CN1135819C - 电子交换机的用户匹配电路 - Google Patents

Abstract

一种用于电子交换机的混合用户匹配电路，它匹配所发送的/接收的数据，以便允许在交换机和用户之间进行呼叫通信。用户匹配电路由各单独的部件构成，而不使用变压器或SLIC，这样，可简化其外围部件，并有力地抵抗外部的脉冲冲击。

Description

电子交换机的用户匹配电路

技术领域

本发明涉及电子交换机的用户匹配电路。具体地，本发明涉及用于匹配所发送/接收的数据以便允许在交换机和用户之间进行呼叫通信的、用于电子交换机的用户匹配电路。

背景技术

通常，在电子交换机中，用于与用户匹配的用户匹配电路需要线路电流供给、用户状态监视、呼叫信号供给(振铃信号供给)和检测、以及2-线/4-线转换等功能。线路电流供给功能用来为用户电话工作提供电流，和用来通过检测供给电流的变化来监视电话的挂机/摘机状态。这种带有限制最大线路电流功能的线路电流供给功能可用来防止由于过分地提供线路电流给短距离用户而引起的不必要的电源功率消耗。2-线/4-线转换功能用来把从电话交换机或通过传输线发送的4-线信号转换成2-线信号，而同时把从用户电话机发送的2-线信号转换成4-线信号。

这样的模拟类型的用户匹配电路可以采用变压器。然而，由于它的大尺寸和线路电流造成的磁饱和，它不适用于今天的高集成度和小型化的趋势。

为了适合于高集成度和小型化的趋势，用户匹配电路被集成为SLIC集成电路(IC)。在由本发明的申请人提交的韩国专利申请No.1994-40809中，揭示了使用SLIC IC的用户匹配电路。然而，按照在韩国专利申请No.1994-40809中所揭示的用户匹配电路，所有电路元件被集成在一个芯片上，因此它比起采用变压器的电路来说，对于外部脉冲冲击(例如闪电放电)是相对较脆弱的。结果，为了实行用户匹配功能，它需要保护装置及其许多外围部件，由此增加了在工作时出现困难的可能性。

发明内容

本发明的目的是解决在相关技术中涉及的问题，以及提供一种用于电子交换机的混合用户匹配电路，它可简化其外围部件，并有力地抵抗外部的脉冲冲击。

为了达到以上目的，提供了一种用于全电子交换机的用户匹配电路，它包括：晶体管Q1和Q2，用于通过塞尖端子和塞环端子提供线路电流给用户；具有达林顿(Darlington)结构和被分别连接到晶体管Q1和Q2的晶体管Q3和Q4，用于限制最大电流；被分别连接到晶体管Q1和Q2的发射极的电流监视电阻R1和R2，用于实现电流反馈运行以限制最大电流、和用于以电压形式检测流过电话线的线路电流；被连接在晶体管Q1的集电极与晶体管Q3的集电极之间的电阻R3，用于防止晶体管Q1饱和；被连接在晶体管Q2的集电极与晶体管Q4的集电极之间的电阻R4，用于防止晶体管Q2饱和；三个基极电阻R5，R6，和R7，用于确定最大电流的门限值以及使得晶体管Q1和Q2总是处在工作区；电容C5和C6，用于把接收的AC音频信号叠加到DC线路电流上；复合阻抗ZL1和ZL2，用于与线路特性阻抗匹配；电阻R11，用于把流过电阻R1的线路电流转换成用于检测摘机状态的输入电流；运算放大器AMP3，用于倒相-放大通过电阻R11输入的信号；以及晶体管Q6，用于转换由运算放大器AMP3倒相-放大的信号的电平。

