CN1183664C - 阻抗阻塞滤波器电路 - Google Patents

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Abstract

一种在电信系统中使用的阻抗阻塞滤波器电路，连接在输入电话线路和用户终端设备之间。在一个示范性构造中，构造所述电路以无条件地阻塞由于用户终端设备产生的高于20KHz的阻抗，这些阻抗来自不对称数字用户线路网络单元和/或家用网络接口单元。滤波器电路包括串联在各个输入端子和各个公共点之间的多组电感器。电容器和开关跨接在公共点之间，用于消除分路相加电容。提供一可选的校正电路用于显著减小回程损耗，以及一开关抑制电路用于消除瞬态过程。

Description

阻抗阻塞滤波器电路
本发明是基于1999年8月9日提交的串号为09/370,137的在先申请的部分延续申请，而该项专利申请又是基于1998年11月19日提交的串号为09/195,522、并且名为“阻抗阻塞滤波器电路”的母案申请的部分延续申请。
技术领域
本发明一般涉及电信系统，而说得更详细些，本发明涉及用在电信系统中使用的一种阻抗阻塞滤波器电路，用于在来自电话公司中心局(CO)的输入电话线路和诸如位于用户屋内的电话机等用户电话设备之间互连，从而无条件地阻塞高于20KHz的电话阻抗。
背景技术
在下面的美国专利中，似乎对现有技术作了最好的例示说明，它们是在导致本申请的主题的探索中开发出来的：
        4,613,732     4,823,383
        4,742,541     5,642,416
        4,743,999     5,802,170
在1989年4月18日授予Cardot等人的第4,823,383号美国专利中，揭示了一种用于电话用户屋内的终端设备的保护装置，它包括电压骤增保护电路和/或用于对射频和干扰提供保护的滤波器。滤波器包括在端子E1和S1之间互连的串联电感器L1、L2、L3和L5以及在端子E2和S2之间互连的串联电感器L1、L2、L4和L5。电容器C5连在电感器L2、L3的连接点和电感器L2、L4的连接点之间。电压骤增保护电路包括热敏电阻TH1、TH2和电压限幅器D1-D3。
在1998年9月1日授予Smith等人的第5,802,170号美国专利中，揭示了一种用于在电话网络接口设备中连接电话公司线路与用户电话线路的用户桥接模块。在一个实施例中，用户桥接模块包括过电流保护装置和RFI滤波器。过电流保护装置由正温度系数电阻器220、222和电感器构成。RFI滤波器由电感器224a-224c、226a-226c和电容器236a-236c构成。电感器和电容器用来构成多极点低通滤波器。
在1997年6月24日授予Hill等人的第5,642,416号美国专利中，揭示了一种电磁干扰旁路滤波器，它抑制在由电话线路供电的设备的塞尖(tip)和塞环(ring)引线上传导的RF噪声电流。该滤波器包括第一和第二电感器51、53以及第一和第二电容器41、43。
近来，众所周知，许多电话用户或顾客还具有位于其屋内的个人计算机。计算机用户常常通过互联网服务器供应者(Internet Server Provider，ISP)经相同的电话线路从互联网接收非对称数字用户线路(Asymmetric Digital subscriberLine，ADSL)信号。一般，为了提高从互联网下载信息的速度，要购置ADSL网络接口，并将它接在在输入电话线路和用户计算机之间。然而，因为一个或多个电话用户终端设备(诸如电话机、传真机和/或应答装置)也经屋内线路连至相同的输入电话线路，终端设备可能引起ADSL干扰问题，这将显著地限制或降低数据速率。在一种情形中，已经遇到这样的情形，即，电话设备会从挂机状态改变至摘机状态，以及即使有时电话终端设备在挂机状态，还会产生谐振效应，从而在高至500KHz的频率下，阻抗值跌至小于10欧姆。
因此，希望提供一种阻抗阻塞滤波器电路，用于连至引起不稳定的输入阻抗的电话终端设备。本发明的阻抗阻塞滤波器电路采用模块化设计，从而容易与出错的电话终端设备串联。阻抗组滤波器电路的无条件地阻塞频率高于20KHz的任何电话阻抗(例如，开路、短路、电容性、电感性、谐振、或者它们的任何组合)。
发明内容
因此，本发明的总的目的是提供一种阻抗阻塞滤波器电路，它能有效和高效地消除由电话终端设备引起的ADSL干扰。
本发明的一个目的是提供一种在电信系统中使用的阻抗阻塞滤波器电路，用于连接在输入电话线路和用户终端设备之间，从而阻塞由于所述用户终端设备产生的相对于预定值的阻抗，这些阻抗来自数字用户线路网络单元和/或家用网络接口单元，其特征在于，所述滤波器电路包括：第一组多个电感器，它们串联在第一输入端子和第一公共点之间；第二组多个电感器，它们串联在第二输入端子和第二公共点之间；晶体管开关和第一电容器，它们连接在所述第一和第二公共点之间，所述开关对直流回路电流起反应，用于消除由与挂机的终端设备相连的其他滤波器电路造成的分路电容；第一输出电感器和第二输出电感器，把所述第一输出电感器电连接在所述第一公共点和第一输出端子之间，把所述第二输出电感器电连接在所述第二公共点和第二输出端子之间。
