专利名称:改进的三继电器总局干线接口的制作方法
1.本发明的范围本发明涉及电话系统所用的接口电路，更具体地说，本发明涉及在专用自动支线交换台(PABX)或总局(C.O.)与双线干线用户电路之间所用的干线接口电路。
2.关于先有技术的说明在电话网络中，干线用来在各种电话交换装置之间提供链路。例如，在一个PABX与一个总局之间使用双线干线的情况下，就要应用一个PABX干线接口电路和一个总局干线接口电路来为干线提供终端。在双线干线中，一条线称为塞尖引线，另一条线称为振铃引线。
干线接口电路包括信号电路-用来执行包括摘机、振铃引线接地和拨号在内的输出信令和接收包括振铃、塞尖引线接地和正、反向环路电流在内的输入信令;传输电路-用来传出和传入音频信号，即传载人们声音的电路和隔离电路-用来使PABX与总局在电气上隔离。
许多现有的系统为了实现每种功能都应用了各种各自独立的继电器和检波器。这种设计是昂贵的，因为每种功能都要配合各自的检波器电路。这样，振铃检测、塞尖引线接地检测、正向电流检测和反向电流检测都要配备检波电路。为了发出振铃引线接地信号、摘机信号和拨号信号还要配备继电器。
在本发明人第4，361，732号美国专利中，有一种改进的接口电路，它用继电器切换检波器的办法使检波器电路的个数减少到两个。
接口电路的费用反映了每条线路的费用，于是，接口电路价格的任何增加，对用户来说还要乘以该用户所用的线路数，而这些额外的检波器和与之有关的电路的费用将变成用户的一笔可观的开支。另外，应用两个检波器识别环路电流方向的系统给出两个必须处理的输出信号，从而进一步增加了先有技术系统中每一用户线的费用。
本发明应用一个单一的检波器检测振铃信号、塞尖引线接地、正向环路电流和反向环路电流是否存在。检测这些变化当中的干线状态的能力是应用继电器切换和偏置控制技术来达到的。
检测功能是应用一个比较器来完成的，该比较器将输入信号Vi与一个等于+VR或-VR的基准偏置电压Vb进行比较，如果Vi和Vb的代数和大于0伏(V)，比较器输出一个代表逻辑1的电压，若上述代数和小于0伏，比较器输出一个代表逻辑0的电压。
在本发明的一个实施系统中，应用一个单一的检波器检测正、反向环路电流的步骤如下环路电流流过识别环路电流的电阻性网络，在其两端产生输入电压信号。从而该输入电压信号的极性就取决于电流的方向。加到比较器上的偏置电压由一单独控制的电压源Vc提供。输入电压和偏置电压通过一个电阻性分压网络加到比较器上。为了检测环路电流，偏置电压在+VR与-VR之间切换。识别环路电流的电阻性网络和电压分压电阻性网络是这样设计的，要使识别环路电流的电阻性网络两端产生的输入电压的输入状态在幅度上比基准电压Vb的绝对值大。通过在各偏置点对比较器的输出信号取样，就可以得到以两个截然不同的阈值为基准的输出信号的抽样。再将比较器输出信号Vo(代表逻辑0或1)与基准电压Vb的极性进行比较，就可以确定输入电压的极性状态，于是环路电流的方向也就可以确定。
振铃信号的检测是应用检测正、反向环路电流或电池状态的同一检波器进行检测的，检测的步骤如下振铃信号是挂机状态下，加在塞尖引线和振铃引线上的20赫兹(H2)交流电压。该电压通过电容耦合到识别振铃信号的电阻性网络，以便产生一个振铃信号输入电压状态。设计识别振铃信号的电阻性网络和电阻性分压网络要使振铃信号的输入电压状态具有一个比加到比较器上的偏置电压状态大的峰值。当电话在挂机状态下，比较器的偏置电压Vb为正，输入的振铃信号负峰值电压将超过偏置电压Vb，从而在比较器输出电压Vo，此时Vo是一系列逻辑0的脉冲。当对Vo取样时，参考偏置电压的极性状态，就能检测出这些脉冲。
