CN1190037C - 用户接口电路二四线转换及直流馈电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用电解电容耦合方式实现的交换机用户接口电路二四线转换及直流馈电装置。其中电容耦合电路由电阻和电容组成高通滤波电路，其产生的差分信号送直流馈电电路；或把来自直流馈电电路的复合信号经电容隔掉直流成分，交流成分耦合到电阻与电容的连线产生输出到四线发送电路。本发明具有在用户线二线上传输对称信号的特性，同时又具有频率特性好，线性度高，电路结构简单的优点。

Description

用户接口电路二四线转换及直流馈电装置

所属领域：

本发明涉及一种采用电解电容耦合方式实现的交换机用户接口电路二四线转换及直流馈电装置。

背景技术：

现有交换机用户接口电路按实现方式分为两种。第一种为变压器方式，通过变压器耦合线圈的互感特性，实现阻抗变换、2/4线转换、回波抵消的功能。其特点是电路简单，器件少，高低压电气隔离性好、可靠性高，但体积大，不易集成，线圈磁耦合存在非线性，对关键器件变压器性能要求高等。第二种为无变压器方式，通过放大器及阻容元件组成的多级反馈实现阻抗变换、二四线转换、回波抵消等功能。其特点是：电路复杂，功能完善，对生产工艺要求高，加工成本高。适宜于单片集成或厚膜集成工艺生产。

中国专利申请89220794.9和欧洲专利EP0346874所公布的技术即属于第一种方式，采用变压器技术实现。由于变压器固有的线圈磁耦合非线性，如提高电路的线性度需要用磁通量高和磁滞回线小的变压器，使电路尽可能工作在线性区，这种高性能的变压器体积大，成本高。而中国专利申请97208689.7和美国专利US5402485所公布的技术即属于第二种方式，采用无变压器技术实现：其特点是通过受控电流源输出、电压反馈实现直流馈电、二四线转换、阻抗变换等功能。电路较复杂，适宜用单片或厚膜集成电路生产，实现成本较高。另外，欧洲专利EP0346874具有对变压器非线性进行补偿的特性，降低对变压器性能的要求，但补偿电路使电路复杂，同样不能降低成本。

图1为目前常见的一种采用变压器耦合方式的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置基本原理图。包括4个部分，分别为：四线接收电路M11；变压器耦合电路M12；直流馈电电路M13；四线发送电路M14。四线接收电路M11接收来自四线收接端口VFR的话音信号，其输出信号A1送到变压器耦合电路M12。变压器耦合电路M12把信号A1变为对称差分信号A2、B2传到直流馈电电路M13的二线TIP、RING端口上，二线TIP、RING端口外侧接话机ZT(本图中没有画出)。四线发送电路M14输入来自变压器耦合电路M12中的信号A3，其输出为四线发送端口VFT。

四线接收电路M11是一个增益为A的放大器N11，用于放大四线端口接收信号VFR，输出信号为A1。

变压器耦合电路M12由电阻R21、变压器T21、电容C21组成。用于把初级线圈上的非对称的对地信号A1、A3耦合为次级线圈上的对称差分信号A2、B2，或者把次级线圈上对称的差分信号A2、B2变为初级线圈上非对称的对地信号A3。

直流馈电电路M13由2个电流源I31、I32组成，2个电流源的电流相同I31＝I32。电流源I31、I32用于给接于二线端口TIP、RING的话机ZT提供直流电流，实现对话机ZT的馈电功能。直流馈电电路M13把来至变压器耦合电路M12的差分信号A2、B2送到二线端口TIP、RING的话机ZT上。或把发自话机ZT在二线端口TIP、RING上产生的信号A2、B2送到变压器耦合电路M12。