本发明的另一个目的是提供一种在电信系统中使用的阻抗阻塞滤波器电路，用于连接在输入电话线路和用户终端设备之间，从而阻塞由于所述用户终端设备产生的相对于预定值的阻抗，这些阻抗来自数字用户线路网络单元和/或家用网络接口单元，其特征在于，所述滤波器电路包括：第一和第二电感器，它们串联在第一输入端子和第一公共点之间；第三和第四电感器，它们串联在第二输入端子和第二公共点之间；第一开关，它具有第一端和第二端，并且对直流回路电流起反应，用于电连接所述第一端和所述第二端；第一电容器，把它的第一端连至所述第一公共点，而把它的第二端连至所述开关的所述第一端，把所述开关的所述第二端连至所述第二公共点；以及开关抑制电路，它包括电连接在所述第一和第二公共点之间的两个电感器和第二电容器，用于防止由于所述第一开关的起动而造成的瞬态过程反馈入输入电话线路。
按照本发明的一个较佳实施例，提供了一种用于电信系统的阻抗阻塞滤波器电路，用于在输入电话线路和用户终端设备之间互连，从而无条件地阻塞由于用户终端设备引起的高于20KHz的阻抗，该阻抗来自ADSL网络接口单元/或家用网络接口单元。滤波器电路包括串联在第一输入端子和第一公共点之间的第一、第二和第三电感器。第一电感器的一端连至第一输入端子，而其另一端连至第二电感器的一端。第二电感器的另一端连至第三电感器的一端。第三电感器的另一端连至第一公共点。第一电阻器的一端也连至第一公共点，而其另一端连至第一输出端子。
滤波器电路还包括串联在第二输入端子和第二公共点之间的第四、第五和第六电感器。第四电感器的一端连至第二输入端子，而其另一端连至第五电感器的一端。第五电感器的另一端连至第六电感器的一端。第六电感器的另一端连至第二公共点。第二电阻器的一端也连至第二公共点，而其另一端连至第二输出端子。电容器的一端连至第一公共点，而其另一端连至第二公共点。
上述电路具体地应用至串号为09/195,522的母案申请的揭示中。作为这个部分延续申请，增添了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第三实施例，它与图3的示意图十分相似，只是对那里的滤波器电路作了变更，从而用第一和第二储能电路来分别替代电阻器R1和R2，并且用笛簧(reed)开关K1与电容器C1串联。结果，这个第三实施例代表了对于图3的实施例的改进，因为它克服了分路相加电容问题，并且消除了在电话处的回程损耗方面的劣化。
此外，作为这个部分延续申请，还增添了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第四实施例，它包括了第三实施例的所有元件，并且还相继增添了第七和第八电感器L7和L8；串联的第二电容器C2和第二笛簧开关K2；以及第九和第十电感器L9、L10。
在第五实施例中，提供了一种阻抗阻塞滤波器电路，它与图3的示意电路图十分相似，只是对那里的滤波器电路作了变更，从而取消了电阻器R1和R2，而笛簧开关K1与电容器C1串联。把四个电感器L1-L4和笛簧开关都容纳在多段线圈架结构中，从而显著减小了绕组间的电容。
在第六实施例中，提供了一种阻抗阻塞滤波器电路，它包括第五实施例中的所有元件，并且还相继增添了第七和第八电感器L7和L8；串联的第二电容器C2和第二笛簧开关K2；以及第九和第十电感器L9、L10。把第二笛簧开关K2也容纳在多段线圈架结构中。
作为第二个部分延续申请，增添了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第七实施例，它与图9的滤波器电路十分相似，只是对那里的滤波器电路作了变更，以包括互连在电感器L1和公共电A之间的电感器L13；互连在电感器L2和公共点B之间的电感器L14；以及跨过电感器L1、L2连接的电容器C5。结果，此第七实施例代表了对于图9的实施例的改进，因为它抑制了开关瞬态对于去至ADSL调制解调器的屋内布线的线路侧的影响。
此外，作为第二个部分延续申请，还增添了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第八实施例，它与图9的三阶滤波器电路基本相同，只是对那里的滤波器电路作了变更，把笛簧开关K1、K2；电容器C1、C2；和可变电阻器D1、D2用一对晶体管Q1、Q2；电阻器R5；电容器C5、C6；以及可变电阻器D3、D4来替代。此外，取消图9的电感器L5、L6。
在第九实施例中，提供了一种阻抗阻塞滤波器电路，它与图12的示意电路图十分相似，只是对那里的滤波器电路作了变更，从而包括互连在电感器绕组TW和公共点A之间的电感器L13；互连在电感器绕组RW和公共点B之间的电感器L14；以及跨过电感器绕组TW和RW连接的电容器C5。取消图12的电感器L5和L6。
附图说明
当结合附图阅读下面详细的说明时，本发明的这些和另外的目的和好处将变得更加明显，在所有的附图中，相同的标号指明相应的部分，其中：
图1是一个用于互连中心局和用户房屋的电信系统的总的方框图，它使用了本发明的阻抗阻塞滤波器电路；
图2是装有一种阻抗阻塞滤波器电路的模块的部件分解透视图；
图3是按照本发明的原理的阻抗阻塞滤波器电路的示意电路图；
图4是按照本发明的原理的阻抗阻塞滤波器电路的第二实施例的示意电路图；
图5是图3的阻抗阻塞滤波器电路的输入阻抗对于各种电话设备阻抗作为频率的函数的曲线图；
图6是与图3的滤波器电路一起使用的限流保护电路的示意电路图；
图7是与图3的滤波器电路一起使用的家用网络分界滤波器(home networkdemarcation filter)的示意电路图；
图8是按照本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第三实施例的示意电路图；
图9是按照本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第四实施例的示意电路图；