本发明提供了一种用于全电子交换机的模拟用户匹配电路，包括：

一对晶体管，即第一晶体管和第二晶体管，用于通过塞尖端子和塞环端子供给线路电流给用户；

另一对晶体管，即第三晶体管和第四晶体管，具有达林顿结构以及被分别连接到第一和第二晶体管，用于限制最大电流；

一对电流监视电阻，分别被连接到第一和第二晶体管的发射极，用于实现电流反馈运行以便限制最大电流，以及用于以电压形式检测流过电话线路的线路电流；

第一电阻，被连接在第一晶体管的集电极与第三晶体管的集电极之间，用于防止第一晶体管饱和；

第二电阻，被连接在第二晶体管的集电极与第四晶体管的集电极之间，用于防止第二晶体管饱和；

偏置电阻组，用于确定最大电流的门限值以及保持第一和第二晶体管总是处在工作区，偏置电阻组包括被串联在一起的三个电阻，其中这三个电阻包括：连接在地和第三晶体管的基极之间的第三电阻，连接在第四晶体管的基极和电源之间的第四电阻，和连接在第三晶体管的基极和第四晶体管的基极之间的第五电阻；

一对第一电容器，用于把接收的AC音频信号叠加到DC线路电流上，其中第一电容器对与语音输入端并联连接；

一对复合阻抗，用于与线路特性阻抗匹配，其中复合阻抗对连接在并联的第一电容器对和语音输入端之间；

第六电阻，用于把流过各电流监视电阻中的第一电流监视电阻的线路电流转换成用于检测摘机状态的输入电流，其中第六电阻与第一晶体管的发射极相连，并与电流监视电阻中的第一电流监视电阻并联；

运算放大器，用于倒相-放大通过第六电阻输入的信号；以及

第五晶体管，用于转换由运算放大器倒相-放大的信号的电平。

附图说明

本发明的上述的和其它的目的、特性、与优点，当结合附图阅读以下的详细描述时将变得更明白，其中：

图1是按照本发明的优选实施例的混合用户匹配电路的电路图。

图2是按照本发明的优选实施例的直流偏置等效电路的电路图。

具体实施方式

现在将参照附图更详细地说明本发明的优选实施例。

图1是按照本发明的优选实施例的混合用户匹配电路的电路图。

参照图1，按照本发明的优选实施例的混合用户匹配电路包括：晶体管Q1和Q2，用于提供电流；晶体管Q3和Q4，用于限制最大电流；电流监视电阻R1和R2，用于实行电流反馈工作以限制最大电流、和以电压形式检测流过电话线的线路电流；电阻R3和R4，用于防止晶体管Q1和Q2饱和；偏置电阻R5，R6，和R7，用于确定最大电流的门限值以及使得晶体管Q1和Q2总是处在工作区；假负载电阻R8，用于提供偏置电流给晶体管Q1和Q2，以防止晶体管Q1和Q2在没有线路负载存在时饱和；温度补偿二极管D1和D2，用于防止晶体管最大电流门限值的变化而引起的过热，它是由于线路电流(I_L)引起晶体管Q1和Q2的热效应而造成的；旁路电容C1，C2，C3，和C4，用于防止由于DC线路电流电源中噪声的产生和感应而对呼叫通信的坏的影响；电容C5和C6，用于把接收的音频信号(即AC信号)叠加到DC线路电流上；复合阻抗ZL1和ZL2，用于与线路特性阻抗匹配；放大器AMP1和AMP2，用于接收和放大音频信号；保护元件CR1和CR2，用于保护放大器AMP1和AMP2在线路中不出现过电流；电阻R11，用于把流过电阻R1的线路电流转换成用于检测摘机状态的输入电流；运算放大器AMP3，用于倒相-放大通过电阻R11输入的信号；电阻R13，用于确定通过电阻R11输入的信号的放大倍数；晶体管Q6，用于转换由运算放大器AMP3倒相-放大的信号的电平；电阻R10，用于在提供呼叫信号期间电话手机被摘机时，检测振铃切断电压；电阻R12，用于把被电阻R10检测的电压转换成振铃切断电流；电容C7，用于使得运算放大器AMP3被用作为低通滤波器，这样，其AC放大倍数大大降低，以便去除被包括在振铃切断电流中的AC波纹分量，以及场效应晶体管FET1，用于使得运算放大器AMP3在振铃电流供给状态时被用作为低通滤波器。

