专利名称：带降噪电路的电话电池供电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及向电话线提供直流电的电路。具体地说，本发明提出了一种技术，可以大大降低由于电池供电电路而引起的噪声。
各种电池供电电路通过塞尖和塞环电话线向用户住宅设备提供直流电。通常，一组直流电池连接在一起，用电话线为用户设备提供直流电源。除了提供直流电外，电池供电电路还适当地将中心站设备发送的音频信号耦合给用户和将用户发送的音频信号耦合到中心站设备。因此，电池供电电路必需考虑到向用户住宅设备提供直流电的需要和在用户住宅设备和中心站设备之间耦合音频信号的需要。
为了为话音信号的发送和接收提供一个安静的背景，希望能尽量降低用户线上的噪声。已经采取了各种措施，如用差分放大器等，使一般干扰信号降低到了最低限度。在美国专利4,007,335、4,476,350和4,612,417中列举了这类技术的一些实例。
虽然在电池供电电路中已经采取了一些改进措施，然而都要在电池上加接一些用大电容和电阻构成的较为昂贵的滤波器来降低由于直流电池而引起的噪声。在采用变压器或电阻进行直流供电的无源电池供电电路中，电池噪声滤波尤为重要，因为并没有其他衰减电池噪声信号的措施。这类噪声可能是由使电池保持足量电荷的装置传给电池的，也可能是感应到连接电池和各电池供电电路的引线上或由于交换设备而引起的。例如，美国交流市电所感应的60赫干扰信号可能就是这类噪声的一个分量。
塞尖线通常通过一个电阻接到电池的正端，这个正端还与地连接。电池的负端通过一个电阻与塞环线连接。因此，由于电池和电池引线而引起的噪声信号并不是用上面引证的专利的电路中所感应的平衡的一般噪声信号。这样，这种有害的不平衡信号在电池供电电路中就仍成为一个问题。
本发明的目的是提供一种可以解决上述有害噪声问题的改进型电池供电电路。
按照本发明的一个实施例，通过对电池负端传送的噪声进行采样，形成一个采样噪声信号，输给一个反相放大器。这个放大器的输出端接到通过一个电阻与电池负端相连的塞环线上。控制放大器对作为输入信号的采样噪声信号的增益，使得出现在塞环线上的经反相放大的信号振幅与原噪声信号基本相等，但相位差180°。因此，这反相信号基本上抵消了电池原来会在塞环线上引起的噪声。
在本发明的另一个实施例中，通过对电池负端引起的交流信号进行采样，形成一个输入信号，加到一个非反相放大器上。这个放大器的输出提供了一个直流地电位，并且通过一个电阻对塞尖线进行驱动。由于出现在电池负端的任何噪声通过一个电阻直接加到塞环线上，而相位与原噪声信号相同的拷贝噪声信号是通过与塞尖线串联的形式加上的，因此这拷贝信号平衡了有害噪声源，禁止噪声电流在塞尖/塞环电路内流动，从而基本上抵消了有害信号的影响。
在本说明的附图中
图1示出了本发明电池供电电路的一个实施例的电路图；以及图2示出了本发明电池供电电路的另一个实施例的电路图。
按照本发明，出现在电话电池供电电路的电池负端的噪声既通过塞尖和塞环电话线发送给用户，也通过可能包括有编码解码器的有关话音设备发送给中心局设备接通的对方。这里所谓的“噪声”是指出现在电池负输出端的有害交流信号。
如图1所示，作为本发明一个实施例的电池供电电路10分别支持塞尖(T)和塞环(R)电话线12和14。电池系统16用来通过塞尖和塞环线为用户住宅设备提供一个直流电源。就理想情况而言，电池系统16应该只是一个表示为具有有限小内阻的直流恒压源的直流电池16A。然而，电池系统16有着用来将电池接到电话设备的引线，而电池也是非理想的，例如有一定内阻。图中也示出了作为电池系统16一部分的与电池16A串联的交流电压源16B。电压源16B表示在接至用户的塞尖和塞环线上产生所不希望的电流的有害噪声，这噪声还将通过中心局设备发送给电话连接的远端。
电池系统16的正端接地18。这端还接到一个与塞尖线12串联的电阻20。电池系统16的负端接到一个与塞环线14串联的电阻22。与电池系统16连接的电阻20和22的另一端分别是对于塞尖和塞环线12和14的连接点24和26。
