CN1156138C - 产生振铃信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在电话网中产生到用户站(ZL)的A和B线(LA，LB)之间的预定频率和形状的振铃信号中，该振铃信号直接注入或叠加在两线的DC电平上。电压差变换装置(1)变换A和B线之间的任何电压差为第一电流(I1)。信号产生装置(2)产生所要产生的振铃信号的频率及形状的第一电压，然后信号变换装置(3)变换第一电压为第二电流(I2)。在合计节点(4)中从第二电流(I2)减去第一电流得到第三电流(I3)，和这个电流通过将它通过电阻(RI)变换为第二电压。缓存第二电压(5)并且通过将该电压加在电阻(RDC)将它再变换为第四电流(IR)。这第四电流(IR)由包括运算放大器(6，7)的电流放大电路放大，然后加到A线(LA)并从B线(LB)提取。

Description

产生振铃信号的方法和设备

本发明涉及给用户站产生电话线上的预定频率和形状的振铃信号的方法和设备，该信号加在电话线的A线与B线之间。

在具有用于将用户站或用户电话机与电话网络接口的线路接口电路LIC的应用中，必须能够发送振铃信号给接到特定LIC的用户。振铃信号作为在两条线A和B之间传送的信号发送，两条线A和B构成到用户站的接口。振铃信号最低允许的幅度取决于用户线的长度和在振铃频率上用户站的单音振铃器的阻抗。要求该振铃信号必须具有在该铃上至少40V的平方根值。当用户话机挂机时，该铃构成在线路上的纯交流(AC)负载，对直流(DC)具有非常高的电阻。

对不同的国家振铃信号的频率是特定的，通常在20和50Hz之间。在本申请中，振铃信号是基本上不包含较高次谐波的基本纯净的正弦波，以便避免与相邻线路干扰。

可区别两个主要类型的振铃：平衡的振铃和不平衡的振铃。

在不平衡振铃中，一条线保持在稳定的或基本上恒定的电位，而在另一条线上，振铃信号叠加在DC电平上。在振铃期间的一些情况下，A线保持在稳定电位而在其它情况B线保持在稳定电位。不平衡振铃是最通用型的振铃并且例如在美国和许多亚洲国家中使用。

在平衡振铃中，振铃信号在两线之间分开。通常，一半信号加到A线和一半信号加到B线，共模电压保持在恒定电平。平衡振铃相对地不常见但是例如用在法国和一些非洲国家。

对这两类振铃，两线的DC电压必须以一个偏置电压分开，该偏置电压称为振铃切断电池，以便能够检测在线路上的DC负载，即在振铃期间有人提起手机。

所有国家都规定从DC的观点一条线保持在给定的电位(如在美国，A线约保持在地电位)，而另一条线应具有A线DC电平上一个振铃切断电池的DC电平。这个要求来源于这样的事实：在振铃期间某人提起手机时必须保证线路电流(DC)足够高。

在目前的系统中使用的振铃切断电池对应于在电路处于空闲模式时开线的DC电池(通常约50V，但取决于国家)。由于振铃信号是正弦的(1.41的波形因数)，在振铃周期期间一条线有时将超过地电位。

作为例子，在美国，A线保持在地电位，而B线振铃。在一条极小的线(0Ω)，振铃信号的峰值为56.5V，以便在铃的两端得到40Vr.m.s。对于这个解决方案，振铃切断电池通常约48V。因此，对于这个解决方案，在振铃周期的某部分期间B线将超出地电位。为了管理正常的线长度，振铃信号的信号电平必须再增加(线路加上180Ω/km)。

在目前的电话系统中，通过利用继电器连接一个外部铃流发生器将该振铃信号加到该线路。这个发生器非常贵而且经常由多条线共享以便减少每线费用。这导致振铃功能的可靠性差，因为不良的铃流发生器将导致很多线不工作。而且，铃流继电器相当贵并且在固定LIC的线路接口板上占用相当大面积。这使得很少线可放置在这样的板上，意味着每线高的开销费用。此外，振铃切断电阻网络需要检测在振铃期间何时某人提起手机。

