专利名称：电子阻抗供电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有为包括第一和第二导线在内的电信线路供电的供电电路的电信系统，供电电路包括具有第一晶体管的第一电子阻抗电路和具有第二晶体管的第二电子阻抗电路，电子阻抗电路分别连接在第一电压参考端和第一导线之间，第二电压参考端和第二导线之间。这种系统可以是经双绞线与数个用户装置相连的专用自动分支交换机，其中装置可以是模拟装置，也可以是数字装置，分支交换机可以与公用交换电话网或任何其它的适用系统相连，而用户装置必须通过电信线路供电。
本发明还进一步涉及自动分支交换机、线路插板、为电信线路供电的供电电路和电信用户装置。
上述类型的电信系统可以从由同一申请人提交的比利时专利No.1007208A3得知。该比利时专利申请公开了包括供电电路的电信系统，其中供电电路通过双绞线电信线路向可以连接电信用户装置，例如电话机或传真设备或数据终端，的线路另一端供电。电信装置由经供电电路注入到双绞线的DC电压供电。已知的供电电路采用线电压控制，这样DC线电流决定于用户装置的供电需求。用此方法，与采用电流控制和不同的电信电路长度时不同，供电电路有会不必要的耗散了功率。在后一种情况下，供电电路将根据最大线路长度进行设计，当线路长度较短时，就会浪费功率。为了向电信线路注入DC功率，同时防止信号功率由导线反馈回DC电源，已知的电路采用对称地配置在导线和各个DC功率供电线路之间的电子阻抗。电子阻抗模拟大线圈。这是因为在现代分支交换机中，或类似设备中，应当尽量避免使用大线圈。这种线圈即昂贵又笨重，使得安装很不方便。电子阻抗包括FET(场效应晶体管)，其控制电极通过串联配置的电阻器、电容器以及FET源极引线内的电阻器的结点与DC供电端子和导线相连。由于电阻器和电容器的串联配置，FET的栅电压只能缓慢地变化，使得FET源电阻器上的电压基本上保持恒定。FET漏极上的AC电压按照与FET的增益成反比的系数减小。结果，电子阻抗的特性类似于集总单元线圈，等效阻抗值等于FET的源极电阻值与FET增益因子的乘积，DC电阻值实际上等于源极电阻值。串联配置的电阻器优选地具有较高的阻值，该电阻器与模拟的线圈并联。为了使FET产生最佳的动态工作范围，并且为了避免信号畸变和强调制干扰信号的解调，例如来自功率强大的AM广播发射机的信号，在FET的控制电极和DC供电端子或导线之间提供了串联配置的二极管-电阻对。尽管该电子阻抗电路在线电流相对较低的情况下可以令人满意地工作，但是当需要相对较高的线电流时，就会产生问题。当采用包括为内部电路和外部设备供电的开关功率电源的多功能电信用户装置时，就需要相对较高的DC线电流，例如在200mA量级。在线路的另一端，线电压应当相对较低。当采用需要恒定功率的开关功率电源时，如果线电压减小，线电流就增加。此外，在分支交换机这一侧，线电压的典型值为-48伏特，但是在馈电线路断路的情况下，当开始使用蓄能电路时，该线电压可能会下降到-42伏特。在上述条件下，重要的是要保证替换集总单元线圈的电路上的电压下降尽可能地小。已知的电路包括连接在源极电极和导线或DC供电端子之间的电阻器。该电阻器应当足够地大，以便使电路阻抗尽可能地大，同时还应足够地小，以保证不会产生过大的电压降。当需要相对较大的线电流时，在获得满意的系统操作的前提下，这种折衷是难于实现的。
法国专利申请No.2254168公开了用于电信线路的、包括达林顿晶体管对而不是FET的供电电路。连接成电子阻抗形式的达林顿晶体管对具有与单一FET不同的电学特性，它具有较大的放大因子。这种达林顿结构可以用于切换相对较高的电流，但是对于线性应用或者以相对较高的频率，例如40-200kHz，在线路上输入数字数据的情况下，达林顿晶体管对的性能不是很好。这是因为达林顿晶体管是电流-电流的放大器，其主电流能够在向达林顿晶体管施加控制电流之后迅速地建立起来，而在当其被关断时，该主电流下降得很慢，即，达林顿晶体管开启速度很快(高增益)，而关断速度很慢。由于较高的闭环增益，达林顿晶体管对很不稳定，即电流容易发生振荡或产生称为低频寄生振荡(motorboating)的现象。
