專利名稱：用于輔助設備的由電話線供電的電源及其操作方法
技術領域：
本發明一般涉及電信業，更具體說，是用于輔助設備的由電話線供電的電源及其實施方法。
在電話系統中添加的輔助設備，主要來自用戶的要求，其規格和復雜性兩方面都與日俱增。開始，輔助設備包括諸如自動撥號器電路等選件，自動撥號器電路通常提供常用呼叫的電話號碼存儲器。這類電路所要求的電源，連普通老式電話系統(POTS)也有能力提供。
某些電話應用的，例如應答機和免提式電話機，可能需要AC電源向需用的集成電路提供充足的能量。在許多較早期的系統中，電話電路是與應答機電路完全分開的。兩者只在電話線上聯結起來。后來的產品使用電池電源，以便AC電源失效時作為后備。通常的線路接口電路只需提供很小的功率，供任一集成電路使用。
但是，在美國和許多其他國家，都希望并要求在AC電源失效時，仍能保持電話的對話(說與聽)、網絡尋址、和告警等基本功能。這在技術上是可以做到的，只要轉換到另外一套只用電話線路電源并能提供這些功能的電路上就行。但是，這個辦法顯然是不經濟的。因為通常的電話線路接口電路，要求至少600歐姆的AC阻抗，不允許輔助設備使用太大功率。
在基本的由電話線供電的電源中，常見的配置有，一個保證電壓極性的二極管橋(極性保護電路)，一個鉤鍵(電子的或機械的)，一個前述的終接阻抗，和一個DC伏-安特性電路。后一電路常常包括一個雙極性晶體管，附有發射極負反饋電阻器和晶體管基極DC偏置通路。這一DC偏置通路常常包括600至1000歐姆的AC終接電阻器，和一個大電容，以防止話音頻帶信號的衰減。在這種常用的電路中，激活時要限制此伏-安系統的電話線電壓小于6伏，環路電流為20mA，由此我們可以算出大電容的資用DC功率約為2.5mA×1.8伏。
這些數值不足以運行數字信號處理器(DSP)或編碼-解碼(CODEC)設備。CODEC設備把話音信號從其模擬形式，轉換為更先進的數字PBX和數字傳輸系統能夠接受的數字信號。之后它還要把這些數字信號轉換回模擬形式，話音信號才可以被聽的人聽明白。在某些電話系統中，CODEC放在PBX內，并為許多模擬電話分機公用。在另外的電話系統中，CODEC實際上裝在電話內。
要保持POTS的能力包括若干要求。這些要求包括前述的，為電話線設定使用時的專門的DC伏-安特性。通常要求AC線的終接電阻器近似為600歐姆和通帶頻率范圍從300赫茲至3300赫茲。必須提供用雙音多頻(DTMF)和用脈沖進行網絡尋址連同提示的能力，還要提供“振鈴”信號檢測、和一種“提示”聲音。
POTS的話音能力包括全部電話線的雙向連接，以便發送和接收話音信號。放大話筒信號以便發送和放大手持受話器信號以便接收，都是必須的。在美國，話音的混合功能參照稱為TOLR、ROLR、和SOLR的平均響度樣板定義，它們分別是Transmit，Receive andSidetone Objective Loudness Rating(發送、接收、和側音目標響度額定值)。Transmit和Receive還有前述的標準化頻率樣板。Sidetone是電話手持受話器設計的一部分，它使人們能夠在說話時聽到自己的話音。側音太大會產生回聲，而太小則無差錯送回信道。因此，關鍵是控制話筒信號的大小，使之在手持受話器中能聽到。
因此，本技術需要的是對POTS結構給出一種經濟的辦法，使在有效話音模式時，為輔助電路提供額外的電流和電壓。
針對上面指出的現有技術的缺點，本發明提供一種由電話線供電的電源，以及實施該電源和由電話線供電的輔助設備的方法。在一個實施例中，該電源包括(1)一個有初級繞組和次級繞組的變壓器，和(2)一個連接在初級繞組的儲能裝置(它可以是，但不一定是一個電容)，初級繞組和儲能裝置適合與電話線連接，并為電話線提供一個終接電阻。從初級繞組和儲能裝置之間的一個結點送出DC功率。
因此，本發明引入以電源取代通常的終接電阻器這樣一個廣泛概念，以便增加電話線向輔助設備提供功率的能力。在供選擇的實施例中，電源可以包括一個變壓器，也可以是無變壓器的。按照本發明的目的，“輔助設備”是指需要電功率的設備。“輔助設備”包括，但不限于，裝在電話內的信號處理電路或其他電子電路，以及用戶希望靠近電話安裝的應答設備、主叫方識別設備、或其他設備。“輔助設備”可以按要求只由電話線提供功率，或者可以不管備用電源是否能用而供電。
