CN1631029A - 用户终端驱动电路 - Google Patents

Abstract

用于至少一个用户终端的驱动电路包括，第一驱动器(14)，它用于放大直流电压信号的功率为用户终端提供电源，第一驱动器(14)由第一电源电压(V₁)供电，以及包括跟随第一驱动器(14)的第二驱动器(37；37a，37b)，它用于将高频信号电流调制在由第一驱动器(14)功率放大的直流电压信号上。

Description

用户终端驱动电路

已有技术

本发明涉及到一种具有非常低功耗的用户终端驱动电路。

根据DE 19740137 A1，了解到用来为电子用户电路产生交流(AC)振铃电压的一种方法和一种电路结构。在这种结构中，功率放大器的工作电压是用这种方式控制的，即工作电压随着在特殊时段放大的AC振铃电压的时间而变化。

DE 19858963 A1描述了一种音频信号放大器，其具有为放大级提供的可控电压源和具有用于分析要放大音频信号的分析单元。音频信号放大器还包含控制部件，它依靠分析的音频信号来控制电源电压，以及包含延迟部件3，它将延迟与提供给分析单元的音频信号相关的音频信号。

在常规的通信系统中，直流电压和低频信号以及高频信号经常分别地通过一条信号线或者一个传输信道来传输。例如，直流电压是用户终端的电源电压。例如，低频信号是电话的模拟话音信号或者振铃音信号。通信系统要传输的高频信号一般是数据信号，例如，xDSL(x用户数据线)数据信号。

图1图解地显示一个通信系统的例子，其中低频和高频信号是通过同一线路传输的。来自话音和数据网络的低频话音信号和高频率数据信号都提供给具有转换装置S(例如多路复用电路)的转接中心。转换装置S与用户的驱动电路T连接。连接到转接中心的每个用户都有他自己的驱动电路T。来自驱动电路T，例如，话音和数据信号都传送给具有两个滤波器(即高通滤波器HP和低通滤波器TP)的所谓分路器。低通滤波器TP与接收低频话音信号的电话连接。高通滤波器HP与解调和调制高频数据信号的数据调制解调器连接。

通常，经常使用从驱动电路T传输到电路的直流电压，例如，提供给电话的电压，而低频振铃音的信号具有高过100伏的幅度。驱动电路T需要比较高的电源电压。例如，高频信号电流经常用于传输数据，其具有较低的信号幅度。然而，由于较低数值的负载阻抗，高频信号电流生产较大的供电电流，这减小了驱动电路T的电源电压。

图2显示一种已有技术的驱动电路T。该驱动电路T包含一个运算放大器OP，通过相关的供电电压源V_B经过两个电源电压线路提供电压给运算放大器。驱动电路T的输入端E与低频信号源S1和高频信号源S2连接，这两个信号电流是叠加的。各种信号电流或者信号分量的叠加是通过图2中的求和元件表示的。低频电压源S1用于提供给这些端子直流电压和低频信号，尤其是低频的话音信号。高频信号源S2传递信号幅度相对比较低的高频数据信号。在驱动电路T的输出端，整个信号频谱适用于低阻抗，其用来驱动连接到输出端的终端。

通常，提供给驱动电路T的电源电压V_B是由相连接的电源提供。

图2中所示的已有技术的驱动级T的缺点在于电源电压V_B必须选择具有这样的幅度，即两个在运算放大器OP中没有限制信号源S1和S2的最大信号幅度。

在驱动级T内的运算放大器OP所需的电源电压V_B可以由下列关系式计算：

$V_B={\hat{S}}_1+{\hat{S}}_2=V_{\mathrm{Drop}}$

其中

  低频信号电流的峰值

  高频信号电流的峰值

V_Drop驱动电路中设计-相关的电压降。

由于负载电流引起的驱动电路T的功耗P_v，可从下式中获得：

    P_V＝P_G-P_L＝V_B·F₂·i_1，2-P_L

其中

P_v驱动电路T中的负载-电流-相关的功耗

P_G驱动电路T中的负载-电流-相关的总功耗

P_L输送给负载的功率

V_B驱动电路T的电源电压

i_1，2总信号电流的均方根值

F₂波形系数，即，信号在整流数值与均方根值之间的信号-形状-相关比。

如从方程式中看出，驱动电路T的功耗将随着驱动电路的电源电压V_B的增加而增加。因为已有技术驱动电路T的电源电压V_B大于两个低频和高频信号电流的峰值

的总和，所以驱动电路T必需的电源电压V_B，和驱动电路T功耗P_V都是非常高的。在图2显示的常规驱动电路T中，产生的功耗P_V具有这样的幅值，这对于全费率异步数字用户线(ADSL)来讲至今不可能实现集成驱动电路，这与模拟话音信号传输没有利用很大热散热片的精制壳体有关。