从编码解码器(未示出)发给用户的音频信号分别由放大器28和30耦合到与塞尖和塞环线相应的位置24和26。这两个放大器构成了一个差动音频信号源，将未反相的信号加到位置24，而将经180°反相的信号加到位置26。用户要发给编码解码器的音频信号在位置24和26由放大器32进行差动接收，放大器32将经放大的音频信号送至编码解码器。基准电压V1近似等于直流电池系统16的电压的二分之一，是一个经过滤波、消除了电池系统16的噪声电压16b的影响的电压。这个基准电压为放大器提供了偏置工作点，建立了要加到塞尖和塞环线上的基准电压。
按照本发明，出现在电池系统16的负电压输出端的交流信号经采样提供了一个输入信号，由电容34和电阻36耦合到交流放大器30的反相输入端。接在放大器30的输出端和反相输入端之间的反馈电阻38与电阻36一起决定了放大器30对采样噪声信号的增益(放大系数)。经放大、反相的噪声信号通过串联电阻40和耦合电容42从放大器30的输出端耦合到塞环线14的位置26。最好，放大器30的增益设置为某个预定值，使得放大器30输出的经放大、反相的信号在点26呈现的幅度等于噪声电压通过电阻22耦合到位置26的幅度。因此，在由于电池系统16引起噪声信号的点26，放大器30提供的反相电压与通过电阻22耦合同相电压基本抵消。可以，大大减小或基本抵消了由于电池系统而引起的噪声电压，如果不按照本发明实施例采取抵消措施的话，这噪声电压就会出现在塞环线14上。
对于熟悉该技术领域的人们来说，显然是可以用在塞环14的位置26处的等效交流阻抗确定放大器30的增益，以便在位置26得到一个幅度与噪声信号相同而相位相反的反相噪声信号，否则，由于所示信号源16B该噪声信号可能会在位置26出现。电阻22和在位置26处的等效阻抗的相对值将决定从噪声源16B得到的噪声电压的幅度。类似，电阻40的值和在位置26处交流阻抗的等效值将决定在设置放大器30的增益时必需考虑的分压比，以便使在位置26出现的反相噪声信号将具有与在位置26处的原噪声信号相同的幅度。对于理想消除而言，应满足V16b*[R40R22+R40-R38R36*R22R22+R40]=0]]>其中，V16b为噪声源16b所产生的噪声电压，而各R分别表示图1中相应标记所标的电阻的阻值。因此，为了抵消噪声，应满足R38R36=R40R22]]>图2示出了本发明所提出的电池供电电路50的另一个实施例。塞尖和塞环线52和54分别为用户提供电话服务。表示成理想直流电池56A与噪声源56B串联的电池系统56用来向塞尖和塞环线提供直流电。电池系统56通过限流平衡电阻68和60以及变压器初级线圈64和62与塞尖和塞环线52和54连接。电池系统56的正端接到大地58。模拟话音信号由变压器初级线圈64和62耦合给塞尖和塞环线52和54，而变压器的次级圈66接到中心局的双线到四线变换桥上。初级线圈62和64对大地58是平衡的。与线圈64串联的电阻68接到位置(节点)70，这是一个虚拟地，对大地58的直流电压为零。
按照本发明的这个实施例，在电池系统56的负输出端上出现的交流信号通过电容72采样、耦合到放大器74的非反相输入端。单位增益放大器74的输出耦合到缓冲放大器76，保证对节点70呈现极低的输出电阻。从放大器76的输出端通过电阻78返回的反锁信号限定了放大器74和76对通过电容72接收的噪声信号的总增益为1。因此，从电池系统56加到电阻60的噪声信号通过放大器74和76也出现在与电阻68连接的节点70。对于大地58而言，这两个交流噪声电压同相等幅，与电阻60和68串联。这样，由于相等的电压加在塞尖和塞环线上，因此就没有相应的噪声电流会通过塞尖和塞环线流到用户回路，从而由于源56B引起的噪声信号既不会感应入在发送方向的线圈66，也不会加到与用户住宅的塞尖和塞环线连接的用户住宅设备。熟悉该技术领域的人显然可以应用叠加原理从抵消角度进行考虑幅度相等、方向相反的噪声电流在塞尖和塞环线各电路元件两端产生的感应电压使得这些元件两端的净电压均为零。因此，按照本发明这个基本实施例可以大大降低和基本消除原本存在的、会对用户和双线四线混合电路产生有害信号的噪声。
背对背连接的二极管80和82一般不导通，因为加压这两个二极管两端的正常电压小于使之导通的电压。这两个二极管提供了诸如在电源突变、静电放电或雷电感应时的过压保护。与二极管80和82并联的电阻84提供了节点70对大地58的高阻基准点。在节点70，放大器76的输出对通过线圈64接到塞尖线52的电阻68进行直流和交流驱动。
