本发明涉及通信领域，尤其涉及一种电荷泵的通信系统及其调节电压的方法。
背景技术：
在特别是电话的通信系统中，常用的做法是经由一双线双向通信频道在用户站(subscriberstation)与中央交换局(centralswitchingoffice)间传送信号。线卡(linecar)通常使该用户站连接至该中央交换局。线卡通常包括至少一用户线介面电路(slic)及用户线声频处理电路(slac)。该线卡的功能从供应通话电池(talkbattery)至执行电路之唤醒顺序来允许通信之发生。
已发展用户线介面电路(slics)，在电话中央交换局中的低压信号路径与高压电话用户线间提供介面。该slic提供像摘机(off-hook)侦测、振铃信号产生及至该用户线之电池供电的功能。该用户线由电话传输线(包括称为a线及b线或端线及环线的两条导线)与横跨端线及环线所耦接之用户电话设备(亦即，负载)所组成。slic从该电话中央交换局提供电力至该用户线，以回应接收电池电压。提供dc电池电压至该slic，以供电至该slic及该用户线。例如，通常提供低负电压源vbl及高负电压源vbh至该slic。通常在摘机(off-hook)操作期间使用该vbl源，以支持一次通话。通常在挂机(on-hook)操作期间使用该vbh源，以支持振铃。
用以产生该slic输入电压之传统技术包括每频道电源(用于电压源之个别电源)或共享多输出电源。虽然可以相对低成本电感器来实施每频道电池电压产生，但是每频道需要一个电感器，此贡献该等电源所耗费的总成本及房地产。一种共享多输出方法需要具有多输出分接头的单一较高成本变压器，以允许产生不同的输出电压。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明第一目的提供一种电荷泵的通信系统。
本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：
一种电荷泵的通信系统，该系统包括复数个用户线介面电路，每一用户线介面电路可操作成控制透过复数个用户线其中之一的通信，而其中每一用户线介面电路可操作成接收第一及第二控制电压；交换级可操作成产生该第一控制电压，而该交换级包括开关，开关耦接于输入端与能量储存元件间；第一输出电容器耦接至在该开关与该能量储存元件间所界定的第一节点，该第一输出电容器耦接至第一输出电压端，以便提供该第一控制电压；第一二极体耦接于该第一输出电容器与第一节点间，且配置成用以在该能量储存元件的充电阶段期间防止电流从该能量储存元件流至该第一输出电容器；电荷泵级耦接成用以接收该第一控制电压及根据该第一控制电压产生该第二控制电压，而该电荷泵级包括第二输出电容器，耦接至第二输出电压端；第三电容器耦接于该第一节点与该第二输出端电压间；第二二极体耦接于该第二输出电容器与该第三电容器间，且配置成用以在该能量储存元件之充电阶段期间防止电流从该第三电容器流至该第二输出电容器；第二节点被界定于该第三电容器与该第二二极体间；第三二极体耦接于该第二节点与该第一输出电容器间；控制器可操作成控制其交换电压调节器，以便根据该等用户线介面电路的操作状态而改变该第一及第二控制电压之大小。
作为进一步改进，该第二输出电容器系耦接于该第二输出电压端与该第一输出电压端间。
作为进一步改进，该控制器可操作成控制该开关产生在第一位准的该第一控制电压，来回应该等用户线介面电路皆没有处于振铃状态，以及，产生在第二位准的该第一控制电压，来回应该等用户线介面电路中的至少一者处于振铃状态，而该第二位准在大小上大于该第一位准。
作为进一步改进，该能量储存元件包括电感器。
作为进一步改进，该控制器可操作成根据在该第一输出电压端上的电压以控制对该开关所提供的交换信号的脉冲宽度。
