CN1264326C - 连接公用电话网络的电话 - Google Patents

Abstract

在本发明电话中，集成电路(8)将电话操作信号(响铃信号，计费单元信号及呼叫者识别符)及音频信号一起处理。这需要为单个信号执行信号电平适配。因为电话信号由一个芯片在一起处理，最好由数字信号处理器(DSP)，所以可以降低至目前为止所需的分立组件的复杂度。

Description

连接公用电话网络的电话

本发明涉及一种经由公用电话网络接收音频信号及电话操作信号的电话，以及在电话中处理音频及电话操作信号的方法。

公用电话网络传输具有完全不同信号电平的多种类型的电话操作信号。电话操作信号之一是响铃信号，其具有120V的振幅。此信号的直流电压分量为60V。此外，公用电话网络是用以传输计费单元(charge-unit)信号(计量表脉冲信号)，其信号振幅为12V。此外，呼叫者识别符(CID：caller Identification)信号经由此网络被传输。

各电话操作信号经历极为不同的信号电平。因此，响铃信号最初是用来电磁式地激励机械铃装置。计量表脉冲信号的这种短AC电压脉冲用作机械计费计量表的计数脉冲。

由于这些不同信号的电压电平极为不同，因此在现代电话系统中这些信号需要藉由分立元件输出耦合及分开处理。因此，至目前为止，每一电话需要包含针对不同类型电话操作信号的各分立设计的估算电路。

为此，存在针对不同国家的各种电话操作信号的不同标准。首先，响铃信号，计量表脉冲信号等等的信号电平在不同国家的公用电话网络中各不相同。其次，不同的电话操作信号也以不同的格式被传输。虽然某些国家标准提供在FSK格式(Frequency Shift Keying，频移键控)传输的呼叫者识别符，其它标准需要此识别在DTMF(Dual ToneMultiFrequency，双音多频)格式中被传输。为了能够按照不同国家标准估算这些呼叫者识别符，因此需要额外的、分立设计的估算电路。被大量生产且需要能够于不同国家被使用的电话因此需要配备不同的分立估算电路。大数量优点因此被增加的组件复杂度的缺点所抵消。

因此本发明目的之一在于提供一种电话及处理电话信号的方法，其可被以低组件复杂度实施并符合不同公共电话网络标准。

本发明利用连接公用电话网络的电话来实现该目的。其中所述电话以等待模式或通话模式运行，其中以该等待模式接收第一电话操作信号以及以该通话模式接收音频信号及第二电话操作信号。所述电话包括信号转换装置，其根据该模式和/或所接收的信号的类型，进行所述信号的信号转换；微芯片，其处理该被信号转换的音频信号及该被信号转换的电话操作信号，对于以等待模式接收的信号及以通话模式接收的信号分别具有单独的分开的输入。本发明电话适合于连接至一个公用电话网络并能够于一个等待模式或者一个通话模式中操作。通常，这些等待模式对应于被挂置听筒(bei aufgelegtem Hoerer)的操作模式。在等待模式中，第一电话操作信号被接收。这些可以是例如，响铃信号。在通话模式中，首先是音频信号及其次电话操作信号被接收，例如计费单元信号。

依据本发明，此电话包括信号转换装置，其基于模式和/或所接收的电话操作信号类型而执行信号转换。此外，此电话至少包括集成电路，其处理音频及电话操作信号二者。此方式允许用以省去完全不需要的不同电话操作信号的分立设计的电路。这允许较不昂贵且较小型设计的电话。

这些电话信号由集成电路一起估算。这些集成电路可为模拟电路或数字信号处理器。这表示这些因不同历史经历而极为不同的电话信号可接受标准的信号估算。这允许电话操作信号，例如，至目前为止仅能以较贵的电话估算的呼叫者识别符，也用不太昂贵的装置处理。

将这些信号一起估算的另一优点在于信号估算的方式可以通过将程序重新写入集成电路而改变。这允许电话能适配不同国家的电话标准，尤其是不同规定的电话操作系统。特别是，可以产生能够处理所有在欧洲使用的电话标准的电话。