图10(a)是用于图8和9的滤波器电路的容纳有一个或两个笛簧开关的双绕组电感器的顶视平面图；
图10(b)是图10(a)的双绕组电感器的侧视图；
图11(a)是用于容纳单个电感器和单个笛簧开关的电流传感器单元的顶视平面图，该电流传感器单元可在图8和9的滤波器电路中替换使用；
图11(b)是图11(a)的电流传感器的侧视图；
图12是使用多段线圈架结构的阻抗阻塞滤波器电路的第五实施例的示意电路图；
图13是使用多段线圈架结构的阻抗阻塞滤波器电路的第六实施例的示意电路图；
图14(a)是用于图12和13的滤波器电路的多段线圈架结构的侧视图；
图14(b)是图14(a)的的多段线圈架结构的示意图；
图15是按照本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第七实施例的示意电路图；
图16(a)是容纳两个笛簧开关的另一种双绕组电感器的端视图；
图16(b)是图16(a)的双绕组电感器器件的侧视图；
图17是具有晶体管开关的阻抗阻塞滤波器电路的第八实施例的示意电路图；以及
图18是具有切换抑制电路的阻抗阻塞电路的第九实施例的示意电路图。
具体实施方式
现在详细参看附图，在图1中示出用于经传输媒体(诸如一对传统的绞合电话线16)互连电话公司中心局(CO)12与用户房屋14的电信系统10的总方框图。电信系统10使用多个按照本发明的原理构造的阻抗阻塞滤波器电路，其中，  把每个阻抗阻塞滤波器电路容纳在标准尺寸的外壳18中。
中心局12包括电话局交换机20和互联网服务器供应者(ISP)22。电话局交换机20用来经低通滤波器24和电压骤增保护器26发送话音信号至电话线路16。ISP22把ADSL数据信号传送至调制解调器28，然后经高通滤波器30和电压骤增保护器26把这些信号发送至电话线路16。应该明白，能够同时把来自电话局交换机20的话音信号和来自ISP22的ADSL数据信号传送至电话线路16。此外，话音信号(话音)在300至3400Hz的频带内，而ADSL数据信号在20KHz至1.1MHz的频带内。
用户房屋14包括网络接口装置(NID)/电压骤增保护器单元32，该单元的输入侧连至输入电话线路16，而该单元的输出侧经分界RJ-11插孔和插塞单元36连至用户内部布线或屋内布线34。可以看出，用户房屋中还有许多终端设备，诸如多个电话机40。有时，计算机用户将通过接收由ISP22传输的ADSL数据信号而从互联网下载信息至个人计算机38。
为了优化从互联网下载此信息，用户可以购买和安装ADSL网络接口单元42，以连在计算机38和RJ-11插孔和插塞单元44之间。ADSL网络接口单元42包括连至RJ-11单元44的高通滤波器41和连至计算机38的内部调制解调器43。RJ-11单元44连至屋内布线34，用于接收来自电话线路16的ADSL信号。然而，可以看到，多个电话机40分别经RJ-11单元46、48和50也连至相同的屋内布线40。
如果没有本发明中的阻抗阻塞滤波器电路18，则每个电话机40的输出阻抗将与ADSL单元的42的输入阻抗并联。因为电话机的输出阻抗例如由于从挂机至摘机的改变而遭受很大的变化，从而在频率高于20KHz处出现开路、短路、电容性、电感性、谐振、或它们的任何组合，这个出错的阻抗能够显著地影响由计算机38经ADSL网络接口单元42接收ADSL数据信号的速率。
因此，本发明的阻抗阻塞滤波器电路的主要目的是把终端设备(电话机)阻抗与ADSL单元42和屋内布线34隔离，从而避免ADSL单元42性能的劣化。此外，用阻抗阻塞滤波器电路来衰减被电话机40接收到的ADSL数据信号，以避免话音频带信号的非线性转换。此外，为便于用户安装，把滤波器电路容纳在按标准尺寸的外壳18中。
由图2能够最合适地看出，标准尺寸的外壳18的一种形式包括一个底座52和一个可卸下的弹簧扣盖54。底座52具有一块印刷电路板56，用螺钉把印刷电路板与底座固定，并且把滤波器电路59的电路元件安装在印刷电路板上。标准尺寸的外壳18的一端有一个与该外壳整体形成的RJ-11插孔60，用于连至电话机。通过把来自电话机的一个RJ-11插塞(未示出)插入插孔60而得到该连接。标准尺寸的外壳18的另一端有一段不长的电缆62从该外壳延伸，而终止于一个RJ-11插塞64，该插塞可与屋内布线连接。特别，通过把插塞64插入具有RJ-11插孔的墙壁插座(未示出)而把该插塞连至屋内布线34。
在图3中，示出了本发明的阻抗阻塞滤波器电路59的详细的示意电路图，该电路用于串联在图1的屋内布线34和和终端设备(电话机)之间。滤波器电路59包括两个输入(塞尖和塞环)端子66、68，它们可以经RJ-11插塞64连至屋内布线34，还包括两个输出(塞尖和塞环)端子70、72，它们可以经RJ-11插孔60连至电话机40。滤波器电路59包括电感器L1-L6、电容器C1、和电阻器R1、R2。
把电感器L5、L3、L1和电阻器R1串联在第一或塞尖输入端子66和第一或塞尖输出端子70之间。类似地，把电感器L6、L4、L2和电阻器R2串联在第二或塞环输入端子68和第二或塞环输出端子72之间。每个电感器L5和L6最好用铁氧体环构成。电感器L3和L4具有相等的电感值，而电感器L1和L2具有相等的电感值。电感器L1和第一电阻器R1在公共点A处连在一起，并且连至电容器C1的一侧。电感器L2和第二电阻器R2在公共点B处连在一起，并且连至电容器C1的另一侧。电阻器R1和R2也具有相等的值。