显然，熟悉本技术领域的人们可以根据本发明的这些实施例在本发明的精神指导下构成其他一些实现方式。例如，所例示的电路可以全部或大部集成在一个集成电路中，而这个集成电路还可以包括与电话系统有关的其他一些电路。虽然在图1所示实施例中用放大器30进行噪声消除和音频信号放大，比较优越，然而也可以用独立的放大器分别完成这两个独立的功能。可以相信，通过将在例示的实施例中所述的各模拟信号表示成相应的数字信号，本发明对消除发送数据和数字格式的语音信号的数字系统中的有害信号也是有用的。在一些情况下，可能希望塞尖和塞环线反过来，使得塞环线接到大地。图2中的缓冲放大器76可以用单个晶体管实现，也可以与放大器74集成在一起，或者可以省去，如果放大器74具有足够小的输出电阻和足够强的电流驱动能力的话。
以上结合附图对本发明的实施例作了说明，而本发明的专利保护范围由下列权利要求具体限定。
权利要求
1.一种使诸如由于为具有塞尖和塞环线的电话线提供直流电的电池而引起的噪声之类的有害交流信号降至最小的电路，其特征是所述电路包括一个放大所述交流信号的放大器，该放大器有一个接到塞环线上的输出端和一个接到所述电池的一个输出端上的输入端；一个控制所述放大器的增益的控制装置，使将所述放大器根据加在其输入端上的有害交流信号产生具有预定幅度、相位与有害交流信号相差180°的经放大的信号；以及一个处在塞环线的一个位置上、对所述经放大的信号和有害交流信号进行求和的装置，经放大的信号在所述位置的幅度基本等于有害交流信号在所述位置的幅度，从而基本抵消了塞环线上的有害交流信号。
2.按权利要求1所提出的电路，其特征是所述电路还包括一个与所述放大器输入端连接的输入电路，该输入电路载有要发给塞环线的音频信号。
3.按权利要求2所提出的电路，其特征是所述电路还包括一个确定所述放大器对所述音频信号的增益的确定装置，所述控制装置和所述确定装置分别使对有害交流信号的增益和对音频信号的增益可独立地预先得到确定。
4.按权利要求3所提出的电路，其特征是其中所述控制装置包括一个将有害交流信号耦合到所述输入端的第一电阻，该电阻的阻值影响所述放大器对有害交流信号的增益，而所述确定装置包括一个将音频信号耦合到所述输入端的第二电阻，该电阻的阻值影响所述放大器对音频信号的增益。
5.一种使诸如由于为具有塞尖和塞环线的电话线提供直流电的电池而引起的噪声之类的有害交流信号降至最小的方法，其特征是所述方法包括下列各个步骤将在所述电池的一个输出端上出现的有害交流信号耦合到一个放大器的一个输入端；控制所述放大器的增益，使得耦合到输入端的有害交流信号变换成具有预定幅度、相位与有害交流信号基本相差180°的经放大的信号；以及在塞环线的一个位置上对所述放大的信号和有害交流信号进行求和，经放大的信号在所述位置的幅度基本等于有害交流信号在所述位置的幅度，从而基本抵消了塞环线上的有害交流信号。
6.按权利要求5所提出的方法，其特征是所述方法还包括将音频信号耦合到一个与所述放大器输入端连接的输入电路的步骤。
7.按权利要求6所提出的方法，其特征是所述方法还包括确定所述放大器对所述音频信号的增益的步骤，所述控制步骤和所述确定步骤分别使对有害交流信号的增益和对音频信号的增益可独立地预先得到确定。
8.按权利要求7所提出的方法，其特征是其中所述控制步骤包括用一个第一电阻将有害交流信号耦合到所述输入端，该电阻的阻值影响所述放大器对有害交流信号的增益，而所述确定步骤包括用一个第二电阻将音频信号耦合到所述输入端，该电阻的阻值影响所述放大器对音频信号的增益。
9.一种使诸如由于为具有塞尖和塞环线的电话线提供直流电的电池而引起的噪声之类的有害交流信号降至最小的电路，其特征是所述电路包括一个放大装置，用来将一个直流源从它的输出端加到塞环线上，所述放大装置为塞尖线提供一个虚拟地；以及一个将在所述电池的一个输出端出现的有害交流信号耦合到所述放大装置的一个输入端的耦合装置，所述放大装置的交流增益近似为1，而所述放大装置输出端交流信号与输入端交流信号基本同相，所述放大装置将有害交流信号的一个拷贝信号与塞尖线串联插入，该拷贝信号的幅度基本等于有害交流信号的幅度，而其极性保证拷贝信号在塞尖和塞环线上所感应的电流与有害交流信号在塞尖和塞环线上所感应的电流方向相反，从而基本抵消了有害交流信号在塞尖和塞环线上所产生的电流。
