CN1138398C - 用户线接口电路及实现极性反转的方法 - Google Patents
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Abstract
一种适于IC化的可以简便实现极性反转的用户线接口电路，以及相应的实现极性反转的方法。其中将RING驱动器接成反相放大器的形式，对TIP驱动器输出的交直流信号反相放大，以此在TIP驱动器的输出电位和RING驱动器的输出电位之间建立关联；并且采用串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同直流输出电位，用以调整TIP驱动器的输出直流电位从而简便地实现电话环路的极性反转功能。
Description
本发明涉及电话通信技术领域，特别是涉及一种适宜集成电路(IC)化的用户线接口电路及其方法。
图1是程控交换机用户侧基本示意图，示出了用户电路的基本体系结构。如图1所示，用户电话线经过过流过压的保护器件进入到用户线接口电路，由用户线接口电路完成必要的2/4线转换后，送到语音编解码芯片进行AD、DA转换以及A/u律的编解码，最后到数字的PCM Highway。
用户线接口电路也简称为SLIC(Subscriber Line Interface Circuit)，语音编解码芯片也简称为CODEC(Coding Decoding)或COMBO。
在图1中：TIP为塞尖，和RING(塞环)构成由交换机到用户话机的两根线；RING为塞环，和TIP(塞尖)构成由交换机到用户话机的两根线，直流馈电以及语音信号的双向传输通过这两根线进行；VTX为四线发送模拟信号线，语音由VTX经ADC(Analog Digital Converter)后再A/u律编码，送到数字交换网络；VRX为四线接收模拟信号线，A/u律PCM信号经解码后，经DAC(Digital Analog Converter)变成模拟信号，送到用户线接口电路SLIC。
保护器件、用户线接口电路，语音编解码芯片以及其他的辅助器件共同完成众所周知的BORSCHT这七个功能：B，直流馈电(Battery Feeding)；O，过压过流保护(Overvoltage Protecting Overcurrent Protecting)；R，振铃(Ring)；S，检测环路状态(Supervise)；C，编解码(Codec)；H，混合平衡(Hybrid balance)；T，测试(Testing)。
极性反转的功能是指电话的TIP、RING两线电压，在正常情况下，TIP的电压要高于RING线的电压，在极性反转情况下，RING线电压高于TIP线的电压。该功能用于计费电话中的计费信号提供。
在通常的厚膜SLIC方案中，要实现极性反转需要增加继电器来控制TIP、RING两线的切换，从而达到控制极性反转的目的。如图2所示，继电器选择切换外部的TIP、TING两线和厚膜TIP、RING两线的连接选择，来实现极性反转。这种实现极性反转方案的缺点在于：需要增加反极继电器，而继电器的体积较大，难以在用户板上实现高密度的集成；使用继电器也会带来成本的上升；继电器在进行反极动作的瞬间会听到“咔嗒”的声音。
本发明的目的在于提供一种适于，IC化的可以简便实现极性反转的用户线接口电路，以及相应的实现极性反转的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用户线接口电路，至少包含RING驱动器和TIP驱动器，其特征在于：RING驱动器接成反相放大器的形式，将TIP驱动器输出的交直流信号反相放大；并且进一步包含串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同的第一直流输出电位并加至TIP驱动器的输入端。
较佳地，TIP驱动器接成包含负反馈回路的放大器形式，VRX和/或VREF连接TIP驱动器的反相输入端，所述的第一直流输出电位连接TIP驱动器的正相输入端。
较佳地，进一步包含一个低通滤波电路，串联在所述第一直流输出电位的输出端和TIP驱动器的输入端之间。
较佳地，进一步包含一个可控电流源，其可以向所述分压电路输入或输出电流来调整所述的第一直流输出电位，该可控电流源的控制端由一反映电话环路电流大小的信号控制。
较佳地，进一步包含一个电流源，在极性反转情况下向所述分压电路输入或输出电流。