如前面指出的，阻抗阻塞滤波器电路59的主要目的是阻塞来自电话机的高于20KHz的阻抗到达屋内布线34，由此避免ADSL网络单元42(图1)的不利的性能。特别，在20kHz至1.1MHz频率范围内的ADSL数据信号主要由电感器L1和L2阻塞。然而，已经遇到这样的情形，即，某些电话机的输入电容小于5nf，这能够在ADSL频带内出现谐振阻抗。为了消除这种不想要的影响，使用电容器C1，以把任何谐振降低入10KHz频率附近的可以接受的静区(dead band)。此外，电容器从还提供ADSL信号的附加衰减，从而避免把电话阻抗拖入非线性区域并且把高频ADSL信号变为可以由用户耳闻的可闻信号或者变至另一个ADSL频带并造成ADSL干扰。虽然在电话机中可能仍然存在频率范围为20KHz至60KHz的其他的小谐振，但它们的不想要的影响被产生降低Q值的作用的电阻器R1和R2显著地减小。应该注意，电感器L1和L2是作为分开的电感器构成的，从而避免了纵向阻抗问题以及阻塞差分阻抗。
因为电感器L1和L2具有它们自身的频率限制(例如，自谐振频率)，因此提供电感器L3和L4，从而阻塞频带为1MHz至20MHz的电话阻抗。当电话线路家用网络接口单元(图1)与ADSL网络接口单元一起使用时，需要这些电感器L3和L4，这将在后面加以说明。提供电感器L5和L6，从而阻塞在20MHz至500MHz频带内的电话机阻抗，这将避免由电视(TV)/调频(FM)干扰引起的任何问题。
为了在上述滤波器电路的揭示中的完整性而不是为了限制的目的，给出了下述代表性的值和元件的符号。在一个滤波器电路中使用这些值和元件，对该电路进行了制作和测试，并且该滤波器电路提供了高质量的性能。
元件                        类型或值
L1，L2                      10mH
L3，L4                      220μH
L5，L6                      铁氧体环，75μH
C1                          20nf
R1，R2                      22Ω
当采用上述值时，对于各种电话设备阻抗(例如，开路、短路、电容性、电感性、谐振、或这些条件的组合)，画出了阻抗阻塞滤波器电路59的输入阻抗作为频率的函数的关系曲线，它们在图5中给出。从各条曲线可以看出，在频率高于40KHz时，对于跨过阻抗阻塞滤波器电路59的输出端子70、72连接的任何电话阻抗，跨过该电路的输入端子66、68的输入阻抗等于或大于2K欧姆。
图3的阻抗阻塞滤波器电路59基本上是一个二阶滤波器，并且已经发现，为了合适地减小话音频带传输影响，要在图1的电信系统中安装多达8个滤波器电路。为了在高于20KHz的频率处提供更高的衰减，在图4中示出了本发明的三阶阻抗阻塞滤波器电路59a的第二实施例的示意电路图。图4的三阶滤波器电路大体上与图3的二阶滤波器电路相同，只是增添了电感器L7和电感器L8。电感器L7在公共点A和第一电阻器R1之间互连，而电感器L8在公共点B和第二电阻器R2之间互连。电感器L7和L8具有相同的电感值。
根据对图4的三阶滤波器电路所作的测试，观察到它在高于20KHz的频率处能提供较高的衰减。然而，发现能够连至图1的电信系统的这种三阶滤波器的数目限于三或四。这是由于这样的事实，即，图4的L1、L2、L7和L8的电感器值比图3中的电感器值要小些(在5-10mH的数量级)，图4的C1的电容器值比图3中的电容器值要大些(在33-47nf的数量级)，而由每个添加的滤波器电路造成的附加的电容性负荷将对话音频带性能产生不利的影响。于是，发现只有当安装三个或四个滤波器电路59a时，在话音性能和ADSL性能之间才存在优化运作。
虽然合适地作出了图3的滤波器电路，但发明人根据进一步的测试发现，当电话机处于振铃信号的峰值时摘机将出现瞬态问题。这种摘机瞬态情形可以造成大于600mA的电流尖峰的出现。结果，大电流将使电感器趋于饱和，由此瞬时降低了滤波器电路的输入阻抗，因而对正在传输至接口单元42的ADSL信号上的数据产生不利的影响。
为了克服这个电流瞬态问题，发明人已经开发了快速电流限制保护电路74，以对摘机瞬态过程提供保护。在附图的图6中，示出了电流限制保护电路74的示意电路图，该电路包括耗尽型N沟道场效应晶体管(FET)Q1、Q2；电阻器R1a、R2a；以及变阻器RV1、RV2。把FET Q1的漏极连至第一输入端子76，把它的源极连至电阻器R1a的一端，而把它的栅极连至电阻器R1a的另一端。晶体管Q1的栅极和电阻器R1a的公共点C也连至第一输出端子78。类似地，把FET Q2的漏极连至第二输入端子80，把它的源极连至电阻器R2a的一端，而把它的栅极连至电阻器R2a的另一端。晶体管Q2的栅极和电阻器R2a的公共点D也连至第二输出端子82。把变阻器RV1的一端连至晶体管Q1的漏极，而把它的另一端连至公共点C。把变阻器RV2的一端连至晶体管Q2的漏极，而把它的另一端连至公共点D。
在使用中，用电流限制保护电路74替换图3的电阻器R1和R2。保护电路74的第一和第二输入端子76、80可连至图3的公共点A和B，而它的第一和第二输出端子78、82连至图3的塞尖和塞环输出端子70、72。晶体管Q1、Q2可以类似于可从市场购得的Supertex Corporation的DN2530N3晶体管。变阻器可类似于Panasonic Corporation制造和销售的ZNR型。电阻器R1a和R2a具有相等的电阻值，并且在5-20欧姆的数量级，这取决于晶体管Q1、Q2的阈值。应该明白，晶体管Q1、Q2对于电流极限具有大的容差，而电阻器R1a、R2a允许调节所需的电流极限值。另一种做法是，电阻器R1a、R2a可以具有零欧姆值，或者完全取消。