本发明的一个目的是提供一种上述类型的、对于较高的DC线电流具有较好特性的电信系统。
为了这一目的，根据本发明的电信系统的特征是供电电路包括具有第三晶体管的第一电子阻抗倍增电路和具有第四晶体管的第二电子阻抗倍增电路，第一晶体管的主电流通路与在第一参考电压端和第一导线之间的第三晶体管的主电流通路串联，第二晶体管的主电流通路与在第二参考电压端和第二导线之间的第四晶体管的主电流通路串联。以这种方式，阻抗倍增是可控制的，即至少可以处于两个独立的状态，同时倍增电子阻抗上的DC电压降相对较低。AC阻抗可以通过连接两个以上的、共阴共栅结构的电子阻抗倍增电路而增加。
在根据本发明的的电信系统的实施方案中，供电电路包括至少一个反向偏置的二极管或串联起来的反向偏置二极管，以及分别连接在电子阻抗电路或电子阻抗倍增电路中的至少一个晶体管的控制极与一个参考电压端子或一条导线之间的电阻器。以这种方式，可以有效地抑制AM调制干扰信号，例如否则可以听到的强无线电信道的信号。晶体管的偏置电压可以较小。如果二极管检测到AM干扰信号，晶体管的信号控制摆幅将动态地增大。
在根据本发明的电信系统的另一个实施方案中，第一或第二晶体管的主电极通过串联配置的至少一个正向偏置二极管和电阻器，分别连接在第一电压参考端和/或第二导线。以这种方式，倍增电子阻抗的DC电压摆幅至少下降了一个正向偏置二极管的管压降，由此减少了功率损耗。
在根据本发明的电信系统的另一个实施方案中，第三和/或第四晶体管的主电极分别连接到第一电压参考端和/或第二导线，其中第三和/或第四晶体管的控制电极通过串联配置的第一晶体管、第一正向偏置二极管和第二正向偏置二极管连接到主电极，第一电阻器和第一二极管的结点通过第二电阻器连接到第三电压参考端。这样，可以显著地降低倍增电子阻抗的DC电压摆幅，进而减少了功率损耗。由此，可以使用较小的晶体管，相应地散热器可以很小或者根本不用散热器。
在根据本发明的电信系统的另一个实施方案中，第一电子阻抗电路和/或第二电子阻抗电路包括将第一和/或第二晶体管的主电极之间的电压控制在预定电压值的控制环路。这样，对于确定的主电极通路电阻值，电子阻抗电路中的晶体管主电极间的DC电压可以控制在实现正常操作所必需的最小可能值，这样该晶体管可以较小。通过采用控制环路而不是采用前一实施方案中的补偿方法，可以在所有的操作环境下将DC电压控制在相同的低电压和/或控制在FET的栅-源电压的容许范围内。
下面将参照附图，以举例的方式，对本发明进行描述，其中
图1简要地示例了根据本发明的电信系统。
图2示例了根据本发明的电信用户装置的框图。
图3示例了根据本发明、在为电信线路供电的供电电路中使用的电子阻抗电路的实施方案。
图4示例了根据本发明的电子阻抗电路的另一个实施方案。
图5示例了根据本发明的电子阻抗电路的另一个实施方案。
图6示例了根据本发明的电子阻抗电路的另一个实施方案，和图7示例了在根据本发明的的供电电路中至少两个电子阻抗倍增电路的共阴共栅配置。
在全部的图形中，相同的参考数字表示相同的部件。
图1简略地示例了根据本发明的电信系统1，包括可以与公共交换电信网络3相连的自动分支交换机2。自动分支交换机2包括数个线路插板，图中示出了一个线路插板4。通常，线路插板包括数个为电信线路供电的供电电路。供电电路5示例为向通常的包括第一导线a和第二导线b的双绞线的电信线路6提供DC功率。供电电路5向线路6注入DC功率，有用信号，例如声音和/或数字信号通过变换器7注入到线路6。DC隔断电容器8用于防止DC供电电压通过变换器7短路。供电电路具有产生处于第一参考电压端9和第二参考电压端10之间的线电压，通常为-48伏特，的电压生成装置(未示出细节)。供电电路5包括模拟集总单元线圈的第一电子阻抗电路11和第二电子阻抗电路12，即电子阻抗对于通过电信线路6发射和接收的信号具有较高的阻抗，以避免信号不流入DC供电线路，电子阻抗对于DC信号具有较低的阻抗，这样尽可能地减小DC功率损耗。供电电路5的结构可以确保对电信线路6的DC电压进行控制。因此，线电流可以由通过端子a’和b’与电信线路6的另一端相连的电信用户装置13所需的电流来确定，进而，线路6上的功率损耗将尽可能地小。线路插板6包括其它的供电电路，简要地由其它的变换器14、15和虚线表示。