四线发送电路M14由一个放大器N41构成。用于把来自变压器耦合电路M12的信号A3放大送至四线发送端口VFT。

从四线到二线传输时，四线接收端VFR的话音信号经四线接收电路M11变为输出信号A1送给变压器耦合电路M12。信号A1通过变压器耦合电路M12产生信号A3和差分信号A2、B2。信号A3送到四线发送电路M14，经四线发送电路M14回传至四线发送端VFT。这种由四线接收端VFR的输入信号在四线发送端VFT产生的输出信号为四线回波信号，需要进行回波抑制来消除掉。差分信号A2、B2经直流馈电电路M13接到二线TIP、RING端口给话机ZT提供馈电和传送话音；从二线到四线传输时，对于从话机ZT发出的、送到二线端TIP、RING上的话音信号A2、B2，在变压器耦合电路M12中产生信号A3，信号A3作为四线发送电路M14的输入，四线发送电路M14的输出接到四线发送端VFT，这时在四线发送端VFT产生的信号为四线发送信号。

因此，由这四个部分组成的电路完成交换机用户接口电路的二四线转换和直流馈电的功能。

在图1中，由于采用了变压器耦合方式，电路结构简单，只用较少的元件就能实现所需要的功能。但是，由于电路工作在频率低的音频段，且要有很高的线性度。所以，要求变压器的磁通量高，磁滞回线小，而满足此要求的高性能的变压器的体积很难减小，价格也比较高。另外，由于变压器固有的磁滞回线特性，影响电路线性度指标，为克服此特性需要更复杂的补偿电路，用此方案设计的用户接口电路集成度较低，成本也难以降低。

发明目的：

本发明提供一种以电解电容替代变压器，而不是采用多级反馈的复杂电路实现同样功能的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置。

发明的技术方案：

本发明所述的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置位于交换机的模拟四线端和用户二线端之间，包括：四线接收电路M21；电容耦合电路M22；直流馈电电路M23；四线发送电路M24。四线接收电路M21的输入接收来自四线收接端口VFR的话音信号，其输出信号A1、B1送到电容耦合电路M22。电容耦合电路M22中的信号A2、B2接到直流馈电电路M23的二线TIP、RING端口上，二线TIP、RING端口外侧接话机ZT(本图中没有画出)。四线发送电路M24的输入为来自电容耦合电路M22中的信号A3、B3，其输出为四线发送端口VFT。

见图2本发明的原理结构框图包括4个部分：四线接收电路M21；电容耦合电路M22；直流馈电电路M23；四线发送电路M24。

四线接收电路M21由2个增益大小相同、相位反相的放大器N11、N12组成，N11、N12增益分别为+A/2和-A/2，总增益为A。对于四线接收输入端VFR的同一交流话音输入信号，2个放大器N11和N12的输出信号A1和B1是互为反相的对称差分信号。输出信号A1、B1送至电容耦合电路M22。

电容耦合电路M22由电阻R21、R22和电容C21、C22组成，产生差分信号A2、B2和差分信号A3、B3。其中差分信号A2、B2是由交流信号和直流信号复合而成。电阻R21、电容C21组成的高通滤波电路把信号A1耦合到直流馈电电路M23的TIP端，产生信号A2的交流成分，或把TIP端的复合信号A2经电容C21隔掉直流成分，交流成分耦合到电阻R21与电容C21的连线A3上。电阻R22、电容C22组成的高通滤波电路把信号B1耦合到直流馈电电路M23的RING端，产生信号B2的交流成分，或把RING端的复合信号B2耦合到电阻R22与电容C22的连线B3上。当R21＝R22，C21＝C22时，保证直流馈电电路M23的二线端TIP、RING上的信号A2、B2的对称性。同时要求电阻R21、电容C21和电阻R22、电容C22组成的2个RC高通滤波电路的截止频率Fs＝1/(2*π*R21*C21)＝1/(2*π*R22*C22)＜＜340Hz。差分信号A3、B3送到四线发送电路M24。