在正常的挂机运作中，晶体管Q1和Q2导通，并且具有大约10欧姆的导通电阻值。当电话机由于摘机而处于较高的振铃电压时，由于电阻器R1a、R2a将使正向导通的FET栅极-源极电压变得更负。结果，晶体管Q1、Q2的电阻将变得极高，这将限制电流尖峰至大约70-100mA。晶体管Q1用于限制沿第一方向流动的电流，而晶体管Q2用于限制沿相反方向流动的电流。此外，决定瞬态过程保护装置的变阻器RV1、RV2的作用在于对由于雷电和电力短路造成的瞬态过程进行箝制，从而使场效应晶体管Q1、Q2免遭损伤和毁坏。
由于近10年左右中家用计算机使用的持续增加以及从互联网存取信息的高要求，许多用户将成为多PC家庭。如图1所示，用户党务或小企业一般将具有第二台计算机38a，它也连至相同的屋内布线34。为了在多PC环境中进行高速数据传递，将需要电话线家用网络接口单元42a，以在高于5MHz的频带内使用屋内布线，从而把多台计算机38、38a或其他装置在高于10MB/s的数据速率下互连。虽然本发明的阻抗滤波器电路合适地从家用网络信号(其频带为5-10MHz)中滤除和阻塞电话阻抗，但要注意，来自电话公司C.O.的家用网络信号仍然经NID/电压骤增保护器单元32连至屋内布线。
为了解决这个问题，发明人已经开发了如图1中的虚线所示的一种家用网络分界滤波器84，用于在电话公司输入线路16和用户屋内布线之间经分界单元36在分界点(NID/电压骤增保护器单元32)处连接。图7示出家用分界网络的示意电路图。分界滤波器84包括两个输入(塞尖和塞环)端子86、88和两个输出(塞尖和塞环)端子90、92，输入端子86、88可以经NID/电压骤增保护器单元32中的分界单元36的插孔侧连至输入线路，而输出端子90、92可以经分界单元36的插塞侧连至屋内布线。分界滤波器包括六个电感器L9-L14和两个电容器C2、C3。在使用中，分界滤波器对于ADSL数据信号(其频率在30KHz和2MHz之间)是透明的，但对于高于5MHz的频率将产生大于40dB的衰减。分界滤波器对于高于5MHz的频带还将提供电感性的输入阻抗，从而避免下载在输入电话线路上的家用网络信号，它还添加了数据保密的好处。
根据上面的详细描述，于是可以看出，本发明提供了一种电信系统中使用的阻抗阻塞滤波器电路，用于在输入电话线路和用户终端设备之间互连，从而无条件地阻塞由于用户终端设备造成的高于20KHz的阻抗，这些阻抗来自ADSL网络接口单元和/或家用网络接口单元。阻抗阻塞滤波器电路包括六个电感器、两个电阻器和一个电容器。
虽然图3的二阶阻抗阻塞滤波器59和图4的三阶阻抗阻塞滤波器59a都能合适地对于高于20KHz的电话阻抗无条件地阻塞，但发明人根据额外的测试发现，当向图1的电信系统中不断地平行增加这些滤波器电路的数目时，这些滤波器存在着造成(1)分路可加电容问题和(2)在电话机处回程损耗劣化的缺点。
分路电容问题是由来自连至所有的挂机电话滤波器电路的相加电容造成的。回程损耗问题是由于这样的事实造成的，即，连至正在“摘机”的电话机的阻抗阻塞滤波器电路的串联电感将在2-5KHz的频率范围内以所看到的总电容造成谐振，所看到的总电容等于线路电容再加上来自滤波器电路的电容之和。此外，当总电容增大时，这也将造成较低的谐振频率，这将产生相移，从而使电话混合线圈失衡。结果，“摘机”电话机的侧音(sidetone)电平增加。
为了克服这个问题，在图8中提供了本发明的二阶阻抗阻塞滤波器电路的第三实施例59b。除了电阻器R1和R2之外，第三实施例包括图3的滤波器电路中使用的所有的电路元件，它还包括了一个笛簧开关K1和一个回程损耗校正电路，该回程损耗校正电路包括第一储能电路TC1和第二储能电路TC2。
详细地说，笛簧开关K1与电容器C1串联，再将它们连在公共点A和B之间。此外，第一储能电路TC1包括第一线圈电感器W1、电容器C3和电阻器R3，它们并联在一起，并且连在公共点A和输出塞尖端子70之间。类似地，第二储能电路TC2包括第二线圈电感器W2、电容器C4和电阻器R4，它们并联在一起，并且连在公共点B和输出塞环端子72之间。此外，还可选地提供一个金属氧化物变阻器D1，它与电容器C1串联而与笛簧开关K1并联。当电话机处于挂机状态时，用该变阻器D1来保护电容器C1免遭瞬态过程的破坏。
在使用中，当电话机“摘机”时，将有直流回路电流流动，它将在第一和第二线圈电感器W1、W2中产生一个直流磁场。这将使得只有连至“摘机”电话机的滤波器电路59b的笛簧开关K1被该直流磁场起动或闭合。结果，消除了来自连至“挂机”电话机的所有滤波器电路的电容。
此外，第一储能电路TC1的第一线圈电感器W1和电容器C3将在约2KHz的频率处造成谐振的出现。第一储能电路TC1高于谐振频率的阻抗将呈现电容性电抗，它将大体上抵销滤波器电路59b的电感性电抗。电阻器R3设定Q值或谐振的斜率，从而与滤波器电路的电感性阻抗的影响最佳匹配。用这种方式来显著地减小在“摘机”电话机处的回程损耗，由此增大了电话机的侧音电平。类似地，第二储能电路TC2的第二线圈电感器W2、电容器C4和电阻器R4以与第一储能电路TC1的第一线圈电感器W1、电容器C3和电阻器R3相同的方式运作。
在图9中示出了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第四实施例59c。第四实施例包括了图8的滤波器电路59c的所有的电路元件，并且添加了电感器L7和电感器L8。电感器L7互连在公共点A和第一储能电路TC1之间，而电感器L8互连在公共点B和第二储能电路TC2之间。至此所述的滤波器电路59c大体上是一个三阶滤波器电路，它比图8的二阶滤波器电路59b提供更好的阻带性能。
