CN1214517C - 用于生成正弦波输出信号的振荡器及方法 - Google Patents

用于生成正弦波输出信号的振荡器及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生成正弦波输出信号的振荡器，包括输出端(UT)和放大器，放大器包括一连接在振荡器的输出端上的输出端、第一供电电压输入端、以及第二供电电压输入端，其中第一和第二供电电压输入端中的一个被连接在一第一供电电压上，第一和第二供电电压输入端中的另一个通过一开关被连接在第二供电电压上，而且当开关断开时振荡器被关断，当开关闭合时振荡器被启动，其中第一供电电压是正供电电压，并且放大器的输出端被正向偏置，使得在开关断开期间放大器的输出端处于一个位于地电位和正供电电压之间的电压上，并且当开关闭合时放大器的输出端被驱动至地电位。本发明还涉及相应的生成正弦波输出信号的方法。

Description

用于生成正弦波输出信号的振荡器及方法
技术领域
本发明涉及用于生成正弦波输出信号的振荡器及方法。
背景技术
为了生成模拟的电话振铃信号，需要有低频范围16～60Hz的正弦波信号。在振铃模式下，实际振铃信号是根据每种专门的规定而在约20％～50％的时间内产生的。譬如，振铃信号将发声1秒钟，随后为3秒的无声。在只有一至两根或多一些模拟线路的某种短线应用中，譬如ISDN，有些厂家采用了一种被称作用户线接口电路(SLIC)的呼叫用户线电路。该电路把振铃信号发送给电话，而不要采用外部振铃发生器和振铃继电器。在这种结构中，所述的SLIC作用为一个施加有正弦信号的通路放大器。由某些形式的振荡器、譬如“维恩桥式放大器”来生成所述的振铃信号。
通过关断振荡器并然后在必要时启动该振荡器，可以在SLIC处于非振铃模式时减少干扰危险和使SLIC的功耗保持较低。但不幸的是，这总是难于实现，因为从提供电压到完全形成正弦波振铃信号所需要的时间比在采取那种能满足生成低失真振铃信号要求的精密振荡器的情况下所具有的振铃信号周期时间要长得多。在获得完全形成的输出信号之前，必须至少用一秒时间启动振荡器。该启动时间可以缩短，但代价是增加失真，这意味着在实践中是不现实的。
发明内容
本发明所提出的问题是怎样使电话电路用低功耗进行工作，同时又能快速生成正弦波振铃信号。
因此，本发明的目的是构造一种振荡器，利用它能够快速地生成正弦振铃信号，以便在电话电路中实现低功耗和低失真。
上述问题由本发明的以下用于生成正弦波输出信号的振荡器来解决，该振荡器包括一输出端和一放大器，所述的放大器包括一连接在所述振荡器的所述输出端上的输出端、一第一供电电压输入端、以及一第二供电电压输入端，其中所述第一和第二供电电压输入端中的一个被连接在一第一供电电压上，所述第一和第二供电电压输入端中的另一个通过一开关被连接在一第二供电电压上，而且当所述的开关断开时所述的振荡器被关断，当所述的开关闭合时所述的振荡器被启动，其中第一供电电压是正供电电压，并且放大器的输出端被正向偏置，使得在开关断开期间放大器的输出端处于一个位于地电位和正供电电压之间的电压上，并且当开关闭合时放大器的输出端被驱动至地电位。
另外，上述问题还可以由本发明的以下方法来解决，即一种在包括一输出端和一放大器的振荡器中用于在所述输出端上生成正弦波输出信号的方法，所述的放大器包括一连接在所述振荡器的所述输出端上的输出端、一第一供电电压输入端、以及一第二供电电压输入端，该方法包括：把所述第一和第二供电电压输入端中的一个连接到一第一供电电压上，把所述第一和第二供电电压输入端中的另一个通过一开关连接到一第二供电电压上；而且当所述的开关断开时关断所述的振荡器，当所述的开关闭合时启动所述的振荡器，其中第一供电电压是正供电电压，并且放大器的输出端被正向偏置，使得在开关断开期间放大器的输出端处于一个位于地电位和正供电电压之间的电压上，并且当开关闭合时放大器的输出端被驱动至地电位。
另外，上述问题还通过一种从包括振荡器开关的装置生成快速启动正弦波的方法来解决，其中，在所述的振荡器开关中将一个对当前振荡具有重要意义的节点偏置到一个电压值，该电压值不同于该特定节点在正常启动顺序中所具有的值；通过断开或接通该节点来启动所述的振荡器。
当不需要振铃信号时，通过对放大器的接线(输出、负输入或正输入)之一进行正向偏置而在SLIC中获得快速启动的振铃信号。其中，这还可以通过断开供电电压之一来实现。在振铃模式下，重新接通该断开的供电电压，当放大器开始工作并把输出端驱动至地电位时便启动所述的振荡器。