依据本发明较佳实施例，被接收信号的信号电平是借助于依模式和/或所接收信号的类型而定的信号转换装置调整。经由公用电话网络接收的信号具有极为不同的信号电平特征。响铃信号具有120V的振幅(具有大约60V的直流电压分量)，计量表脉冲信号的最大电平值大约是12V，而音频信号的振幅大约是3V。如果所接收的信号由至少一集成电路集体处理，随后，它们首先需要被转换，因此其信号电平在转换之后大约互相对应。这是信号转换装置的工作。

于本发明的另一有益的改善中，该至少一集成电路是一模拟集成电路。其优点在于可以省略声音的模拟/数字转换及后续的数字/模拟转换。被接收的信号可以自始至终接受模拟式处理；信号的数字中间处理变得多余。

在另一方式中，如果至少一集成电路包括一模拟/数字转换单元以及后继设置的数字处理器单元是有益的。于此情况中，此模拟/数字转换单元及数字信号处理单元最好集成于一个芯片上，因此所有的信号处理可以由(至少)一集成电路执行。关于这些信号的处理，目前有朝向使用数字信号处理器的趋势。当被接收信号处于可利用的数字形式时，其可进一步被一数字信号处理器单元以如任意定义方式处理。于本发明中，简单地重新写入程序允许信号处理与不同国家的公用电话网络适配。在此情况中，数字信号处理器被接收信号的更有余地的估算。

使用数字信号处理器的另一优点在于，一旦被生产，电话用的估算芯片的芯片设计可被用于进一步的芯片生产。以数字逻辑，其通常是一种将逻辑设计移至稍后的CMOS结构生产的较简单的方式。

数字处理也满足在方便的电话中的不断增长。因此，举例而言，呼叫者识别符或其它在通话形式中的信息可以简单及弹性的方式被储存。

最好，在等待模式中接收的第一电话操作信号包括响铃信号，计费单元信号及呼叫者识别符。计费单元信号需要在等待模式中被接收，当这些信号仍然能延续一通话的完成而被传输。同样地，呼叫者识别符在此模式中从该交换局被传输至电话。

在通话模式期间所接收的第二电话操作信号，最好，包括计费单元信号及呼叫者识别符。

本发明的有益实施例提供至少一集成电路具有在等待模式中所接收的信号与在通话模式中所接收的信号用的分离的输入。在等待模式与通话模式中所接收的信号经由不同布局的路径而被传输。此方式的理由在于电信管理局规定在等待模式中，也就是说，当听筒处于被挂上的状态时，不能从公用电话网络汲取电源。此外，不同的路径防止经由独立路径传输的信号之间的干扰。为在等待模式中以及通话模式中所接收的信号所设计的二路径经由分离的输入被传输至集成电路。这也使得信号在集成电路中接受不同的处理(预先处理)。

依据本发明优选的实施例之一，在等待模式中所接收的信号及在通话模式中所接收的信号以多路复用方式被提供给后继的处理级。此方式表示在二种模式中的信号可被一起处理。此多路复用器较好的方式为被集成于至少一信号处理用的芯片中。

本发明的另一优选的实施例的特征在于信号转换装置包括压变电阻用以连接公用电话网络的接入线。压变电阻(变阻器)的特征在于非线性曲线并且高电压的导电性优于低电压导电性。在来自公用电话的大电压峰值信号的事件中，例如在电磁干扰(火花的撞击)事件，例如，此组件具有低电阻且因此被用作后继设置的组件的第一过电压保护组件。压变电阻以低生产成本著称。

最好，此信号转换装置包括差动AC信号组件，耦合至在等待模式中从公用电话网络接收的信号用的信号路径。这些差动AC组件是高通滤波器并仅传输信号电平在特定截止频率以上的AC电压成份。在公用电话网络信号情况中，此AC电压成份包含所有的相关信息。抑制直流电压分量阻止从公用电话网络取得功率。