图2是按照本发明的优选实施例的直流偏置等效电路的电路图。

现在将参照图1和2详细地说明本发明的优选实施例的运行。

晶体管Q1和Q2用于供给电流，以及晶体管Q3和Q4用于限制最大电流。图2的等效电路完成线路电流供给功能。由于用于供给线路电流的电路具有这样的结构，其中塞尖端子与塞环端子对称地排列，所以，图2只显示在塞尖端子侧的线路电流供给的等效电路。参照图2，线路电流(I_L)变为Ib1*h_FE。

电阻R5和R6形成晶体管Q2的基极电流Ib2，它由以下的数学表示式1给出：

[表示式1] $\mathrm{Ib}2=\frac{(V1-V_{\mathrm{BE}1}-V_{\mathrm{BE}3})}{(\mathrm{Rb}+R1)}$ $V1=(\frac{\mathrm{Vbat}}{2}-2V_D)\frac{R5}{(\frac{R6}{2}+R5)}$ $\mathrm{Rb}=R5//\frac{R6}{2}$

如果语音线路的电阻R_L降低，则线路电流(I_L)增加，以及当线路电流(I_L)增加时，电阻R1的端电压V_R1也增加。如果电压V_R1由于电流反馈而降低(它降低了晶体管Q1的基极电流Ib1)，以及语音线路的电阻R_L降低，则晶体管Q1的集电极电压V_CE1增加，这使得通过电阻R3的电流Ib1增加。偏置稳定性是通过电压反馈而改进的，它降低了晶体管Q1的集电极电压V_CE1电阻R3的另一个重要的作用是防止晶体管Q1的饱和。具体地，如果语音线路的电阻R3增加，则线路电流(I_L)和晶体管Q1的集电极电压V_CE1降低。线路电流(I_L)的降低使得通过电阻R1的电流反馈量降低，并且语音线路的电阻R_L的连续增加使得线路电流(I_L)降低，导致晶体管Q1的集电极电压V_CE1急剧降低而达到晶体管Q1的饱和区。这时，通过电阻R3提供的晶体管Q1的基极电流Ib1将由于晶体管Q1的集电极电压V_C降低而降低，因此，阻止了晶体管Q1的饱和。实际上，这阻止了在长的环路上(在该长环路上，线路电阻R_L增加)AC特性的失真。

另外，最大电流限制是通过电阻R1的电流反馈实现的。线路电流I_L的增加使得端电压V_R1增加，当线路电流(I_L)达到相应于电压V_R1+V_BE1+V_BE2变成为等于V1的电压的状态的数值时，实现了电流限制。然而，如果实际上由于电流增加而造成电流限制，则晶体管Q1的V_CE增加，这造成在晶体管Q1中产生功率消耗I_L1*V_CE，导致晶体管Q1中的热效应。由于V_RE值有负温度系数(即，-2.4mV/℃)所以V_BE随温度增加而降低，这导致电流限制值增加。这种不想要的运行的重复，导致受限制的电流的误差。结果，最大电流比实际需要的受限制电流高得多。为了防止这种过热现象，具有正向的电压-温度特性的二极管D1被连接在晶体管Q2基极和地之间。在这种情况下，因为二极管的正向电压降低到与由于晶体管Q1中产生的热量造成的晶体管Q1和Q2的V_BE相同的电平，所以，受限制电流对温度的变化被补偿，这样，受限制电流可被更稳定地确定。虽然晶体管Q1和Q2按达林顿结构被连接，但晶体管Q1的基极电流Ib1实际上受电阻R3限制。这种结构的目的不是要通过提供输入信号到晶体管Q2的基极来改善电压增益，而是改进由电阻R1实现的电流反馈的增益。换句话说，当线路电阻R_L在被限制的电流的范围内变化时，被限制的电流在线路电阻R_L变化时由晶体管Q1和Q2来保持它恒定。

