用于产生第二电压源的具有电荷泵的电压调节器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开总地涉及远程通信，更具体地涉及用于产生供给电压以支持用户线路的电压调节器。
【背景技术】
[0002]在通信系统中，尤其在电话学中，经由双线双向通信信道在用户站与中心交换局之间传输信号是普通做法。线卡通常将用户站与中心交换局相连接。线卡通常包括至少一个用户线接口电路(SLIC)以及用户线音频处理电路(SLAC)。线卡的功能范围从提供通话电池到执行电路的唤醒时序以允许通信发生。
[0003]开发了一些用户线接口电路(SLIC)以在电话中心局中的低电压信号路径与高电压电话用户线之间提供接口。SLIC提供一些功能，诸如摘机检测、振铃信号生成以及向用户线馈送电池。用户线包括电话传输线和用户电话设备，电话传输线包含被称为A与B或尖端与环形的两个导体，用户电话设备耦合在尖端与环形导体上(例如，负载)。响应于接收的电池电压，SLIC将来自电话中心局的电力提供给用户线。向SLIC提供DC电池电压以对SLIC和用户线供电。例如，通常向SLIC提供低负电压源VBL和高负电压源VBH。通常在摘机操作期间使用VBL源以支持呼叫。通常在挂机操作期间使用VBH源以支持振铃。
[0004]产生SLIC输入电压的常规技术包括每信道的电源(用于电压源的独立电源)或共享的多输出电源。尽管可利用相对低成本电感器实现每信道电池电压产生，但每信道需要一个电感器，这增加电源所消耗的总成本和不动产。共享的多输出方法需要具有多个输出尖端的单个较高成本的变压器，以允许产生不同的输出电压。
【附图说明】
[0005]通过参照附图，能更好地理解本公开，而且使本公开的许多特征和优点对本领域技术人员是显然的。
[0006]图1是根据一些实施例的通信系统的框图。
[0007]图2是示出根据一些实施例的图1的系统中的用户线接口电路的电压电平与电源的控制的状态图。
[0008]图3是根据一些实施例的图1的系统中的电压调节器功率级的电路图。
[0009]图4是示出根据一些实施例的图3的功率级的操作的图。
[0010]在不同附图中，相同的附图标记的使用指示相似或完全相同的项。
【具体实施方式】
[0011]图1-4示出产生用于支持用户线的供给电压的示例电路和技术。电压调节器包括用于产生第一供给电压的切换部分和基于该第一供给电压产生第二供给电压的电荷栗部分。可基于接收第一与第二供给电压的用户线接口电路(SLIC)所支持的用户线的操作状态来控制第一与第二供给电压的大小。親合到切换部分和电荷栗部分的输出电容器可被叠加以阻止第二供给电压响应于第一供给电压的稳态电平减小而崩溃。
[0012]图1是通信系统100的简化框图，通信系统100包含用户线音频处理电路105、多个用户线接口电路(SLIC) 110、115和电压调节器120。电压调节器120包括功率级125和控制器130。电压调节器120产生供给电压VBH和VBL以供SLIC 110、115使用来支持用户线TIP/RING线T/RUT/R2上的通信。尽管控制器130被示为单独的实体，但它可集成到另一个单元，诸如SLAC 105。控制器130包括误差放大器135，采用来自功率级125的反馈(“FB”)和来自SLAC的基准电压(“VREF")来控制功率级125。
[0013]本领域技术人员已知SLIC装置110、115和SLAC装置105的一般操作和配置，因而仅提供高级别描述。SLIC 110、115为外围交换用户(FXS)电路提供电接口以便与耦合到TIP/RING线T/R1、T/R2的电话装置通信。SLAC 105提供较高级别功能，诸如音频信号转换与处理、全世界(worldwide)阻抗匹配、呼叫控制信号生成与检测以及电池电压控制。
[0014]针对VBL供给电压，SLAC 105对控制器130配置期望的电压电平VREF ALAC 105可响应于SLIC 110、115的运行状态而使VREF变化。因为VBH是基于VBL产生的，使VREF变化将使VBL和VBH两者变化。在操作期间，当SLIC 110、115处于闲置状态(挂机)时，SLAC 105将VREF的值设定为等同于大约-25V的VBL的值。此VBL设定对应于大约-60V的VBH电平。此VBH值高得足以支持-48V的挂机尖端/环形电压，具有充足的净空(headroom)来传输呼叫者ID信号。如果用户线摘机，其相关联的SLIC 110、115将其电压源从VBH切换到VBL以最小化功耗。当SLIC 110、115之一处于振铃状态时，VBH电压必须更高以支持所需的峰值振铃电压，大约-70到-80Vpk。因此，SLAC 105使VREF增加到相当于大约-35V到-40V的VBL的值，导致VBH增大到大约-80V到-90V。较高值的VBH提供充足的净空来支持干净的正弦振铃波形。其他非振铃线(若闲置)将使用VBH来维持挂机电压。如果非振铃线是活动的，它将使用VBL对摘机用户线提供环路电流。当振铃线不再处于振铃状态时，SLAC 105将VBL调节回到-25V以减小功耗。
[0015]图2是示出根据一些实施例的图1的系统中的SLIC110、115的电压电平与电源的控制的状态图200 ALIC 110、115基于它们的运行状态选择电压源。SLIC 110、115各自可独立于另一个SLIC 110、115的运行状态选择其电压源。如果与SLIC 110、115相关联的用户线挂机，那么SLIC 100、115从VBH源汲取电力，如状态210所示。如果用户线摘机，如转变220所示，那么SLIC 110、115变化到VBL，如状态230所示。当用户线回到挂机时，如转变240所示，SLIC 110、115返回状态210并选择VBH作为其电压源。