另一优点在于此信号转换装置具有高电阻分压器设置于信号路径下游的差动AC组件。这些高电阻分压器首先被用以做为电压尖峰的保护，其次用以确保被差动AC组件所接收的信号的操作点是位于由电话系统预先规定的范围内。此外，来自电阻的高数值产生低功率消耗及高敏感度。

于本发明优选的实施例之一中，此信号转换装置包括至少一可控制放大器单元。此外，如果信号转换装置包括至少一以所检测的电平值为基础设定增益用以决定最高电平值的电路，将是有益的。如果可控制放大器单元及决定最大电平值的电路被集成于至少一信号处理用的芯片将是特别有益处的。

此可控制放大器单元可以设定到来的信号电平，因此其充分利用后继设置电路所允许的电压范围。于此情况中，此增益最好基于被检测的信号的最大电平值而被设定。这确保此信号估算具有最高可能性的灵敏度。此外，及高的到来信号电平可以为了设置于下游的电路处理而由小增益因子或即使是小于0dB的增益所调整。

依据本发明的另一有益实施例，至少一可控制放大器单元被设计成模拟/数字转换器用的范围选择器电路的形式。此模拟/数字转换器的输入范围可以2的指数变化。这表示可被模拟/数字转换器所读取的电压范围可以最好的方式被使用，以获得数字信号的最高可能的分辨率。

本发明的另一较佳的改良的特征在于信号转换装置包括至少一频率选择衰减组件。频率选择衰减组件表示衰减电话信号的特定频率的简单方法。例如，计费单元信号具有12kHz或16kHz的固定频率，并可被此种频率选择衰减组件衰减。

另一优点在于此频率选择衰减组件是被设置于在通话模式中被接收信号的信号路径中。因为所有在通话模式中被接收的信号在相同路径上被处理，此方式尤其可以确保计费单元信号不被电话使用者听到，但其依然可以在后继电路中被处理。

此频率选择衰减组件有利地包括一并联共振电路，其共振频率符合，例如特定类型的被接收电话操作信号的频率。并联共振电路的特征在于与一电容并联连接之一电感，并被当成被定义频率的到来信号之一带阻滤波器。此共振频率是由电容及电感的值所决定。举例而言，计费单元的频率是12kHz或16kHz，并可被并联共振电路所衰减，如果该电路的组件被适当地设计。

另一优点在于一个电阻与该并联共振电路连接。此方式的优点在于并联共振电路的谐振频率范围内的频率被衰减至其正好依然能够被后继电路处理的程度。尤其是，此种电路可被用以使计费电路信号的电平与音频信号的电平相适应。

依据本发明的另一实施例此信号转换装置包括过电压保护组件用以保护至少一集成电路的输入。例如，齐纳二极管电路可被用于这些过电压保护组件。这些组件的另一优点在于具有大信号振幅的信号被削剪且以此方式进行信号电平适配。尤其是，这适用于具有高电平值的响铃信号。

本发明处理电话中的电话操作信号及音频信号的方法包括以下步骤：

a)以等待模式接收第一电话操作信号而通话模式接收第二电话操作信号及音频信号；

b)根据模式和/或所接收的电话操作信号的类型而执行电平适配；

c)音频信号及电话操作信号二者被一起估算。

经由公用电话网络所接收的信号具有相当不同的信号电平。为了允许它们被一起估算，这些信号首先需要被转换以便于转换后位于相似的电平范围。一起估算所有电话操作信号及音频信号大幅降低信号处理所需的电子组件的数目。这使得本发明方法的操作与先前方法相比成本低廉。

本发明以下参照图式中所示的复数实施例而被更详细描述，其中：

图1表示本发明电话的方块图，其中电话信号以数字形式被处理；

图2表示模拟信号处理的电话的对应电路图。

公用电话网络是用以传输音频信号及电话操作信号。对个别公用电话网络的连接通常经由二条接入线而为的，在图1中标示为La及Lb。此外，其它的接入线也可被提供。例如，德国公用电话网络标准提供额外响铃线及地线，其表示一电话接入设备包括四条电话线。