本发明的第二目的提供一种电荷泵的通信系统中调节电压的方法，该方法包括：使用交换电压调节器对复数个用户线介面电路产生第一控制电压，每一用户线介面电路可操作成控制透过复数个用户线其中之一的通信，而其交换级包括开关，该开关耦接于一输入端与能量储存元件间；第一输出电容器耦接至在该开关与该能量储存元件间所界定的第一节点，该第一输出电容器耦接至第一输出电压端，以便提供该第一控制电压；第一二极体耦接于该第一输出电容器与该第一节点间，且配置成用以在该能量储存元件之充电阶段期间防止电流从该能量储存元件流至该第一输出电容器；使用耦接成用以接收该第一控制电压的电荷泵级，根据该第一控制电压以对该复数个用户线介面电路产生第二控制电压，而该电荷泵级系包括第二输出电容器，第二输出电容器耦接至第二出电压端；第三电容器耦接于该第一节点与该第二输出电压端间；第二二极体耦接于该第二输出电容器与该第三电容器间，且配置成用以在该能量储存元件之充电阶段期间防止电流从该第三电容器流至该第二输出电容器；第二节点被界定于该第三电容器与该第二二极体间；第三二极体耦接于该第二节点与该第一输出电容器间；控制该交换调节器以根据该等用户线介面电路之操作状态而改变该第一及第二控制电压的大小。
作为进一步改进，控制该交换调节器的步骤进一步包括：控制该交换调节器以产生在第一位准的该第一控制电压，来回应该等用户线介面电路皆没有处于振铃状态，以及产生在第二位准的该第一控制电压，来回应该等用户线介面电路其中的至少一者处于振铃状态，而该第二位准在大小上大于该第一位准。
作为进一步改进，控制该交换调节器的步骤包括：根据该第一控制电压的电压值以控制对该交换电压调节器所提供的交换信号的脉冲宽度。
作为进一步改进，该第二输出电容器系耦接于该第二输出电压端与该第一输出电压端间。
本发明通过slic的操作状态来改变vbl及vbh的稳态值，可减少功率消耗，因为只在需要支持振铃时，产生较高电压。
附图说明
图1为本发明的通信系统的方块图。
图2为本发明的系统中的用户线介面电路的电压位准及电压源的控制的状态图。
图3为本发明系统中的电压调节器功率级的电路图。
图4为本发明的功率级的操作的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1-4所示，一种电压调节器，包括用以产生第一供应电压的交换部及用以根据该第一供应电压产生第二供应电压的电荷泵部。可以根据由接收该第一及第二供应电压的用户线介面电路(slics)所支持的该用户线的操作状态来控制该第一及第二供应电压的大小。可以堆叠被耦接至该交换部及该电荷泵部的输出电容器，抑制该第二供应电压的减弱(collapse)，以回应该第一供应电压的稳态位准的降低。
如图1所示，一种电荷泵的通信系统，包括用户线声频处理电路105、复数个用户线介面电路(slics)110、115及电压调节器120。该电压调节器120包括功率级125及控制器130。该电压调节器120产生用于该等slic110、115的供应电压vbh及vbl，以便支持透过用户线tip/ring线t/r1、t/r2之通信。虽然该控制器130被描述为一个别实体，但是可以将它整合至像该slac105的另一单元中。该控制器130包括使用来自该功率级125的回授(“fb”)及来自该slac105的参考电压(“vref”)的误差放大器135，以控制该功率级125。
该等slic110、115对外部交换用户(fxs)电路提供电子介面，以便与被耦接至该等tip/ring线t/r1、t/r2之电话装置通信。该slac105提供高层次功能，例如，声频信号转换及处理、全球阻抗匹配、通话控制信号产生及侦测及电池电压控制。
该slac105针对该vbl供应电压使该控制器130装配有该期望电压位准vref。该slac105可以改变vref，以回应该等slic110、115的操作状态。因为根据vbl产生vbh，所以vref之改变将改变vbl及vbh。在操作期间，该slac105设定vref之数值，以等同于vbl之约-25v的数值，而该等slic110、115处于闲置状态(挂机)。此vbl设定对应于约-60v之vbh位准。此vbh值足够高，以充分余量(headroom)支持-48v之挂机端线/环线电压及亦传送呼叫者识别信号。如果用户线处于摘机状态，则它的相关slic110、115将它的电压源从vbh切换至vbl，以最小化功率消耗。当该等slic110、115其中之一处于振铃状态时，该vbh电压必须较高，以支持约-70至-80vpk之所需尖峰振铃电压。结果，该slac105增加vref，以对应于vbl之约-35v至-40v的数值，导致vbh增加至约-80至-90v。vbh之较高数值提供充分余量，以支持干净正弦振铃波形。在闲置之条件下，另一非振铃线将使用vbh，以维持挂机电压。如果该非振铃线启动，则它将使用vbl，以提供回路电流至该摘机用户线。当该振铃线不再处于该振铃状态时，该slac105调整vbl返回-25v，以减少功率耗损。
