專利名稱：擴展電話用戶接口電路的振鈴范圍的塞環(huán)升壓電路的制作方法
相關(guān)申請數(shù)據(jù)本申請要求在2001年10月5日提出的美國臨時申請序列號60/327,690的專利申請為優(yōu)先權(quán)，在這里引入作為參考。
一種昂貴的解決方案是采用能夠在更高的電池電壓下工作并能夠提高電池電壓的SLIC。這增加了SLIC和電源的成本，并增加了功率消耗。另一種解決方案是采用分離的IC分別用于SLIC和振鈴功能，并用繼電器切換SLIC。這也顯著地增加了成本。
某些電話和電話應(yīng)答機根據(jù)DC偏置以及振鈴信號的幅度進行響應(yīng)。當(dāng)由這些廉價的SLIC集成電路(IC)產(chǎn)生的振鈴信號作為驅(qū)動時，這些電話不能正確的振鈴。這些器件的振鈴信號通常是0VDC偏置的140V峰-峰值電壓的梯形波或正弦波。
因此，存在對只增加少量成本就允許加入直流偏置，并且允許低成本SLIC驅(qū)動電話產(chǎn)品的系統(tǒng)和方法的需要。
在一個實施例中，塞環(huán)升壓電路具有連接到塞環(huán)節(jié)點的第一開關(guān)器件。第一開關(guān)器件對振鈴操作作出反應(yīng)。電荷泵連接到塞環(huán)，并且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件在振鈴操作期間被觸發(fā)時，電荷泵提供電壓偏置以增加塞環(huán)和塞尖節(jié)點之間的電壓差。
另一個塞環(huán)升壓電路包括塞尖節(jié)點和塞環(huán)輸出節(jié)點。第一開關(guān)連接到塞環(huán)節(jié)點并對振鈴操作作出反應(yīng)。電荷泵連接在塞環(huán)節(jié)點和第一開關(guān)之間。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件在振鈴操作期間閉合以將塞環(huán)輸出節(jié)點連接到電荷泵時，電荷泵提供電壓偏置以增加振鈴節(jié)點和塞尖節(jié)點之間的電壓差。第二開關(guān)器件在振鈴操作期間將觸點節(jié)點連接到電荷泵。
再一個塞環(huán)升壓電路包括連接到塞尖節(jié)點的限流器件以對與振鈴操作無關(guān)的信號進行去耦，并且電荷泵連接到塞環(huán)節(jié)點和限流器件。當(dāng)在振鈴操作期間從塞尖節(jié)點接收到觸發(fā)電流時，電荷泵提供電壓偏置以增加塞環(huán)節(jié)點和塞尖節(jié)點之間的電壓差。
附圖簡要說明下面通過結(jié)合附圖更詳細的說明示例性的實施例使本發(fā)明的優(yōu)點、性質(zhì)和各種其它特點更全面地展現(xiàn)，特征在于圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的塞環(huán)升壓電路的示意圖；圖2舉例示出了圖1的電路在振鈴期間塞尖(Tip)和塞環(huán)(Ring)信號的圖形；圖3舉例示出了圖1的電路在振鈴期間塞尖和塞尖信號之間的電壓差的圖形；圖4舉例示出了根據(jù)本發(fā)明在振鈴和非振鈴操作期間經(jīng)過電荷泵的充電電容上的電壓波形圖；圖5舉例示出了圖1的電路在主塞環(huán)處的電壓波形圖；圖6舉例示出了圖1的電路在塞尖和主塞環(huán)之間的電壓差的圖形；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個體實施例的塞環(huán)升壓電路的示意圖，該電路采用由電流鏡控制的MOSFET作為開關(guān)；圖8-10舉例示出了根據(jù)本發(fā)明圖7的電路在振鈴期間三個開關(guān)上的電壓的圖形；圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的塞環(huán)升壓電路的示意圖，該電路采用由數(shù)字邏輯電路使能的電流源控制的MOSFET作為開關(guān)；以及圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的簡化的塞環(huán)升壓電路的示意圖，其中完全去除了開關(guān)。
應(yīng)當(dāng)理解，附圖是用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，而不是表示本發(fā)明的唯一可能的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明的詳細說明本發(fā)明提供一種能使低成本的電話SLIC(用戶線接口電路)，例如，以因特網(wǎng)協(xié)議傳輸聲音(VoIP)的單元，產(chǎn)生具有能夠更精確地模仿電話公司的塞尖振鈴接口工作的直流(DC)偏置的振鈴的系統(tǒng)和方法。VoIP單元最好優(yōu)選地包括電話SLIC(用戶線接口電路)以產(chǎn)生能夠與常規(guī)電話連接的塞尖/塞環(huán)接口。在振鈴期間，電荷泵電路提供加到振鈴信號上的DC偏置。電荷泵由振鈴信號本身供電。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明采用VoIP系統(tǒng)進行說明；但是，本發(fā)明適用于更廣泛，并且可以包括任何需要或使用SLIC以提供電話產(chǎn)品振鈴的電話系統(tǒng)。此外，本發(fā)明可用于能夠模擬用于電話、機頂盒、計算機、衛(wèi)星盒的振鈴信號的任何系統(tǒng)，或任何其它采用振鈴信號的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。