在电话系统中目前的趋势是向着较小的模块发展(远端用户级)。这导致得到包含用于很少线路的LIC的小盘(magazine)。当然，在这些系统中使铃流发生器由该盘的线路共享也是可能的，但是达到很高的开销费用的价格。

另一个趋势是得到包含很多线路的大盘。对于这些的盘，线路接口板的组装密度是重要的、体积庞大的铃流连接继电器和振铃切断网络占用该板表面的大量空间。在这个情况下，铃流发生器可由很多线共享而且不是如此贵。但是导致对振铃功能差的可靠性的价格。

人们已努力生产LIC，利用它该振铃信号可直接加到线路上。一个尝试是将继电器替代模块放在硅上，外部铃流发生器可经过它连接。然而，与这个解决方案有几个相关的问题。当连接LIC时继电器必须是电阻很低，而这很难实现。另外应指出，仍然需要铃流发生器以及外部振铃切断电阻网络，这是主要问题之一。

在对应于公开的国际专利申请WO-Al 95/20290的美国专利US-A 5553132中公开了一种产生振铃信号的方法和设备，这个专利申请引用在这里供参考。提供给用户线的电流直接地调制，以便提供振铃信号。用户线接口的电流输入端接收运算放大器的输出信号和低电平信号发生器的输出信号，结果给该电流输入端提供第一电流和第二电流之和，第一电流由作用为线路接口电路的输出电压的函数并且经过第一电阻供给的电压产生，而第二电流由经过第二电阻供给的结果发生器的输出产生。

在英国专利申请GB-A 2113044中公开了另一种产生振铃信号的方法，在该方法中振铃电流也直接地注入该线路作为从低电平信号发生器导出的信号。

本发明的目的是在LIC中以经济和空间有效的方法并且允许在接到用户站的线路上简单的控制DC电压电平来综合振铃功能。

这是通过一般步骤得到的：在到用户站的A线和B线之间产生预定频率及形状的振铃信号，即变换A线和B线之间的任何电压差为第一电流；产生所要产生的振铃信号的频率及形状的第一电压；变换所述第一电压为第二电流；从所述第二电流中减去所述第一电流得到第三电流；变换所述第三电流为第二电压；缓存所述第二电压；变换所述缓存的电压为第四电流；放大所述第四电流；和在从B线取出放大的第四电流的同时将该放大的第四电流加在A线。

这个目的一般地还通过提供以下装置得到：电压差变换装置，用于变换A线和B线之间的任何电压差为第一电流；信号发生装置，用于产生所要产生的振铃信号的频率及形状的第一电压；信号变换装置，用于变换所述第一电压为第二电流；合计节点，用于从所述第二电流中减去所述第一电流得到第三电流；电流-电压变换装置，用于变换所述第三电流为第二电压；缓存装置，用于缓存所述第二电压；电压-电流变换装置，用于变换所述缓存的电压为第四电流；电流放大装置，用于放大所述第四电流；和在从B线取出放大的第四电流的同时用于提供放大的第四电流给A线的线路。

电流也传递给电流放大装置以便提供电话线的DC电平，电流是叠加在振铃信号电流上。使用电流而不使用电压，通过简单地连接传递希望电流的电线进行叠加。电话线之间的DC电平差即振铃切断电池通过从合适的电流源向该合计节点提供恒定电流很容易进行设定。

本发明将参照附图以非限制的实施例的方式详细叙述，其中

图1是提供振铃信号给用户线的设备的电路图；

图2是提供平衡振铃的设备的电路图；

图3是提供不平衡振铃的设备的电路图；

图4是提供不平衡振铃的替代设备的电路图；和

图5是在图1-4的设备中使用的电流镜象装置的电路图。

图1表示分别在A线及B线即LA及LB之间产生振铃信号到以阻抗ZL代表的用户站的设备的一个实施例。线电流表示为IL，而线电压即在阻抗ZL两端的电压表示为UL。

以例如跨导放大器1的形状的电压差变换装置具有接到A线和B线的输入，并且适于变换在A及B线LA及LB之间的电压差UL为具有向后方向、到放大器输出端的第一电流I1。信号发生器2用于产生具有与希望的振铃信号相同频率及相同基本形状的低电压信号。利用未示出的合适的控制装置，该信号发生器可被接通和切断以提供振铃信号脉冲串。跨导放大器例如可由控制可控制的电流源如某个晶体管电路的合适连接的运算放大器构成，该晶体管电路包括一个晶体管，其基极接到该运算放大器的输出端。