[0016]SLAC 105基于SLIC 110、115的运行状态选择VBL的电平。如果没有线在振铃，那么SLAC 105将VBL控制在低设定值(例如，VBL = -25V，VBH = -60V)，如状态250所示。如果一个或多个SLIC 110、115进入振铃状态，如转变260所示，SLAC 105则增大VBL的值以便于VBL达到高设定值(例如，VBL = -35V到-40V、VBH=-70V到-80V)，如状态270所示。当SLIC 110、115都不处于振铃状态时，如转变280所示，SLAC 105使VBL返回到状态250中呈现的低设定。
[0017]图3是根据一些实施例的图1的电压调节器120的功率级125的电路图。功率级125包括用于产生VBL的切换级300和基于VBL产生VBH的电荷栗级350。切换级300包括电子控制开关305(例如，PNP功率晶体管305)，其耦合在输入电压源VSW与能量存储元件310(例如，电感器310)之间。通过图1的控制器130所产生的脉宽调制输出信号PWM_0UT对开关305进行控制。经由晶体管305储存在电感器中的能量通过二极管320转移到输出电容器315，用于在输出端325产生VBL。电荷栗级350包括耦合到切换节点330的升压电容器355，开关节点330被定义在晶体管305与电感器310之间。升压电容器355经由二极管360耦合到输出电容器365，用于在输出端370产生VBH。二极管375耦合在电荷栗节点380与切换节点330之间，电荷栗节点380被定义在升压电容器355与二极管360之间。
[0018]图4是示出根据一些实施例的图3的功率级的操作的图。通常，控制器130基于误差放大器135所提供的反馈信息，设定PWM_0UT信号的占空比以控制VBL的电平。因为开关305在图3中被示为P型器件，当PWM_0UT低时发生接通周期SW_0N，当PWM_0UT高时发生断开周期SW_0FF。切换节点330处的电压由SW信号来表示，且电荷栗节点380处的电压由CP信号来表示。在充电周期期间，由SW_0N来表示，电感器310被充电，如由电感器电流增大来证实。电流以VSW值和电感器310的电感所控制的速率斜变。切换节点330处的电压SW对应于向开关305馈电的电源的电压VSW(例如，12V)。电荷栗节点380处的电压CP标称地对应于VBL减去二极管375的正向二极管压降。在此充电阶段期间，能量积累在电感器310中。二极管320、360是反向偏置的，因此分别防止电流流向输出电容器315、365。由于电压SW是VSW且电压CP是VBL，升压电容器355两端的电压大约为VBL加上VSW(未算上二极管压降)。当电感器310正在充电时，由于二极管360是反向偏置的，二极管375允许升压电容器355被充电到?VBL+VSW。
[0019]当开关305断开时，电感器310的磁场崩溃，且SW电压由于电感器反激(flyback)而翻转极性。储存在电感器310中的电流经由二极管320分配到输出电容器315并且经由升压电容器355和二极管360分配到输出电容器365。二极管375是反向偏置的。在断开周期期间，由于SW电压翻转极性，CP电压也翻转极性，但升压电容器355仍维持?VSW加VBL电荷。当电压SW达到VBL值时，电压CP为VBL+VBL+VSW( 2 x VBL+VSW)。因此，对于低设定，由于VBL = 25且VSW=12V，VBH = -62V。对于高设定，由于VBL = -35且VSW=12V，VBH = -82V。来自电感器310的电流对输出电容器315、365两者充电。二极管375用作开关，在电感器310充电时允许电荷添加到升压电容器355，然后二极管375断开，则允许电荷传递到与VBH相关联的输出电容器365。输出电容器315、365为VBL与VBH电压提供滤波和能量存储。尽管对于每一个电压源VBL、VBH仅示出单个输出电容器315、365，在一些实施例中，可使用RC网络(未示出)提供附加的滤波。
[0020]VBL电压的稳态值是由控制器130在输出端325处采样VBL值以产生FB信号来调节的。在一些实施例中，控制器130采用固定频率的可变脉宽信号，其中SW_0N可配置为控制开关305的接通时间以影响能量存储元件310被充电到什么程度。增加充电时间则增加从VBL传递的电力，减少充电时间则减少从VBL传递的电力。因此，控制器130根据VBL上的负载设定占空比。误差放大器135监测VBL上的电压，控制器130调节PWM_0UT的占空比以维持适当的电压电平。
[0021]为了允许VBH的更好调节，堆叠输出电容器315、365。因此，VBH上的负载将导致能量从输出电容器315、365两者中移除，这将影响VBL值并强迫控制器130进行校正来施加负载。实际上，VBL或VBH上的负载将造成控制器130调节PWM_0Ult^占空比以进行补偿。例如，当VBL的稳态值减小到较低的设定点时，如果VBH有比VBL高的电平负载时，那么输出电容器315、365之间的耦合防止VBH崩溃。输出电容器315、365两者将被VBH上的负载耗尽，直到控制130识别此负载并控制占空比来维持VBL为止。在一些实施例中，输出电容器315、365具有相同的电容值，因而它们以相同的速率放电。
[0022]在一些实施例中，可由一个或多个处理器执行明确储存在计算机可读介质上的一个或多个软件程序来实施上述功能中的至少一些，其中一个或多个软件程序包含指令，当执行该