仍然参照图9，相继添加第二笛簧开关K2和电容器C2，以把三阶滤波器电路变为四阶滤波器电路，为了使全速率ADSL调制解调器更好地运作，对四阶滤波器电路进行了优化。说得详细些，笛簧开关K2与电容器C2串联，再把它们连在公共点C和D之间。此外，还可选地提供一个金属氧化物变阻器D2，它与电容器C2串联而与笛簧开关K2并联。当电话机处于挂机状态时，用该变阻器D2来保护电容器C2免遭瞬态过程的破坏。
此外，相继添加电感器L9和电感器L10，从而产生一个五阶滤波器电路。具体地说，电感器L9互连在公共点C处的电感器L7和第一储能电路TC1之间。电感器L10互连在公共点D处的电感器L8和第二储能电路TC2之间。
此外，热熔丝(thermo-fuse)F1可选地与安排在输入塞尖端子66和输出塞尖端子70之间的电感器L5、L3、L1、L7、L9和储能电路TC1串联。例如，热熔丝F1可以在电气上互连在输入塞尖端子68和电感器L5之间。为了在滤波器电路中感受最高的温度，一般实际上把热熔丝F1放在靠近电感器或电阻器的地方。熔丝F1提供一种安全特性，当感受到的滤波器电路的温度超过规定的断路温度时，熔丝F1将开路。熔丝起着安全保护装置的作用，以避免滤波器电路过热而由于跨在电话线路上的电力而造成着火。
在图10(a)中，示出了一种用于图8和9的滤波器电路的双线圈电感器器件T1的顶视平面图。图10(b)是该双线圈电感器器件的侧视图。可以看出，电感器器件T1包括一个圆柱形的外壳110，在其中容纳第一储能电路TC1的第一线圈电感器W1、第二储能电路TC2的第二线圈电感器W2、笛簧开关K1和笛簧开关K2。
在图11(a)中，画出了用于图8和9的滤波器电路的电流传感器单元CS的顶视平面图。图11(b)是该电流传感器单元CS的侧视图。电流传感器单元CS由圆柱形外壳112构成，在该外壳中包含有单个电感器L和单个笛簧开关K。熟悉本领域的人应该明白，双线圈电感器器件T1能够用两个这样的电流传感器单元CS来替代，从而进行同样的运作。因为笛簧开关K1、K2(K)使用线圈W1、W2或电感器L，因此选择笛簧开关可在大约14-20mA的回路电流阈值上起动。如果回路电流阈值低于14mA，则在对1REN电话振铃期间笛簧开关可能会振颤，由此缩短了笛簧开关的有效寿命。另一方面，如果回路电流阈值大于20mA，则在最坏情形的条件(例如，最长的电缆)下，回路电流的大小可能不足以起动笛簧开关。
在图12中，示出了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第五实施例59d。第五实施例与图3的二阶滤波器电路的第一实施例大体上相同，只是去除了电阻器R1和R2，并且添加与电容器C1串联的笛簧开关K1，使它们位于公共点A和B之间。此外，图3的四个单个的电感器L1、L2和L3、L4被一个多段线圈架结构T2取代。可以注意，线圈架结构T2包括连在电感器L5和公共点A之间的塞尖线圈TW(相应于电感器L1、L2)；和连在电感器L6和公共点B之间的塞环线圈RW(相应于电感器L3、L4)。此外，线圈架结构T2容纳了笛簧开关K1、K2。塞尖(塞环)线圈TW(RW)对于ADSL频带(30KHz至2MHz)把电感器L1(L2)组合为单个线圈，而对于中间频带(1MHz至20MHz)把电感器L3(L4)组合为单个线圈。已经发现，滤波器电路59d的制造和组装更为经济，但仍能去除连着“挂机”电话机的滤波器电路的分路可加电容问题。可选地，包括第一储能电路TC1和第二储能电路TC2的回程损耗校正电路可以互连在公共点A、B和输出端子70、72之间。
在图13中，示出了本发明的阻抗阻塞滤波器电路第六实施例59e。第六实施例包括了图12的滤波器电路59d的所有的电路元件，并且增添了电感器L7和电感器L8。把电感器L7互连在公共点A和输出塞尖端子70之间，而把电感器L8互连在公共点B和输出塞环端子72之间。在此之前描述的滤波器电路大体上使用与产生更好的阻带的三阶滤波器电路。
仍然参看图13，还添加第二笛簧开关K2和第二电容器C2，从而把三阶滤波器电路变为四阶滤波器电路，为了使它对于全速率ADSL调制解调器能够更好地运作，而对它进行了优化。说得详细些，第二笛簧开关K2与第二电容器C2串联，并且把它们连在节点C和D之间。可以注意，也把第二笛簧开关K2包括在线圈架结构T2中。此外，为了把四阶滤波器电路变为五阶滤波器电路，在电感器L7和节点E之间添加电感器L9，而在电感器L8和节点F之间添加电感器L10。
在图14(a)中，示出了在图12和13的电路中使用的具有多段S1-S4的线圈架结构T2的侧视图。图14(b)是图14(a)的线圈架结构T2的示意线路图。线圈架结构包括第一窄段S1、第一宽段S2、第二窄段S3和第二宽段S4，电感器L3绕在第一窄段S1上，电感器L1绕在第一宽段S2上，电感器L4绕在第二窄段S3上，而电感器L2绕在第二宽段S4上。电感器L1、L3组合成一个线圈，并且用图14(b)中的塞尖线圈TW表示。类似地，电感器L2、L4组合成一个线圈，并且用塞环线圈RW表示。
发明人已经有意设计了线圈架结构T2，以包括窄段S1(S3)，在其上绕制频率较高的线圈(例如，电感器L3、L4)，因为其线圈电容较小，从而可以得到最大的有用频率范围。此外，通过把线圈架结构分成多段，在引出脚1(引出脚5)上的塞尖(塞环)线圈TW(RW)的始端将远离在引线脚4(引线脚8)上的塞尖(塞环)线圈的末端。结果将减小绕组间的电容，由此增大线圈的有用频率范围。带有引线脚2和7的第一笛簧开关K1设置在线圈架结构T2的中心，从而能够由线圈TW、RW起动。此外，带有引线脚3和6的第二笛簧开关K2也可以在线圈架结构的中心形成，并且由相同的线圈TW、RW起动。