塞尖引线接地信号也是应用检测其它输入信号的同一检波器进行检测的。识别塞尖引线接地的电阻性网络通过继电器接点连接在干线的塞尖引线一侧与-48V端子之间。比较器被偏置使流经识别塞尖引线接地的电阻性网络的电流对地产生电压Vi，Vi具有比Vb大的幅度和与Vb相反的极性因此改变了Vo的状态，以此表示塞尖引线接地信号的存在。
包括环路闭合、振铃引线接地和拨号在内的输出信令的检测也是应用构成检测输入信令的系统的那些继电器来完成的。
图1是本发明的方框图。
图2是应用三个继电器的一个具体实施方案的电路图。
图3A是运算放大器的比较器原理图。
图3B和3C是用以说明该运算放大器比较器的输出与输入的函数关系图。
图4是一套用以说明运算放大器比较器在振铃信号检测模式下输入电压和输出电压的波形图。
图5A和5B是用以说明运算放大器比较器在环路电流检测模式下输入电压和输出电压的波形图。
图6A是用以说明检测信号的一种典型线路部件结构的原理图。
图6B是利用本发明原理绘出的一种电路部件结构图。
本发明是一种将一个PABX连接到一个总局干线的接口电路。
现在参见图1，图1绘出了一条干线用户线路和一个电话装置之间的接口电路系统方框图。图中一条干线用户线路10包括塞尖引线12和振铃引线14。为了简化本发明的以下说明，下面只涉及总局干线用户线路与一个PABX之间的一个接口。然而，应该看到这种接口可以用于一条双线干线线路和在一个电话装置之间。该总局用户线路10把各PABX连至总局。总局包括交换设备、信号设备和为电话机的工作提供直流电流的电池。隔离变压器16为局部环路上的公用模式信号提供隔离。平衡网络18和编码-译码器(codec)滤波器20是电子电话机的标准部件，这里不再叙述。用户线路连到检波器22以便识别包括振铃、塞尖引线接地和正、反向环路电流在内的输入信令。该线路与检波器22的交连由继电器24控制。许多继电器构成一个系统，该系统可以接收输入信令，也可以执行包括环路闭合、振铃引线接地和拨号在内的输出信令。检波器22的输出信号由脉冲识别轴件26进行处理。脉冲识别硬件26分析检波器的输出信号，以便确定在该总局用户线路10上是存在振铃信号、塞尖引线接地信号、正向环路电流，还是存在反向环路电流。外部控制器27为继电器提供控制信号。脉冲识别硬件26和外部控制器27可以由一台单一的处理机来实现。
在一个实施例中，检波器22包括一个带偏置控制电路的单一的运算放大器和一个继电器控制的阻/容性网络，以便应用这个单一的运算放大器来识别振铃、塞尖引线接地和正、反向环路电流。
图2是描述本发明的最佳实施方案的电路图。图2中的电路包括继电器K1、K2、K3，来构成执行包括环路闭合、振铃引线接地和拨号在内的输出信令的电路和构成接收包括振铃、塞尖引线接地和正、反电池状态在内的输入信令的电路，还包括控制电压终端，它提供控制电压Vc用以控制比较器输入端的偏置电压Vb。控制电压Vc的电平被置于高电平状态或低电平状态。有选择地将继电器K1、K2、K3带电来闭合常开接点，打开常闭接点。该系统假定有各种状态，这些状态称为空闲(IDLE)、忙音测试(BUSY TEST)、振铃引线接地(RING GND)、占用测试(SEIZE TEST)、摘机(OFF HOOK)和拨号(DIALING)-这些状态取决于哪个继电器带电和Vc的电平。表1列出系统处于各状态下电路的组合，表中“1”表示带电的继电器，“0”表示不带电的继电器。