根据一种优选实施方案，用于生成正弦波输出信号并包含本发明振荡器的本发明装置包括一种接通和断开该装置供电电压之一的工具，以便当接通所述的供电电压时，在所述正弦波输出信号的1～5个周期间隔的时间之后稳定所述的正弦波输出信号。
本发明的一个优点在于，可以快速地从振荡器生成所述的正弦波信号，而不需要预先启动所述的振荡器以便实现所需的输出信号。
本发明的另一个优点在于，在不使用时关断振荡器的情况下，电话电路具有较低的功耗。
本发明的还有一个优点就是消除了源于振荡器之内的不必要的噪声源，这是因为在不使用时所述的振荡器是关断的。
现在借助优选实施方案并参考附图来详细讲述本发明。
附图说明
图1示出了在启动传统维恩振荡器时的电压时间函数。
图2示出了在启动本发明振荡器开关时的电压时间函数。
图3示出了本发明快速启动振荡器开关的电路图。
具体实施方式
图1所描绘的是在启动传统维恩振荡器时的电压时间函数。从图中可以看出，从启动振荡器到输出信号达到其设定点值并在该值上达到稳定所需要的典型时间为至少50个周期。很容易理解，对振荡器进行开关是不现实的，这是因为在振荡器接通以后，且在其必须再次关断之前，该振荡器是不能稳定的。
图2为在启动本发明振荡器开关时的电压时间函数。从图2可以看出，在启动振荡器之后，从输出信号的1～5个周期起该信号就已经稳定。根据“稳定”的定义，也即根据哪个或哪些误差相对于输出信号的设定点值是能允许的，可以看出，如果允许误差较大一些，则信号在约一个周期后便稳定了，而在五个周期之后可或多或少地获得较精确的设定点值。利用接近于输出最大控制的输出信号，超调量下降，这可以在振荡器开关启动后立即看出来。
图3示出了维恩桥式型正弦波振荡器的实施例。该振荡器包括一个运算放大器F、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一和第二电容C1和C2、输出端UT、以及二极管D。所示的电路被如此地连接，使得所述第一电阻R1的第一接线侧被接至地电位30。所述第一电阻R1的第二接线侧分别被接至所述运算放大器的负输入端、第二电阻R2的第一接线侧、以及二极管D的正极侧。所述二极管D的负极侧被接至第三电阻R3的第一接线侧和第四电阻R4的第一接线侧。第三电阻R3的第二接线侧被接至正电压Vcc。第四电阻R4的第二接线侧被连接到第二电阻R2的第二接线侧和运算放大器的输出端。所述第五电阻R5的第一接线侧被接至地电位20和电容C1的第一接线侧。第五电阻R5的第二接线侧分别被接至电容C1的第二接线侧、第六电阻R6的第一接线侧、以及运算放大器F的正输入端。第六电阻R6的第二接线侧被接至第二电容C2的第一侧。所述电容C2的第二接线侧被接至运算放大器的输出端。
正供电电压Vcc和负供电电压VEE被提供给运算放大器F。开关10被设在运算放大器F和负供电电压之间。
电容C1及C2、电阻R5及R6确定了电路的振荡频率。电阻R1和R2确定了电路的放大。二极管D和电阻R3、R4确定了电路的振幅，但它们还依赖于其余的电路元件。振荡条件由巴克豪森条件来设定，也就是说整个环路放大为1，相移为0度。
譬如，若电阻R5、R6均为360千欧姆，且每个电容C1、C2被选为22nF，则电路将振荡在20Hz的频率，并由此满足电话振铃信号的要求之一。如果电阻R3、R4分别被选为6.8和1.1千欧姆，且R1被选为10千欧姆和R2被选为20千欧姆，那么电路将获得相应于1.38Vrms(均方根电压)的输出电压。该输出电压满足电话振铃信号的要求之一。
当振荡器被断开时，开关10将处于图1所示的“断开”模式。当该振荡器被关断或断开时，运算放大器的输出端将位于地电位和正供电电压之间。如果闭合开关10以便启动振荡器，则放大器的输出端被驱动至地电位，也就是说将立即启动振荡器。
在输出正弦信号的两个周期之后，振荡器将呈现正确的振幅。通过使实现的输出信号电平接近于所述的输出最大控制，可以减小所谓的振幅超调。
尽管所示实施方案的开关位于负供电电压和运算放大器之间，但应当理解，该开关也可以放置在所述结构的其它节点之内或之间。这将导致与上述相类似的顺序事件。
所述的开关10譬如可以是半导体开关。
应当理解，本发明不局限于上文讲述和展示的实施方案，一些改进也将落入附属权利要求书的范畴。

