專利名稱：電子阻抗供電電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有為包括第一和第二導線在內的電信線路供電的供電電路的電信系統，供電電路包括具有第一晶體管的第一電子阻抗電路和具有第二晶體管的第二電子阻抗電路，電子阻抗電路分別連接在第一電壓參考端和第一導線之間，第二電壓參考端和第二導線之間。這種系統可以是經雙絞線與數個用戶裝置相連的專用自動分支交換機，其中裝置可以是模擬裝置，也可以是數字裝置，分支交換機可以與公用交換電話網或任何其它的適用系統相連，而用戶裝置必須通過電信線路供電。
本發明還進一步涉及自動分支交換機、線路插板、為電信線路供電的供電電路和電信用戶裝置。
上述類型的電信系統可以從由同一申請人提交的比利時專利No.1007208A3得知。該比利時專利申請公開了包括供電電路的電信系統，其中供電電路通過雙絞線電信線路向可以連接電信用戶裝置，例如電話機或傳真設備或數據終端，的線路另一端供電。電信裝置由經供電電路注入到雙絞線的DC電壓供電。已知的供電電路采用線電壓控制，這樣DC線電流決定于用戶裝置的供電需求。用此方法，與采用電流控制和不同的電信電路長度時不同，供電電路有會不必要的耗散了功率。在后一種情況下，供電電路將根據最大線路長度進行設計，當線路長度較短時，就會浪費功率。為了向電信線路注入DC功率，同時防止信號功率由導線反饋回DC電源，已知的電路采用對稱地配置在導線和各個DC功率供電線路之間的電子阻抗。電子阻抗模擬大線圈。這是因為在現代分支交換機中，或類似設備中，應當盡量避免使用大線圈。這種線圈即昂貴又笨重，使得安裝很不方便。電子阻抗包括FET(場效應晶體管)，其控制電極通過串聯配置的電阻器、電容器以及FET源極引線內的電阻器的結點與DC供電端子和導線相連。由于電阻器和電容器的串聯配置，FET的柵電壓只能緩慢地變化，使得FET源電阻器上的電壓基本上保持恒定。FET漏極上的AC電壓按照與FET的增益成反比的系數減小。結果，電子阻抗的特性類似于集總單元線圈，等效阻抗值等于FET的源極電阻值與FET增益因子的乘積，DC電阻值實際上等于源極電阻值。串聯配置的電阻器優選地具有較高的阻值，該電阻器與模擬的線圈并聯。為了使FET產生最佳的動態工作范圍，并且為了避免信號畸變和強調制干擾信號的解調，例如來自功率強大的AM廣播發射機的信號，在FET的控制電極和DC供電端子或導線之間提供了串聯配置的二極管-電阻對。盡管該電子阻抗電路在線電流相對較低的情況下可以令人滿意地工作，但是當需要相對較高的線電流時，就會產生問題。當采用包括為內部電路和外部設備供電的開關功率電源的多功能電信用戶裝置時，就需要相對較高的DC線電流，例如在200mA量級。在線路的另一端，線電壓應當相對較低。當采用需要恒定功率的開關功率電源時，如果線電壓減小，線電流就增加。此外，在分支交換機這一側，線電壓的典型值為-48伏特，但是在饋電線路斷路的情況下，當開始使用蓄能電路時，該線電壓可能會下降到-42伏特。在上述條件下，重要的是要保證替換集總單元線圈的電路上的電壓下降盡可能地小。已知的電路包括連接在源極電極和導線或DC供電端子之間的電阻器。該電阻器應當足夠地大，以便使電路阻抗盡可能地大，同時還應足夠地小，以保證不會產生過大的電壓降。當需要相對較大的線電流時，在獲得滿意的系統操作的前提下，這種折衷是難于實現的。