直流馈电电路M23由2个电流源I31、I32组成，由这2个电流源给二线端TIP、RING提供直流馈电电流，直流馈电电流作为复合信号A2、B2的直流成分，实现对话机负载ZT的直流馈电功能。当2个电流源中的电流相等，即I31＝I32时，二线端TIP、RING上的信号A2、B2的直流成分一致，达到平衡馈电的特性。因电流源的内阻很大，则二线端TIP、RING的端口阻抗Z(tip-ring)＝R21+R22。因此，可以通过改变R21+R22的值使二线端口阻抗满足不同国家标准要求。一种典型的两线端口阻抗为600欧姆，这时取R21＝R22＝300欧姆。

四线发送电路M24由差分放大电路N41构成。差分放大电路N41用于放大来自电容耦合电路M22的差分信号A3、B3，其输出信号送给四线发送端VFT。从四线到二线传输时，四线接收端VFR的话音信号经四线接收电路M21变为对称的差分信号A1、B1送给电容耦合电路M22。信号A1、B1通过电容耦合电路M22耦合到直流馈电电路M23的二线口TIP、RING线上，产生复合信号A2、B2给话机ZT提供馈电和传送话音。信号A1、B1通过电容耦合电路M22产生的差分信号A3、B3送到四线发送电路M24，经四线发送电路M24回传至四线发送端VFT。这种由四线接收端VFR的输入信号在四线发送端VFT产生的输出信号为四线回波信号，需要进行回波抑制来消除掉；从二线到四线传输时，对于从话机ZT发出的、送到二线端TIP、RING上的对称差分话音信号A2、B2，经电容耦合电路M22产生差分信号A3、B3作为四线发送电路M24的输入，四线发送电路M24的输出接到四线发送端VFT，这时在四线发送端VFT产生的信号为四线发送信号。

因此，由本发明的四个部分组成的电路同样可实现用户接口电路的二四线信号的转换和二线端直流馈电的功能。图2所示本发明与图1所示现有技术比，M21部分比M11部分增加了一个反相放大器N12，M22中的电容电解C22替代了M12中的变压器T21。由于现在集成电路生产水平较高，用普通运算放大器构成的放大器成本远低于高性能变压器的成本，且线性度更好，占用面积更小。

有益效果：

本发明具有在用户线TIP、RING二线上传输对称信号的特性，同时又具有频率特性好，线性度高，电路结构简单，成本低，占用面积小(密度高)，用普通器件就能实现的优点。

附图说明：

图1现有技术方案原理结构框图

图2本发明原理结构框图

图3本发明实施例图

实施例：

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。

图3给出的本发明的一个实施例。本实施例包括4个部分：四线接收电路M31；电容耦合电路M32；直流馈电电路M33；四线发送电路M34。分别实现图2中4个部分：四线接收电路M21；电容耦合电路M22；直流馈电电路M23；四线发送电路M24。

在四线接收电路M31中，运放U11的反相输入端和地之间接电阻R11，运放U11的反相输入端和其输出端接电阻R12。运放U11的正相输入端接到四线接收端VFR。运放U11与电阻R11、R12组成正相放大器N11，也即图2所示四线接收电路M21中的正相放大器N11，放大器的增益A11＝(R11+R12)/R11。运放U12的正相输入端接地，其反相输入端和输出端之间接电阻R14，电阻R13接于运放U12的反相输入端与四线接收端VFR之间。运放U12与电阻R13、R14组成反相放大器N12，即图2所示四线接收电路M21中反相放大器N12，放大器的增益A12＝-R14/R13。运放U11、U12的输出端通过信号线A1、B1接到电容耦合电路M32。电阻R11、R12、R13、R14选择适当的值，满足(R11+R12)/R11＝R14/R13＝A/2时，放大器N11、N12的增益分别为+A/2、-A/2，这2个放大器增益大小相同，相位相反，这时信号A1、B1为对称的差分信号。