另一个跨导放大器3具有接到信号发生器2的输出端的输入端，将信号发生器2提供的低电压信号变换为电流I2，则这个电流具有与由信号发生器2产生信号并因此与希望的振铃信号相同频率及基本相同形状，和以常规方向向前、离开放大器3的输出端。

跨导放大器1和3的输出端在合计节点4互连，而合计节点4经过电阻R1接到信号地。因此，由于所指示的电流方向，在合计节点4中从电流I2中减去电流I1产生通过电阻R1流到信号地的电流I3。通过电阻R1的电流I3在合计节点4中产生一个电压作为信号地的基准。

提供一个缓冲器或隔离放大器5来缓存这个电压，该缓冲放大器基本上是连接用于放大倍数例如等于1的运算放大器。因此，节点4接到放大器5的正输入端，负输入端接到其输出端。缓冲放大器5的输出端通过电阻RDC接到虚信号地。于是，缓冲放大器5的输出电压及因此节点4中的电位被变换为通过电阻RDC具有合适幅度的电流IR。这个电流IR由接在电阻RDC与地之间的电流镜象装置20检测和反映。因此，有效地，该镜象装置包括分别具有输出端AIN-，BIN+的两个电流发生器21、22，其电流具有与提取的电流IR相同的强度。

电流强度IR则代表注入用户线的电流，因此电流发生器21安排用于A线LA，而电流发生器22用于B线LB。由电流发生器21、22提取的电流IR利用电流放大装置以系数GR放大，该电流放大装置包括分别接到A及B线LA及LB的运算放大器6及7。对于A线，电流IR从第一运算放大器6的负输入端提取，其正输入端通过电阻R4接A线LA。放大器6利用另外的电阻R5、R11连接产生增益GR，这些电阻具有相应地选择的电阻，即选择比率R11/R5等于GR。电阻R4的电阻等于R11的电阻。电阻R11接在运算放大器6的负输入端及其输出端之间。另一个电阻R5接在该输出端和A线之间。放大的电流GRXIR以这种方式提供给A线LA。

第二运算放大器7用于驱动B线，它以类似的方式连接。电流强度IR是从其正输入端提取的，它通过对应于第一放大器的电阻R4的电阻R12也直接接到B线LB。电阻R7、R8也如第一放大器6的电阻R11、R5那样连接，即电阻R7接在负输入端与第二放大器7的输出端之间，该输出端通过电阻R8接到B线。选择电阻R7及R8以便产生需要的增益和具有电阻值使得R7/R8＝GR。电阻R12具有电阻R7那样的电阻，因此R12/R8＝GR。因此从B线LB取出电流GRXIR，如图1所示的。

典型地电流IR由包括运算放大器6、7的电流放大电路放大几百倍，例如系数GR＝800。这意味着输入电流强度IR可能是低的。输出电阻R5、R8具有相当小的电阻，例如几欧姆，诸如6-7欧姆。

为了设定振铃切断电池，即用户线开路(挂机)时A与B线之间DC电平差，设置电流源8提供具有相应地选择的幅度的恒定DC电流I4给合计节点4。

为了检测手机的提起，即检测该用户已应答，这是以阻抗ZL的改变指示的，这时提供小电阻给DC电流，提供如图1所示的比较器9以便比较合计节点4中的电压与电压源23的高基准电压REFH或与电压源24的低基准电压REFL，这两电压源产生具有对信号地基准的电压。这些基准电压FEFH和FEFL利用示意表示的开关10加在比较器9。比较器9因此具有接到节点4的正输入端和接到开关10的负输入端。通常，当手机在上面即挂机时，开关10在该图中指示的位置，即节点4的电压与高基准电压REFH比较。