在本發明的一個實施例里，此電源還包括與次級繞組連接的一個線路變壓器接口。線路變壓器接口，雖然它對本發明不是必須的，但它為從次級繞組得到的信號，或為向次級繞組傳送的信號，提供一個信號接口。輔助設備諸如信號處理器，可以采用線路變壓器接口經電話線通信。
在本發明的一個實施例里，此電源還包括與初級繞組串聯的二極管。這個二極管能保護電源的其他部件，避免接收儲能裝置放的電。
在本發明的一個實施例里，此電源還包括與電話線連接的一個激活開關，并根據鉤鍵狀態而起作用。一個“鉤鍵狀態”在字面上就是電話鉤鍵的狀態“摘機”或“掛機”。輔助設備檢測備用電源的電壓，當備用電源中斷時，激活開關接通本電源。
在本發明的一個實施例里，此電源還包括可與電話線連接的一個線路電壓檢測電路。此電壓電路能確定電話線的電壓。此線路電壓檢測電路被輔助設備用來偏置并控制其他專門電話功能需用的電路。
在本發明的一個實施例里，此電源還包括與次級繞組連接的一個濾波器。這個濾波器，雖然對本發明不是必須的，但在與次級繞組相關信號的平滑化的某些應用中，是需要的。
在本發明的一個實施例里，此電源還包括與電話線連接的一個電源失效振鈴電路。如果有電源失效振鈴電路，則在備用電源中斷時，給出振鈴信號。
前面頗為粗略地概括了本發明優選的和供選擇的特性，由此業內精明人士可以從下面詳細的說明中，更好地理解本發明。本發明另外的特性將在此后說明，并構成本發明權利要求書的主要內容。業內精明人士應該清楚，他們能夠立刻利用披露的概念和特定的實施例作基礎，設計出或修改成另外的結構來完成本發明相同的目的。業內精明人士還應明白，這些等效的結構，按其最廣義的形式，并未偏離本發明的精神實質和覆蓋范圍。
為了更完整地理解本發明，請結合附圖閱讀下面的說明，附圖有

圖1畫出通常的電話電路簡圖，它可以用來向某些類型的輔助設備供電；和圖2畫出一種電話電路簡圖，這是用于輔助設備的、改進的由電話線供電的電源的一個實施例；和圖3畫出一種電話電路簡圖，這是用于輔助設備的、改進的由電話線供電的電源的另一個實施例。
先參看圖1，它畫出通常的電話電路100的簡圖，可以用來向某些類型的輔助設備供電。如圖示，電話線路100包括一個極性保護電路110、一個DC伏-安電路(DC V-I)120、一個AC終接電阻器130、和一個提供DC電壓(Vout)的濾波電容140。
極性保護電路110包括二極管111、112、113、和114，配置成二極管電橋。如圖所示，送至極性保護電路110的塞尖和塞環的DC電壓，可以采用兩種極性之一(即，塞尖為正而塞環為負，或塞尖為負而塞環為正)，同時，極性保護電路110的被保護輸出電壓的極性(GT、GR)要基本保持不變。原先塞尖有正的極性而塞環有負的極性。但布線安裝越來越復雜，要維持這一約定越來越困難。此外，現在一些流行的系統，在撥號模式與通話模式之間要把塞尖和塞環的極性顛倒。因此，對電子電話，保持固定的極性變得很關鍵。
DC V-I電路120包括一個晶體管121、第一和第二電阻器122、123、和第一和第二二極管124、125。DC V-I電路120提供需要的POTS伏-安特性波形。第一和第二二極管124、125和第二電阻器123構成以第一電阻器122為負載的晶體管121的DC偏置網絡。流經晶體管121的DC電流基本上是加于基極上的電壓除以第一電阻器122的阻值(忽略晶體管基極到發射極的電壓降)。
輸出電壓Vout由第三電阻器130與第一和第二二極管124、125、和第二電阻器123的串聯電路元件的匯接點提供。一個電容140作為電壓Vout的濾波元件。通常，電容值最小為470微法。第三電阻器130還作為電話線的終接電阻器，通常的數值是600至1000歐姆。這一數值的終接電阻器限制了可能輸送到輔助設備的DC電流，因為許多類型的輔助設備，要求Vout不小于3伏才能正常工作。