法國專利申請No.2254168公開了用于電信線路的、包括達林頓晶體管對而不是FET的供電電路。連接成電子阻抗形式的達林頓晶體管對具有與單一FET不同的電學特性，它具有較大的放大因子。這種達林頓結構可以用于切換相對較高的電流，但是對于線性應用或者以相對較高的頻率，例如40-200kHz，在線路上輸入數字數據的情況下，達林頓晶體管對的性能不是很好。這是因為達林頓晶體管是電流-電流的放大器，其主電流能夠在向達林頓晶體管施加控制電流之后迅速地建立起來，而在當其被關斷時，該主電流下降得很慢，即，達林頓晶體管開啟速度很快(高增益)，而關斷速度很慢。由于較高的閉環增益，達林頓晶體管對很不穩定，即電流容易發生振蕩或產生稱為低頻寄生振蕩(motorboating)的現象。
本發明的一個目的是提供一種上述類型的、對于較高的DC線電流具有較好特性的電信系統。
為了這一目的，根據本發明的電信系統的特征是供電電路包括具有第三晶體管的第一電子阻抗倍增電路和具有第四晶體管的第二電子阻抗倍增電路，第一晶體管的主電流通路與在第一參考電壓端和第一導線之間的第三晶體管的主電流通路串聯，第二晶體管的主電流通路與在第二參考電壓端和第二導線之間的第四晶體管的主電流通路串聯。以這種方式，阻抗倍增是可控制的，即至少可以處于兩個獨立的狀態，同時倍增電子阻抗上的DC電壓降相對較低。AC阻抗可以通過連接兩個以上的、共陰共柵結構的電子阻抗倍增電路而增加。
在根據本發明的的電信系統的實施方案中，供電電路包括至少一個反向偏置的二極管或串聯起來的反向偏置二極管，以及分別連接在電子阻抗電路或電子阻抗倍增電路中的至少一個晶體管的控制極與一個參考電壓端子或一條導線之間的電阻器。以這種方式，可以有效地抑制AM調制干擾信號，例如否則可以聽到的強無線電信道的信號。晶體管的偏置電壓可以較小。如果二極管檢測到AM干擾信號，晶體管的信號控制擺幅將動態地增大。
在根據本發明的電信系統的另一個實施方案中，第一或第二晶體管的主電極通過串聯配置的至少一個正向偏置二極管和電阻器，分別連接在第一電壓參考端和/或第二導線。以這種方式，倍增電子阻抗的DC電壓擺幅至少下降了一個正向偏置二極管的管壓降，由此減少了功率損耗。
在根據本發明的電信系統的另一個實施方案中，第三和/或第四晶體管的主電極分別連接到第一電壓參考端和/或第二導線，其中第三和/或第四晶體管的控制電極通過串聯配置的第一晶體管、第一正向偏置二極管和第二正向偏置二極管連接到主電極，第一電阻器和第一二極管的結點通過第二電阻器連接到第三電壓參考端。這樣，可以顯著地降低倍增電子阻抗的DC電壓擺幅，進而減少了功率損耗。由此，可以使用較小的晶體管，相應地散熱器可以很小或者根本不用散熱器。
在根據本發明的電信系統的另一個實施方案中，第一電子阻抗電路和/或第二電子阻抗電路包括將第一和/或第二晶體管的主電極之間的電壓控制在預定電壓值的控制環路。這樣，對于確定的主電極通路電阻值，電子阻抗電路中的晶體管主電極間的DC電壓可以控制在實現正常操作所必需的最小可能值，這樣該晶體管可以較小。通過采用控制環路而不是采用前一實施方案中的補償方法，可以在所有的操作環境下將DC電壓控制在相同的低電壓和/或控制在FET的柵-源電壓的容許范圍內。
下面將參照附圖，以舉例的方式，對本發明進行描述，其中
圖1簡要地示例了根據本發明的電信系統。
圖2示例了根據本發明的電信用戶裝置的框圖。
圖3示例了根據本發明、在為電信線路供電的供電電路中使用的電子阻抗電路的實施方案。
圖4示例了根據本發明的電子阻抗電路的另一個實施方案。