发明内容

因此，本发明的目的是创造一种为了传输低频信号和高频信号电流给用户终端的驱动电路，其功耗最小。

根据本发明，这个目的是通过对用户终端的具有权利要求1的特征的驱动电路来实现。

本发明为至少一个用户终端创建了驱动电路，它包括第一驱动器，用于对给用户终端供电所施加的直流电压信号的功率放大，第一驱动器由第一电源电压(V₁)供电，以及包括跟随第一驱动器的第二驱动器，它用于将高频信号电流调制在功率-放大的直流电压信号上。

第一驱动器最好跟随一个低通滤波器。

在优选的实施例中，这个低通滤波器是一阶低通滤波器。

该一阶低通滤波器最好是包含电阻和电容的RC阻容低通滤波器。

该电阻器是最好是无源器件。

在替换的实施例中，电阻器是作为有源阻抗设计的。

低通滤波器的截止频率最好是能够调整的。

这就提供了优越性，该驱动电路可以适合于各种通信标准，例如不通的DSL标准。

低通滤波器的截止频率是最好处在低频信号电流的上限截止频率与高频信号电流的下截止频率之间。

在根据本发明驱动电路的优选实施例中，提供用于产生第一电源电压的第一电压源，其具有固定参考电位。

该参考电位最好是地电位。

在根据本发明驱动电路的优选实施例中，提供的第二电压源是用于产生第二电源电压，与没有参考电位的低通滤波器的输出端连接。

在根据本发明驱动电路的优选实施例中，通过第二电压源输送给第二驱动器的第二电源电压，比通过第一电压源输送给第一驱动器的第一电源电压低得多。

第一驱动器最好是运算放大器。

在替换的实施例中，第一驱动器是具有电流反馈的交流-直流(AC/DC)变换器。

在另外的替换实施例中，第一驱动器是具有电流反馈的直流-直流(DC/DC)变换器。

第二驱动器最好是具有线性放大的运算放大器。

在根据本发明驱动电路另外的优选实施例中，低频信号源可以连接到第一驱动器的信号输入端。

在另外优选的实施例中，第二驱动器的信号输入端与求和电路的输出端连接。

在这种结构中，低频信号源最好与求和电路的第一输入端连接。

高频信号源最好与求和电路的第二输入端连接。

尤其是在根据本发明驱动电路另外的优选实施例中，用于增加第二驱动器信号输入端信号电平的第三电压源与求和电路的第三输入端连接。

第三电压源最好输送电源电压，该电压仅仅是通过第二电压源输送的第二电源电压幅度的一半。

用户终端最好能够与第二驱动器的信号输出端连接。

由第一驱动器放大的低频信号电流最好包含用来给用户终端供电的直流电流，语音信号电流和振铃音电流。

由第二驱动器放大的高频信号电流最好包含高频数据信号电流。

这些高频数据信号电流最好是xDSL数据信号电流。

尤其在根据本发明驱动电路的优选实施例中，这个驱动电路具有差分式结构。

在这种结构中，第二驱动器展示出两个差分互连的运算放大器，它们在所有情况下都是通过没有参考电位的电源电压供电的。

两个没有参考电位的电源电压最好在所有情况下都是由逆向变换器产生的，它的次级线圈没有接地。

在更深一层的文本中，将参考附图描述根据本发明的驱动电路的优选实施例，用于解释本发明的基本特征。

附图说明

图1显示根据已有技术的在线传输高频和低频信号的通信系统结构；

图2显示根据已有技术的驱动电路T；

图3显示根据本发明驱动电路的第一个实施例；

图4显示根据本发明驱动电路的第二个实施例。

具体实施方式

在图3所示的实施例中，根据本发明的用户终端驱动电路1具有两个信号输入端2和3，它们用于连接低频信号源4和高频信号源5。由低频信号源S1输送的低频信号电流经过线路6从信号输入端2传送到求和电路8的第一输入端7。由高频信号源5输送的高频信号电流经过线路9施加到求和电路8的第二输入端10。求和电路8有一个第三输入端11，它经过线路12与第三电压源13连接。由低频信号电流源4输送给高频信号电源5的高频和低频信号电流的总和或叠加还可以产生在驱动电路1的外面。