應(yīng)當(dāng)理解，


性地示出了元件的數(shù)值。采用這些數(shù)值是為說明本發(fā)明的實例，而不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，元件的型號及其數(shù)值可以在而不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)進行調(diào)整。
現(xiàn)在參考附圖的具體細節(jié)，其中在各附圖中相同的標(biāo)號表示類似的或相同的元件，并且從圖1開始，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的塞環(huán)升壓電路10。塞環(huán)升壓電路10包括電荷泵電路12，它與開關(guān)14和16相結(jié)合以產(chǎn)生加到振鈴信號上的直流(DC)偏置。電荷泵優(yōu)選由振鈴信號供電。
塞尖和塞環(huán)從電話用戶線接口電路地(SLIC，未示出)輸出。在“掛機(on-hook)”狀態(tài)期間(即，所有連接的電話都掛機)，塞尖電壓通常接近地電位(0V)，塞環(huán)電壓通常為-50VDC。在振鈴期間，塞尖和塞環(huán)電壓為從大約0V到-70VDC反相的20Hz梯形波(或正弦波)。在塞尖和塞環(huán)之間產(chǎn)生的差分信號為140V峰-峰值電壓的梯形波。在“摘機”狀態(tài)(即，一個或多個電話摘機)期間，塞尖電壓通常接近地電位(0V)，塞環(huán)電壓大約為-6VDC。在振鈴期間塞尖和塞環(huán)電壓的波形如圖2所示。
參考圖2，在振鈴之前，塞尖電壓為大約0VDC，塞環(huán)電壓為大約-50VDC。在振鈴期間，塞尖和塞環(huán)電壓均為70V峰-峰的波形。在圖3中，示出了塞尖-塞環(huán)的140V峰-峰值電壓的差分波形。在圖3中，在掛機狀態(tài)期間，為50V的DC電平，但是在振鈴期間DC電平實際上為0VDC。
重新回到圖1，電荷泵12可以采用多種不同的方式來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，一種實現(xiàn)方式包括采用電阻R1、R2、R3，電容C1、C2、C3以及二極管D1和D2。圖1示例性地說明了這些器件的數(shù)值。這些數(shù)值可以調(diào)整，并且可以根據(jù)本發(fā)明采用不同的數(shù)值。在振鈴期間，C3上的電壓通常被充電到大約70V，但是被齊納二極管箝位到例如51V。當(dāng)沒有振鈴時，開關(guān)22和20打開，C3通過R3以例如2.2秒的時間常數(shù)放電。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它的箝位電壓和時間常數(shù)也可以設(shè)計和調(diào)整。C3上的電壓如圖4所示。在振鈴期間充電所能達到的電壓由二極管D3決定。
優(yōu)選地在振鈴期間開關(guān)14和16以將C3上的電壓有效的加到塞環(huán)上的方式工作。當(dāng)沒有振鈴時，第一(或常閉(NC))開關(guān)18閉合，主塞環(huán)(或其它輸出節(jié)點)連接到塞環(huán)。在振鈴期間，開關(guān)18打開，第二(或常開(NO))開關(guān)20閉合。這使C3與塞環(huán)串聯(lián)，從而使RING PRIME的電壓為塞環(huán)加上C3的電壓。同時，由于電荷泵12的工作使C3上的電壓增加到51V。需要第三開關(guān)22在摘機期間防止電荷泵電路12降低雙音多頻撥號音和音頻信號的負載。采用振鈴節(jié)奏控制信號24使開關(guān)14和16的操作與在塞尖和塞環(huán)上的振鈴波形相一致。
應(yīng)當(dāng)防止開關(guān)20和18同時閉合，特別是在振鈴周期結(jié)束時。其原因是如果開關(guān)20和18都閉合，C3將迅速地通過開關(guān)放電。只有開關(guān)本身的電阻將限制電流，電流可能會非常大。該電流可能引起執(zhí)行開關(guān)的器件的損壞，例如在圖7中的MOSFETQ7和Q8。
在圖5中示出了主塞環(huán)處的波形，電壓差TIP-RING PRIME的波形在圖6中示出。
比較圖3和6，在幾百毫秒之后，振鈴的DC偏置電壓從0V增加到50V，并保持到振鈴結(jié)束。DC偏置和AC振鈴幅度的組合足以使即使易出故障電話振鈴，避免了對采用100V或更高的電壓以實現(xiàn)振鈴的強制方法的需要。
參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例。采用N溝道MOSFET，Q6、Q7和Q8分別實現(xiàn)開關(guān)22、20和18，如上述和圖1所示。這些MOSFET分別由采用高電壓PNP晶體管36實現(xiàn)的電流鏡30、32和34控制。在本實施例中，便于說明性的設(shè)計電流鏡30、32和34輸出50微安，它們在MOSFETQ7和Q8上產(chǎn)生3.75V的柵極電壓，在Q6上產(chǎn)生3.1V的柵極電壓。電流鏡30、32和34保持MOSFET的柵-源電壓相對恒定。選擇電阻R9的阻值(例如R11和R13的阻值為62k歐姆而不是75k歐姆)以防止晶體管Q1飽和，這將降低Q6的柵極驅(qū)動。也可以采用其它形式的開關(guān)，例如舌簧繼電器和固態(tài)繼電器。但是，MOSFET提供了節(jié)省成本的方案。事實上，以目前的價格，對于單電話線，電路200的成本少于35美分。在圖7中說明性的示出了元件值。根據(jù)本發(fā)明可以使用其它值以提供有效的功能性。