在电容耦合电路M32中，电阻R21与电容C21通过信号线A3相连，电阻R21的另一端接信号线A1，电容C21的另一端通过信号线A2接到直流馈电电路M33。电阻R21与电容C21组成高通滤波电路。电阻R22与电容C22通过信号线B3相连，电阻R22的另一端接信号线B1，电容C22的另一端通过信号线B2接到直流馈电电路M33。电阻R22与电容C22组成高通滤波电路。信号线A3、B3还接到四线发送电路M34。取R21＝R22，C21＝C22，则信号A2、B2和信号A3、B3为对称差分信号，同时使高通滤波电路满足截止频率Fs＝1/(2*π*R21*C21)＝1/(2*π*R22*C22)＜＜340Hz。保证带宽内的话音信号通过高通滤波电路。电容C21、C22为电解电容，要求耐压为50V。

在直流馈电电路M33中，三极管Q31集电极与电阻R31相连并接地。电阻R31的另一端与三极管Q31的基极、三极管Q33的集电极相连。三极管Q31的发射极与三极管Q33的基极、电阻R33相连。三极管Q33的发射极与电阻R33的另一端接信号线A2。三极管Q31、Q33与电阻R31、R33组成电流源I31，即图2所示直流馈电电路M23中的电流源I31。三极管Q32的集电极与电阻R32相连并接信号线B2，电阻R32的另一端与三极管Q32的基极、三极管Q34的集电极相连，三极管Q32的发射极与三极管Q34的基极、电阻R34相连，三极管Q34的发射极与电阻R34的另一端接电源VB(一般为-48V)。三极管Q32、Q34与电阻R32、R34组成电流源I32，也即图2所示直流馈电电路M23中的电流源I32。信号线A2、B2接到二线TIP、RING端口，二线TIP、RING端口外接话机ZT(本图中没有画出)。取R31＝R32，R33＝R34，则2个电流源I31，I32的电流相同，内阻也相同。当R31＝R32＞＞R21＝R22，则二线TIP、RING端口阻抗Z(tip，ring)＝R21+R22。对于600欧姆标准的阻抗，取R21＝R22＝300欧姆。三极管Q31、Q32选用相同的型号，要求能承受1W的功率和有50V的耐击穿电压。三极管Q33、Q34选用相同的型号，是普通的小信号三极管。

在四线发送电路M34中，运放U41的反相输入端与电阻R41、R43相连，电阻R41的另一端接信号线A3，电阻R43的另一端接运放U41的输出端。运放U41的正相输入端与电阻R42、R44相连，电阻R42的另一端接信号线B3，电阻R44的另一端接地。运放U41与电阻R41、R42、R43、R44组成差分放大电路N41。也即图2所示四线发送电路M24中的差分放大器N41。运放U41的输出端接四线发送端VFT。对于差分放大器N41，一般取R41＝R42，R43＝R44，这时差分放大器的增益为R43/R41。

在四线到二线传输时，四线输入端VFR信号经四线接收电路M31中运放U11与电阻R11、R12组成的正相放大器N11放大，和运放U12与电阻R13、R14组成的反相放大器N12放大，产生正反相的差分信号A1、B1。由于这两个放大器的增益大小相同，相位相反，这时信号A1、B1为对称的差分信号。信号A1、B1送到电容耦合电路M32中，分别经电阻R21与电容C21组成高通滤波电路和电阻R22与电容C22组成高通滤波电路产生差分信号A2、B2和差分信号A3、B3，由于2个高通滤波器参数相同，信号A2、B2与信号A3、B3是对称差分信号。信号A2、B2经直流馈电电路M33送到二线TIP、RING端口给话机送话音信号和送馈电电流。馈电电流由直流馈电电路M33中三极管Q31、Q33与电阻R31、R33组成的电流源I31，和三极管Q32、Q34与电阻R32、R34组成的电流源I32提供。信号A3、B3送到四线发送电路M34中，经运放U41、R41、R42、R43、R44组成的差分放大电路N41放大，输出到四线发送端VFT。这时四线发送端VFT信号是由四线接收端VFR信号产生的回波信号，需要做回波抵消来消除回波信号。

在二线到四线传输时，二线TIP、RING端的信号A2、B2经直流馈电电路M33送到电容耦合电路M32，在电容耦合电路M32中产生对称的差分信号A3、B3。对称差分信号A3、B3送到四线发送电路M34中的放大器N41，放大后的信号送到四线发送端VFT。