圖5示例了根據本發明的電子阻抗電路的另一個實施方案。
圖6示例了根據本發明的電子阻抗電路的另一個實施方案，和圖7示例了在根據本發明的的供電電路中至少兩個電子阻抗倍增電路的共陰共柵配置。
在全部的圖形中，相同的參考數字表示相同的部件。
圖1簡略地示例了根據本發明的電信系統1，包括可以與公共交換電信網絡3相連的自動分支交換機2。自動分支交換機2包括數個線路插板，圖中示出了一個線路插板4。通常，線路插板包括數個為電信線路供電的供電電路。供電電路5示例為向通常的包括第一導線a和第二導線b的雙絞線的電信線路6提供DC功率。供電電路5向線路6注入DC功率，有用信號，例如聲音和/或數字信號通過變換器7注入到線路6。DC隔斷電容器8用于防止DC供電電壓通過變換器7短路。供電電路具有產生處于第一參考電壓端9和第二參考電壓端10之間的線電壓，通常為-48伏特，的電壓生成裝置(未示出細節)。供電電路5包括模擬集總單元線圈的第一電子阻抗電路11和第二電子阻抗電路12，即電子阻抗對于通過電信線路6發射和接收的信號具有較高的阻抗，以避免信號不流入DC供電線路，電子阻抗對于DC信號具有較低的阻抗，這樣盡可能地減小DC功率損耗。供電電路5的結構可以確保對電信線路6的DC電壓進行控制。因此，線電流可以由通過端子a’和b’與電信線路6的另一端相連的電信用戶裝置13所需的電流來確定，進而，線路6上的功率損耗將盡可能地小。線路插板6包括其它的供電電路，簡要地由其它的變換器14、15和虛線表示。
圖2示例了根據本發明的電信用戶裝置13的框圖，包括通過DC阻斷電容器21與電信線路6的端子a’和b’相連的變換器20。通過變換器20，到達和離開電信線路6的信號通過用戶裝置13中的其它電路和裝置22以眾知的方式進行交換。用戶裝置13還包括將來自電信線路的DC功率供應給其它電路和裝置22的供電電路23。供電電路23包括由二極管24、25、26以及27組成的二極管橋路和模擬集總單元線圈的電子阻抗電路28和29。電子阻抗電路28和29的一端分別與端子a’和b’相連，而另一端與二極管橋路相連。盡管為了保證不會聽到電信線路上的共模干擾信號，優選地是電子阻抗電路28和29同時存在，但是在特定的環境下，可以將其中的一個電子阻抗電路短路。
圖3示例了根據本發明、在為電信線路6供電的供電電路5中使用的電子阻抗電路11的實施方案。電子阻抗電路12、28和29在結構上是類似的。電子阻抗電路11包括在其主電流路徑上裝有電阻器33的晶體管32。電阻器34連接在電子阻抗電路11的端子35和晶體管32的控制電極之間，電容器36連接在晶體管32的控制電極和電子阻抗電路11的端子37之間。電子阻抗電路11還包括晶體管38，其主電流路徑與晶體管32的主電流路徑串聯，其控制電極與串聯配置的電阻器40和電容器41的結點39相連。根據本發明，第一電子阻抗電路31由晶體管38、電阻器33和40、以及電容器41構成，電子阻抗倍增電路由晶體管32、電阻器34和電容器36構成。如果電子阻抗電路11只包括基本的電子阻抗電路31，那么電阻器33的阻值應當高得使電路的AC阻抗足夠地高，同時其阻值又應當低得使電子阻抗11上的DC電壓降不過高，即需要對其阻值的選擇進行折衷。特別是對于較高的線電流，即在200mA的量級，這種折衷是很難實現的。在結點39的相對端，電阻器40連接到結點42，電容器41連接到端子37。為了保證電子阻抗11的正常工作，應當向結點42提供給定的參考電壓。