驱动电路1包含第一驱动器14，对于低频信号电流，它的输入端15经过内部线路16与线路6的分支节点17连接。第一驱动器14具有两个电源电压端18和19，其用于施加第一电源电压V₁。驱动器14的第一电源电压端18经过电源电压线路20与电压源22的第一端21连接。驱动器14的第二电源电压端19在经过线路23与分支节点24连接。该分支节点24位于线路25上，其作用使电压源22的第二端26接到参考地电位。驱动器14的信号输出端27经过线路28与低通滤波器30的输入端29连接。低通滤波器30包含一个电阻器31和一个电容器32。低通滤波器30的电容器32的一端在节点33与电阻器31连接，而它的相对一端与参考地电位连接。

图3所示的低通滤波器30是一阶低通滤波器，它的电路可以用非常低的费用生产。电阻器31或者是无源元件，或者是通过阻抗综合实现的有源阻抗。例如，可以是驱动器14的有效输出阻抗。低通滤波器30的截止频率f_g最好是可调整的。为了这个目的，电阻器31的电阻或电容器32的容量最好也可以改变。在替换的实施例中，电阻器31的阻抗值是可以编程设计的。低通滤波器30的截止频率f_g在低频信号电流的上限截止频率(例如，话音信号是4kHz)和高频信号电流的下截止频率(例如，DSL数据信号电流是138kHz)之间。低通滤波器30的输出端34经过线路35与节点36连接。

根据本发明的驱动电路1包含第二驱动器37，其信号输入端38经过线路39与求和电路8的输出端40连接。第二驱动器37显示有第一电源电压端41和第二电源电压端42。驱动器37的第一电源电压端41经过电源电压线路43与电压源45的第一端子44连接。电压源45显示有第二电源电压端子46，它经过线路47与节点34连接。驱动器37的第二电源电压端子42经过电源电压线路48与节点36连接。用于为驱动器37产生第二电源电压的第二电压源45与没有参考电位的低通滤波器30的输出端34连接，如可以从图3中看到。不含电压源45参考电位的电源电压V2的幅度分别适合于高频信号电流和高频信号的信号幅度。

在驱动器37的信号输入端38，电压源13在信号电平中产生恒定的增长，这是由电压源13输送的电压引起的。电压源13输送的电源电压更可取的只是电压源45输送的电源电压V₂的一半。这能够在其电源电压范围内完全地调节驱动器37。

输出端49经过线路50与驱动电路1的输出端51连接。用户装置可以经过保护电路与驱动电路1的输出端51连接。在驱动电路1与用户终端之间连接的用户终端和线路具有复阻抗Z_L。