较佳地，所述接成反相放大器形式的RING驱动器，其负反馈电阻与反相输入电阻的阻值相同；并且RING驱动器的正相输入端电位设定为VBAT/2。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：RING驱动器接成反相放大器的形式，将TIP驱动器输出的交直流信号反相放大，以在TIP驱动器的输出电位和RING驱动器的输出电位之间建立关联；并且采用串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同的第一直流输出电位并加至TIP驱动器的输入端，用以调整TIP驱动器的输出直流电位从而实现极性反转。
较佳地，所述的分压电路采用电阻串联分压电路，所述的电子开关采用三极管或DMOS管。
较佳地，TIP驱动器接成包含负反馈回路的放大器形式，利用加在TIP驱动器反相输入端的VRX和/或VREF输入直流电位来产生TIP驱动器的输出直流电位；所述的第一直流输出电位加至TIP驱动器的正相输入端。
较佳地，进一步利用加在TIP驱动器反相输入端的VTX交流信号实现一定的交流阻抗匹配。
较佳地，在所述第一直流输出电位加至TIP驱动器输入端之前，采用一个低通滤波电路滤除干扰信号并控制所述第一直流输出电位发生变化的过渡时间。
较佳地，所述的低通滤波电路由一个电阻和一个电容组成。
较佳地，采用一个限流控制电流，根据电话环路中的电流状况，通过向所述分压电路输入或输出电流来调整所述的第一直流输出电位，实现电话环路的限流控制。
较佳地，采用一个可控电流源产生所述的限流控制电流，并且采用一个反映电话环路的电流大小的电压控制该可控电流源的输出。
较佳地，采用一个微调电流，在极性反转情况下向所述分压电路输入或输出电流，以控制TIP和RING两线的直流电位。
较佳地，所述接成反相放大器形式的RING驱动器，其负反馈电阻与反相输入电阻的阻值相同；并且RING驱动器的正相输入端电位设定为VBAT/2。
本发明的核心思想在于将RING驱动器接成反相放大器的形式，对TIP驱动器输出的交直流信号反相放大，以此在TIP驱动器的输出电位和RING驱动器的输出电位之间建立关联；并且采用串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同直流输出电位(第一直流输出电位)，用以调整TIP驱动器的输出直流电位从而简便地实现电话环路的极性反转功能。
本发明避免了使用继电器作为极性反转器件，从而成为一种适宜集成电路(IC)化的极性反转方案，可以低成本且简便地实现用户线接口电路的集成电路化，避免了由于使用继电器作为极性反转器件导致的各种缺点。本发明实现极性反转功能的电路规模较小，相关电路不仅用于简便地实现极性反转，实际上由于TIP驱动器的输出电位和RING驱动器的输出电位之间所建立的关联，同时也可以实现2线差分信号，这种对元件的高效率的使用可以进一步降低用户线接口电路的电路规模，降低生产成本及故障率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并结合附图，对本发明进一步详细说明。所应理解的是，其仅用于对本发明的阐述说明而非限制。其中
图1示出了位于程控交换机用户侧的用户电路的基本体系结构；
图2示出了现有技术中采用继电器实现极性反转功能的方案；
图3示出了依照本发明方法的用户线接口电路中，其TIP驱动器和RING驱动器的连接方式的一个示例；
图4示出了如图3所示的用户线接口电路中，连接在RING驱动器正相输入端的VBAT/2产生电路的一个示例；
图5示出了依照本发明方法的用户线接口电路中，连接在TIP驱动器输入端的直流电位控制电路的一个示例；
图6示出了用于产生限流控制电流的电话环路电流采样电路的一个示例。
图3示出了依照本发明方法的用户线接口电路中，其TIP驱动器和RING驱动器的连接方式的一个示例。如图3所示，RING放大器接成反相放大器的形式，正相输入端接一个VBAT/2产生电路用于将该正相输入端的电位设置在VBAT/2，RING放大器的反相输入端分别接负反馈电阻R1到RF端、以及接反相输入电阻R2到TF端，在本示例中R1与R2的阻值相等。RING放大器对TF输出的交流和直流同时进行反相放大。推导RF和TF端点电压满足以下公式：VRF＝VBAT-VTF，其中TF和RF为TIP、RING放大器的输出端点，经过外接的两个采样电阻就到了TIP、RING两线。
因此RING放大器输出的AC信号和TIP放大器的AC信号相位相差180度，TIP、RING构成差分输出。假设TF端的直流电位比BGND(Battery Ground，负电源地，电池地)低V1，则RF端的直流电位比VBAT高V1。通过RING放大器的反相放大形式，达到了控制两线交直流信号的目的。
