專利名稱：向與電話線雙絞線相連的電子設(shè)備供電的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過傳統(tǒng)的模擬電話雙絞線線路傳輸寬帶DSL數(shù)據(jù) 和電視信號。
背景技術(shù)：
目前大多數(shù)電話公司使用包括用于每一個(gè)電話號碼的單個(gè)雙絞 線(TP)在內(nèi)的遺留基礎(chǔ)設(shè)施為客戶提供模擬電話和其它服務(wù)。傳統(tǒng) 的模擬電話服務(wù)通常稱為普通老式電話業(yè)務(wù)(POTS)，雙絞線通常稱 為POTS線對，或者簡稱為POTS TP。在一些情況下，需要在非服務(wù) 供應(yīng)商的中心局(CO)或客戶端(CP)的位置安放與雙絞線相連的輔 助設(shè)備或裝置。具體的情況是電話公司向客戶提供其它類型服務(wù)，如 寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)，例如DSL服務(wù)，其中需要采用信號處理電子設(shè)備，如 在TP線路的中間位置的放大器、線路均衡器或信號增強(qiáng)器。在現(xiàn)場 特別是在遠(yuǎn)程位置為這樣的電子設(shè)備提供運(yùn)行功率有困難和挑戰(zhàn)性。 如果在遠(yuǎn)程位置能接入交流電網(wǎng)，則可以分接交流電網(wǎng)從而為電子設(shè) 備提供運(yùn)行功率。但是，不可能總是這樣方便或有這樣的選擇。這要 求現(xiàn)場的技術(shù)人員處理高壓配線，且電力公司可能不允許非其內(nèi)部工 作人員的技術(shù)人員接觸電網(wǎng)。
向與第一雙絞線相連的遠(yuǎn)程設(shè)備供電的另一種方法是使用來自 中心局的一個(gè)或多個(gè)非活動(dòng)雙絞線，即不用于向用戶提供聲音、數(shù)據(jù) 或其它服務(wù)的雙絞線。在一些情況下，為了向與活動(dòng)雙絞線連接的電 子設(shè)備供電，來自CO的多個(gè)線路可以扎在一起(連結(jié))。因?yàn)槭褂?非活動(dòng)線路提供功率會占用有價(jià)值的資源，使這些資源不可用，所以 會消耗大量功率并且成本效率不高，這并不有利。
另一種方法試圖從活動(dòng)雙絞線線路向電子電路提供功率，這種方 法也有問題且通常很少成功。電話公司將DC和AC電流用于POTS服務(wù)的線路撥號和控制。從雙絞線提取功率的方案會干擾這些DC和AC 電流提供的正常的撥號和控制功能，并中斷POTS服務(wù)或引起線路上 的其他問題。因此，這樣的方法只在有限的情況下實(shí)行。
需要靈活和方便的方法向與電話線路的活動(dòng)雙絞線連接的遠(yuǎn)程 電子設(shè)備供電，用于解決已知方法的上述和其它缺點(diǎn)。特別地，需要 提供用于從電話線路的活動(dòng)雙絞線向遠(yuǎn)程電子設(shè)備供電的系統(tǒng)和方 法，服務(wù)提供商使用這些電話線路向客戶提供服務(wù)，同時(shí)供電不中斷 或干擾這些服務(wù)，本發(fā)明致力于解決這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能提供用于輔助電子設(shè)備如信號處理裝置和其它電子設(shè) 備的運(yùn)行功率，輔助電子設(shè)備與電話線路的活動(dòng)雙絞線共同使用，服 務(wù)提供商通過電話線路提供來自線路的活動(dòng)雙絞線的服務(wù)，同時(shí)不中 斷或干擾線路的正常服務(wù)運(yùn)行。更具體地，本發(fā)明提供的裝置和方法 從活動(dòng)電話線路上攜載的一個(gè)或多個(gè)信號提取功率，并將該功率轉(zhuǎn)換 為適用于輔助設(shè)備的運(yùn)行功率，輔助設(shè)備處理同一線路的雙絞線上的 信號。
一方面，本發(fā)明提供適用于在中心局與客戶端之間的位置連接到 雙絞線的電源。電源接收來自線路之一的電壓和電流，并向輔助電設(shè) 備提供預(yù)選擇的輸出電壓和向第二線路提供返回電流。適于放置在第 二線路中的電流調(diào)節(jié)器接收所述返回電流，以及調(diào)節(jié)和限制從客戶端 流過第二線路的電流，從而流到中心局的總電流小于預(yù)定值。
另一方面，本發(fā)明提供在共享功率結(jié)構(gòu)中從多個(gè)雙絞線為輔助電 子設(shè)備供電的裝置。每一個(gè)雙絞線包括接收來自線路之一的電壓和電 流的電源，為相連的輔助電設(shè)備提供預(yù)選擇的輸出電壓，以及為第二 線路提供返回電流。適于放置在第二線路中的第一電流調(diào)節(jié)器接收所 述返回電流，以及調(diào)節(jié)和限制從客戶端流過第二線路的電流，從而流 向中心局的總電流小于第一預(yù)定值。從輔助裝置到電源的返回線路中 的第二電流調(diào)節(jié)器將流向電源的返回電流限制為第二預(yù)定值。多個(gè)雙絞線的多個(gè)電源具有并行連接的輸出端以共享一個(gè)或多個(gè)電裝置的 功率，從而多個(gè)雙絞線中沒有一個(gè)的總返回電流超過第三預(yù)定值。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的功率提取裝置的原理圖，用于從 電話線路的活動(dòng)雙絞線獲取信號處理電子設(shè)備運(yùn)行功率； 圖2是更詳細(xì)說明圖1的功率提取裝置的框圖； 圖3是圖2的裝置的電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器的框圖； 圖4是圖2的裝置的振鈴線電流調(diào)節(jié)器和限制器的原理圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電源電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器 的原理圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的框圖，其獲取來自線路的集總雙絞線 的共享功率；及