虽然图9的阻抗阻塞滤波器电路59c对于高于20KHz的电话阻抗能够进行有效的阻塞，但发明人发现在某些情形下经出现瞬态过程或电压尖峰，它们能够被反馈入电话设备的线路一侧，由此造成在图1的调制解调器43中的ADSL信号的暂时中断。这些瞬态过程是为了在有关的电容器C1、C2中切换而起动笛簧开关K1、K2造成的。
为了解决这个切换瞬态过程问题，在图15中提供了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第七实施例59f。第七实施例包括在图9的滤波器电路中使用的所有的电路元件，并且还包括有电感器L13、L14和电容器C5构成的开关抑制电路74。说得详细些，把电感器13串联在电感器L1和公共点A之间。把电感器L14串联在电感器L2和公共点B之间。把电容器跨接在L1、L13的接点和电感器L2、L14的接点之间。应该注意，电感器L5和力是可选的。
在使用中，当电话机“摘机”时，将有直流回路电流流动，它在第一和第二电感器W1、W2中产生直流磁场。这将造成连至“摘机”电话机的滤波器电路59f的笛簧开关K1、K2由直流磁场起动或关闭。结果，将产生瞬态尖峰。瞬时开关抑制电路的电容器C5将衰减产生的任何电压尖峰。此外，电感器L13、L14用来限制能够在笛簧开关K1、K2中流动的最大电流。用这种方式，避免将电压尖峰反馈入电话机的线路侧，由此消除了在ADSL调制解调器中的任何潜在的中断。
在图16(a)中，示出了另一种双线圈电感器器件T1a，可以用它来替代图10(a)的电感器器件T1。图16(b)是图16(a)的双线圈电感器器件的侧视图。可以注意，电感器器件T1a包括一个铁氧体芯114，它绕有第一线圈W1a和第二线圈W2a，并且有一对笛簧开关槽116、118。笛簧开关K1a、K2a起先放置在一块印刷电路板120上。接着，把铁氧体芯114置于笛簧开关的上方，从而把笛簧开关的引线穿入铁氧体槽116、118。然后焊接线圈和笛簧开关的引线，以牢固地保持电感器器件T1a在印刷电路板120的顶部。
在图17中，示出了本发明的阻抗阻塞滤波器电路的第八实施例59g。第八实施例与图9的三阶滤波器电路大体上相同，所不同的是用一对晶体管Q1、Q2；电阻器R5；电容器C1、C5、C6；以及金属氧化物或硅变阻器D3、D4来替代笛簧开关K1、K2；电容器C1、C2；以及变阻器D1、D2。此外，去除了图9的电感器L5和L6。
具体地说，把晶体管Q1的集电极连至公共点F，把它的基极通过变阻器D3连至公共点F，而把它的发射极连至公共点E。把晶体管Q2的集电极也连至公共点F，把它的基极也连至公共点E，而把它的发射极连至公共点B。把电阻器R5与电容器C6并联，并且把它们互连在公共点B和E之间。把变阻器D4连在晶体管Q1和Q2的基极和发射极的接点之间。把电容器C6连在公共点A和公共点B之间。把电容器C1连在公共点A和F之间。
在使用中，当电话机“摘机”时，20mA的直流回路电流将使晶体管Q1或Q2之一导通，这取决于电流的方向。由于交流振铃和话音频带信号，晶体管Q1或Q2的集电极能够实际上是电流的源头(source)或尾闾(sink)。反向集电极电流的容量实际上流过晶体管的基极-集电极结。虽然把变阻器D4表示成一个器件，但应该理解，可以用两个正向偏置的二极管来做成这样一个器件，它们沿每个方向设置，从而保护了具体个Q1和Q2的基极-发射极结。变阻器D3也用来保护晶体管Q1和Q2，并且能够具有低至6-8伏的额定值，从而避免对音频信号箝位，或者具有高至200伏的额定值，从而避免对振铃信号箝位。电容器C5用来衰减可能出现的任何电压尖峰。电阻器R5用来设定用于接通晶体管Q1和Q2的阈值电流。电容器C6用于旁路晶体管，以产生良好的纵向平衡，并且在振铃和拨号期间避免产生脉冲。
在图18中，示出了本发明的一种经济的阻抗滤波器电路的第九实施例59h。第九实施例与图12的第五实施例十分相似，所不同的是，双线圈电感器T2用图16(a)的双线圈铁氧体芯电感器器件T1a来替代。此外，还增添了图15的开关抑制电路74。可以注意，电感器L13互连在铁氧体电感器器件T1a的电感器线圈TWa和公共点A之间；电感器L14互连在电感器线圈RWa和公共点B之间；电容器C5跨接在电感器线圈TWa和RWa之间。图12的电感器L5和L6也被取消。在这种简化的滤波器电路59h中，不提供回程损耗校正。已经发现，制造和组装滤波器电路59h更加经济，但它确实对于挂机的电话机断开了电容器C1，于是给出相当好的回程损耗和侧音。为了把二阶滤波器电路变为三阶滤波器电路，可选地把电感器L7添加在公共点A和输出端子70之间，而把电感器L8添加在公共点B和输出端子72之间。
虽然已经图解说明和描述了目前认为是本发明的较佳实施例，但熟悉本领域技术的人可以明白，可以作出各种改变和变更，以及可以用等价物来替换其元件而不偏离本发明的真正的范围。此外，可以按照本发明的教导作出许多变更来适应特殊的情形或材料而不偏离本发明的中心范围。因此，不打算把本发明限于作为实现本发明的最佳方式揭示的特殊的实施例，而本发明将包括落在所附的权利要求书的范围中的所有的实施例。

Claims (15)

1.一种在电信系统中使用的阻抗阻塞滤波器电路，用于连接在输入电话线路和用户终端设备之间，从而阻塞由于所述用户终端设备产生的相对于预定值的阻抗，这些阻抗来自数字用户线路网络单元和/或家用网络接口单元，其特征在于，所述滤波器电路包括：