由于以上RING放大器的特性，极性反转可以通过只控制TIP的直流电位而实现，如果把TF端的电位降低至比VBAT高V1，则RF端的电位就比BGND低V1。在本示例中，TIP驱动器采用运算放大器接成相对于VRX的反相放大器的形式，其反相输入端经电阻R4连接到VRX端。
在有的系统实现方案中，可能不需要在SLIC内部实现阻抗匹配功能，并且在VRX到SLIC端口增加隔直电容，这种情况下，增加内部的VREF端点，提供TIP驱动器输出端直流电位的产生。
实际上，可以利用加在TIP驱动器反相输入端的VRX和/或VREF输入直流电位来产生TIP驱动器的输出直流电位(图中未示出)。还可以进一步利用加在TIP驱动器反相输入端的VTX交流信号实现一定的交流阻抗匹配(图中未示出)。只要将VREF或VTX交流信号分别经一个反相输入电阻连接至TIP驱动器的反相输入端即可。
图3中TIP驱动器的正相输入端所接的直流电位控制电路是指对电话环路的TIP、RING两线直流电位的控制电路，该直流电位控制电路采用串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同的第一直流输出电位并加至TIP驱动器的输入端，用以调整TIP驱动器的输出直流电位从而实现极性反转。
图4示出了如图3所示的用户线接口电路中，连接在RING驱动器正相输入端的VBAT/2产生电路的一个示例。VBAT/2产生电路比较简单，直接通过电阻分压产生，再经过RC滤波即可。在图4中，电阻R11与电阻R12组成分压器，且R11与R12的阻值相等。电阻R13和电容C1组成低通滤波器，滤除电源纹波的干扰。电阻R11、R12、R13均可集成于IC芯片内部，电容C1需要外接。该VBAT/2产生电路的输出接至RING驱动器的正相输入端。
图5示出了依照本发明方法的用户线接口电路中，连接在TIP驱动器输入端的直流电位控制电路的一个示例。如图5所示，VPD表示极性反转控制端；AGND表示模拟地0V；VBAT表示负电源(一般-48V)；Vloop表示用来控制限流控制电流的电压，该电压由其他模块产生(例如图6所示的电路模块)，Vloop的电压与电话环路的电流大小成正比，在本示例中利用Vloop来控制电流源I1的输出电流大小和方向。从而调整位于R21和R22连接点的电位(即第一直流输出电位)，用以将电话环路直流电压调小，最后达到对电话环路的限流功能。
具体来讲，限流控制电路根据环路的电流不同，产生不同大小、不同方向的电流，在正极性时，VTF＞VBAT/2＞VRF，当环路电流超出阈值电流时，I1电流方向为流入，则TIP驱动器正相输入端的电压下降，TF端电压也下降，从而减小TF和RF端的压差；在反极性时，VTF＜VBAT/2＜VRF，当环路电流超出阈值时，T1电流方向为流出，则TIP驱动器正相输入端的电压上升，TF端电压也上升，从而也是减小RF和TF端的压差。
VPD是极性反转控制端，通过适当的电平转换逻辑，VDP控制电子开关(在本示例中是三极管)的导通与否。在正极性馈电时，Q1不导通；在负极性时，Q1导通。
微调电流I2用于控制在反极时对直流电位的微调。该微调电流在极性反转情况下向所述分压电路输入或输出电流，以控制TIP和RING两线的直流电位。
在如图5所示的示例中，RF和CF构成一个低通滤波器，它的作用是：滤除电源的纹波噪声；滤除限流控制电路的AC分量；控制极性反转时的过渡时间。由于这一个电容起到了三种作用，因此，内部电路既简单，又简化了外围元件。
图5中的元件除电容CF需要外接外，其余均可集成于芯片中。
图6示出了用于产生限流控制电流的电话环路电流采样电路的一个示例。Vloop的产生电路如图6，一个运算放大器被用做采样放大器，对采样电阻上的电流进行采样并转变成电压。该方法产生的电压Vloop实际上也包含了环路交流分量，当然也可以采用其他只反映环路直流分量而不反映环路交流分量的采样电路，从而达到更加准确的限流控制。
以上示例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照以上示例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依据本发明的原则和精神可以对本发明的示例进行各种修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (16)