当合计节点4的电压超过高基准电压REFH时，二者参照信号地，这代表或指示用户已应答的情况，因为那时两线之间的电压是小的，而且只从节点4提取小电流I1，由比较器9产生逻辑1和这个输出信号用于控制信号发生器2和开关10。因此比较器9的输出端接到信号发生器2的控制输入以便关断它，使得这时不能产生振铃信号。比较器9的输出端还接到开关10，使得在同时，比较器9的逻辑1使开关10转换到低基准电压REFL，它利用比较器9与合计节点4的电压比较。

然后如果合计节点4的电位仍然高于低基准电压REFL，摘机状态被检测存在。

但是，如果合计节点4的电位迅速下降低于该低基准电压REFL，则指示从节点4提取相当大的电流I1，因此电压UL相当大，比较器9的输出信号再次为逻辑0。这个逻辑0使信号发生器2再开始提供与振铃信号相同频率和相同形状的低电压信号。逻辑0也使开关10再提供高基准电压REFH给由此进行比较的比较器9。

在提供节点4的电位给比较器9的输入中，该电位由未示出的滤波器适当地低通滤波，去除不需要的AC分量。

镜象装置20的简化电路图示于图5。从电阻RDC来的线接到该电路的输入R，因此输入电流IR。这个输入端接到差动放大器26的正输入端，其正输入端接地。输入端R用于虚地的固定条件，和没有电流流过电阻R9。电流IR流到串联连接的相对型一个PNP和一个NPN晶体管的两个晶体管T1、T2的互连点，使得它们的集电极接在该互连点。晶体管T1、T2的基极接到以在两个平行的电流镜象电路中相同的方式连接的类似晶体管T3、T4和T5、T6的基极。因此所有PNP晶体管T1、T3、T5的基极互相连接，对于所有NPN晶体管T2、T4、T6也是一样。从这些平行镜象电路中的互连点，电流AIN-和BIN+从(或实际传递给)镜象装置20的输出端提取。晶体管基极也都接到中间放大级，控制输入端R的电位为地电位。

图2表示提供合适的DC电流给用户线用于在A线和B线LA及LB之间产生平衡振铃所需的部件的电路图，如上所述，用户站以阻抗ZL代表。用户阻抗UL两端上的电压为UL。图2的图与图1的图一起使用，叙述产生振铃信号所需的部件。在图2中，镜象装置20和输出，包括放大器6、7的电流放大电路是与图1所示的相同的部件。

A和B线电压被接收或分别利用缓冲放大器11及12缓存，这些放大器的输出端利用串联连接的两个相等的电阻R2互连。在这两个电阻R2之间的互连点，得到瞬时电位UMV，它是A和B线电压的平均值。这个瞬时电位UMV由缓冲放大器13缓存并且提供给跨导放大器14的第一输入端。电压源27来的DC基准电压值URV加到跨导放大器14的第二输入端与瞬时电压值UMV比较，以便得到差值(UMV-URV)。这个差值由具有电导系数gm的放大器14放大，产生电流强度gm×(UMV-URV)，和这是利用跨导放大器14提取作为从其两输出端来的相等电流ILONG，如示意表示的，这两输出端连接到运算放大器6和7的正输入端，还见图1，分别以合适的数字符号加到振铃信号电流IR，所加的信号利用运算放大电路放大了系数GR。因此，电流GR×(IR-ILONG)加到A线，而从B线提取电流GR×(IR+ILONG)。这些电流在固定状态必须相等，即ILONG必须为0，和它们由所述的反馈环路控制直到达到了，然后电压差UMV-URV也等于0。

图3表示类似于图2的电路图，但是提供在A和B线LA和LB之间的不平衡振铃给以阻抗ZL表示的用户站。由于图3中实施例的单元与图2的实施例的单元相同，除了有关产生基准电压值CLRV的单元外，图2和3中相同的单元不再详细叙述。