本实施例实现了本发明所述的用户接口电路二四线转换及直流馈电功能。

Claims (5)

1.一种用户接口电路二四线转换及直流馈电装置，它位于交换机的模拟四线端和用户二线端之间，包括四线接收电路、耦合电路、直流馈电电路、四线发送电路；从四线到二线传输时，四线收接端口(VFR)的话音信号通过四线接收电路输出到耦合电路，耦合电路将信号耦合到直流馈电电路的二线端口(TIP、RING)上，二线端口(TIP、RING)外侧接话机；从二线到四线传输时，对于从话机发出的送到二线端(TIP、RING)上的话音信号，通过耦合电路耦合产生的信号作为四线发送电路的输入，四线发送电路的输出接到四线发送端(VFT)，其特征在于：将传统的变压器耦合方式的二四线转换及直流馈电装置中的变压器耦合电路改为电容耦合电路；四线接收电路(M21)由两个增益大小相同、相位反相的放大器(N11、N12)组成，产生(A1、B1)互为反相的对称差分信号；电容耦合电路(M22)由电阻(R21、R22)和电容(C21、C22)组成，由电阻(R21、R22)和电容(C21、C22)组成的两个高通滤波电路产生复合信号(A2、B2)的交流成分送直流馈电电路(M23)，或把来自直流馈电电路(M23)的复合信号(A2、B2)分别经电容(C21、C22)隔掉直流成分，交流成分分别耦合到电容(C21、C22)的另一端产生四线发送电路(M24)的输入信号(A3、B3)；直流馈电电路(M23)由两个电流源(I31、I32)组成，由这两个电流源给二线端(TIP、RING)提供直流馈电电流，直流馈电电流作为复合信号(A2、B2)的直流成分，实现对话机负载的直流馈电功能。

2.根据权利要求1所述的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置，其特征在于：从四线到二线传输时，四线接收电路(M21)从四线接收端(VFR)接收话音信号输出两个对称差分信号(A1、B1)送到电容耦合电路(M22)，电容耦合电路(M22)的输出信号(A2、B2)接到直流馈电电路(M23)的两线端口(TIP、RING)上，四线发送电路(M24)的输入为来自电容耦合电路(M22)中的信号(A3、B3)；从二线到四线传输时，对于从话机发出的送到二线端上的对称差分话音信号(A2、B2)，经电容耦合电路(M22)产生差分信号(A3、B3)作为四线发送电路(M24)的输入；四线发送电路(M24)中的差分放大电路(N41)用于放大来自电容耦合电路(M22)的差分信号(A3、B3)，其输出信号送给四线发送端(VFT)。

3.根据权利要求2所述的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置，其特征在于：电阻(R21)、电容(C21)组成的高通滤波电路把信号(A1)耦合到直流馈电电路(M23)的一端(TIP)，产生信号(A2)的交流成分，或把这端(TIP)的复合信号(A2)经电容(C21)隔掉直流成分，交流成分耦合到这个电阻(R21)与这个电容(C21)的连线(A3)上；另一个电阻(R22)、另一个电容(C22)组成的高通滤波电路把信号(B1)耦合到直流馈电电路(M23)的另一端(RING)，产生信号(B2)的交流成分，或把这端(RING)的复合信号(B2)耦合到这个电阻(R22)与这个电容(C22)的连线(B3)上；当两个电阻和两个电容阻值和容量分别相等时，保证直流馈电电路(M23)的二线端(TIP、RING)上信号(A2、B2)的对称性。

4.根据权利要求3所述的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置，其特征在于：两个电阻和电容分别组成的两个RC高通滤波电路的截止频率远远小于340Hz。

5.根据权利要求4所述的用户接口电路二四线转换及直流馈电装置，其特征在于：直流馈电电路二线端的端口阻抗等于电容耦合电路中两个电阻(R21、R22)的阻抗之和(R21+R22)；通过改变阻抗之和(R21+R22)的值使二线端口阻抗满足不同国家标准要求。