用于提供电压给第一驱动器14的第一电压源22的电源电压V₁是从下面的公式获得的：

$V_1={\hat{S}}_1+V_{\mathrm{Drop}1}$

其中

是直流电压信号的峰值，振铃音信号或者语音信号的总和，

V_Drop1是驱动电路14中与设计-相关的电压降。

用于为第二驱动器37提供电压的由第二电压源45输送的电源电压V₂是从下面公式获得的：

$V_2={\hat{S}}_2+V_{\mathrm{Drop}2}$

其中

是高频信号电流或者语音信号的峰值，

V_Drop2是驱动电路37中与设计-相关的电压降。

这提供了与整个驱动电路1功耗有关的负载-电流，从下面公式可以得出：

P_V＝P_G-P_L＝P_V1+P_V2-P_L＝V₁·F₁·i₁+V₂·F₂·i_1，2-P_L

其中：

P_v是整个驱动电路中与负载-电流-相关的功耗

P_G是整个驱动电路中与负载-电流-相关的总功率消耗

P_L是输送给负载Z_L的功率

V₁是驱动电路14的电源电压

V₂是驱动电路37的电源电压

i_1，2是总的信号电流的均方根值

i₁是直流信号电流和低频信号电流的均方根值

F₁是波形系数，即，高频信号的均方根值与整流值之间的信号-形状-相关比率。

F₂是波形系数，即，信号在总输出信号均方根值与整流值之间的信号-形状-相关比率。

作为两个方程式2，6之间的比较，显示出根据本发明驱动电路的功耗比图2中所示常规驱动电路T小得多。

图4显示的是主要根据本发明驱动电路1的优选实施例。在图4中所示驱动电路1的优选实施例具有差分式结构。第二驱动器37由两个差分互连运算放大器37a，37b组成，它们是在所有情况下由不含参考电位的相关电源电压V_2a，V_2b供电。不含参考电位的两个电源电压V_2a，V_2b在所有情况下最好由次级绕组没有接地的可逆变换器产生。

与图2所示的常规驱动电路T比较，根据本发明驱动电路1的耗散功率由下面例子证明是很低的。

设65Vrms/20Hz的振铃音信号作为低频电流成分，而具有20dBm发射功率的全费率ADSL信号作为在线高频率信号，则获得下列数值：

低频信号的电压峰值

${\hat{S}}_1=110V;$

高频信号电压峰值

${\hat{S}}_2=35V;$

已有技术驱动电路T的设计-有关电压降V_drop＝15V；

因此，已有技术驱动电路T的电源电压是：

$V_B={\hat{S}}_1+{\hat{S}}_2+V_{\mathrm{Drop}}=160V$

P_L＝950mW

i_1，2＝32mA

F₁＝0.85

F₂＝0.9

已有技术驱动电路T中相关-负载-电流是：

P_V＝P_G-P_L＝V_B·F·i_1，2-P_L＝160V·0.85·32mA-950mW＝3.4W

通过比较，如图4所示的根据本发明驱动电路1获得下列数值：

利用 ${\hat{S}}_1=110V$

    V_Drop1＝10V

为第一驱动器14获得的第一电源电压是

$V_1={\hat{S}}_1+V_{\mathrm{Drop}1}=120V$

利用 ${\hat{S}}_2=35V$ 和

    V_Drop2＝5V

为第二驱动器提供的电源电压是

$V_{2a},V_{2b}={\hat{S}}_2+V_{\mathrm{Drop}2}=40V$

利用P₁＝950mW

    i₁＝11mA

    i_1，2＝32mA

    F₁＝0.85

    F₂＝0.9

因此，根据本发明驱动电路的耗散功率是：

P_V＝P_G-P_L＝P_V1+P_V2-P_L＝V₁·F₁·i₁+V₂·F₂·i_1，2-P_L＝

120V·0.85·11mA+40V·0.9·32mA-950mW＝1.324W

因此，图4所示的根据本发明驱动电路1与图2所示常规驱动电路T相比节约的耗散功率ΔP是：

ΔP＝3.4W-1.324W＝2.076W

根据本发明的驱动电路1将信号电路的频率分离成两个信号通路。由于电源电压构思的新颖设计，它提供根据频率分离信号电流的路径，根据本发明的驱动电路1在节约耗散功率上相当可观。在常规的ADSL系统中，ADSL信号是通过特殊的调制解调器产生的，而且通过精心设计和成本-昂贵的模拟滤波器或分路器构成电话回路。话音和振铃音信号是通过称作线路卡的模拟设备再生的。分路器为来自模拟线路卡的低频信号提供驱动器的并联，以及为来自ADSL调制解调器的高频信号提供驱动。两个信号电流路径在信号电平上是独立的。因此，分路器必须是由具有非常高阶的模拟滤波器组成。具有如此高阶的滤波器只能以非常高的成本生产。

通过比较，在根据本发明的驱动电路1中，信号电流路径是在电源电压电平上分开的，结果这里使用非常简单的一阶低通滤波器30就足够了。因此，根据本发明的驱动电路1可以用非常低的成本来生产。