图2示例了根据本发明的电信用户装置13的框图，包括通过DC阻断电容器21与电信线路6的端子a’和b’相连的变换器20。通过变换器20，到达和离开电信线路6的信号通过用户装置13中的其它电路和装置22以众知的方式进行交换。用户装置13还包括将来自电信线路的DC功率供应给其它电路和装置22的供电电路23。供电电路23包括由二极管24、25、26以及27组成的二极管桥路和模拟集总单元线圈的电子阻抗电路28和29。电子阻抗电路28和29的一端分别与端子a’和b’相连，而另一端与二极管桥路相连。尽管为了保证不会听到电信线路上的共模干扰信号，优选地是电子阻抗电路28和29同时存在，但是在特定的环境下，可以将其中的一个电子阻抗电路短路。
图3示例了根据本发明、在为电信线路6供电的供电电路5中使用的电子阻抗电路11的实施方案。电子阻抗电路12、28和29在结构上是类似的。电子阻抗电路11包括在其主电流路径上装有电阻器33的晶体管32。电阻器34连接在电子阻抗电路11的端子35和晶体管32的控制电极之间，电容器36连接在晶体管32的控制电极和电子阻抗电路11的端子37之间。电子阻抗电路11还包括晶体管38，其主电流路径与晶体管32的主电流路径串联，其控制电极与串联配置的电阻器40和电容器41的结点39相连。根据本发明，第一电子阻抗电路31由晶体管38、电阻器33和40、以及电容器41构成，电子阻抗倍增电路由晶体管32、电阻器34和电容器36构成。如果电子阻抗电路11只包括基本的电子阻抗电路31，那么电阻器33的阻值应当高得使电路的AC阻抗足够地高，同时其阻值又应当低得使电子阻抗11上的DC电压降不过高，即需要对其阻值的选择进行折衷。特别是对于较高的线电流，即在200mA的量级，这种折衷是很难实现的。在结点39的相对端，电阻器40连接到结点42，电容器41连接到端子37。为了保证电子阻抗11的正常工作，应当向结点42提供给定的参考电压。在给定的实施方案中，馈给结点42的电压比端子35处的电压低一个正向偏置二极管的管压降。这可以通过在端子35和结点42之间连接一个正向偏置的二极管43而实现，该二极管由电阻器44提供偏置电流。结点42还可以与晶体管32和38的主通路和晶体管32和38之间的结点相连。通过以可控的方式使用阻抗倍增，电子阻抗电路11中的功率损耗与基本电子阻抗电路31相比可以显著地降低，且不会发生使用达林顿晶体管对时出现的不稳定现象。电阻器33的阻值应大大的低于基本电子阻抗中的阻值。选择晶体管32和38组成的控制电路中的元件的值，使晶体管32的主电极上的电压摆幅足以保证其动态特性，并且使得晶体管38的主电极上的电压摆幅尽可能地低，基本上没有信号出现在晶体管38的主电极上。与电阻器33的阻值为40欧姆、晶体管的DC电压摆幅为2伏特、电流为200毫安的基本电子阻抗中的典型功率损耗2W相比，根据本发明的电路中的功率损耗将显著地降低。产生这种降低的一个因素是电阻器33的阻值可以选得很小，通常为1欧姆量级。根据该实施方案，对于200毫安的电流，功率损耗可降低到0.3W至0.8W之间。此外，电子阻抗电路11可以包括串联配置的反向偏置二极管和电阻器，以便更好地抑制共模调幅干扰信号。在特定的实施方案中，串联配置的二极管45和电阻器46以及串联配置的二极管47和电阻器48分别通过电阻器40和34连接起来。晶体管32和38可以是双极晶体管或场效应晶体管。在同时使用场效应晶体管和双极晶体管的情况下，晶体管32优选地是场效应晶体管。
图4示例了根据本发明的电子阻抗电路11的另一个实施方案，结点42与电阻器50的结点49相连，该电阻器的另一个结点与结点35相连，结点42还与由至少一个正向偏置的二极管51构成的串联结构相连，该结构的另一端与晶体管32和38的主电极结点相连。图中所示的还包括一个二极管52。与结点42直接与该主电极结点相连的实施方案相比，如果使用硅二极管，晶体管38的主电极上的电压一般会降低1.2V。