如图2所示，该等slic110、115根据它们的操作状态选择一电压源。每一slic110、115可以选择它的电压源而无关于另一slic110、115的操作状态。如果与一slic110、115相连的该用户线处于挂机，则如状态210所示，该slic110、115从该vbh源吸取功率。如果该用户线如变迁220所示变成摘机，则该slic110、115如状态230所示改变至vbl。当该用户线如变迁240所示变回挂机时，该slic110、115返回状态210及选择vbh做为它的电压源。
该slac105根据该等slic110、115的操作状态控制vbl之位准。如果没有线处于振铃，则该slac105如状态250所示控制vbl在一低设定值(例如，vbl＝-25v，vbh＝-60v)。如果一个或一个以上slic110、115如变迁260所示进入一振铃状态，则该slac105如状态270所示增加vbl之数值至一高设定值(例如，vbl＝-35v至-40v，vbh＝-70v至-80v)。当该等slic110、115如变迁280所示没有处于振铃状态时，该slac105如状态250所示使vbl返回至该低设定。
如图3所示，该功率级125包括用以产生vbl的交换级300及用以根据vbl产生vbh的电荷泵级350。该交换级300包括耦接于输入电压源vsw与能量储存元件310(例如，电感器310)间的电控开关305(例如pnp功率电晶体305)。以控制器130所产生的脉冲宽度调变输出信号pwm_out控制该开关305。将经由该电晶体305在该电感器310中所储存之能量经由二极体320转移至输出电容器315，以便在输出端325上产生vbl。该电荷泵级350包括耦接至在该电晶体305与该电感器310间所界定的交换节点330的升压电容器355。该升压电容器355经由二极体360耦接至输出电容器365，以便在输出端370上产生vbh。在该升压电容器355与该二极体360间所界定的电荷泵节点380与该交换节点330间耦接一二极体375。
如图4所示，通常，该控制器130设定该pwm_out信号的工作周期，以根据该误差放大器135所提供之回授资讯控制vbl之位准。因为该开关305在图3中被描述为p型装置，所以当pwm_out为低位准时，发生导通周期sw_on，以及当pwm_out为高位准时，发生关闭周期sw_off。以sw信号来表示在该交换节点330上的电压，以及以cp信号来表示在该电荷泵节点380上之电压。在以sw_on表示的充电周期期间，如电感器电流渐增所示，充电该电感器310。在该交换节点330上之电压sw对应于供电给该开关305之电压源vsw的电压(例如，12v)。在该电荷泵节点380上之电压cp对应于vbl名义上差该二极体375之顺向二极体压降。在此充电阶段期间，在该电感器310中建立能量。该等二极体320、360被施加反向偏压，以及因而，防止电流分别流入该等输出电容器315、365。因为该电压sw为vsw及该电压cp为vbl，所以横跨该升压电容器355之电压为约vbl加上vsw(没有计入二极体压降)。当充电该电感器310时，在该二极体360被施加反向偏压下该二极体375允许该升压电容器355被充电高达至～vbl+vsw。
当关闭该开关305时，该电感器310之磁场减弱，以及该sw电压因电感器反驰(inductorflyback)而反转极性。将在该电感器310中所储存之电流经由该二极体320分配至该输出电容器315以及经由该升压电容器355及该二极体360分配至该输出电容器365。施加反向偏压至该二极体375。在该关闭期间，当该sw电压反转极性时，该cp电压亦反转极性，但是该升压电容器355仍然维持～vsw加上vbl电荷。当该电压sw达到该vbl值时，该电压cp为vbl+vbl+vsw(2×vbl+vsw)。因此，对于vbl＝-25v及vsw＝12v之低设定，vbh＝-62v。对于vbl＝-35v及vsw＝12v的高设定，vbh＝-82v。来自该电感器310的电流充电两个输出电容器315、365。当该电感器310充电时，该二极体375充当一允许电荷被加至该升压电容器355的开关，以及接着，该二极体375关闭，以允许将电荷传递至与vbh相连的该输出电容器365。该等输出电容器315、365提供用于vbl及vbh电压的滤波及能量储存。虽然对于每一电压源vbl、vbh只描述单一输出电容器315、365，但是在一些具体例中，可以使用rc网路(未显示)来提供额外的滤波。