表1输出驱动 输入识别状态 K1 K2 K3 Vc＝高电平 Vc＝低电平空闲 0 0 0 振铃 -忙音测试 0 1 0 塞尖引线接地 -
振铃引线接地 1 1 0 塞尖引线接地 -占用测试 1 1 1 正向环路电流 反向环路电流摘机 0 1 1 正向环路电流 反向环路电流拨号 0 0 1 - -下面是各种状态的简介(详述见图3A-3C的说明)空闲在空闲状态下，干线接口对总局呈现为环路起始的干线，所有继电器都不带电，线路10的塞尖引线12和振铃引线14通过C1和C2交流耦合到检测电路上。
忙音测试该状态用于检测是否存在塞尖存在塞尖引线接地，K2带电，比较器检测塞尖引线接地。
振铃引线接地该状态通过K1给线路10的振铃引线一侧14提供“地”，并通过K2识别塞尖引线接地。
占用测试通过塞尖引线12和振铃引线14都接地来检测干线，该状态用来检查不正确的干线的接地。
摘机该状态K2、K3带电，可以检测正、反向环路电流，此状态用来作为干线的正常通话状态。
拨号在摘机状态下，通过K2瞬间不带电来执行拨号，在K2不带电时，不进行信号检测。
依照予定的协议，控制各继电器有选择地带电的输入控制信号是由外部控制器27提供的。控制器27可以是检测信号装置的同一装置，也可以是一台单独的处理机。该信号源不是本发明的组或部分。
为了更好理解本发明，有必要参见图3A、3B和3C，现对比较器的工作原理做个简述。在图3A中，Vi表示在R3、R4或R5两端所产生的输入电压。在图2电路中的A点现在按逻辑关系用加法器38表示。偏置电压Vb和输入电压Vi在加法器里做代数求和运算，相加后的电压加到比较器36的输入端。Vo为比较器36对给定的偏置电压和输入电压响应的输出信号。当Vi和Vb的代数和大于OV时，比较器产生一个代表逻辑1的输出电压，当Vi和Vb的代数和小于OV时，比较器产生一个代表逻辑0的输出电压。应该理解本发明并不取决于任一具体结构的比较器电路;以下说明只注意到便于理解本发明;可以用来完成本发明的幅度检测功能的各种比较器电路将不受任何限制。
现在参见图3B，该图示出当偏置电压等于+VR时输出信号Vo与输入信号Vi和偏置电压Vb的函数关系图。注意，对于正的输入电压，比较器的输出信号Vo代表逻辑1，可是当输入电压Vi超过VR的幅度，且极性与偏置电压相反时，则输出信号变为代表逻辑0的数值。于是一个极性与Vb相反，幅度比Vb大的输入信号可以通过Vo的逻辑状态与基准电压极性的对比而得到检测。类似地，图3C示出Vb等于-VR时比较器的输出电压。注意，对于负的输入电压Vo代表逻辑0，可是当Vi与Vb的极性相反、幅度比VR大时，输出信号Vo变成逻辑1。于是当偏置电压等于-VR时，可以检测出极性与Vb相反、幅度比Vb大的输入信号。
返回来再看图2，该电路包括识别振铃的电阻性网络、识别塞尖引线接地的电阻性网络和识别环路电流的电阻性网络，这些电路分别由R3、R4、R5所组成。这些电阻通过隔离变压器T1的初级绕组经电容器C1、C2交流耦合到塞尖引线12和振铃引线14上。塞尖引线12和振铃引线14也可以通过有选择地将几个继电器带电而直接耦合到该电路上。在可选择的电阻性网络两端所产生的输入电压Vi通过由电阻R8、R10和接地电阻R13以及R9、R11和接地电阻R12和电容C5组成的电阻分压网络直接加到运算放大器36的输入端。偏置电压Vb由控制电压Vc和电阻R14来提供。-48V端通过并联电阻R6、R7连至该电路。
