专利名称：用于给双线线路供电的阻抗匹配供电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于给双线线路供电的阻抗匹配供电电路，更具体地涉及一种多通道供电电路，用于给通信网络中的用户设备供电。
背景技术：
典型的电话网络通常由双线线路配置，该双线线路用于给连接的终端供电和传送信号。为了操作用户端上的网络终端，甚至比较新的ISDN系统也需要在交换端提供电力。提供给双线线路的供电电压通常是100伏，该电压和相应的电流由交换机提供。
当供电时，对于最大电流和形成双线线路的两条线的对称性有特殊的要求。为了满足所有的技术要求，相关的供电电路必须限制注入相应用户回路的电流。
典型用于供电的电路如图3中所示。
图3示出了根据现有技术的用于给双线用户线路TL供电的电路结构IPC。此时，双线线路TL的第一线路接点OUT1’通过第一电阻R1接地GND。第二双线线路接点OUT2’通过晶体管T1的可控路径D-S以及通过第二电阻R4连接到供电电压电位VBAT。晶体管T1具有源极、漏极、本体(bulk)和栅极接点G、S、B、D，该漏极接点D与第二双线线路接点OUT2’连接，本体和源极接点B、S与第二电阻R4连接。设备还包括运算放大器(OP1)，其具有两个输入端E1、E2和输出端A。输出端A连接到晶体管T1的栅极接点G。设定电位VR1提供给第一输入端E1，第二输入端E2连接到晶体管T1的源极接点S和第二电阻R4之间的电路节点K上。
通常，第一和第二电阻R1、R4，晶体管T1和运算放大器OP1一体化形成，实际的双线线路TL通过各电阻R2、R3连接到供电电路IPC。在ISDN应用系统中，注入用户回路TL的电流强度必须被限制到大约50mA。在根据现有技术的电路IPC的情况中，通过将控制电压施加给晶体管的栅极接点G来控制晶体管T1的沟道电阻，这是有效的。在此，所述的控制电压由运算放大器OP1提供，该放大器在线路节点K接收晶体管T1可控路径D-S间的压降作为输入信号，并且将其与设定电位VR1作比较。
在电话线路网络的情况下，具体地，对于当前电流的对称性附加有特殊要求。例如，接地GND和用户线路的第一线路接点OUT1之间的阻抗等于用户线路的第二线路接点OUT2和第二供电电压电位VBAT之间的阻抗，是必需的。
在电话网络中，第二供电电压电位通常是-100伏。在ISDN中，连接各双线线路的两个阻抗必须尽可能精确地等于28Ω的绝对值。在此，根据系统需求，公差不得大于0.4Ω。在根据现有技术的电路中，具体地如果因为沟道电阻的温度依赖性和制造公差阻止了在可控路径的相对高的电阻值中所需的精密对称性，晶体管T1的沟道电阻而仅约为1Ω，则仅能够得到相应阻抗的对称性。
由于在本例子中仅1Ω的低电阻是必要的，所以根据现有技术的电路装置占用了非常大的芯片面积。具有低电阻的晶体管T1的比较大的尺寸还导致栅极和漏极或源极之间的高电容。因此，电流被限制得相对缓慢。因此，为了获得阻抗对称性所需的公差，根据现有技术的这样的基本电路的缺点具体在于缓慢的限流动作和在面积方面的高额费用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于给双线线路供电的供电电路，该供电电路必需在面积和电路方面的费用低，并且关于形成双线线路的各线路具有尽可能对称的阻抗。
根据本发明，该目的通过用于给具有专利权利要求1特征的双线线路供电的阻抗匹配供电电路来实现。
因此，提供一种用于给双线线路供电的阻抗匹配供电电路，所述供电电路具有a)电阻，其连接在第一供电电压电位和双线线路的第一双线线路接点之间；b)限流设备，其连接在双线线路的第二双线线路接点和第二供电电压电位之间，并且基于可变的设定电位提供具有限制电流的双线线路；c)该可变的设定电位由阻抗匹配设备基于参考电位和限流设备两端下降的电压而提供，该阻抗匹配设备连接在第二双线线路接点和第二供电电压电位之间；以及