该控制器130藉由在该输出端325上取样vbl的数值，产生该fb信号，以调节该vbl电压的稳态值。在一些具体例中，该控制器130使用固定频率及可变脉冲宽度信号，其中sw_on系可配置成用以控制该开关305之导通时间，以影响该能量储存元件310可被充电多少。充电时间的增加而增加从vbl传递之功率及充电时间的减少而减少从vbl传递之功率。因此，该控制器130根据在vbl上的加载来设定该工作周期。该误差放大器135监控在vbl上的电压，以及该控制器130调整pwm_out的工作周期，以维持适当电压位准。
为了容许vbh之较佳调节，堆叠该等输出电容器315、365。因此，在vbh上的加载将促使能量从两个输出电容器315、365被移除，此将影响该vbl值及迫使该控制器130所做之校正对付该负载。实际上，在vbl或vbh上的加载将促使该控制器130，以调整pwm_out之工作周期来补偿。例如，当vbl的稳态值减少至较低设定点时，在该等输出电容器315、365间的耦合防止vbh在以比vbl高的位准加载的情况下减弱。在vbh上的负载将使两个输出电容器315、365的电荷减少，直到该控制器130辨识该加载及控制该工作周期来维持vbl为止。在一些具体例中，该等输出电容器315、365具有相同电容值，所以它们以相同速率来放电。
在一些具体例中，可以藉由一个或一个以上处理器执行在电脑可读取媒体上所明确储存的一个或一个以上软体程式，以实施上述至少一些功能，以及借此，该一个或一个以上软体程式包括在被执行时用以操控该一个或一个以上处理器来实施上述处理系统的一个或一个以上功能的指令。
电脑可读取储存媒体可以包括任何储存媒体或储存媒体之组合，其在使用期间可被一电脑系统存取，以提供指令及/或资料至该电脑系统。这样的储存媒体可以包括但不局限于光学媒体(例如，光碟(cd)、多样化数位光碟(dvd)或蓝光光碟)、磁性媒体(例如，软磁碟、磁带或磁硬碟)、挥发性记忆体(例如，随机存取记忆体(ram)或快取记忆体)、非挥发性记忆体(例如，唯读记忆体(rom)或快闪记忆体)或以微机电系统(mems)为基础之储存媒体。该电脑可读取储存媒体可以被嵌进该电脑系统中(例如，系统ram或rom)中、固定地安装至该电脑系统(例如，磁硬碟)、可移除地安装至该电脑系统(例如，光碟或以通用串列汇流排(usb)为基础之快闪记忆体)或经由有线或无线网路耦接至该电脑系统(例如，网路储存装置(nas))。
在此所述的电压调节器及电压管理技术降低电路的成本及减少功率消耗。该交换级300及该电荷泵级350共用该电感器310，借以减少该功率级125的尺寸及成本。根据该等slic110、115的操作状态来改变vbl及vbh的稳态值，可减少功率消耗，因为只在需要支持振铃时，产生较高电压。
如上所揭露，在一些具体例中，一种电压调节器包括耦接于输入电压端与能量储存元件间之开关、耦接至在该开关与该能量储存元件间所界定的第一节点的第一输出电容器(该第一电容器耦接至一第一输出电压端)、耦接至该第一节点且包括耦接于第二输出电压端与该第一输出电压端间的第二输出电容器的电荷泵电路以及可操作来选择性地使该开关能控制在该第一及第二输出端上所产生之电压的控制器。
如在此所揭露，在一些具体例中，该系统包括复数个用户线介面电路，每一用户线介面电路系可操作的，以控制透过复数个用户线其中之一的通信，其中每一用户线介面电路系可操作的，以接收第一及第二控制电压；交换级系可操作的，以产生该第一控制电压；电荷泵级其耦接成用以接收该第一控制电压及根据该第一控制电压产生该第二控制电压；以及一控制器，其系可操作，以控制该交换电压调节器，以便根据该等用户线介面电路之操作状态改变该第一及第二控制电压的大小。
如在此所揭露，在一些具体例中，一种电荷泵的通信系统方法中调节电压的方法包括使用交换电压调节器对复数个用户线介面电路产生第一控制电压，每一用户线介面电路系可操作的，以控制透过复数个用户线其中之一的通信；使用耦接成用以接收该第一控制电压的电荷泵级，根据该第一控制电压对该复数个用户线介面电路产生第二控制电压；以及控制该交换调节器，以根据该等用户线介面电路的操作状态改变该第一及第二控制电压的大小。