在最佳实施方案中采用了一个MC 1458型运算放大器，图2所示的电路各元件的参数如下R1 620欧姆 R10 402千欧姆R2 620欧姆 R11 402千欧姆R3 2.7千欧姆 R12 20.5千欧姆R4 5.1千欧姆 R13 20千欧姆R5 200欧姆 R14 887千欧姆R6 36千欧姆 C1 0.68微法拉R7 36千欧姆 C2 0.68微法拉R8 100千欧姆 C3 0.47微法拉R9 100千欧姆现在说明图2所示的、检测各种输入状态的电路工作过程。在空闲状态期间检测振铃信号。在此状态下，继电器K1、K2、K3都不带电。该运算放大器36的负输入端有一个小的负电压，这个电压由-48伏端经过由R7、R5、R8和与R8串联的R10及接地电阻R13组成的分压器加上来。其正输入端经过一个由R6、R9、与R9串联的R11、接地电阻R12和接到Vc的电阻R14所组成的分压器被偏置到Vb＝+VR。因为R14连至Vc，且R6＝R7、R8＝R9、R10＝R11、R12＝R13，所以Vi＝0、Vb大于0，Vo为逻辑1。总局的振铃信号将以20赫兹的正弦波形式出现在线路的振铃引线一侧上，此时塞尖引线一侧接地。来自振铃引线一侧14上的振铃电流通过T1、C2、R2、R3、K2、R1、C1和T1流到线路10的塞尖引线一侧12上。在R3两端的交流电压可以经由作为暂态滤波器的R8、R9和C3在运算放大器的比较器36上检测。输入的振铃信号在运算放大器比较器36的输出Vo以一系列逻辑0的脉冲出现的。Vo的脉冲是定时的和计数的，以便对脉冲识别硬件中可接受的振铃频率和幅度加以控制。偏置电阻R14为振铃脉冲提供一个最低的检测阈值。检测的振铃信号绘于图4中。
塞尖引线接地信号是在该系统处于忙音测试状态下，K2带电，K1和K3不带电，并且Vo为高电平时被检测的。如果线路的塞尖引线开路，并且K2带电，则线路的塞尖引线一侧经过R5+R7和R4+R6的并联电路被拉到-48伏上。在此状态下，R4两端都是-48伏，如果这时Vc为高电平，则Vo是逻辑1。如果塞尖引线接地，则电流流过上述这些电阻，从而在R4两端产生一个电压。这个电压通过R8和R9被检测。R8与R4连接是处的电压将此R9与R4连接是处的电压更负，由此提供一个负输入电压Vi。当流过R4的电流具有足够大的幅度时，来自Vc和R14的偏置电压被压过去，Vo将是逻辑0。
图5A和5B显示出利用一个单一的运算放大器比较器电路既检测正向环路电流，也检测反向环路电流的技巧。参见图5A，偏置电压经过R14和Vc引到运算放大器36。如同上述参考图3A到图3C所描述的那样，这个偏置电压，建立起运算放大器比较器的触发电压。如图所示，控制电压Vc的电平在+5V和-5V之间切换。这就引起在比较器输入端上的偏置电压Vb在+0.012V和-0.012V之间切换。从而，如图5A所示，输入端的偏置电压是以予定周期的方波40的形式出现。
现在转到正向环路电流的检测，当电路处于摘机状态时，继电器K2和K3带电，K1不带电。总局线路10处于正向电池状态，即塞尖引线相对于振铃引线是正的。从塞尖引线12经过T1、K2、R5、K3、T1流到振铃引线14的电流，在R5两端产生一个输入电压Vi。这个压降通过电阻分压网络加到运算放大器比较器36的输入端，在该输入端呈现负的输入电压Vi。选择R5大小的使输入电压信号的幅度比偏置电压Vb大。