根据本发明驱动电路1的电路结构在减少功耗上允许将该驱动电路集成到具有非常小散热片的简易机盒中。

根据本发明的驱动电路1还具有下列优点。

由于该电路的必要的频带宽度，流入驱动电路37的静态电流就非常高。现在这个静态电流专门流经比电源电压V₁低的电源电压V₂。这将更进一步保证显著地节约功耗。

更进一步的优势在于第一驱动器14中的低频信号电流，与驱动器37中的总信号电流相比较现在可以规定小电流极限值。这个导致根据本发明的驱动电路1有较高的耐过载电流的特性。

更进一步的优势在于，由于第二驱动器37的很低的电源电压V₂，所以这个驱动器37可以利用具有低介电强度的快速晶体管构成。这将大大地有益于必要宽带的获得。

Claims (26)

1.用于至少一个用户终端的驱动电路，它包括：

第一驱动器(14)，用于放大直流的功率为用户终端提供电源，用于放大话音信号电流与振铃音电流的功率，第一驱动器(14)是由第一电源电压(V₁)供电，以及包括

跟随第一驱动器(14)的第二驱动器(37，37a，37b)，它用于将高频信号电流调制在由第一驱动器(14)功率放大的信号电流上。

2.根据权利要求1所述的驱动器电路，其特征在于所述第一驱动器(14)跟随一个低通滤波器(30)。

3.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于所述低通滤波器(30)是一阶低通滤波器。

4.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于所述一阶低通滤波器是具有电阻(31；31，a，31b)和电容(32)的RC低通滤波器。

5.根据权利要求4所述的驱动器电路，其特征在于所述电阻(31；31a，31b)是一种无源器件。

6.根据权利要求4所述的驱动器电路，其特征在于所述电阻(31；31a，31b)是有源阻抗。

7.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于所述低通滤波器(30)的截止频率f_G可以调整。

8.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于所述低通滤波器(30)的截止频率f_G是在低频信号电流的上限截止频率与高频信号的下截止频率之间。

9.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于提供第一电压源(22)，用于产生具有固定参考电位的第一电源电压(V₁)。

10.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于提供用于产生第二电源电压(V₂；V_2a，V_2b)的第二电压源(45；45a，45b)，其与没有参考电位的低通滤波器(30)的输出端(34；34a，34b)连接。

11.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于通过第二电压源(45，45a，45b)输送给第二驱动器(37，37a，37b))的第二电源电(V₂，V_2a，V_2b)，比通过第一电压源((V₁))输送给第一驱动器(14)的第一电源电压(22)低得多。

12.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于第一驱动器(14)是一个运算放大器。

13.根据前面权利要求1到11之一所述的驱动器电路，其特征在于第一驱动器(14)是一个具有电流反馈的直流-直流变换器。

14.根据前面权利要求1到8之一所述的驱动器电路，其特征在于第一驱动器(14)是一个具有电流反馈的交流-直流变换器。

15.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于第一驱动器(37)是一个运算放大器。

16.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于低频信号源(4)可以连接到第一驱动器(14)的信号输入端(15)。

17.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于求和电路(8)的输出端(40)与第二驱动器(37)的信号输入端(38)连接。

18.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于低频信号源(4)可以与求和电路(8)的第一输入端(7)连接。

19.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于高频信号源(5)可以与求和电路(8)的第二输入端(10)连接。

20.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于第三电压源(13)与求和电路(8)的第三输入端(11)连接，用于增加第二驱动器(37)信号输入端(38)的信号电平。

21.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于第三电压源(13)输送电源电压(V₃)，该电压仅仅是第二电源电压(V₂)幅度的一半。

22.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于用户终端可以与第二驱动器(37)的信号输出端(49)连接。

23.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于数据信号电流是xDSL(x用户数据线)数据信号电流。

24.根据前面权利要求之一所述的驱动器电路，其特征在于驱动器电路(1)是差分式结构。

25.根据前面权利要求24所述的驱动器电路，其特征在于第二驱动器(37)由两个差分互连的运算放大器(37a，37b)组成，它们在所有情况下都是通过没有参考电位的电源电压(V_2a，V_2b)供电的。

26.根据前面权利要求25所述的驱动器电路，其特征在于两个没有参考电位的电源电压(V_2a，V_2b)在所有情况下都是由逆向变换器产生的，逆向变换器的次级线圈没有接地。

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