同时，线路电流监视功能通过用电阻R1的电压变化的倒相放大的输出来驱动Q6而把线路电流转换成逻辑信号。图1的线路电流监视功能同时也完成振铃切断功能。具体地，如果线路电流(I_L)增加，则由电阻R1产生一个电压降，并且用由电阻R11和R13所确定的增益对这个电压降进行倒相放大，以驱动晶体管Q6。如果晶体管Q6被驱动，逻辑“0”(低电平)信号从晶体管Q6的集电极输出到检测端DET。这时，相应于检测端DET处在逻辑“0”状态的条件的线路电流(I_L)由电阻R11和R12来确定。在线路电流(I_L)的监视期间如果提供振铃电流，则线路电流监视电路也监视该手机是否摘机。具体地，振铃继电器K1被切换到电阻R10，以及从振铃端子提供的振铃电流通过线路电阻RL和终端电话机被加到塞尖端子。在摘机状态，包括终端电话机的直流电阻在内的线路电阻R_L急剧地下降，这造成在电阻R10的两端之间形成的电压降增加。这个压降通过电阻R12被加到运算放大器AMP3的倒相端，被倒相-放大。因此，运算放大器AMP3的输出信号变成为高电平，并被加到晶体管Q6的基极，以便接通晶体管Q6，这样，低电平信号被输出到检测端DET，从而指示电话机的摘机状态。当电阻R10的电压降增加时，被输出到运算放大器AMP3以便对电阻R10的端电压进行倒相放大的倒相端的信号变成为与AC振铃信号叠加的DC信号，因此，需要大大降低倒相放大器AMP对于AC信号的增益，以便于只检测DC信号。运算放大器AMP3的AC增益的降低通过并联到电阻R13的电容C7而造成了AC增益的减小，因此，带有被大大压缩的波纹分量的DC信号从运算放大器AMP3被输出，使得振铃切断操作能准确地实行。场效应晶体管FET1只在振铃继电器K1工作时才接通，因此，在正常状态下，对线路电流监视功能没有影响。这时，由于电容器C7的电容量不能被选择为无限大数值，所以，电阻R11，R12和R13应当具有几百KΩ的大的电阻值，以便电容器C7具有小的电容值，起到低通滤波器的作用。

如上所述，按照本发明的用户匹配电路被设计成使用通用的部件而同时它完成与传统的使用变压器或SLIC的模拟用户匹配电路相同的功能，这样，其制造成本可被大大地减小。而且，按照本发明的用户匹配电路具有挂机传输功能，因此，可被应用于例如远端收费、呼叫用户号码传输等的附加业务。

虽然本发明是结合当前被认为是最实际的和优选的实施例描述的，但应当看到，本发明不限于所揭示的实施例，而是相反地，它打算覆盖在附属权利要求的精神和范围内的各种修正。

Claims (11)

1.用于全电子交换机的模拟用户匹配电路，包括：

一对晶体管，即第一晶体管(Q1)和第二晶体管(Q2)，用于通过塞尖端子和塞环端子供给线路电流给用户；

另一对晶体管，即第三晶体管(Q3)和第四晶体管(Q4)，具有达林顿结构以及被分别连接到第一和第二晶体管(Q1，Q2)，用于限制最大电流；

一对电流监视电阻(R1，R2)，分别被连接到第一和第二晶体管(Q1，Q2)的发射极，用于实现电流反馈运行以便限制最大电流，以及用于以电压形式检测流过电话线路的线路电流；

第一电阻(R3)，被连接在第一晶体管(Q1)的集电极与第三晶体管(Q3)的集电极之间，用于防止第一晶体管(Q1)饱和；

第二电阻(R4)，被连接在第二晶体管(Q2)的集电极与第四晶体管(Q4)的集电极之间，用于防止第二晶体管(Q2)饱和；

偏置电阻组，用于确定最大电流的门限值以及保持第一和第二晶体管(Q1，Q2)总是处在工作区，偏置电阻组包括被串联在一起的三个电阻，其中这三个电阻包括：连接在地和第三晶体管(Q3)的基极之间的第三电阻(R5)，连接在第四晶体管(Q4)的基极和电源(Vbat)之间的第四电阻(R6)，和连接在第三晶体管(Q3)的基极和第四晶体管(Q4)的基极之间的第五电阻(R7)；