在图5A中，偏置电压Vb在t1时刻等于+VR，在t2时刻等于-VR。在t1时刻，因为Vi的数值比Vb大，Vi的极性与Vb相反，所以输出电压等于逻辑0。于是，若在t1时刻对这种输出状态取样，并且发现它是逻辑0，这就说明Vi是与Vb的极性相反，则正向环路电流流经由R5所组成的识别环路电流的电阻性网络络。在t2时刻，偏置电压是负的，既使此时无正向环路电流流动，其输出也是逻辑0。因此，只有在t1时刻和偏置电压为正的其它时刻才可以由比较器的输出电压检测正向环路电流。
类似地，在图5B中，如果反向环路电流流经R5，比较器输出信号Vo的状态在t2时刻将是1，这就说明反向环路电流在此环路中流动。
于是，通过切换偏置电压的极性和对输出电压取样，来确定其状态和在取样时刻将此输出电压的状态与偏置电压的极性相对比就可以毫不含糊地检测正向和反向环路电流的存在。
现在将叙述执行输出信令的电路工作过程。在摘机状态下，在图5的说明中和检测正向或反向环路电流的解释中所论述的那样，因为带电的K2为塞尖引线和振铃引线之间提供直流通过，所以发生环路闭合。
在振铃接地状态下，K1带电，使振铃引线14接地。注意，K2也带电，以使得总局知道干线由于塞尖引线接地而被占有这件事，是按上述塞尖引线接地检测的办法而被检测到的。
拨号是在摘机状态下通将K2瞬间不带电来执行的。
图1中的脉冲识别电路26包括一台微处理机，此微处理机根据正在进行检测的是振铃信号、塞尖引线接地，还是正、反向环路电流用程序来控制Vc的电平，此电路26用来对比较器22的输出信号取样，用来将比较器的输出状态与偏置电压的极性状态进行对比和用来指示振铃信号、塞尖引线接地或正、反向环路电流的存在。此脉冲识别电路的实现采用本技术领域：
内众所周知的标准电路技术，同时它并不是本发明的一部分。
图6A和6B说明了本发明的一个重要的优点。图6A绘出了一个典型的8个信道的电路部件，它要求16个脉冲处理机的输入端，以便在每条总局线路上应用两个检波器，检测接口来的信令。图6B绘出了采用本发明的一个系统。该系统带有一个输出选通脉冲端，用以切换对所有8个信道都公用的Vc，因而本系统只要求8个输入端。
为了实施本发明，能完成参考图2和图6所作的说明的电路功能的其它电路都可以被采用。例如，任何能够以两个或多个不同的阈值工作的比较器电路都可以替代上述比较器。因此本发明的范围和广度由所附的权利要求
加以明确。
权利要求
1.一个用以将一条包含一对塞尖--振铃引线的干线用户线电路与一个电话装置连接起来的接口系统，包括至多一个单一的检波器，用来检测输入到上述电话装置的一组输入信号(其中包括振铃信号、塞尖引线接地、正向环路电流和反向环路电流)中选出的一个输入信号。
2.在本发明的权利要求
1中所说的单一的检波器，包括一个用以产生输入电压状态的装置;一个用以产生予定的幅度、极性和持续时间的偏置电压的装置;一个比较器，用来产生一个输出信号，去指示其极性与上述偏置电压相反，其幅度比上述偏置电压大的输入电压状态是否存在;一个电阻性分压网络，用来确定上述输入电压状态和上述偏置电压状态到上述比较器的通路。
3.在本发明的权利要求
2中所提到的输入电压状态产生装置包括一个识别振铃信号的电阻性网络，用来提供振铃信号输入电压状态;和一个识别环路电流的电阻性网络，用来提供环路电流输入电压状态;和一个识别塞尖引线接地的电阻性网络，用来提供塞尖引线接地输入电压状态。
4.本发明的权利要求
3还包括用来将上述干线用户线路容性耦合到上述识别振铃信号的电阻性网络，以便检测上述振铃信号的第一装置;用来将上述塞尖引线直接耦合到识别塞尖引线接地的电阻性网络的第二装置;用来将上述干线用户线路直接耦合到上述识别环路电流的电阻性网络，以便检测正、反向环路电流的第三装置;用来在上述第一容性耦合部件和上述第二和第三直接耦合装置之间选择切换的装置。