图5示例了根据本发明的电子阻抗电路11的另一个实施方案。在该实施方案中，结点42是两个正向偏置的二极管55和56之间的结点，二极管56的另一端与端子35相连，二极管55的另一端通过电阻器58与参考端子57相连。端子57上的参考电平比端子35上的参考端子高。如果晶体管32和38是场效应晶体管，例如栅-源电压均为2伏特，在特定的实施方案中，这种相对较大的栅-源电压可以得到部分地补偿。电阻器34和40具有较大的阻值，这样，如果端子35处于地电平，晶体管32的栅极电压为1.2伏特，晶体管38的栅极电压为0.6伏特。在给定的例子中，假设电阻器33的阻值为1欧姆、电流为200mA，与基本电子阻抗电路相比较，耗散功率一般由2W降为0.3W。
图6示例了根据本发明的电子阻抗电路11的另一个实施方案。该实施方案与上述实施方案的不同之处在于实施方案中所使用的、用于调节晶体管38的主电极电压的补偿方法。在给定的实施方案中，可以采用闭环控制实现这种调节，不管参数如何变化，它可以给出精确的、预期的电压调节。电子阻抗电路包括通过控制电路60来控制电压的控制回路。控制电路60包括第一双极型控制晶体管61，其发射极通过电阻器62与晶体管38的源极相连，其基极通过电阻器63与晶体管38的漏极相连。晶体管61的集电极与第二控制晶体管64的基极相连。晶体管64的集电极通过电阻器65与晶体管38的源极以及结点42相连。晶体管64的发射极通过电阻器67与结点66相连。晶体管64的基极通过电阻器68与结点66相连。这样，可以控制场效应晶体管使其主电极上的电压较低，这样，因为耗散功率很小，该晶体管可以很小。工作过程如下。如果晶体管38的漏-源电压高于晶体管61的基极-发射极电压，对于硅晶体管该电压为0.6伏特，则晶体管61导通。然后，流过晶体管61的电流使晶体管64导通。由于晶体管64的集电极与结点42相连，控制环路是闭环的。这样，场效应晶体管的漏-源电压可以控制在等于晶体管的基极-发射极电压与一个大约为零点几伏特的、较小的电压之和的电压值上，这个较小的电压值决定于环路增益。为了稳定，环路增益相对较低。通过将电阻器69连接在晶体管61的基极和晶体管38的源极之间，可以增大漏-源电压，即0.6伏特加上一个等于0.6伏特乘以电阻器63的阻值与电阻器69的阻值之比的部分电压。可以采用分压器(未示出细节)来代替电阻器63和69，分压器连接在晶体管38的漏极和源极之间，其滑动触点与晶体管61的基极相连。这样，可以很容易地将晶体管的漏-源电压调节到0.6伏特与更高电压值之间的任何所需的电压值。
图7示例了在电子阻抗电路11中的、根据本发明的供电电路内部的、至少两个电子阻抗倍增电路75和76构成的共阴共栅结构。倍增电路75和76的结构类似于上述的电路结构。这样，可以在保证电路稳定的前提下，大大地提高AC阻抗。这是因为环路增益均未超过单级增益，同时阻抗倍增因子随倍增级数的增加而增加。
权利要求
1.一种电信系统，包括为具有第一和第二导线的电信线路供电的供电电路，其中供电电路包括具有第一晶体管的第一电子阻抗电路和具有第二晶体管的第二电子阻抗电路，电子阻抗电路分别连接在第一参考电压端和第一导线之间以及连接在第二参考电压端和第二导线之间，其特征是供电电路包括具有第三晶体管的第一电子阻抗倍增电路和具有第四晶体管的第二电子阻抗倍增电路，第一晶体管的主电流通路与在第一参考电压端和第一导线之间的第三晶体管的主电流通路串联，第二晶体管的主电流通路与在第二参考电压端和第二导线之间的第四晶体管的主电流通路串联。
2.根据权利要求1的电信系统，其中供电电路包括至少一个具有与第一电子阻抗倍增电路成共阴共栅配置的晶体管的第三电子阻抗倍增电路和至少一个具有与第二电子阻抗倍增电路成共阴共栅配置的晶体管的第四电子阻抗倍增电路。
3.根据权利要求1或2的电信系统，其中供电电路包括至少一个反向偏置二极管或反向偏置二极管的串联配置，以及分别连接到电子阻抗电路或电子阻抗倍增电路中的至少一个晶体管的控制电极和一个电压参考端或一条导线的电阻器。
4.根据权利要求1、2或3的电信系统，其中第一和/或第二晶体管的主电极分别通过串联配置的至少一个正向偏置二极管和电阻器连接到第一电压参考端和/或第二导线。