在图3的实施例中，由具有接到B线LB的低通滤波器17产生基准电压值URV，以便主要滤波B线电压以便找到其DC分量，然后可能的振铃信号从B线电压中消除。低通滤波的电压利用两个相等电阻值的电阻R3被平分，这两个电阻串联接在滤波器17的输出端与地之间。具有等于B线的DC电位一半的电位、在电阻R3之间的互连点接到缓冲放大器18的输入端，而缓冲放大器的输出端接到电压减法电路19的输入端。电压减法电路19适于从缓冲放大器18的输出端的电压中减去预定的、恒定电压UG/2，以得到基准电压值URV，该值加到跨导放大器14的另一个输入端。由电压减法电路19减去的电压UG/2对应于A线需要的电压。因此设定为合适的DC电平，例如提供比在A线的地电位稍低的DC电平。然后A线具有恒定电位-UG，这个值是例如-2V的幅度数量级的小的负电压。

电压减法电路19可包括产生电流的一个电阻R10，通过连接产生这个电流强度的恒定电流源25从该电流减去具有值UG/(2·R10)的电流。

根据用于A和B线之间不平均振铃的设备的第二实施例，见图4，由放大器11检测A线的电压而得到瞬时值。放大器11直接接到跨导放大器14的输入端，如图2的电路中那样，连接它的其它输入以便接收预定的、恒定的基准电压URV。在放大器14中，瞬时值于是与DC电压值比较，得到差值，而加在A和B线的电流是以上面已叙述的相同方式被控制值至所述差值为0为止。

Claims (14)

1.在到线路的A与B线(LA，LB)之间的用户站(ZL)的电话线上产生预定频率与形状的振铃信号的方法，其特征在于步骤：

变换A与B线(LA，LB)之间的电压(UL)为第一电流(I1)，

产生第一电压，第一电压具有频率等于所要产生的振铃信号的频率和形状与所要产生的振铃信号的形状相同或相符；

变换第一电压为第二电流(I2)，

从第二电流(I2)中减去第一电流(I1)得到第三电流(I3)，

变换第三电流(I3)为第二电压，

变换第二电压为第四电流(IR)，和

放大第四电流(IR)，并在从B线(LB)提取放大的第四电流的同时将放大的第四电流加在A线(LA)。

2.根据权利要求1的方法，其特征还包括步骤：

产生恒定的第五电流(I4)，和

将第五电流(I4)加到从第二电流(I2)减去第一电流(I1)的结果来修改第三电流(I3)，使得分别地从A和B线提供和提取的电流将产生两线之间DC电平的相应差。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征还在于步骤：