現在轉到圖2，它畫出一種電話電路200的簡圖，這是用于輔助設備的、改進的由電話線供電的電源的一個實施例。可以與電話線(這是條件，因而未畫出)連接的電話電路200，包括一個極性保護電路210、一個DC V-I電路220、一個由電話線供電的電源230、一個信號處理器250、一個電話手持受話器260、和一個備用電源270。極性保護電路210和DC V-I電路220的功能與圖1中說明的相同。但是，后面還要說明，對DC V-I電路偏置的設定和控制則由輔助設備提供。
由電話線供電的電源230包括一個AC到DC的能量轉換裝置(以變壓器231表示，它有一個初級繞組231a和一個次級繞組231b)和與初級繞組231a連接的儲能裝置232(在此實施例中是一個電容，但不要求它是一個電容)。初級繞組231a通過變壓器次級231b的反射電阻，為電話線提供一個AC終接電阻。這可使變壓器繞組231a的DC電阻做到如實際上那樣低，以增加其把DC電源電流輸送到儲能裝置232的能力，儲能裝置232連接在初級繞組231a與儲能裝置232之間的節點A上，由此向輔助設備輸送DC功率。電源230還包括一個與初級繞組231a串聯的二極管235。此二極管235能夠保護電源230的其他部件，避免接收儲能元件232所放的電。一個二極管237還把電源230與備用電源270隔離，通常后者用來向輔助設備的信號處理器250輸送DC功率。
由此，本發明引進以電源取代通常的終接電阻器這樣一個廣泛概念，以增強用電話線向輔助設備輸送功率的能力。一般說，輔助設備可以完成的附加功能，需要或想要多少就有多少，取決于輔助設備可用的適當技術和其正常運行所要求的功率。在這個實施例中，信號處理器250提供模擬的和數字的信號，依電話線和受話(通過聽筒261)與送話(通過話筒262)的電話手持受話器功能260之間的要求而定。受話時，信號處理器250可以提供與聽筒驅動放大器252連接的一個可編程增益放大器(PGA)251，然后由聽筒驅動放大器252驅動聽筒261。送話時，話筒262可以驅動與線路驅動器電路254連接的話筒放大器253，線路驅動器電路254由信號處理器250提供，如圖所示。此外，在所舉的實施例中，信號處理器250還提供別的功能，這將在下面討論。
在本發明的這個實施例中，電源230還包括與次級繞組231b連接的一個線路變壓器接口233。線路變壓器接口233雖然對本發明不是必須的，但它為來自或送至次級繞組231b的信號提供一個信號接口。輔助設備，諸如信號處理器250，可以采用一個線路變壓器接口233，經電話線進行通信。電源230還包括與次級繞組231b連接的一個濾波器234。這個濾波器，雖然對本發明不是必須的，但在某些應用中要使與次級繞組相關信號的平滑化時，它是需要的。
在所示的實施例中，電話電路200包括可與電話線連接的一個激活開關236，它根據信號處理器250的第一參考放大器256送來的鉤鍵狀態而起作用。再說一遍，一個“鉤鍵狀態”在字面上就是電話鉤鍵的狀態“摘機”或“掛機”。當然，鉤鍵狀態信號可以交替地由機械鉤鍵開關送出。開始激活時，激活開關236可能處在關閉位置，以保證輔助設備的功率適當地加上去，直至確定備用電源270的狀態。通常，如果發現備用電源270可以工作，激活開關236然后打開。
如果需要，電源230還包括可與電話線連接的一個線路電壓檢測電路240。線路電壓檢測電路240包括第一和第二電阻器器241、242、和一個濾波電容243。此電壓電路240把電話線總電壓的一部分(它駐留在節點B)送至信號處理器250的第二參考放大器257，以確定電話線的電壓。第二參考放大器257通過把節點B的電壓與一個參考電壓比較，需要時還調整DC V-I電路220的偏壓，對DC V-I電路220進行偏壓設定和控制。
在所示的實施例中，電源230包括一個可以連接到電話線的電源失效振鈴電路245選件。電源失效振鈴電路245在備用電源中斷時，給出振鈴信號。電源失效振鈴電路245包括一個壓電換能器(PZT)246、一個開關裝置247、和一個二極管248。在信號處理器250內的驅動電路258提供開關裝置247的輸入，使之接通和斷開。這種接通和斷開，把反復的電壓加在PZT 246的兩端，使之“振鈴”。二極管248抑制不需要的瞬變過程。在此實施例中，二極管248可以是一個通常的裝置，或是一個發光二極管(LED)，后者還能通過PZT換能器246，與可聽的振鈴一起，給出可視的振鈴。