10.按权利要求9所提出的电路，其特征是所述电路还包括与塞尖和塞环线串联的收发装置，用来接收来自用户的话音信号和向用户发送话音信号，使有害交流信号基本被抵消而不致叠加到所述话音信号上。
11.一种使诸如由于为具有塞尖和塞环线的电话线提供直流电的电池而引起的噪声之类的有害交流信号降至最小的方法，其特征是所述方法包括下列各步将一个直流源从一个放大器的输出端加到塞尖线上，该放大器为塞尖线提供了一个虚拟地；以及将在所述电池的一个输出端出现的有害交流信号耦合到所述放大器的一个输入端，所述放大器的交流增益近似为1，而所述放大器输出端交流信号与输入端交流信号基本同相，所述放大器将有害交流信号的一个拷贝信号与塞尖线串联插入，该拷贝信号的幅度基本等于有害交流信号的幅度，而其极性保证使拷贝信号在塞尖和塞环线上所感应的电流与有害交流信号在塞尖和塞环线上所感应的电流方向相反，从而基本抵消了有害交流信号在塞尖和塞环线上所感应的电流。
12.按权利要求11所提出的方法，其特征是所述方法还包括接收来自用户的话音信号和向用户发送话音信号，使有害交流信号基本被抵消而不致叠加到所述话音信号上。
13.一种使与具有塞尖和塞环线的电话信道有关的诸如噪声之类的有害信号降至最小的电路，其特征是所述电路包括一个采样装置，用来对有害信号进行采样；一个与所述采样装置连接的产生装置，用来根据有害信号产生一个抵消信号，所产生的这个抵消信号预定幅度与有害信号幅度相关倍数，相位与有害信号相位基本相差180°；以及一个与所述产生装置连接的求和装置，用来在塞尖和塞环线中的一根线的一个位置上将所述抵消信号与有害信号相加，抵消信号在所述位置的幅度基本等于有害信号在所述位置的幅度，从而基本抵消了这根线上的有害信号。
14.一种使与具有塞尖和塞环线的电话信道有关的诸如噪声之类的有害信号降至最小的方法，其特征是所述方法包括下列各个步骤对有害信号进行采样；根据有害信号产生一个抵消信号，所产生的这个抵消信号的预定幅度与有害信号幅度相关，相位与有害信号相位基本相差180°；以及在塞尖和塞环线中的一根线的一个位置上将所述抵消信号与有害信号求和，抵消信号在所述位置的幅度基本等于有害信号在所述位置的幅度，从而基本抵消了这根线上的有害信号。
15.一种使与具有塞尖和塞环线的电话信道有关的诸如噪声之类的有害信号降至最小的电路，其特征是所述电路包括一个采样装置，用来对塞尖和塞环线中的一根线上的有害信号进行采样；一个与所述采样装置连接的产生装置，用来根据有害信号产生一个拷贝信号，所产生的这个拷贝信号幅度与有害信号幅度相同，相位与有害信号相位基本同相；以及一个与所述产生装置连接的插入装置，用来将所述拷贝信号插接到塞尖和塞环线中的另一根线上，所述拷贝信号的幅度基本等于有害信号的幅度，而所述拷贝信号的相位保证使所述拷贝信号所感应的电流与有害信号所感应的电流方向相反，从而基本抵消了所述电话信道上的有害信号。
16.一种使与具有塞尖和塞环线的电话信道有关的诸如噪声之类的有害信号降至最小的方法，其特征是所述方法包括下列各个步骤对塞尖和塞环线中的一根线上的有害信号进行采样；根据有害信号产生一个拷贝信号，所产生的这个拷贝信号的幅度与有害信号幅度相同，相位与有害信号相位基本同相；以及将所述拷贝信号插接到塞尖和塞环线中的另一根线上，所述拷贝信号的幅度基本等于有害信号的幅度，而所述拷贝信号的相位使所述拷贝信号所感应的电流与有害信号所感应的电流方向相反，从而基本上抵消了所述电话信道上的有害信号。
全文摘要
本发明提出了使由于电话电池供电电路中的电池而引起的有害噪声信号降至最小的技术。在一个实施例中，通过将噪声电压放大、反相后反锁到塞环线上，从而基本上抵消了原来会出现在该处的原噪声电压。在另一个实施例中，按加到塞环线的噪声电压形成一个拷贝信号，串接到塞尖线上，提供对大地的等幅、同相关系，从而有效地抵消了原来会从原噪声源流出的噪声电流。
文档编号H04M19/00GK1132433SQ9511736
公开日1996年10月2日 申请日期1995年9月25日 优先权日1994年9月28日
发明者伊恩·安德鲁·肖尔 申请人:美国电报电话公司