在給定的實施方案中，饋給結點42的電壓比端子35處的電壓低一個正向偏置二極管的管壓降。這可以通過在端子35和結點42之間連接一個正向偏置的二極管43而實現，該二極管由電阻器44提供偏置電流。結點42還可以與晶體管32和38的主通路和晶體管32和38之間的結點相連。通過以可控的方式使用阻抗倍增，電子阻抗電路11中的功率損耗與基本電子阻抗電路31相比可以顯著地降低，且不會發生使用達林頓晶體管對時出現的不穩定現象。電阻器33的阻值應大大的低于基本電子阻抗中的阻值。選擇晶體管32和38組成的控制電路中的元件的值，使晶體管32的主電極上的電壓擺幅足以保證其動態特性，并且使得晶體管38的主電極上的電壓擺幅盡可能地低，基本上沒有信號出現在晶體管38的主電極上。與電阻器33的阻值為40歐姆、晶體管的DC電壓擺幅為2伏特、電流為200毫安的基本電子阻抗中的典型功率損耗2W相比，根據本發明的電路中的功率損耗將顯著地降低。產生這種降低的一個因素是電阻器33的阻值可以選得很小，通常為1歐姆量級。根據該實施方案，對于200毫安的電流，功率損耗可降低到0.3W至0.8W之間。此外，電子阻抗電路11可以包括串聯配置的反向偏置二極管和電阻器，以便更好地抑制共模調幅干擾信號。在特定的實施方案中，串聯配置的二極管45和電阻器46以及串聯配置的二極管47和電阻器48分別通過電阻器40和34連接起來。晶體管32和38可以是雙極晶體管或場效應晶體管。在同時使用場效應晶體管和雙極晶體管的情況下，晶體管32優選地是場效應晶體管。
圖4示例了根據本發明的電子阻抗電路11的另一個實施方案，結點42與電阻器50的結點49相連，該電阻器的另一個結點與結點35相連，結點42還與由至少一個正向偏置的二極管51構成的串聯結構相連，該結構的另一端與晶體管32和38的主電極結點相連。圖中所示的還包括一個二極管52。與結點42直接與該主電極結點相連的實施方案相比，如果使用硅二極管，晶體管38的主電極上的電壓一般會降低1.2V。
圖5示例了根據本發明的電子阻抗電路11的另一個實施方案。在該實施方案中，結點42是兩個正向偏置的二極管55和56之間的結點，二極管56的另一端與端子35相連，二極管55的另一端通過電阻器58與參考端子57相連。端子57上的參考電平比端子35上的參考端子高。如果晶體管32和38是場效應晶體管，例如柵-源電壓均為2伏特，在特定的實施方案中，這種相對較大的柵-源電壓可以得到部分地補償。電阻器34和40具有較大的阻值，這樣，如果端子35處于地電平，晶體管32的柵極電壓為1.2伏特，晶體管38的柵極電壓為0.6伏特。在給定的例子中，假設電阻器33的阻值為1歐姆、電流為200mA，與基本電子阻抗電路相比較，耗散功率一般由2W降為0.3W。
圖6示例了根據本發明的電子阻抗電路11的另一個實施方案。該實施方案與上述實施方案的不同之處在于實施方案中所使用的、用于調節晶體管38的主電極電壓的補償方法。在給定的實施方案中，可以采用閉環控制實現這種調節，不管參數如何變化，它可以給出精確的、預期的電壓調節。電子阻抗電路包括通過控制電路60來控制電壓的控制回路。控制電路60包括第一雙極型控制晶體管61，其發射極通過電阻器62與晶體管38的源極相連，其基極通過電阻器63與晶體管38的漏極相連。晶體管61的集電極與第二控制晶體管64的基極相連。晶體管64的集電極通過電阻器65與晶體管38的源極以及結點42相連。晶體管64的發射極通過電阻器67與結點66相連。