d)限流设备和阻抗匹配设备的阻抗(其连接到第二双线线路接点)，实质上与电阻的阻抗相同。
本发明供电电路的基本观点是给具有可变设定电位的限流设备供电，该可变设定电位由阻抗匹配设备提供。因为其同样地连接在第二双线线路接点和第二供电电压电位之间，所以该阻抗匹配设备以这样的方式综合连接的阻抗，即其对应于连接在第一供电电压电位和第一双线线路接点之间的电阻。具体地，这种匹配或者综合阻抗使得实际的限流设备被设计地更小成为可能，因此与现有技术相比，在实现中就面积来说，减少了费用。
在本发明供电电路的一优选实施例中，所述限流设备具有第一晶体管，其具有可控路径和栅极接点，该可控路径通过第一电阻连接在第二双线线路接点和第二供电电压电位之间；以及该限流设备具有第一差动放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端。在此，该第一输入端连接到设定电位，第二输入端连接到第一晶体管的可控路径和第一电阻之间的第一线路节点。该输出端连接到第一晶体管的栅极接点。
在此优选实施例中，限流设备实质上对应于根据现有技术所知的功能元件。然而，本发明的阻抗匹配设备具体地使第一晶体管被设计为比现有技术供电电路中的小很多并且具有更高的电阻成为可能。这使得降低了对整个电路的空间要求。
在供电电路的另一优选实施例中，阻抗匹配设备具有第二晶体管，其具有可控路径和栅极接点，该可控路径连接到第二电阻和第三电阻之间的第二线路节点，其中第二电阻连接到第二双线线路接点，第三电阻连接到第二供电电压电位。该阻抗匹配设备还具有第二差动放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，该第一输入端连接到第二线路节点，该第二输入端连接到参考电位，输出端连接到第二晶体管的栅极接点。在此，设定电位能够在第二线路节点处分接。
在本发明的阻抗匹配设备中的这些附加元件以简单的方式提供了在第二双线线路接点和第二供电电压电位之间的综合阻抗。在该阻抗匹配设备中，晶体管、电阻和差动放大器的本发明的连接提供了特别可靠的综合阻抗，其与第一电阻对称。
在优选的实施例中，晶体管是常断IGFET晶体管的形式。
在本发明供电电路的一优选扩展例中，供电电路完全地集成在芯片上。在此，特别是在集成在半导体芯片上的情况中，表现出本发明的供电电路的优点，因为形成较高值的晶体管沟道电阻的能力使得能够在芯片上很紧凑的设计，这对于面积来说是有利的。
该双线线路优选地是电话线路。电阻可以优选地以这样的方式进行设计，即连接到第一和第二双线线路接点的阻抗分别为28欧姆。第一晶体管优选地具有至少5欧姆的沟道电阻。如果电阻和晶体管的沟道电阻以这样的方式来选择，即流过双线线路或用户回路的电流至多是50mA，第一和第二供电电压电位之间的电压是100伏，这将是特别有利的。电阻、阻抗电压和最大电流的这种选择实质上符合对ISDN供电电路的要求。
最后，供电电路通过相应得分立耦合电阻(discrete coupling-in resistor)连接到各双线线路接点。
在本发明的另一优选展开例中，提供一种具有多个本发明的阻抗匹配供电电路的多通道供电电路，该供电电路并联连接，用于将限制电流提供给多个双线线路。
那么，对于多通道供电电路特别有利的是完全地集成在芯片上，并且特别适合于在ISDN网络中操作。具体地，晶体管的低费用的优点特别在用于大量用户线路的集成供电电路IC中得到实现。
本发明进一步的有利得改进由从属权利要求和下面根据附图的各实施例的说明来体现，其中图1示出了发明的供电电路的实施例；图2示出了发明的多通二道供电电路的实施例；图3示出了根据现有技术的供电电路。
在附图中，除非特别说明，否则相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施例方式
图1示了发明的用于给双线线路供电的阻抗匹配供电电路。