現在轉到圖3，它畫出一種電話電路300的簡圖，這是用于輔助設備的、改進的由電話線供電的電源的另一個實施例。電話電路300可與電話線(這是條件，所以未畫出)連接，并包括一個極性保護電路210、一個DC V-I電路220、一個由電話線供電的電源330、一個線路電壓檢測電路240、一個電源失效振鈴電路245、一個信號處理器250、一個電話手持受話器260、和一個備用電源270。
極性保護電路210、DC V-I電路220、線路電壓檢測電路240、電源失效振鈴電路245、信號處理器250、電話手持受話器260、和備用電源270的功能分別與圖1和圖2的相同。現在對這另一個實施例的由電話線供電的電源330，說明其結構及運行。由電話線供電的電源330包括一個功率開關339、一個控制開關331、第一、第二、和第三電阻器332、333、334、一個濾波電容335、一個混合網絡336、和一個終接阻抗337。
開始，因濾波電容335的放電，功率開關339和控制開關331兩者都斷開(不通電)。當與功率開關339連接的激活開關236合上時，點GT來的DC電壓，通過第三電阻器334，使功率開關339的基極-發射極的結正向偏置，從而使功率開關339接通。這一動作使濾波電容335兩端的電壓增加，并向信號處理器250輸送功率。電壓繼續增加，直至濾波電容335兩端的電壓達到Vreg，這是需要的輸出電壓值。此時，控制開關331接通，使功率開關339斷開。只要輸出電壓減小到電壓Vreg以下，達到某個電壓點，控制開關331便斷開，同時使功率開關339再一次接通，由此完成一次調整循環。
第三電阻器334的數值可以選得盡量大，不致影響AC線路阻抗，那么其阻值可以由混合網絡336和所選終接阻抗337決定。此外，第一和第二電阻器332、333的阻值也可以選得盡量大，使其只從負載上分流由電話線供電的電源330輸出電流的很小一部分。
雖然已經詳細說明了本發明，但本領域的熟練人員應當明白，他們能夠在其中作出各種改變、替代、和置換，而在本發明最廣泛的形式上，并沒有偏離其精神實質和覆蓋范圍。
權利要求
1.一種由電話線供電的電源，包括一個有初級繞組和次級繞組的變壓器；和一個與所述初級繞組串聯的儲能裝置，所述初級繞組和所述儲能裝置適合與電話線連接，并為電話線提供一個終接電阻，所述初級繞組和所述儲能裝置之間的一個節點，輸送DC功率。
2.按照權利要求1的電源，還包括一個與所述次級繞組連接的線路變壓器接口。
3.按照權利要求1的電源，還包括一個與所述初級繞組串聯的二極管。
4.按照權利要求1的電源，還包括一個激活開關，可與所述電話線連接，并根據鉤鍵狀態而起作用。
5.按照權利要求1的電源，還包括一個可與所述電話線連接的線路電壓檢測電路。
6.按照權利要求1的電源，還包括一個與所述次級繞組連接的濾波器。
7.按照權利要求1的電源，還包括一個可與所述電話線連接的電源失效振鈴電路。
8.一種由電話線向輔助設備供電的方法，包括用一個串聯的變壓器和儲能裝置與所述電話線終接，所述變壓器有一個初級繞組和一個次級繞組；和從所述初級繞組和所述儲能裝置之間的一個節點，送出DC功率，用于所述輔助設備。
9.按照權利要求8的方法，還包括經過與所述次級繞組連接的一個線路變壓器接口，在所述次級和所述輔助設備之間進行通信的信號。
10.按照權利要求8的方法，還包括用一個與所述初級繞組串聯的二極管，對流經所述變壓器的電流整流。
11.按照權利要求8的方法，還包括根據鉤鍵狀態，有選擇地接通可與所述電話線連接的激活開關。
12.按照權利要求8的方法，還包括用一個可與所述電話線連接的線路電壓檢測電路，檢測所述電話線的電壓。
13.按照權利要求8的方法，還包括用一個與所述次級繞組連接的濾波器，對從所述次級繞組導出的信號進行濾波。
14.按照權利要求8的方法，還包括用所述輔助設備，向可與所述電話線連接的電源失效振鈴電路提供一個振鈴信號。
15.由電話線供電的輔助設備，包括一個電源，內含一個有初級繞組和次級繞組的變壓器；和一個與所述初級繞組串聯的儲能裝置，所述初級繞組和所述儲能裝置適合與電話線連接，并為電話線提供一個終接電阻；和一個負載，與所述初級繞組與所述儲能裝置之間的一個節點連接，從所述電源取得DC功率。