晶體管64的基極通過電阻器68與結點66相連。這樣，可以控制場效應晶體管使其主電極上的電壓較低，這樣，因為耗散功率很小，該晶體管可以很小。工作過程如下。如果晶體管38的漏-源電壓高于晶體管61的基極-發射極電壓，對于硅晶體管該電壓為0.6伏特，則晶體管61導通。然后，流過晶體管61的電流使晶體管64導通。由于晶體管64的集電極與結點42相連，控制環路是閉環的。這樣，場效應晶體管的漏-源電壓可以控制在等于晶體管的基極-發射極電壓與一個大約為零點幾伏特的、較小的電壓之和的電壓值上，這個較小的電壓值決定于環路增益。為了穩定，環路增益相對較低。通過將電阻器69連接在晶體管61的基極和晶體管38的源極之間，可以增大漏-源電壓，即0.6伏特加上一個等于0.6伏特乘以電阻器63的阻值與電阻器69的阻值之比的部分電壓。可以采用分壓器(未示出細節)來代替電阻器63和69，分壓器連接在晶體管38的漏極和源極之間，其滑動觸點與晶體管61的基極相連。這樣，可以很容易地將晶體管的漏-源電壓調節到0.6伏特與更高電壓值之間的任何所需的電壓值。
圖7示例了在電子阻抗電路11中的、根據本發明的供電電路內部的、至少兩個電子阻抗倍增電路75和76構成的共陰共柵結構。倍增電路75和76的結構類似于上述的電路結構。這樣，可以在保證電路穩定的前提下，大大地提高AC阻抗。這是因為環路增益均未超過單級增益，同時阻抗倍增因子隨倍增級數的增加而增加。
權利要求
1.一種電信系統，包括為具有第一和第二導線的電信線路供電的供電電路，其中供電電路包括具有第一晶體管的第一電子阻抗電路和具有第二晶體管的第二電子阻抗電路，電子阻抗電路分別連接在第一參考電壓端和第一導線之間以及連接在第二參考電壓端和第二導線之間，其特征是供電電路包括具有第三晶體管的第一電子阻抗倍增電路和具有第四晶體管的第二電子阻抗倍增電路，第一晶體管的主電流通路與在第一參考電壓端和第一導線之間的第三晶體管的主電流通路串聯，第二晶體管的主電流通路與在第二參考電壓端和第二導線之間的第四晶體管的主電流通路串聯。
2.根據權利要求1的電信系統，其中供電電路包括至少一個具有與第一電子阻抗倍增電路成共陰共柵配置的晶體管的第三電子阻抗倍增電路和至少一個具有與第二電子阻抗倍增電路成共陰共柵配置的晶體管的第四電子阻抗倍增電路。
3.根據權利要求1或2的電信系統，其中供電電路包括至少一個反向偏置二極管或反向偏置二極管的串聯配置，以及分別連接到電子阻抗電路或電子阻抗倍增電路中的至少一個晶體管的控制電極和一個電壓參考端或一條導線的電阻器。
4.根據權利要求1、2或3的電信系統，其中第一和/或第二晶體管的主電極分別通過串聯配置的至少一個正向偏置二極管和電阻器連接到第一電壓參考端和/或第二導線。
5.根據權利要求1、2或3的電信系統，其中第三和/或第四晶體管的主電極分別連接到第一電壓參考端和/或第二導線，其中第三和/或第四晶體管的控制電極通過串聯配置的第一電阻器、第一正向偏置二極管和第二正向偏置二極管連接到主電極，第一電阻器和第一二極管的結點通過第二電阻器連接到第三電壓參考端。
6.根據權利要求1、2或3的電信系統，其中第一電子阻抗電路和/或第二電子阻抗電路包括將第一和/或第二晶體管的主電極之間的電壓控制在預定電壓值的控制環路。