阻抗匹配供电电路11具有第一双线线路接点OUT1’和第二双线线路接点OUT2’。在此考虑下，在实施例中该第一双线线路接点OUT1’通过第一电阻1连接到接地的第一供电电压电位GND。第一双线线路接点OUT1’通过第一分立耦合电阻2连接到双线线路TL的线路OUT1，第二双线线路接点OUT2’通过第二分立耦合电阻3连接到双线线路TL的线路OUT2。
提供限流设备19，其连接在第二双线线路接点OUT2’和第二供电电压电位VBAT(在这种情况下，其被设计为-100伏的电池电压)之间，并且提供第一晶体管7的可控路径D-S和第一电阻4。在此是MOSFET形式的第一晶体管7例如具有栅极接点G、漏极接点D、本体接点B和源极接点S。
限流设备19还具有第一运算放大器9，其具有第一输入端11、第二输入端12和输出端13。输出端13连接到第一晶体管7的栅极接点G。施加给第一线路节点15(其位于第一晶体管7的可控路径DS和第一电阻4之间)的电压下降并且被引入到第一运算放大器9的第二输入端12。施加给第二线路节点14的设定电位VR1连接到第一运算放大器9的第一输入端11。
在第二线路节点14处的该可变设定电位VR1由阻抗匹配设备20提供。该阻抗匹配设备20具有第二电阻5和第三电阻6，它们串联在第二双线线路接点OUT2’和第二供电电压电位VBAT之间。线路节点14位于第二和第三电阻5、6之间。在阻抗匹配设备20中，第二晶体管8的可控路径D-S连接在第二线路节点14和第二供电电压电位VBAT之间。该第二晶体管8具有栅极接点G、漏极接点D、本体接点B和源极接点S。
还提供第二运算放大器10，其具有第一输入端16、第二输入端17和输出端18。第二运算放大器10的输出端18连接到第二晶体管8的栅极接点G。第二运算放大器10的第一输入端16连接到第二线路节点14，并且参考电位VREF被引入到第二运算放大器10的第二输入端17。
在本发明的供电电路11中，第一晶体管7以这样的方式由反馈电阻5、6驱动，即并非在第二接点OUT2’和第二供电电压电位VBAT之间的可控路径D-S的呈现得沟道电阻，而是综合阻抗Rs＝(R5/R6)R4，Ri分别表示电阻i＝4、5、6的电阻值。
当集成本发明的供电电路11时，相同类型的电阻优选地用于第一电阻1和第一电阻4；这些例如是多晶硅电阻形式。能够获得的并且在GND和OUT1’或OUT2’之间以及VBAT和OUT2’或OUT2之间的供电电流中所需的对称性，取决于电阻R5/R6和R1/R4的平衡。对于连接阻抗的这种对称，分立的外部形成的电阻2、3不是决定性的。
当本发明的供电电路11被用于给ISDN双线线路供电时，电阻值Ri的一些合适的实例值在额定以下，i＝1、4、5、6。R5/R6＝2的比率和典型的R4＝4Ω导致8Ω的综合阻抗Rs。因此，在双线线路TL的OUT1、OUT2的两个接点处，在这两个接点处集成电阻和外部分立电阻的比例是恒定的，R1＝R4+Rs＝R4(1+R5/R6)也是匹配的。为了在宽的温度范围内实现这些条件，并且为了保持第一晶体管7、8制造公差的影响是可以接受的，第一晶体管7的可控路径的额定沟道电阻或电阻必须仅约为5Ω。与现有技术相比，第一晶体管7仅占有先前所需面积的五分之一。因此，用于给双线线路供电的整个电路装置11的面积实际能够减半。
除了阻抗匹配，本发明的供电电路11利用第二晶体管8和第二运算放大器10，限制通过用户回路TL的电压或电流。第二晶体管8和第二运算放大器10将第一运算放大器9的第一(正)输入端11的电压限制为第二运算放大器10第二(负)输入端17的参考电位VREF的值。因此，通过第一晶体管7可控路径的最大电流被限制为值Imax＝VREF/R4。
与现有技术相比，因为第一晶体管7的门-源极电容由于其面积小而非常小，所以用户回路TL的电流限制响应得非常快。如果用户回路中的负载电阻很快地出现故障或者在极端情况下如果短路，第一晶体管7因此被保护而不被热损坏。