在接入线La与Lb之间，存在大约60V的固定DC电压。此接入线La及Lb是用以传输音频信号及其它电话操作信号。这些操作信号为到来呼叫信令的响铃信号或响音信号。本文中，60V的DC电压具有重叠于其上的15至75Hz频率的AC电压成份。此重叠的AC电压成份也具有大约60V的振幅，其表示全部信号可能具有高达120V的振幅。

此外，接入线La及Lb是用以传输计费单元信号，其亦被称为计量表脉冲信号。这些是被定义区间(100msec)的AC信号，每一被传输脉冲指示一累积的计费单元。在目前的欧洲电话网络标准中，提供12kHz及16kHz的频率给计量表脉冲信号。计量表脉冲信号的振幅是12V，且因此对应大约音频信号振幅的4倍。

在呼叫到来时，呼叫者识别符信号(也称为呼叫者ID)被传输以便能够显示呼叫者电话号码给受话端。为传输此呼叫者ID，在欧洲使用二种不同的标准，FSK(Frequency Shift Keying，频移键控)及DTMF(Dual Tone MultiFrequency，双音多频)。在FSK标准中，呼叫者识别符为频率调制，而在DTMF方法中使用语音拨号序列以便传输通话号码。呼叫者ID信号的振幅处于2V大小的量级，也就是说，在音频信号的大小量级中。

此外某些公用电话网络标准提供极性反转信号(线路反转，”linereverse”)，其中接入线La及Lb的极性被交换。然而，并非所有欧洲标准皆提供此极性反转信号。

此二接入线La及Lb被表示于图1的左侧。这些接入线被压控电阻VDR所连接，其于正常操作期间具有高电阻值(＞1MΩ)，并汲取小电流。此压控电阻VDR具有非线性电流/电压特性曲线；在输入高电压时，其变得高度导电。这允许后继电路部被有效地针对可能发生的电压峰值信号(电磁注入干扰，火花撞击)进行保护，因为个别的过电压产生被放电。

以二种操作模式中使用电话，以听筒被挂置的等待模式，以及以通话模式。个别的电信管理局的规定不允许在等待模式期间没有汲取来自公用电话网络的电源。当听筒被挂置时，因此，需要在接入线La与Lb之间提供大约至少1MΩ的电阻值(在某些标准10MΩ)。

因此也需要在等待模式期间能够接收并估算电话操作信号。在图1所示的电路中，这些信号(响音信号，呼叫者ID，计量表脉冲信号)以分离的传输路径提供，所述路径包括信号线1及2，电容C1及C2以及电阻R1至R6。

提供给通话模式信号的路径包括信号线2及3以及包括电容C0，电阻R0及电感L0之一带阻滤波器。连接至带阻滤波器的信号线4及通至桥整流器5的信号线2。通话信号用的线6连接桥整流器5的输出至p信道MOSFET T2。

在等待模式期间，通话路径处于非使用状态。这由经电阻R12输入npn晶体管T1基极的HOOK信号而达成。在等待模式中，也就是说，以听筒被挂置时，HOOK信号关闭晶体管T1。这将连接至p信道MOSFETT2的栅极的信号线7经由电阻R11拉至正电位，而p信道MOSFET T2关闭。在等待模式期间，因此没有通话电流Is流过。这对应在等待模式期间没有电源从公用电话网络被汲取的要求。

在等待模式中所接收的信号，也就是响音信号，计量表脉冲信号及呼叫者识别符，经由信号线1及2被提供至电容C1及C2，其与设置于下游的电阻一起具有AC组件的功能，并仅传输输入La及Lb的信号的AC电压成份。

电阻R1具有高电阻分压器连接至其下游，其包括电阻R2及R5。相应地，电阻R4的输出馈入由R3及R4组成的分压器。这些高阻值，分立的分压器是用以保护，避免总是在电话线上发生的高电压。此外，其被用以规范VSS与VDD之间的信号偏移(offset)，并由R2对R5(以及R3对R6)的比例所限定。被接收信号的AC电压成份是基于这些信号位移并被提供给集成电路8的等待模式信号DLP及DLN的输入。输入DLP及DLN以差动信号输入的形式实施，因此能消除均等作用于二信号线的干扰。