7.根據權利要求6的電信系統，其中控制環路包括第一控制晶體管，其第一主電極連接到電子阻抗電路中的一個晶體管的主電極，其控制電極連接到上述電子阻抗電路中的晶體管的其它主電極，其第二主電極連接到第二控制晶體管的控制電極，其中第二控制晶體管的一個主電極連接到上述電子阻抗電路中的晶體管的一個主電極和電子電路中的晶體管的控制電極，第二控制晶體管的另一個主電極連接到第四電壓參考端。
8.根據權利要求1或2的電信系統，包括與電信線路相連的電信用戶裝置，用戶裝置包括向電信用戶裝置的內部電路供電的電源，其中用戶裝置包括至少一個具有晶體管的電子阻抗電路，電子阻抗電路連接在一條導線和兩個功率供電端子中的一個之間，其中用戶裝置還包括至少一個具有晶體管的電子阻抗倍增電路，晶體管的主電流通路串聯在至少一條導線和至少一個功率供電端子之間。
9.根據權利要求3的電信系統，其中電信用戶裝置包括如權利要求3所聲明的、相對于功率源和導線對稱配置的電子阻抗電路和電子阻抗倍增電路。
10.一種自動分支交換機，包括為具有第一和第二導線的電信線路供電的供電電路，供電電路包括具有第一晶體管的第一電子阻抗電路和具有第二晶體管的第二電子阻抗電路，電子阻抗電路分別連接在第一電壓參考端和用于連接第一導線的第一導線端子之間，以及第二電壓參考端和用于連接第二導線的第二導線端子之間，其特征是供電電路包括具有第三晶體管的第一電子阻抗倍增電路和具有第四晶體管的第二電子阻抗倍增電路，第一晶體管的主電流通路在第一參考電壓端和第一導線端子之間的和第三晶體管的主電流通路串聯，第二晶體管的主電流通路和在第二參考電壓端和第二導線端子之間的第四晶體管的主電流通路串聯。
11.一種自動分支交換機的線路插板，包括權利要求5聲明的供電電路。
12.一種為具有第一和第二導線的電信線路供電的供電電路，該供電電路包括具有第一晶體管的第一電子阻抗電路和具有第二晶體管的第二電子阻抗電路，電子阻抗電路分別連接在第一電壓參考端和用于連接第一導線的第一導線端子之間，以及第二電壓參考端和用于連接第二導線的第二導線端子之間，其特征是供電電路包括具有第三晶體管的第一電子阻抗倍增電路和具有第四晶體管的第二電子阻抗倍增電路，第一晶體管的主電流通路和在第一參考電壓端和第一導線端子之間的第三晶體管的主電流通路串聯，第二晶體管的主電流通路和在第二參考電壓端和第二導線端子之間的第四晶體管的主電流通路串聯。
13.一種與具有第一和第二導線的電信線路相連的電信用戶裝置，該用戶裝置包括為電信用戶裝置的內部電路供電的電源，其中用戶裝置包括至少一個具有晶體管的電子阻抗電路，電子阻抗電路連接在一條導線和兩個功率供應端子中的一個之間，其中用戶裝置還包括至少一個具有晶體管的電子阻抗倍增電路，該晶體管的主電流通路串聯在至少一條導線和至少一個功率供應端子之間。
全文摘要
已知的電信系統包括為電信線路供電的供電電路,其中電信線路包括模擬集總單元線圈的電子阻抗。這些線圈用于防止AC信號饋入DC功率供電端子。供電電路向電信線路供應DC電流,以便為線路另一端的電信用戶裝置供電。已知的電路不適于當供給多功能用戶裝置時相對大的DC線電流。這里提出的供電電路應當適合于通過不同長度的電信線路向需要大量供電功率的電信用戶裝置供電。供電電路包括具有晶體管的電子阻抗,該晶體管的主電流通路與阻抗倍增電路晶體管的主電流通路串聯。優選的是,電子阻抗電路的主電極之間的電壓由閉環控制裝置控制。
文檔編號H04Q3/42GK1200218SQ97191182
公開日1998年11月25日 申請日期1997年7月17日 優先權日1996年9月3日
發明者G·拉德馬克 申請人:菲利浦電子有限公司