到SLIC的二线的预计阻抗，和用于从四线线路组合接收信号电流的组合器，该组合器连接着该二线电路的塞尖与塞环电流，和连接到接地的阻抗的装置，用于以反比于所述接地的阻抗的值增加所述组合器的增益。

4.按照权利要求1或2所要求的SLIC，其中所述SLIC包括一个可变增益放大器，所述接地的阻抗电气上连接到所述可变增益电路，所述可变增益放大器是一个集成电路和所述接地的阻抗是一个分离电路元件，最好所述可变增益放大器是独立变换装置。

5.按照权利要求1所要求的SLIC，其中所述接地的阻抗预选为近似于连接到SLIC的二线传输通路的预计阻抗，和所述SLIC还包括用于变换来自其所连接的四线传输通路的接收信号电压为接收信号电流的装置，用于组合接收信号电流和来自其所连接的二线传输通路的塞尖与塞环电流的第一组合器，和连接到所述接地的阻抗的电流增益放大器，用于反比于所述阻抗的值增加所述第一组合器的增益，所述接地的阻抗是独立于所述变换装置的，最好所述用于组合的装置和所述用于增加所述组合器的增益的装置是相同的集成电路。

6.按照权利要求1-5中任何一个所要求的SLIC，包括四线传输通路和二线传输通路，该二线传输通路包括一个反馈电路，用于提供一个选择为近似于该二线传输通路的预计阻抗的阻抗，以便减小二线传输通路的返回耗损，和外部连到所述反馈电路的电阻装置，用于在四线传输通路中调节接收信号的增益。

7.按照权利要求1-6中任何一个的SLIC，其中所述SLIC包括转换混合回声抵消装置，该装置包括一个第二组合器，用于组合接收的和塞尖与塞环电流，和用于将从所述第二组合器的输出变换为四线传输通路的电压的装置。

8.一种在SLIC两端匹配阻抗的方法，该方法包括以下步骤：

(a)组合塞尖和塞环信号电流；

(b)然后，以一个预定阻抗为函数修改组合的电流的增益，其中该预定的阻抗是接地的，和组合的电流与预定的阻抗之间的关系最好是反相的。

9.按照权利要求8所要求的方法，其中电流组合和增益修改的步骤是在集成电路中进行的。

10.一种在集成电路SLIC中转换混合回声抵消的方法，包括以下步骤：

(a)组合在SLIC中的四线接收信号电流与二线塞尖与塞环信号电流

(b)从组合的电流提供一个四线发送信号电压，其中提供四线发送信号电压的步骤是在SLIC集成电路中进行的，和发送信号电压的幅度是分离电阻电路元件的函数。

11.按照权利要求10所要求的方法，包括通过控制预选为近似于二线传输通路的预计阻抗的阻抗值控制在连接到SLIC的二线传输通路的四程损耗的步骤，和控制二线回程损耗的步骤包括反比于预定阻抗的值地增加二线塞尖与塞环电流的组合增益的步骤。

12.一个在平衡的二线传输通路与不平衡的四线传输通路之间的SLIC，该SLIC包括两个电流反射镜电路，每个用于将二线传输通路上的塞尖与塞环信号电压变换为塞尖与塞环电流，两个组合器，每个用于组合来自四线传输通路的接收信号电流与来自所述两个电流反射镜电路之一的塞尖与塞环信号电流，一个变换器，用于将来自所述两个组合器的第一组合器的电流输出变换为SLIC发送信号电压，一个接地的二线阻抗，用于控制二线四程损耗，一个连接到所述接地的二线阻抗的电流增益放大器，用于以反比于所述接地的二线阻抗增加所述两个组合器的增益，所述电流增益放大器通过所述两个电流反射镜电路馈送一个返回电流，和其中所述两个电流镜象电路、所述两个组合器、所述变换器、和所述电流增益块都在一个单一的集成电路中。

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