一对第一电容器(C5，C6)，用于把接收的AC音频信号叠加到DC线路电流上，其中第一电容器对(C5，C6)与语音输入端并联连接；

一对复合阻抗(ZL1，ZL2)，用于与线路特性阻抗匹配，其中复合阻抗对(ZL1，ZL2)连接在并联的第一电容器对(C5，C6)和语音输入端之间；

第六电阻(R11)，用于把流过各电流监视电阻中的第一电流监视电阻(R1)的线路电流转换成用于检测摘机状态的输入电流，其中第六电阻(R11)与第一晶体管(Q1)的发射极相连，并与电流监视电阻中的第一电流监视电阻(R1)并联；

运算放大器(AMP3)，用于倒相-放大通过第六电阻(R11)输入的信号；以及

第五晶体管(Q5)，用于转换由运算放大器(AMP3)倒相-放大的信号的电平。

2.权利要求1的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括一对放大器(AMP1，AMP2)，分别被连接到复合阻抗(ZL1，ZL2)，用于接收和放大音频信号。

3.权利要求2的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括一对保护元件(CR1，CR2)，用于保护放大音频信号的放大器对(AMP1，AMP2)在线路中不出现过电流，其中保护元件对(CR1，CR2)分别连接在第一电容对(C5，C6)和复合阻抗对(ZL1，ZL2)之间的连接点与地之间。

4.权利要求3的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括一个假负载电阻(R8)，被连接在第一晶体管(Q1)的集电极与第二晶体管(Q2)的集电极之间，用于提供偏置电流给第一和第二晶体管(Q1，Q2)，以防止第一和第二晶体管在没有线路负载存在时出现饱和。

5.权利要求4的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括一对温度补偿二极管(D1，D2)，分别被连接到偏置电阻组的相对的两端，用于防止由于线路电流引起第一和第二晶体管(Q1，Q2)的热效应造成的第一和第二晶体管(Q1，Q2)因最大电流门限值的变化而引起的过热。

6.权利要求5的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括多个旁路电容器，用于防止由于直流线路电流电源中噪声的产生和感应而对呼叫通信的坏的影响，其中多个旁路电容器包括：连接在第一晶体管(Q1)的基极和地之间的第一电容器(C1)，连接在第二晶体管(Q2)的基极和电源(Vbat)之间的第二电容器(C2)，连接在第三晶体管(Q3)的基极和地之间的第三电容器(C3)，以及连接在第四晶体管(Q4)的基极和电源(Vbat)之间的第四电容器(C4)。

7.权利要求6的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括第七电阻(R13)，用于确定对于通过第六电阻(R11)输入的信号的放大倍数，其中第七电阻(R13)连接在运算放大器(AMP3)的负输入端和输出端之间。

8.权利要求7的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括第八电阻(R10)，用于在提供呼叫信号期间电话手机被摘机时，检测振铃切断电压，其中第八电阻(R10)与电流监视电阻对中的一个电流监视电阻(R1)并联连接。

9.权利要求8的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括第九电阻(R12)，用于把由第八电阻(R10)检测的电压转换成振铃切断电流，其中第九电阻(R12)与第六电阻(R11)并联连接。

10.权利要求9的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括第二电容器(C7)，用于使得运算放大器(AMP3)用作为低通滤波器，从而使AC放大倍数被大大降低，以去除被包括在振铃切断电流中的AC波纹分量，其中第二电容器(C7)与第七电阻(R13)并联连接。

11.权利要求10的模拟用户匹配电路，其特征在于，还包括场效应晶体管，用于使得运算放大器(AMP3)在铃流供给状态时用作为低通滤波器，其中场效应晶体管的漏极与第二电容器(C7)相连，场效应晶体管的源极与运算放大器(AMP3)的负输入端和输入振铃控制信号的场效应晶体管的栅极相连。