作为根据本发明所计算的综合阻抗Rs的结果，第一晶体管7的制造公差能够因此以改进的方式被控制，晶体管能够被设计得更小，并且一方面能够因此在面积方面以更有利的方式集成，另一方面对电流限制具有更快的响应动作。
图2示出了本发明的扩展。
描述了多通道供电电路21，所述电路具有多个本发明的阻抗匹配供电电路11-1、...、11-4，它们中的每个都提供有第一供电电压电位GND，第二供电电压电位VBAT和参考电位VREF。该多通道供电电路21被完全集成并且具有用于与双线线路TL1-TLA连接的接点OUT-1、OUT-2、OUT-3、OUT-4。电话用户线路TL1-TL4通过两相应得分立外部电阻2-1、...、2-4、3-1、...、3-4连接到这些接点OUT-1、...、OUT-4。
因为多个本发明的阻抗匹配供电电路11-1、...、11-4被用于本发明的多通道供电电路21中，在集成以形成多通道供电电路期间各供电电路的小空间需求(与现有技术相比)是特别明显的。具有集成电路的这样的模块尤其适合用于给ISDN电话线路供电的交换中心。
虽然已经参考具体实施例解释了本发明，但是并不限制于此而是能够进行种种修改。因此，例如为了使用用于双线电话线路、ISDN线路或其他通信网络的供电电路，能够根据需要选择额定电压、电流和电阻值。使用的第一和第二晶体管可以根据需要具体的以常断IGFETS的形式、双极性结构或者利用其他MOS技术而设计。
总之，本发明提供了具有对称电流限制的供电电路，利用根据本发明中对称的阻抗该电路的阻抗精确地匹配。本发明的电路在面积方面也是特别有利的，并且由于所使用的元件数量少其能够以简单的方式生产。
附图标记列表GND，VABT供电电压电位OUT1’，OUT2’，OUT1，OUT2双线线路接点R1-R4 电阻TL 用户线路A输出端E1，E2 输入端OP1 运算放大器VR1 设定电位T1 晶体管D漏极接点B本体接点S源极接点G栅极接点K线路节点IPC 根据现有技术的供电电路
1-6 电阻7，8 晶体管9，10 运算放大器11，12输入端13输出端14，15线路节点16，17输入端18输出端19限流设备20阻抗匹配设备21多通道供电电路11-1，11-2，11-3，11-4阻抗匹配供电电路OUT-1，OUT-2，OUT-3，OUT-4 双线线路接点TL-1-TL-4 用户线路2-1，2-2，2-3，2-4，3-1，3-2，3-3，3-4 分立电阻
权利要求
1.用于给双线线路(TL)供电的阻抗匹配供电电路(11)，所述供电电路具有a)电阻(1)，其连接在第一供电电压电位(GND)和双线线路(TL)的第一双线线路接点(OUT1’)之间；b)限流设备(19)，其连接在双线线路(TL)的第二双线线路接点(OUT2’)和第二供电电压电位(VBAT)之间，并且基于可变的设定电位(VR1)提供具有限制电流的双线线路(TL)；c)该可变的设定电位(VR1)由阻抗匹配设备(20)基于参考电位(VREF)和限流设备(19)两端下降的电压而提供，该阻抗匹配设备(20)连接在第二双线线路接点(OUT2’)和第二供电电压电位(VBAT)之间；以及d)限流设备(19)和阻抗匹配设备(20)的阻抗(其连接到第二双线线路接点(OUT2’))，实质上与电阻(1)的阻抗相同。
2.根据权利要求1的供电电路(11)，其特征在于所述限流设备(19)e)具有第一晶体管(7)，其具有可控路径(DS)和栅极接点(G)，该可控路径(DS)通过第一电阻(4)连接在第二双线线路接点(OUT2’)和第二供电电压电位(VBAT)之间；f)具有第一差动放大器(9)，其具有第一输入端(11)、第二输入端(12)和输出端(13)，该第一输入端(11)连接到设定电位(VR1)，该第二输入端(12)连接到第一晶体管(7)的可控路径(DS)和第一电阻(4)之间的第一线路节点(15)，该输出端(13)连接到第一晶体管(7)的栅极接点(G)。