5.本发明的权利要求
4还包括一个脉冲识别装置，用来对上述比较器的输出信号取样，以便确定在上述干线用户线路中是存在上述振铃信号、塞尖引线接地、正向环路电流，还是存在反向环路电流。
6.在本发明的权利要求
5中所提到的脉冲识别装置包括一个用来依照予定的时间顺序切换上述偏置电压状态的极性的装置;一个用来在t1和t2时刻对上述比较器的输出电压取样的装置，这里，在t1时偏置电压状态为第一极性状态，在t2时为第二极性状态;一个用来将取样的比较器输出与第一和第二偏置电压的极性状态进行对比，以便确定该输入电压状态是与上述第一偏置电压的极性状态相反，还是与第二偏置电压的极性状态相反的装置。
7.在本发明的权利要求
6中所提到的选择切换装置包括许多继电器，使之有选择地带电，来构成可以执行输出信令和接收来自干线用户线路的输入信令的系统。
8.在本发明的权利要求
7中所提到的许多继电器包括继电器K1、K2和K3，其中当K1、K2和K3都不带电时，上述接口呈现空闲状态，用以检测上述振铃信号;当K2带电而K1和K3不带电时，上述接口呈现忙音测试状态，用以识别塞尖引线接地。当K1和K2带电而K3不带电时，上述接口呈现振铃接地状态;用以将振铃接地信号送到干线用户线路并检测塞尖引线接地。当K2和K3带电而K1不带电时，上述接口呈现摘机状态，用以将环路闭合信号传给上述干线用户线路，并检测正向或反向的环路电流。
9.当上述接口呈现上述的空闲，忙音测试和振铃接地状态时，本发明的权利要求
8中所提到的偏置电压的极性是处于第一极性状态;当上述系统是呈现摘机状态，以便检测正向环路电流和当上述接口呈现摘机状态，检测反向环路电流时，本发明权利要求
8中所说的偏置电压极性是处于第二极性状态。
10.本发明的权利要求
6、7、8或9中提到的上述脉冲识别装置包括一个微处理机，用来提供选通脉冲，来控制上述偏置电压极性状态的切换和每一个极性状态的持续时间;用来对上述比较器的输出信号取样，用来分析上述取样的比较器输出信号，以便确定在上述总局或专用自动支线交换台线路中是存在振铃信号、塞尖引线接地，正向环路电流存在，还是反向环路电流存在。
11.在本发明的权利要求
10中上述继电器有选择的带电是由上述微处理机来控制的。
12.一个将双线干线用户线路与电话装置连接起来的接口，包括许多组成接口的继电器来执行输出信令和接收包括振铃、塞尖引线接地、正向电池状态和反向电池状态在内的输入信令;一个提供表明接收到输入信号的输入电压信号的装置;至多一个比较器来检测上述输入信号状态;一个提供偏置电压极性状态的装置;一个切换上述偏置电压极性状态的极性装置;一个将上述输入电压信号和上述偏置电压极性状态直接加到上述比较器的输入端的装置。
专利摘要
一个带有单一检波器来检测包括振铃、塞尖引线接地、正向环路电流和反向环路电流在内的输入信令的接口系统。该系统使用了许多继电器和偏置控制来执行输出信令，并构成这个利用单一检波器来检测各种输入信令状态的系统。
文档编号H04Q3/42GK86100092SQ86100092
公开日1986年9月24日 申请日期1986年1月14日
发明者萨穆尔·F·伍德 申请人:D·A·V·I·D·系统公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan