专利名称：用于辅助设备的由电话线供电的电源及其操作方法
技术领域：
本发明一般涉及电信业，更具体说，是用于辅助设备的由电话线供电的电源及其实施方法。
在电话系统中添加的辅助设备，主要来自用户的要求，其规格和复杂性两方面都与日俱增。开始，辅助设备包括诸如自动拨号器电路等选件，自动拨号器电路通常提供常用呼叫的电话号码存储器。这类电路所要求的电源，连普通老式电话系统(POTS)也有能力提供。
某些电话应用的，例如应答机和免提式电话机，可能需要AC电源向需用的集成电路提供充足的能量。在许多较早期的系统中，电话电路是与应答机电路完全分开的。两者只在电话线上联结起来。后来的产品使用电池电源，以便AC电源失效时作为后备。通常的线路接口电路只需提供很小的功率，供任一集成电路使用。
但是，在美国和许多其他国家，都希望并要求在AC电源失效时，仍能保持电话的对话(说与听)、网络寻址、和告警等基本功能。这在技术上是可以做到的，只要转换到另外一套只用电话线路电源并能提供这些功能的电路上就行。但是，这个办法显然是不经济的。因为通常的电话线路接口电路，要求至少600欧姆的AC阻抗，不允许辅助设备使用太大功率。
在基本的由电话线供电的电源中，常见的配置有，一个保证电压极性的二极管桥(极性保护电路)，一个钩键(电子的或机械的)，一个前述的终接阻抗，和一个DC伏-安特性电路。后一电路常常包括一个双极性晶体管，附有发射极负反馈电阻器和晶体管基极DC偏置通路。这一DC偏置通路常常包括600至1000欧姆的AC终接电阻器，和一个大电容，以防止话音频带信号的衰减。在这种常用的电路中，激活时要限制此伏-安系统的电话线电压小于6伏，环路电流为20mA，由此我们可以算出大电容的资用DC功率约为2.5mA×1.8伏。
这些数值不足以运行数字信号处理器(DSP)或编码-解码(CODEC)设备。CODEC设备把话音信号从其模拟形式，转换为更先进的数字PBX和数字传输系统能够接受的数字信号。之后它还要把这些数字信号转换回模拟形式，话音信号才可以被听的人听明白。在某些电话系统中，CODEC放在PBX内，并为许多模拟电话分机公用。在另外的电话系统中，CODEC实际上装在电话内。
要保持POTS的能力包括若干要求。这些要求包括前述的，为电话线设定使用时的专门的DC伏-安特性。通常要求AC线的终接电阻器近似为600欧姆和通带频率范围从300赫兹至3300赫兹。必须提供用双音多频(DTMF)和用脉冲进行网络寻址连同提示的能力，还要提供“振铃”信号检测、和一种“提示”声音。
POTS的话音能力包括全部电话线的双向连接，以便发送和接收话音信号。放大话筒信号以便发送和放大手持受话器信号以便接收，都是必须的。在美国，话音的混合功能参照称为TOLR、ROLR、和SOLR的平均响度样板定义，它们分别是Transmit，Receive andSidetone Objective Loudness Rating(发送、接收、和侧音目标响度额定值)。Transmit和Receive还有前述的标准化频率样板。Sidetone是电话手持受话器设计的一部分，它使人们能够在说话时听到自己的话音。侧音太大会产生回声，而太小则无差错送回信道。因此，关键是控制话筒信号的大小，使之在手持受话器中能听到。
因此，本技术需要的是对POTS结构给出一种经济的办法，使在有效话音模式时，为辅助电路提供额外的电流和电压。
针对上面指出的现有技术的缺点，本发明提供一种由电话线供电的电源，以及实施该电源和由电话线供电的辅助设备的方法。在一个实施例中，该电源包括(1)一个有初级绕组和次级绕组的变压器，和(2)一个连接在初级绕组的储能装置(它可以是，但不一定是一个电容)，初级绕组和储能装置适合与电话线连接，并为电话线提供一个终接电阻。从初级绕组和储能装置之间的一个结点送出DC功率。
因此，本发明引入以电源取代通常的终接电阻器这样一个广泛概念，以便增加电话线向辅助设备提供功率的能力。在供选择的实施例中，电源可以包括一个变压器，也可以是无变压器的。按照本发明的目的，“辅助设备”是指需要电功率的设备。“辅助设备”包括，但不限于，装在电话内的信号处理电路或其他电子电路，以及用户希望靠近电话安装的应答设备、主叫方识别设备、或其他设备。“辅助设备”可以按要求只由电话线提供功率，或者可以不管备用电源是否能用而供电。
在本发明的一个实施例里，此电源还包括与次级绕组连接的一个线路变压器接口。线路变压器接口，虽然它对本发明不是必须的，但它为从次级绕组得到的信号，或为向次级绕组传送的信号，提供一个信号接口。辅助设备诸如信号处理器，可以采用线路变压器接口经电话线通信。
在本发明的一个实施例里，此电源还包括与初级绕组串联的二极管。这个二极管能保护电源的其他部件，避免接收储能装置放的电。
在本发明的一个实施例里，此电源还包括与电话线连接的一个激活开关，并根据钩键状态而起作用。一个“钩键状态”在字面上就是电话钩键的状态“摘机”或“挂机”。辅助设备检测备用电源的电压，当备用电源中断时，激活开关接通本电源。
在本发明的一个实施例里，此电源还包括可与电话线连接的一个线路电压检测电路。此电压电路能确定电话线的电压。此线路电压检测电路被辅助设备用来偏置并控制其他专门电话功能需用的电路。
在本发明的一个实施例里，此电源还包括与次级绕组连接的一个滤波器。这个滤波器，虽然对本发明不是必须的，但在与次级绕组相关信号的平滑化的某些应用中，是需要的。
在本发明的一个实施例里，此电源还包括与电话线连接的一个电源失效振铃电路。如果有电源失效振铃电路，则在备用电源中断时，给出振铃信号。
前面颇为粗略地概括了本发明优选的和供选择的特性，由此业内精明人士可以从下面详细的说明中，更好地理解本发明。本发明另外的特性将在此后说明，并构成本发明权利要求书的主要内容。业内精明人士应该清楚，他们能够立刻利用披露的概念和特定的实施例作基础，设计出或修改成另外的结构来完成本发明相同的目的。业内精明人士还应明白，这些等效的结构，按其最广义的形式，并未偏离本发明的精神实质和覆盖范围。
为了更完整地理解本发明，请结合附图阅读下面的说明，附图有
图1画出通常的电话电路简图，它可以用来向某些类型的辅助设备供电；和图2画出一种电话电路简图，这是用于辅助设备的、改进的由电话线供电的电源的一个实施例；和图3画出一种电话电路简图，这是用于辅助设备的、改进的由电话线供电的电源的另一个实施例。
先参看图1，它画出通常的电话电路100的简图，可以用来向某些类型的辅助设备供电。如图示，电话线路100包括一个极性保护电路110、一个DC伏-安电路(DC V-I)120、一个AC终接电阻器130、和一个提供DC电压(Vout)的滤波电容140。
极性保护电路110包括二极管111、112、113、和114，配置成二极管电桥。如图所示，送至极性保护电路110的塞尖和塞环的DC电压，可以采用两种极性之一(即，塞尖为正而塞环为负，或塞尖为负而塞环为正)，同时，极性保护电路110的被保护输出电压的极性(GT、GR)要基本保持不变。原先塞尖有正的极性而塞环有负的极性。但布线安装越来越复杂，要维持这一约定越来越困难。此外，现在一些流行的系统，在拨号模式与通话模式之间要把塞尖和塞环的极性颠倒。因此，对电子电话，保持固定的极性变得很关键。
DC V-I电路120包括一个晶体管121、第一和第二电阻器122、123、和第一和第二二极管124、125。DC V-I电路120提供需要的POTS伏-安特性波形。第一和第二二极管124、125和第二电阻器123构成以第一电阻器122为负载的晶体管121的DC偏置网络。流经晶体管121的DC电流基本上是加于基极上的电压除以第一电阻器122的阻值(忽略晶体管基极到发射极的电压降)。
输出电压Vout由第三电阻器130与第一和第二二极管124、125、和第二电阻器123的串联电路元件的汇接点提供。一个电容140作为电压Vout的滤波元件。通常，电容值最小为470微法。第三电阻器130还作为电话线的终接电阻器，通常的数值是600至1000欧姆。这一数值的终接电阻器限制了可能输送到辅助设备的DC电流，因为许多类型的辅助设备，要求Vout不小于3伏才能正常工作。
现在转到图2，它画出一种电话电路200的简图，这是用于辅助设备的、改进的由电话线供电的电源的一个实施例。可以与电话线(这是条件，因而未画出)连接的电话电路200，包括一个极性保护电路210、一个DC V-I电路220、一个由电话线供电的电源230、一个信号处理器250、一个电话手持受话器260、和一个备用电源270。极性保护电路210和DC V-I电路220的功能与图1中说明的相同。但是，后面还要说明，对DC V-I电路偏置的设定和控制则由辅助设备提供。
由电话线供电的电源230包括一个AC到DC的能量转换装置(以变压器231表示，它有一个初级绕组231a和一个次级绕组231b)和与初级绕组231a连接的储能装置232(在此实施例中是一个电容，但不要求它是一个电容)。初级绕组231a通过变压器次级231b的反射电阻，为电话线提供一个AC终接电阻。这可使变压器绕组231a的DC电阻做到如实际上那样低，以增加其把DC电源电流输送到储能装置232的能力，储能装置232连接在初级绕组231a与储能装置232之间的节点A上，由此向辅助设备输送DC功率。电源230还包括一个与初级绕组231a串联的二极管235。此二极管235能够保护电源230的其他部件，避免接收储能元件232所放的电。一个二极管237还把电源230与备用电源270隔离，通常后者用来向辅助设备的信号处理器250输送DC功率。
由此，本发明引进以电源取代通常的终接电阻器这样一个广泛概念，以增强用电话线向辅助设备输送功率的能力。一般说，辅助设备可以完成的附加功能，需要或想要多少就有多少，取决于辅助设备可用的适当技术和其正常运行所要求的功率。在这个实施例中，信号处理器250提供模拟的和数字的信号，依电话线和受话(通过听筒261)与送话(通过话筒262)的电话手持受话器功能260之间的要求而定。受话时，信号处理器250可以提供与听筒驱动放大器252连接的一个可编程增益放大器(PGA)251，然后由听筒驱动放大器252驱动听筒261。送话时，话筒262可以驱动与线路驱动器电路254连接的话筒放大器253，线路驱动器电路254由信号处理器250提供，如图所示。此外，在所举的实施例中，信号处理器250还提供别的功能，这将在下面讨论。
在本发明的这个实施例中，电源230还包括与次级绕组231b连接的一个线路变压器接口233。线路变压器接口233虽然对本发明不是必须的，但它为来自或送至次级绕组231b的信号提供一个信号接口。辅助设备，诸如信号处理器250，可以采用一个线路变压器接口233，经电话线进行通信。电源230还包括与次级绕组231b连接的一个滤波器234。这个滤波器，虽然对本发明不是必须的，但在某些应用中要使与次级绕组相关信号的平滑化时，它是需要的。
在所示的实施例中，电话电路200包括可与电话线连接的一个激活开关236，它根据信号处理器250的第一参考放大器256送来的钩键状态而起作用。再说一遍，一个“钩键状态”在字面上就是电话钩键的状态“摘机”或“挂机”。当然，钩键状态信号可以交替地由机械钩键开关送出。开始激活时，激活开关236可能处在关闭位置，以保证辅助设备的功率适当地加上去，直至确定备用电源270的状态。通常，如果发现备用电源270可以工作，激活开关236然后打开。
如果需要，电源230还包括可与电话线连接的一个线路电压检测电路240。线路电压检测电路240包括第一和第二电阻器器241、242、和一个滤波电容243。此电压电路240把电话线总电压的一部分(它驻留在节点B)送至信号处理器250的第二参考放大器257，以确定电话线的电压。第二参考放大器257通过把节点B的电压与一个参考电压比较，需要时还调整DC V-I电路220的偏压，对DC V-I电路220进行偏压设定和控制。
在所示的实施例中，电源230包括一个可以连接到电话线的电源失效振铃电路245选件。电源失效振铃电路245在备用电源中断时，给出振铃信号。电源失效振铃电路245包括一个压电换能器(PZT)246、一个开关装置247、和一个二极管248。在信号处理器250内的驱动电路258提供开关装置247的输入，使之接通和断开。这种接通和断开，把反复的电压加在PZT 246的两端，使之“振铃”。二极管248抑制不需要的瞬变过程。在此实施例中，二极管248可以是一个通常的装置，或是一个发光二极管(LED)，后者还能通过PZT换能器246，与可听的振铃一起，给出可视的振铃。