其余的信号处理由集成电路8执行，其中所有用于进一步信号处理用的单元被集成。集成电路8上的等待模式用的输入DLP及DLN分别被二过电压保护组件D1及D2之一所保护。这些过电压保护组件包括齐纳二极管，一个二极管永远被正向极化而另一个二极管永远被逆向极化，不管到来信号的极性为何。这些组件用以保护集成电路的下游组件使其免于到来的高电压峰值信号。此外，响音的信号振幅被削剪。

集成电路8的输入DLP及DLN被连接至模拟多路复用器MUX。通话模式的输入AIN也被连接至模拟多路复用器MUX。此通话模式信号被实施为信号终点形式的信号并由模拟多路复用器MUX与地AIP一起被转换。模拟多路复用器MUX传输这些被输入其输入端的信令至二个信号线上的模拟放大级11。

此外，集成电路8的输入DLP及DLN连接至信号峰值检测器9。这确定所输入这些输入端的等待模式信号的最大电压值，并将这些信息传输给增益控制器10。增益控制器10的任务在于设定等待模式用的模拟放大级11的增益因子。因此下游组件用的全部被允许的电压范围尽可能被使用。为此目的，增益因子0dB，6dB，12dB及18dB是可供支配的。通常，增益控制器10选择最高的灵敏度，且增益因子仅为高信号电平被适当地降低。相反地，通话模式用的增益因子总是具有恒定值。

被模拟放大级所放大的信号被传输至模拟/数字转换器A/D。这转换模拟信号为数字信号，因此其可进一步被下游数字信号处理器DSP所处理。数字信号处理器DSP允许不同信号的分析及隔离。这表示，例如，呼叫者识别符或计费单元信号可被显示于电话上的数字显示器。音频信号随后可被数字/模拟转换器转换回模拟信号，以便能够在听筒或喇叭中被反应成可听见的信号。

如果电话需要从等待模式至通话模式，则向npn晶体管T1馈送的电压被施加到输入端HOOK。这表示p信道MOSFET T2的栅极是在地，通话电流Is可以流过此组件而被当成漏极电流。此电流主要经由传输晶体管T3，电阻R8及线阻抗ZL流经共同接地端。通话电流Is被所接收的音频信号调制，并经由耦合电容C4被输入通话模式的输入端AIN。

在此通话模式中，信号经由输入HOP额外地进入此电路。有来自电话使用者的音频信号。其首先被由阻抗Z1及Z2所组成的分压器转换。然后只有其AC电压成份能够通过电容C3。此包括电阻R9及R10的分压器经由栅极线12传输此信号之一部分至传输晶体管T3的栅极。以音频信号HOP的频率调制传输晶体管T3。同时以音频信号HOP的AC成分调制通话电流，因而其它，远程电话用户接收相应以语音调制的电流Is。

包括线阻抗ZL及Z’L，电阻R7及R8，传输晶体管T3及附加阻抗Z3的惠司登电桥促使在节点13的信号仅对应于电话线中以来自远程通话者的音频信号而被调制。这些音频信号经由耦合电容C4及输入AIN被提供给集成电路8。惠司登电桥促使来自电话用户经由HOP注入的分离的音频信号不会呈现于节点13上，且因此不被听见。惠司登电桥的目的在于压抑由电话使用者在通话模式的接收路径中所传输的音频信号HOP，因此使用者不会在听筒中听到其本身的语音。