16.按照權利要求15的輔助設備，其中所述電源還包括一個線路變壓器接口，連接于所述次級繞組和所述負載之間。
17.按照權利要求15的輔助設備，其中所述電源還包括一個與所述初級繞組串聯的二極管。
18.按照權利要求15的輔助設備，其中所述電源還包括一個激活開關，可與所述電話線連接，并根據鉤鍵狀態而起作用。
19.按照權利要求15的輔助設備，其中所述電源還包括一個線路電壓檢測電路，連接在所述電話線和所述負載之間。
20.按照權利要求15的輔助設備，其中所述電源還包括一個濾波器，連接在所述次級繞組和所述負載之間。
21.按照權利要求15的輔助設備，其中所述電源還包括一個電源失效振鈴電路，連接在所述電話線和所述負載之間。
22.一種由電話線供電的電源，包括一個控制開關；一個與所述控制開關連接的儲能裝置；一個混合網絡，與所述控制開關和所述儲能裝置連接，根據所述儲能裝置的一個電壓，控制所述控制開關，以調整所述電壓；和一個終接阻抗，與所述控制開關連接，為電話線提供一個終接電阻。
23.按照權利要求22的電源，還包括一個功率開關，在開始時向所述儲能裝置充電。
24.按照權利要求22的電源，其中所述混合網絡包括第一、第二、和第三電阻器。
25.按照權利要求22的電源，還包括一個激活開關，可與所述電話線連接，并根據一個鉤鍵狀態而起作用。
26.按照權利要求22的電源，還包括一個可與所述電話線連接的線路電壓檢測電路。
27.按照權利要求22的電源，還包括一個可與所述電話線連接的電源失效振鈴電路。
28.一種由電話線向輔助設備輸送功率的方法，包括激活一個控制開關；向與所述控制開關連接的儲能裝置充電；根據所述儲能裝置的一個電壓，控制所述控制開關，調整所述電壓；和為電話線提供一個終接電阻。
29.按照權利要求28的方法，還包括開始時向所述儲能裝置充電。
30.按照權利要求28的方法，其中所述混合網絡包括第一、第二、和第三電阻器。
31.按照權利要求28的方法還包括，根據鉤鍵狀態，有選擇地接通可與所述電話線連接的激活開關。
32.按照權利要求28的方法，還包括用可與所述電話線連接的線路電壓檢測電路，檢測所述電話線的電壓。
33.按照權利要求28的方法還包括，用所述輔助設備，向可與所述電話線連接的電源失效振鈴電路，送出一個振鈴信號。
34.由電話線供電的輔助設備，包括一個電源，內含一個控制開關，一個與所述控制開關連接的儲能裝置，一個混合網絡，與所述控制開關和所述儲能裝置連接，根據所述儲能裝置的一個電壓，控制所述控制開關，以調整所述電壓，和一個終接阻抗，與所述控制開關連接，為電話線提供終接電阻；和一個負載，與所述儲能裝置連接，以便從所述電源導出DC功率。
35.按照權利要求22的電源，其中所述電源還包括一個功率開關，在開始時向所述儲能裝置充電。
36.按照權利要求34的輔助設備，其中所述混合網絡包括第一、第二、和第三電阻器。
37.按照權利要求34的輔助設備，其中所述電源還包括一個激活開關，可連接到電話線，并根據鉤鍵狀態而起作用。
38.按照權利要求34的輔助設備，其中所述電源還包括可與所述電話線連接的一個線路電壓檢測電路。
39.按照權利要求34的輔助設備，其中所述電源還包括可與所述電話線連接的一個電源失效振鈴電路。
全文摘要
一種由電話線供電的電源,一種實施這個由電話線供電的電源和實施由電話線供電的輔助設備的方法。在一個實施例中,該電源包括:(1)有一個初級繞組和一個次級繞組的一個變壓器,和(2)與初級繞組串聯的一個儲能裝置(它可以是,但不要求是一個電容),初級繞組和儲能裝置適合與電話線連接,并為電話線提供一個終接電阻。從初級繞組和儲能裝置之間的一個節點送出DC功率。另一個實施例采用一個控制開關來調整儲能裝置,從而不再需要變壓器。
文檔編號H04M19/08GK1258159SQ9912617
公開日2000年6月28日 申請日期1999年12月15日 優先權日1998年12月16日
發明者蒂莫西·諾南·克莫弗德, 戴爾·哈維·尼爾森, 朱習群 申請人:朗迅科技公司