现在转到图3，它画出一种电话电路300的简图，这是用于辅助设备的、改进的由电话线供电的电源的另一个实施例。电话电路300可与电话线(这是条件，所以未画出)连接，并包括一个极性保护电路210、一个DC V-I电路220、一个由电话线供电的电源330、一个线路电压检测电路240、一个电源失效振铃电路245、一个信号处理器250、一个电话手持受话器260、和一个备用电源270。
极性保护电路210、DC V-I电路220、线路电压检测电路240、电源失效振铃电路245、信号处理器250、电话手持受话器260、和备用电源270的功能分别与图1和图2的相同。现在对这另一个实施例的由电话线供电的电源330，说明其结构及运行。由电话线供电的电源330包括一个功率开关339、一个控制开关331、第一、第二、和第三电阻器332、333、334、一个滤波电容335、一个混合网络336、和一个终接阻抗337。
开始，因滤波电容335的放电，功率开关339和控制开关331两者都断开(不通电)。当与功率开关339连接的激活开关236合上时，点GT来的DC电压，通过第三电阻器334，使功率开关339的基极-发射极的结正向偏置，从而使功率开关339接通。这一动作使滤波电容335两端的电压增加，并向信号处理器250输送功率。电压继续增加，直至滤波电容335两端的电压达到Vreg，这是需要的输出电压值。此时，控制开关331接通，使功率开关339断开。只要输出电压减小到电压Vreg以下，达到某个电压点，控制开关331便断开，同时使功率开关339再一次接通，由此完成一次调整循环。
第三电阻器334的数值可以选得尽量大，不致影响AC线路阻抗，那么其阻值可以由混合网络336和所选终接阻抗337决定。此外，第一和第二电阻器332、333的阻值也可以选得尽量大，使其只从负载上分流由电话线供电的电源330输出电流的很小一部分。
虽然已经详细说明了本发明，但本领域的熟练人员应当明白，他们能够在其中作出各种改变、替代、和置换，而在本发明最广泛的形式上，并没有偏离其精神实质和覆盖范围。
权利要求
1.一种由电话线供电的电源，包括一个有初级绕组和次级绕组的变压器；和一个与所述初级绕组串联的储能装置，所述初级绕组和所述储能装置适合与电话线连接，并为电话线提供一个终接电阻，所述初级绕组和所述储能装置之间的一个节点，输送DC功率。
2.按照权利要求1的电源，还包括一个与所述次级绕组连接的线路变压器接口。
3.按照权利要求1的电源，还包括一个与所述初级绕组串联的二极管。
4.按照权利要求1的电源，还包括一个激活开关，可与所述电话线连接，并根据钩键状态而起作用。
5.按照权利要求1的电源，还包括一个可与所述电话线连接的线路电压检测电路。
6.按照权利要求1的电源，还包括一个与所述次级绕组连接的滤波器。
7.按照权利要求1的电源，还包括一个可与所述电话线连接的电源失效振铃电路。
8.一种由电话线向辅助设备供电的方法，包括用一个串联的变压器和储能装置与所述电话线终接，所述变压器有一个初级绕组和一个次级绕组；和从所述初级绕组和所述储能装置之间的一个节点，送出DC功率，用于所述辅助设备。
9.按照权利要求8的方法，还包括经过与所述次级绕组连接的一个线路变压器接口，在所述次级和所述辅助设备之间进行通信的信号。
10.按照权利要求8的方法，还包括用一个与所述初级绕组串联的二极管，对流经所述变压器的电流整流。
11.按照权利要求8的方法，还包括根据钩键状态，有选择地接通可与所述电话线连接的激活开关。
12.按照权利要求8的方法，还包括用一个可与所述电话线连接的线路电压检测电路，检测所述电话线的电压。
13.按照权利要求8的方法，还包括用一个与所述次级绕组连接的滤波器，对从所述次级绕组导出的信号进行滤波。
14.按照权利要求8的方法，还包括用所述辅助设备，向可与所述电话线连接的电源失效振铃电路提供一个振铃信号。
15.由电话线供电的辅助设备，包括一个电源，内含一个有初级绕组和次级绕组的变压器；和一个与所述初级绕组串联的储能装置，所述初级绕组和所述储能装置适合与电话线连接，并为电话线提供一个终接电阻；和一个负载，与所述初级绕组与所述储能装置之间的一个节点连接，从所述电源取得DC功率。