Claims (6)

1.一种用于生成正弦波输出信号的振荡器，包括一输出端(UT)和一放大器，所述的放大器包括一连接在所述振荡器的所述输出端(UT)上的输出端、一第一供电电压输入端、以及一第二供电电压输入端，其中所述第一和第二供电电压输入端中的一个被连接在一第一供电电压(Vcc)上，所述第一和第二供电电压输入端中的另一个通过一开关(10)被连接在一第二供电电压(VEE)上，而且当所述的开关(10)断开时所述的振荡器被关断，当所述的开关(10)闭合时所述的振荡器被启动，
其特征在于，
所述第一供电电压(Vcc)是正供电电压，并且所述放大器(F)的输出端被正向偏置，使得在所述开关(10)断开期间所述放大器(F)的输出端处于一个位于地电位(30)和所述的正供电电压之间的电压上，并且当所述的开关(10)闭合时所述放大器(F)的输出端被驱动至地电位(30)。
2.如权利要求1所述的振荡器，其特征在于：所述的第二供电电压(VEE)为负供电电压。
3.如权利要求1或2所述的振荡器，其特征在于：所述振荡器为维恩桥式型振荡器。
4.如权利要求3所述的振荡器，其特征在于：所述的开关为一半导体开关。
5.如权利要求1或2所述的振荡器，其特征在于：所述的开关为一半导体开关。
6.在包括一输出端(UT)和一放大器的振荡器中用于在所述输出端(UT)上生成正弦波输出信号的方法，所述的放大器包括一连接在所述振荡器的所述输出端(UT)上的输出端、一第一供电电压输入端、以及一第二供电电压输入端，该方法包括：
把所述第一和第二供电电压输入端中的一个连接到一第一供电电压(Vcc)上，把所述第一和第二供电电压输入端中的另一个通过一开关(10)连接到一第二供电电压(VEE)上，
而且当所述的开关(10)断开时关断所述的振荡器，当所述的开关(10)闭合时启动所述的振荡器，
其特征在于，
所述第一供电电压(Vcc)是正供电电压，并且所述放大器(F)的输出端被正向偏置，使得在所述开关(10)断开期间所述放大器(F)的输出端处于一个位于地电位(30)和所述的正供电电压之间的电压上，并且当所述的开关(10)闭合时所述放大器(F)的输出端被驱动至地电位(30)。
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