3.根据权利要求1或2的供电电路(11)，其特征在于所述阻抗匹配设备(20)g)具有第二晶体管(8)，其具有可控路径(DS)和栅极接点(G)，该可控路径(DS)连接到第二电阻(5)和第三电阻(6)之间的第二线路节点(14)，其中第二电阻连接到第二双线线路接点(OUT2’)，第三电阻连接到第二供电电压电位(VBAT)；h)具有第二差动放大器(10)，其具有第一输入端(16)、第二输入端(17)和输出端(18)，该第一输入端(16)连接到第二线路节点(14)，该第二输入端(17)连接到参考电位(VREF)，输出端(18)连接到第二晶体管(8)的栅极接点(G)；i)设定电位(VR1)能够在第二线路节点(14)处分接。
4.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述的晶体管(7，8)是常断IGFET晶体管。
5.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述的供电电路(11)完全地集成在芯片上。
6.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述的双线线路(TL)是电话线路。
7.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述的电阻(1，4，5，6)以这样的方式进行设计，即连接到第一双线线路接点(OUT1’)和连接到第二双线线路接点(OUT2’)的阻抗实质上分别为28欧姆。
8.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述的第一晶体管(7)具有至少5欧姆的沟道电阻。
9.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述电阻(1，4，5，6)和晶体管(7，8)的沟道电阻以这样的方式来选择，即流过双线线路(TL)的电流至多是50mA，第一供电电压电位(GND)和第二供电电压电位(VBAT)之间的电压是100伏。
10.根据至少任何一项在前权利要求的供电电路(11)，其特征在于所述供电电路(11)通过相应的分立耦合电阻(1，2)连接到双线线路接点(OUT1，OUT2)。
11.具有多个分别根据权利要求1-11中至少一项的阻抗匹配供电电路(11-1，…，11-4)的多通道供电电路(21)，该供电电路(11-1，…，11-4)并联连接，用于将限制电流提供给多个双线线路(TL1，…，TL4)。
12.根据权利要求11的多通道供电电路(21)，其特征在于所述的多通道供电电路(21)完全地集成在芯片上。
13.根据权利要求11的多通道供电电路(21)，其特征在于所述的多通道供电电路(21)被设计用于在ISDN网络中工作。
全文摘要
用于给双线线路供电的阻抗匹配供电电路，所述供电电路具有电阻(1)，其连接在第一供电电压电位(GND)和双线线路(TL)的第一双线线路接点(OUT1’)之间；还具有限流设备，其连接在双线线路(TL)的第二双线线路接点(OUT2’)和第二供电电压电位之间，并且基于可变的设定电位(VR1)提供具有限制电流的双线线路；该可变的设定电位(VR1)由阻抗匹配设备基于参考电位和限流设备两端下降的电压而提供，该阻抗匹配设备连接在第二双线线路接点和第二供电电压电位之间；并且限流设备和阻抗匹配设备的阻抗(其连接到第二双线线路接点(OUT2’))实质上与电阻(1)的阻抗相同。
文档编号G05F1/46GK1811654SQ200510137360
公开日2006年8月2日 申请日期2005年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者T·费里安茨 申请人:因芬尼昂技术股份公司