16.按照权利要求15的辅助设备，其中所述电源还包括一个线路变压器接口，连接于所述次级绕组和所述负载之间。
17.按照权利要求15的辅助设备，其中所述电源还包括一个与所述初级绕组串联的二极管。
18.按照权利要求15的辅助设备，其中所述电源还包括一个激活开关，可与所述电话线连接，并根据钩键状态而起作用。
19.按照权利要求15的辅助设备，其中所述电源还包括一个线路电压检测电路，连接在所述电话线和所述负载之间。
20.按照权利要求15的辅助设备，其中所述电源还包括一个滤波器，连接在所述次级绕组和所述负载之间。
21.按照权利要求15的辅助设备，其中所述电源还包括一个电源失效振铃电路，连接在所述电话线和所述负载之间。
22.一种由电话线供电的电源，包括一个控制开关；一个与所述控制开关连接的储能装置；一个混合网络，与所述控制开关和所述储能装置连接，根据所述储能装置的一个电压，控制所述控制开关，以调整所述电压；和一个终接阻抗，与所述控制开关连接，为电话线提供一个终接电阻。
23.按照权利要求22的电源，还包括一个功率开关，在开始时向所述储能装置充电。
24.按照权利要求22的电源，其中所述混合网络包括第一、第二、和第三电阻器。
25.按照权利要求22的电源，还包括一个激活开关，可与所述电话线连接，并根据一个钩键状态而起作用。
26.按照权利要求22的电源，还包括一个可与所述电话线连接的线路电压检测电路。
27.按照权利要求22的电源，还包括一个可与所述电话线连接的电源失效振铃电路。
28.一种由电话线向辅助设备输送功率的方法，包括激活一个控制开关；向与所述控制开关连接的储能装置充电；根据所述储能装置的一个电压，控制所述控制开关，调整所述电压；和为电话线提供一个终接电阻。
29.按照权利要求28的方法，还包括开始时向所述储能装置充电。
30.按照权利要求28的方法，其中所述混合网络包括第一、第二、和第三电阻器。
31.按照权利要求28的方法还包括，根据钩键状态，有选择地接通可与所述电话线连接的激活开关。
32.按照权利要求28的方法，还包括用可与所述电话线连接的线路电压检测电路，检测所述电话线的电压。
33.按照权利要求28的方法还包括，用所述辅助设备，向可与所述电话线连接的电源失效振铃电路，送出一个振铃信号。
34.由电话线供电的辅助设备，包括一个电源，内含一个控制开关，一个与所述控制开关连接的储能装置，一个混合网络，与所述控制开关和所述储能装置连接，根据所述储能装置的一个电压，控制所述控制开关，以调整所述电压，和一个终接阻抗，与所述控制开关连接，为电话线提供终接电阻；和一个负载，与所述储能装置连接，以便从所述电源导出DC功率。
35.按照权利要求22的电源，其中所述电源还包括一个功率开关，在开始时向所述储能装置充电。
36.按照权利要求34的辅助设备，其中所述混合网络包括第一、第二、和第三电阻器。
37.按照权利要求34的辅助设备，其中所述电源还包括一个激活开关，可连接到电话线，并根据钩键状态而起作用。
38.按照权利要求34的辅助设备，其中所述电源还包括可与所述电话线连接的一个线路电压检测电路。
39.按照权利要求34的辅助设备，其中所述电源还包括可与所述电话线连接的一个电源失效振铃电路。
全文摘要
一种由电话线供电的电源,一种实施这个由电话线供电的电源和实施由电话线供电的辅助设备的方法。在一个实施例中,该电源包括:(1)有一个初级绕组和一个次级绕组的一个变压器,和(2)与初级绕组串联的一个储能装置(它可以是,但不要求是一个电容),初级绕组和储能装置适合与电话线连接,并为电话线提供一个终接电阻。从初级绕组和储能装置之间的一个节点送出DC功率。另一个实施例采用一个控制开关来调整储能装置,从而不再需要变压器。
文档编号H04M19/08GK1258159SQ9912617
公开日2000年6月28日 申请日期1999年12月15日 优先权日1998年12月16日
发明者蒂莫西·诺南·克莫弗德, 戴尔·哈维·尼尔森, 朱习群 申请人:朗迅科技公司