第一组多个电感器，它们串联在第一输入端子和第一公共点之间；
第二组多个电感器，它们串联在第二输入端子和第二公共点之间；
晶体管开关和第一电容器，它们连接在所述第一和第二公共点之间，所述开关对直流回路电流起反应，用于消除由与挂机的终端设备相连的其他滤波器电路造成的分路电容；
第一输出电感器和第二输出电感器，把所述第一输出电感器电连接在所述第一公共点和第一输出端子之间，把所述第二输出电感器电连接在所述第二公共点和第二输出端子之间。
2.如权利要求1所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，所述开关包括第一和第二晶体管，所述第一和第二晶体管的集电极相互电耦合，所述第一晶体管的发射极电耦合到所述第二晶体管的基极；并联的电阻器和第二电容器；以及串联在所述第一电容器和所述第一晶体管的发射极之间的第一和第二变阻器。
3.如权利要求1所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括一个校正电路，它具有第一储能电路和第二储能电路，所述第一储能电路由第一线圈电感器、第一储能电路电容器、和第一储能电路电阻器构成，把所有这些元件并联，并且接在所述第一输出电感器和所述第一输出端子之间，所述第二储能电路由第二线圈电感器、第二储能电路电容器、和第二储能电路电阻器构成，把所有这些元件并联，并且接在所述第二输出电感器和所述第二输出端子之间，所述校正电路在用户终端设备摘机时减小由电感性阻抗造成的回程损耗。
4.如权利要求1所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括第一和第二储能电路，它们分别连接在所述第一和第二输出电感器和所述第一和第二输出端子之间，所述储能电路在用户终端设备摘机时减小由电感性阻抗造成的回程损耗。
5.一种在电信系统中使用的阻抗阻塞滤波器电路，用于连接在输入电话线路和用户终端设备之间，从而阻塞由于所述用户终端设备产生的相对于预定值的阻抗，这些阻抗来自数字用户线路网络单元和/或家用网络接口单元，其特征在于，所述滤波器电路包括：
第一和第二电感器，它们串联在第一输入端子和第一公共点之间；
第三和第四电感器，它们串联在第二输入端子和第二公共点之间；
第一开关，它具有第一端和第二端，并且对直流回路电流起反应，用于电连接所述第一端和所述第二端；
第一电容器，把它的第一端连至所述第一公共点，而把它的第二端连至所述开关的所述第一端，把所述开关的所述第二端连至所述第二公共点；以及
开关抑制电路，它包括电连接在所述第一和第二公共点之间的两个电感器和第二电容器，用于防止由于所述第一开关的起动而造成的瞬态过程反馈入输入电话线路。
6.如权利要求5所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括两个附加电感器，它们分别设置在所述第一和第二公共点与所述第一和第二输出端子之间。
7.如权利要求6所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，所述第一开关是笛簧开关。
8.如权利要求7所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，把所述第一至第四电感器和所述笛簧开关安排在一个双线圈铁氧体芯电感器器件中。
9.如权利要求5所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括金属氧化物变阻器，它与所述第一电容器串联，而与所述第一开关并联。
10.如权利要求5所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括电连接在所述第一和第二公共点之间的第二电容器。
11.如权利要求5所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括第一和第二储能电路，它们分别连接在所述第一和第二节点和所述第一和第二输出端子之间，所述储能电路在用户终端设备摘机时减小由电感性阻抗造成的回程损耗。
12.如权利要求6所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括在所述两个附加电感器和所述第一和第二输出端子之间串联的第二开关和第二电容器。
13.如权利要求12所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，还包括第一金属氧化物或硅变阻器和第二金属氧化物或硅变阻器，所述第一金属氧化物或硅变阻器与所述第一电容器串联，并与所述第一开关并联，而所述第二金属氧化物或硅变阻器与所述第二电容器串联，并与所述第二开关装置并联。
14.如权利要求12所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，所述第一和第二开关是笛簧开关，所述笛簧开关和所述第一和第二储能电路的线圈电感器安排在一个双线圈电感器结构中。
15.如权利要求14所述的阻抗阻塞滤波器电路，其特征在于，所述第一储能电路的所述线圈电感器和所述第一笛簧开关安排在第一电流传感器单元中，所述第二储能电路的所述线圈电感器和所述第二笛簧开关安排在第二电流传感器单元中。
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