1、一种用户线接口电路，至少包含RING驱动器和TIP驱动器，其特征在于：RING驱动器接成反相放大器的形式，将TIP驱动器输出的交直流信号反相放大；并且进一步包含串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同的第一直流输出电位并加至TIP驱动器的输入端。
2、如权利要求1所述的用户线接口电路，其特征在于：TIP驱动器接成包含负反馈回路的放大器形式，VRX和/或参考电压连接TIP驱动器的反相输入端，所述的第一直流输出电位连接TIP驱动器的正相输入端。
3、如权利要求1所述的用户线接口电路，其特征在于进一步包含一个低通滤波电路，串联在所述第一直流输出电位的输出端和TIP驱动器的输入端之间。
4、如权利要求1所述的用户线接口电路，其特征在于进一步包含一个可控电流源，其可以向所述分压电路输入或输出电流来调整所述的第一直流输出电位，该可控电流源的控制端由一反映电话环路电流大小的信号控制。
5、如权利要求1所述的用户线接口电路，其特征在于进一步包含一个电流源，在极性反转情况下向所述分压电路输入或输出电流。
6、如权利要求1、2、3、4或5所述的用户线接口电路，其特征在于：所述接成反相放大器形式的RING驱动器，其负反馈电阻与反相输入电阻的阻值相同；并且RING驱动器的正相输入端电位设定为二分之一电源电压。
7、一种在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：RING驱动器接成反相放大器的形式，将TIP驱动器输出的交直流信号反相放大，以在TIP驱动器的输出电位和RING驱动器的输出电位之间建立关联；并且采用串联在直流电源间的分压电路和电子开关，通过控制该电子开关的导通来产生不同的第一直流输出电位并加至TIP驱动器的输入端，用以调整TIP驱动器的输出直流电位从而实现极性反转。
8、如权利要求7所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：所述的分压电路采用电阻串联分压电路，所述的电子开关采用三极管或DMOS管。
9、如权利要求7所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：TIP驱动器接成包含负反馈回路的放大器形式，利用加在TIP驱动器反相输入端的VRX和/或参考电压输入直流电位来产生TIP驱动器的输出直流电位；所述的第一直流输出电位加至TIP驱动器的正相输入端。
10、如权利要求9所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：进一步利用加在TIP驱动器反相输入端的VTX交流信号实现一定的交流阻抗匹配。
11、如权利要求7所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：在所述第一直流输出电位加至TIP驱动器输入端之前，采用一个低通滤波电路滤除干扰信号并控制所述第一直流输出电位发生变化的过渡时间。
12、如权利要求11所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：所述的低通滤波电路由一个电阻和一个电容组成。
13、如权利要求7所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：采用一个限流控制电流，根据电话环路中的电流状况，通过向所述分压电路输入或输出电流来调整所述的第一直流输出电位，实现电话环路的限流控制。
14、如权利要求13所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：采用一个可控电流源产生所述的限流控制电流，并且采用一个反映电话环路的电流大小的电压控制该可控电流源的输出。
15、如权利要求7所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：采用一个微调电流，在极性反转情况下向所述分压电路输入或输出电流，以控制TIP和RING两线的直流电位。
16、如权利要求7、8、9、10、11、12、13、14或15所述的在用户线接口电路中实现极性反转的方法，其特征在于：所述接成反相放大器形式的RING驱动器，其负反馈电阻与反相输入电阻的阻值相同；并且RING驱动器的正相输入端电位设定为二分之一电源电压。
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