设定基准电压为第一值(REFH)，

比较第二电压与该基准电压，

在第二电压超过该基准电压时，这指示该用户站(ZL)已应答，即出现摘机，中断第一电压的产生，因此也中断该振铃信号的产生。

4.根据要求3的方法，其特征还在于步骤：

在中断步骤之后，即在第二电压超过该基准电压的情况，基准电压值降低至第二值(REFL)，

再比较第二电压与该基准电压，

在第二电压这时低于该基准电压的情况，重新开始产生第一电压，而且还增加该基准电压为第一较高值(REFH)，此后重复权利要求2的步骤。

5.根据权利要求1或2的方法，包括：

检测是A与B线电压的平均值的瞬时值，

比较该瞬时值与基准值以便得到差值，和

控制加在A和B线的电流直到差值为零，其特征在于，该基准值是一个预定的DC电压。

6.根据权利要求1或2的方法，包括：

检测是A和B线电压的平均值的瞬时值，

比较该瞬时值与基准值以便得到差值，和

控制加在A和B线的电流直到差值为零，其特征在于，该基准值是通过以下步骤产生：

检测B线电压，

低通滤波所检测的B线电压，

将低通滤波的电压划分为二，和

从所划分的电压中减去预定的恒定电压以得到该基准值。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：

检测A线电压得到瞬时值，

比较该瞬时值与DC电压值以得到差值，和

控制加在A和B线的电流直到该差值为零。

8.在到A和B线(LA，LB)之间用户站(ZL)的电话线上产生预定频率和形状的振铃信号的设备，其特征在于：

电压变换装置(1)，用于变换A和B线(LA，LB)之间的电压(UL)为第一电流(I1)，

信号发生装置(2)，用于产生所要产生的振铃信号的频率和与它基本相同的形状的第一电压，

信号变换装置(3)，用于变换第一电压为第二电流(I2)，

接到该电压变换装置(1)和信号变换装置(3)的合计节点(4)，从第二电流(I2)减去第一电流(I1)，得到第三电流(I3)，

接到合计节点(4)的电流-电压变换装置(R1)，用于变换第三电流(I3)为第二电压，

也接到合计节点(4)的电压-电流变换装置(RDC)，用于变换第二电压为第四电流(IR)，

连接到电压-电流变换装置(RDC)的电流放大装置(6，R4，R11，R5；7，R12，R7，R8)，用于放大第四电流(IR)，和在从B线(LB)提取放大的第四电流的同时将放大的第四电流加到A线(LA)。

9.根据权利要求8的设备，其特征在于：

接到该合计节点(4)的恒定电流产生装置(8)，用于产生在节点(4)合计的恒定第五电流(I4)，使得分别从A和B线加上和提取的电流产生两线之间DC电平的差，该差对应于第五电流(I4)的幅度。

10.根据权利要求8或9的设备，其特征在于：

接到该合计节点(4)的比较器(9)，用于比较第二电压与基准电压，

该比较器(9)接到该信号发生装置(2)以便控制它，在比较的结果是第二电压大于该基准电压的情况，这指示用户站(ZL)已应答，中断第一电压的产生，因而该振铃信号被中断。

11.根据权利要求10的设备，其特征在于：

安排连接第一基准电压源(23)或第二基准电压源(24)到比较器(9)以便向它提供该基准电压的开关(10)，第一基准电压源(23)提供比由第二电压源(24)提供的电压(REFL)更高的电压(REFH)，该开关是：

该比较器(9)也接到开关(10)，也在由该比较器进行的比较结果是第二电压大于该基准电压的情况，控制它连接第二基准电压源(24)到该比较器，使得第二电压与由第二基准电压(24)提供的电压(REFL)比较，和

否则，在由该比较器进行比较的结果是第二电压小于该基准电压的情况，该比较器(9)被安排控制该信号发生器装置(2)开始产生第一电压，并且控制开关(10)连接第一基准电压源(23)到该比较器，使得第二电压与由第一基准电压(23)提供的电压(REFH)比较。

12.根据权利要求8或9的设备，包括：

检测装置，用于检测A和B线电压的平均值以便得到瞬时值，

接到该检测装置的比较装置，用于比较该瞬时值与基准值，以得到差值，和

接到该比较装置的控制装置，用于控制加在A和B线的电流直到该差值为零，

其特征在于，接到该比较装置的DC电压源，用于提供该基准值。

13.根据权利要求8或9的设备，包括：

检测装置，用于检测A和B线电压平均值以得到瞬时值，

接到检测装置的比较装置，用于比较该瞬时值与基准值以便得到差值，和

接到该比较装置的控制装置，用于控制加在A和B线的电流直到该差值为零，

其特征在于接到该比较装置的基准值装置，用于产生该基准值和包括：

滤波装置，低通滤波该B线电压，

接到该滤波装置的划分装置，用于产生为低通滤波的B线电压的一个预定部分的部分电压，特别用于将低通滤波的电压除以数字2，和

从该部分电压减去预定的恒定电压得到提供给该比较装置的基准值的装置。

14.根据权利要求8或9的设备，其特征在于：

检测装置，用于检测A线电压以得到瞬时值，

接到该检测装置的比较装置，用于比较该瞬时值与DC电压值以便得到差值，和

接到该比较装置的控制装置，用于控制加在A和B线的电流直到该差值等于零。

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