應(yīng)當(dāng)防止MOSFET開關(guān)Q7和Q8同時導(dǎo)通，特別是在振鈴周期結(jié)束時。在上述的例子中，如果上述情況發(fā)生，C3將通過開關(guān)迅速地放電。只有開關(guān)本身的電阻將限制電流。例如，如果C3充電到50V，每個MOSFET開關(guān)Q7和Q8的導(dǎo)通電阻為6歐姆，如果兩個MOSFET同時導(dǎo)通，流過的電流將達到4.17A。該電流超過了MOSFET Q7和Q8的額定電流，結(jié)果可能導(dǎo)致一個或這兩個器件的損壞?？梢砸杂布蜍浖姆绞綄崿F(xiàn)開關(guān)的延遲動作，來防止這種情況的發(fā)生。具體地，在振鈴轉(zhuǎn)換期間設(shè)置一小段“停滯時間(dead time)”，在此期間兩個器件均關(guān)閉，從而防止這種情況的發(fā)生。在采用舌簧繼電器或固態(tài)繼電器作為開關(guān)16的另一個實施例中，應(yīng)當(dāng)采用“先斷后通”型開關(guān)。
參考圖8、9和10，示出了每個開關(guān)(分別為Q6、Q7和Q8)上的電壓。圖8-10都基于相同的時間尺度。
參考圖11，在另一個實施例中，圖7的電路100通過用電流源代替電流鏡從而去掉了兩個PNP晶體管而得到簡化。
電路300包括含有NAND門304的邏輯電路302。邏輯電路302提供適當(dāng)切換MOSFET Q6、Q7和Q8的開和關(guān)的定時延遲。D4為雙向硅瞬復(fù)二極管，它在雷擊浪涌或其它瞬變過程期間為MOSFET Q8提供保護。D4對于塞環(huán)升壓操作不是必需的元件，但是在本實施例中示例性的示出以作為實際實現(xiàn)的例子。
參考圖12，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個更簡單的實施例，一般表示為電路400。這里開關(guān)及其控制電路被完全去除了。齊納二極管D5和D6在摘機期間防止電荷泵12降低雙音多頻撥號音和音頻信號的負載。這些齊納二極管提供了一個不同的實現(xiàn)圖1中開關(guān)14的功能的方式。RING PRIME現(xiàn)在直接連接到電容C3上。本簡化的實施例的操作和功能與前面所述的相近。主要的不同在于在振鈴周期的結(jié)束時，主塞環(huán)上的電壓沒有如圖5和6所示立即跳轉(zhuǎn)到塞環(huán)上的電壓，而是隨著電容C3通過電阻R3進行放電而逐漸接近塞環(huán)。注意，用齊納二極管D5和D6代替開關(guān)14與取消開關(guān)18和20可以相互獨立的完成。這為本發(fā)明提供了各種可能的組合，所有這些體現(xiàn)了本發(fā)明的精神。
上文已經(jīng)敘述了用于擴展電話SLIC的振鈴范圍的塞環(huán)升壓電路的優(yōu)選實施例(它們是用作說明而不是用作限定)，應(yīng)注意，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上面的說明可以進行修改和變形。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附的權(quán)利要求書劃定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)可以對公開的本發(fā)明的特定實施例進行修改。根據(jù)專利法的要求已經(jīng)詳細地介紹了本發(fā)明，所要求和期望通過專利許可獲得保護的內(nèi)容已列在所附的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種塞環(huán)升壓電路，其特征在于連接到塞環(huán)節(jié)點(RING)并對振鈴操作作出反應(yīng)的第一開關(guān)器件(16)；以及連接到塞環(huán)節(jié)點的電荷泵(12)，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件在振鈴操作期間被觸發(fā)時，電荷泵提供電壓偏置以增加塞環(huán)節(jié)點和塞尖節(jié)點(TIP)之間的電壓差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的塞環(huán)升壓電路，其特征在于振鈴操作由控制信號(24)啟動，以觸發(fā)第一開關(guān)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的塞環(huán)升壓電路，其特征在于第一開關(guān)器件包括在振鈴操作期間閉合的常開開關(guān)(20)和在振鈴操作期間打開的常閉開關(guān)(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的塞環(huán)升壓電路，其特征在于與開關(guān)的連接包括塞環(huán)輸出節(jié)點(RING