图2表示电话的集成电路8，其中信号皆被以模拟方式处理。再次，等待模式信号被输入集成电路8的输入端DPL及DLN。这些组件下游由过电压保护组件D1及D2保护以避免大电压峰值信号。与被输入输入端AIN的通话模式信号一起，等待模式信号由模拟多路复用器MUX被转换至二条信号线。最后，信号峰值检测器9确定等待模式信号的最大电压，因此增益控制器10可以设定模拟放大器级11的等待模式用的增益因子。也因此目的，增益因子0dB，6dB，12dB及18dB是可供支配的。通话模式信号使用一恒定的增益因子被模拟放大器级11放大。此信号随后被传输至模拟信号处理部14。此时，所有信号被模拟滤波器电路分离并分析。

Claims (21)

1.连接公用电话网络的电话，所述电话以等待模式或通话模式运行，其中以该等待模式接收第一电话操作信号以及以该通话模式接收音频信号及第二电话操作信号，其特征在于：

信号转换装置，其根据该模式和/或所接收的信号的类型，进行所述信号的信号转换；

微芯片(8)，其处理该被信号转换的音频信号及该被信号转换的电话操作信号，对于以等待模式接收的信号及以通话模式接收的信号分别具有单独的分开的输入(DLP、DLN、AIN)。

2.如权利要求1的电话，其特征在于该微芯片进一步包括：

多路复用器，由该分开的输入驱动；以及

放大器单元，由该多路复用器的输出驱动。

3.如权利要求2的电话，其特征在于：

该放大器单元为可控制放大器单元。

4.如权利要求1的电话，其特征在于：

该信号转换装置根据该模式和/或该被接收信号的类型对该被接收信号的信号电平进行适配。

5.如权利要求1的电话，其特征在于：

该微芯片为一个集成化的模拟电路。

6.如权利要求1的电话，其特征在于：

该微芯片包括一模拟/数字转换器单元(A/D)以及后续设置的一个数字信号处理器单元(DSP)。

7.如权利要求1的电话，其特征在于：

在该等待模式期间接收的该第一电话操作信号包括响铃信号，计费单元信号及呼叫者识别符。

8.如权利要求1的电话，其特征在于：

在该通话模式期间接收的第二电话操作信号包括计费单元信号及呼叫者识别符。

9.如权利要求1的电话，其特征在于：

以该等待模式接收的信号及以该通话模式接收的信号在多路复用操作中被提供给后续的处理级。

10.如权利要求1的电话，其特征在于：

该信号转换装置包括一个压控电阻(VDR)，其将接入线(La，Lb)连接至公用电话网络。

11.如权利要求1的电话，其特征在于：

该信号转换装置包括差动AC组件(C1，C2)，其将以该等待模式接收信号的信号路径与该公用电话网络去耦合。

12.如权利要求11的电话，其特征在于：

该信号转换装置包括高电阻分压器(R2，R5，R3，R6)，其在该等待模式接收信号的信号路径中被设置于该差动AC组件(C1，C2)之后。

13.如权利要求1的电话，其特征在于：

该信号转换装置包括至少一个确定最大电平值的电路(9)，其中根据所检测的电平值设定所接收信号的增益。

14.如权利要求3的电话，其特征在于：

该微芯片包括模拟/数字转换器单元(A/D)以及后续设置的一个数字信号处理器单元(DSP)。

15.如权利要求14的电话，其特征在于：

把该可控制放大器单元(11)实现为该模拟/数字转换器(A/D)的范围选择器电路。

16.如权利要求1的电话，其特征在于：

该信号转换装置包括至少一频率选择衰减组件。

17.如权利要求16的电话，其特征在于：

该频率选择衰减组件被设置于以该通话模式接收信号的信号路径中。

18.如权利要求16或17的电话，其特征在于：

该频率选择衰减组件包括一个并联共振电路(C0，L0)。

19.如权利要求18的电话，其特征在于：

该并联共振电路(C0，L0)的共振频率适合于特定类型的被接收电话操作信号的频率。

20.如权利要求18的电话，其特征在于：

以并联方式将电阻(R0)与该并联共振电路连接。

21.如权利要求1的电话，其特征在于：

该信号转换装置包括过电压保护组件(D1，D2)用以保护该微芯片(8)的输入(DLP，DLN，AIN)。