5.根据权利要求1、2或3的电信系统，其中第三和/或第四晶体管的主电极分别连接到第一电压参考端和/或第二导线，其中第三和/或第四晶体管的控制电极通过串联配置的第一电阻器、第一正向偏置二极管和第二正向偏置二极管连接到主电极，第一电阻器和第一二极管的结点通过第二电阻器连接到第三电压参考端。
6.根据权利要求1、2或3的电信系统，其中第一电子阻抗电路和/或第二电子阻抗电路包括将第一和/或第二晶体管的主电极之间的电压控制在预定电压值的控制环路。
7.根据权利要求6的电信系统，其中控制环路包括第一控制晶体管，其第一主电极连接到电子阻抗电路中的一个晶体管的主电极，其控制电极连接到上述电子阻抗电路中的晶体管的其它主电极，其第二主电极连接到第二控制晶体管的控制电极，其中第二控制晶体管的一个主电极连接到上述电子阻抗电路中的晶体管的一个主电极和电子电路中的晶体管的控制电极，第二控制晶体管的另一个主电极连接到第四电压参考端。
8.根据权利要求1或2的电信系统，包括与电信线路相连的电信用户装置，用户装置包括向电信用户装置的内部电路供电的电源，其中用户装置包括至少一个具有晶体管的电子阻抗电路，电子阻抗电路连接在一条导线和两个功率供电端子中的一个之间，其中用户装置还包括至少一个具有晶体管的电子阻抗倍增电路，晶体管的主电流通路串联在至少一条导线和至少一个功率供电端子之间。
9.根据权利要求3的电信系统，其中电信用户装置包括如权利要求3所声明的、相对于功率源和导线对称配置的电子阻抗电路和电子阻抗倍增电路。
10.一种自动分支交换机，包括为具有第一和第二导线的电信线路供电的供电电路，供电电路包括具有第一晶体管的第一电子阻抗电路和具有第二晶体管的第二电子阻抗电路，电子阻抗电路分别连接在第一电压参考端和用于连接第一导线的第一导线端子之间，以及第二电压参考端和用于连接第二导线的第二导线端子之间，其特征是供电电路包括具有第三晶体管的第一电子阻抗倍增电路和具有第四晶体管的第二电子阻抗倍增电路，第一晶体管的主电流通路在第一参考电压端和第一导线端子之间的和第三晶体管的主电流通路串联，第二晶体管的主电流通路和在第二参考电压端和第二导线端子之间的第四晶体管的主电流通路串联。
11.一种自动分支交换机的线路插板，包括权利要求5声明的供电电路。
12.一种为具有第一和第二导线的电信线路供电的供电电路，该供电电路包括具有第一晶体管的第一电子阻抗电路和具有第二晶体管的第二电子阻抗电路，电子阻抗电路分别连接在第一电压参考端和用于连接第一导线的第一导线端子之间，以及第二电压参考端和用于连接第二导线的第二导线端子之间，其特征是供电电路包括具有第三晶体管的第一电子阻抗倍增电路和具有第四晶体管的第二电子阻抗倍增电路，第一晶体管的主电流通路和在第一参考电压端和第一导线端子之间的第三晶体管的主电流通路串联，第二晶体管的主电流通路和在第二参考电压端和第二导线端子之间的第四晶体管的主电流通路串联。
13.一种与具有第一和第二导线的电信线路相连的电信用户装置，该用户装置包括为电信用户装置的内部电路供电的电源，其中用户装置包括至少一个具有晶体管的电子阻抗电路，电子阻抗电路连接在一条导线和两个功率供应端子中的一个之间，其中用户装置还包括至少一个具有晶体管的电子阻抗倍增电路，该晶体管的主电流通路串联在至少一条导线和至少一个功率供应端子之间。
全文摘要
已知的电信系统包括为电信线路供电的供电电路,其中电信线路包括模拟集总单元线圈的电子阻抗。这些线圈用于防止AC信号馈入DC功率供电端子。供电电路向电信线路供应DC电流,以便为线路另一端的电信用户装置供电。已知的电路不适于当供给多功能用户装置时相对大的DC线电流。这里提出的供电电路应当适合于通过不同长度的电信线路向需要大量供电功率的电信用户装置供电。供电电路包括具有晶体管的电子阻抗,该晶体管的主电流通路与阻抗倍增电路晶体管的主电流通路串联。优选的是,电子阻抗电路的主电极之间的电压由闭环控制装置控制。
文档编号H04Q3/42GK1200218SQ97191182
公开日1998年11月25日 申请日期1997年7月17日 优先权日1996年9月3日
发明者G·拉德马克 申请人:菲利浦电子有限公司