PRIME)，其特征在于常開開關(guān)在振鈴操作期間將振鈴輸出節(jié)點連接到電荷泵，從而在振鈴操作期間將電荷泵的偏置加到振鈴節(jié)點上的電位上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的塞環(huán)升壓電路，其特征在于在振鈴操作期間以外，常閉開關(guān)將塞環(huán)輸出節(jié)點(RING PRIME)連接到塞環(huán)節(jié)點上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的塞環(huán)升壓電路，其進一步的特征在于第二開關(guān)器件(14)在振鈴操作期間將塞尖節(jié)點連接到電荷泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的塞環(huán)升壓電路，其特征在于電荷泵(12)包括限制偏置的齊納二極管(D3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的塞環(huán)升壓電路，其特征在于電荷泵包括電容(C3)以在振鈴操作期間為塞環(huán)輸出節(jié)點提供電荷。
9.一種塞環(huán)升壓電路，其特征在于塞尖節(jié)點(TIP)和塞環(huán)節(jié)點(RING)；連接到塞環(huán)節(jié)點并對振鈴操作作出反應(yīng)的第一開關(guān)(16)；連接在塞環(huán)節(jié)點和第一開關(guān)之間的電荷泵(12)，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件在振鈴操作期間閉合以將塞環(huán)輸出節(jié)點(RING PRIME)連接到電荷泵時，電荷泵提供電壓偏置以增加塞環(huán)節(jié)點和塞尖節(jié)點之間的電壓差；以及在振鈴操作期間將塞尖節(jié)點連接到電荷泵的第二開關(guān)(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的塞環(huán)升壓電路，其特征在于振鈴操作由控制信號(24)啟動，以閉合第一開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的塞環(huán)升壓電路，其特征在于電荷泵的偏置在振鈴操作期間加到塞環(huán)節(jié)點上的電位上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的塞環(huán)升壓電路，其特征在于第二開關(guān)(14)包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的塞環(huán)升壓電路，其特征在于電荷泵包括限制偏置的齊納二極管(D3)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的塞環(huán)升壓電路，其特征在于電荷泵包括電容(C3)以在振鈴操作期間為塞環(huán)輸出節(jié)點提供電荷。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的塞環(huán)升壓電路，其特征在于第一開關(guān)(16)包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
16.一種塞環(huán)升壓電路，其特征在于連接到塞尖節(jié)點(TIP)的限流器件(D5和/或D6)以對與振鈴操作無關(guān)的信號進行去耦；以及連接到振鈴節(jié)點(RING)和限流器件的電荷泵(12)，當(dāng)在振鈴操作期間從塞尖節(jié)點接收到觸發(fā)電流時，電荷泵提供電壓偏置以增加塞環(huán)節(jié)點和塞尖節(jié)點之間的電壓差。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的塞環(huán)升壓電路，其特征在于限流器件包括一個二極管(D5或D6)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的塞環(huán)升壓電路，其進一步的特征在于開關(guān)器件(16)連接到振鈴節(jié)點并響應(yīng)振鈴操作，以在振鈴操作期間將電荷泵連接到塞環(huán)輸出節(jié)點。
全文摘要
一種塞環(huán)升壓電路(10)，具有連接到塞環(huán)節(jié)點(RING)的第一開關(guān)器件(16)。第一開關(guān)器件(16)對振鈴操作作出反應(yīng)。電荷泵(12)連接到塞環(huán)節(jié)點，并且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)器件在振鈴操作期間被觸發(fā)時，電荷泵(12)提供電壓偏置以增加塞環(huán)節(jié)點和塞尖節(jié)點(TIP)之間的電壓差。
文檔編號H04M19/00GK1413006SQ0215294
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月5日
發(fā)明者B·A·維特曼 申請人:湯姆森許可公司