圖7是圖6所示第三實(shí)施例中采用的另一電流調(diào)節(jié)器的原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供特別適用于從傳統(tǒng)的POTS雙絞線電話線提取功率的 裝置和方法，從而向提高線路帶寬和/或高速數(shù)據(jù)覆蓋范圍的電子設(shè) 備提供運(yùn)行功率，在下文中將說明本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)理解這僅是本 發(fā)明的說明性應(yīng)用，本發(fā)明可以用于為其它類型的電子電路和設(shè)備以 及在其它環(huán)境中獲取功率。
圖1示意性地說明了用于POTS雙絞線電話線路系統(tǒng)的通用等效 電路，并根據(jù)本發(fā)明以框圖的形式表示了從POTS雙絞線獲取功率為 輔助信號處理電子設(shè)備22供電的功率提取裝置20。如圖1所示，雙 絞線包括從電話中心局(C0)和服務(wù)提供商的交換機(jī)28延伸到如位 于客戶端(CP)的電話34的服務(wù)客戶端設(shè)備(CPE)之間的"消息" 線24和"振鈴"線26。 CO交換機(jī)28可以通過兩個(gè)POTS雙絞線24、 26多路傳輸提供給客戶端的多種服務(wù)。服務(wù)的示例可以包括聲音、 數(shù)據(jù)、撥號音、視頻、音頻等。在C0與CP之間POTS線路的雙絞線
824、 26延伸的距離可以達(dá)到幾萬英尺。雙絞線可以包括各種規(guī)格的 導(dǎo)電體如銅線形成的多個(gè)不同長度或橫截面的非屏蔽雙絞線，其連接 到居間電路和/或交換機(jī)以在CO與CP之間形成鄰接的雙絞線線路。 雙絞線在CO與CP之間傳送DC和AC電流。DC和低頻的AC電流由電 話公司用于控制和撥號；較高頻率的AC電流，例如從音頻頻率范圍 到l-2MHz，用于正常的電話、數(shù)據(jù)和其它類型的服務(wù)，如DSL (數(shù)字 用戶線路)服務(wù)。功率提取裝置20和信號處理電子設(shè)備22可以包括 放置在CO與CP之間的雙絞線上的中間位置的組件29或分離單元。 在CP，混合或其它這樣的裝置30可以用于多路分解來自雙絞線的電
話音頻和其它服務(wù)。
如圖1所示，消息線24通常在CO接地并保持0伏的電壓。48 伏的電池32在CO向振鈴線26施加-48伏的DC電壓。當(dāng)位于CP的 電話34處于"掛機(jī)"(未使用)時(shí)，電話的叉簧36打開，并且實(shí)質(zhì) 上沒有DC電流通過雙絞線從CO到CP流過電路。當(dāng)電話處于摘機(jī)即 使用中或忙時(shí)，以及用戶拿起聽筒或按免提按鈕使用電話時(shí)，叉簧閉 合，DC電流流過電路。該直流電流的基本功能是使CO確定電話摘機(jī) 的時(shí)間。AC電流用于電話響鈴、撥號和語音或其它服務(wù)。為了使電 話響鈴，CO從振鈴信號發(fā)生器向振鈴線26施加有效值為約90伏的 低頻AC振鈴電壓。AC振鈴電流通過雙絞線流向電話中的振鈴37，振 鈴37通過用于發(fā)出呼入信號的電容39連接到雙絞線。撥號信號、聲 音和數(shù)據(jù)的AC電壓通常是大約幾伏或更小。電話的"摘機(jī)"狀態(tài)是 允許撥號和語音傳輸?shù)臓顟B(tài)。
當(dāng)電話34摘機(jī)時(shí)，其在消息和振鈴線之間提供約為300歐姆的 電阻RP，而電阻上的電壓為約6伏的DC電壓。這導(dǎo)致約20毫安的 DC電流流過電話電路。消息和振鈴線具有實(shí)質(zhì)的分布電阻。在圖1 中，該電阻由消息線中的電阻Rn和&2與振鈴線中的電阻R^和Rk表 示。除了其它因素，這些電阻的值取決于CO與CP之間的距離、功率 提取裝置的中間位置和構(gòu)成雙絞線路的導(dǎo)線類型與規(guī)格。例如26-型 AWG銅雙絞線的電阻是約286歐姆/千米。當(dāng)電話摘機(jī)時(shí)，由于DC電流流過線路，雙絞線的分布電阻引起實(shí)質(zhì)上的電壓從CO的48伏下降。當(dāng)流過電話電路的DC電流超過預(yù)選定的值時(shí)，例如通常的20-24毫安，CO中的摘機(jī)電流傳感器或檢測器(未示出)指示CO電話摘機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，在CO與CP之間的中間位置跨過消息和振鈴線插入功率提取裝置20。功率提取裝置20從線路提取直流功率以向信號處理電子設(shè)備或可以處理雙絞線上的一個(gè)或多個(gè)服務(wù)信號的其它輔助裝置提供運(yùn)行功率。信號處理電子設(shè)備可以包括例如信號增益或線路均衡電路以補(bǔ)償雙絞線上的損失，從而可以增大提供高速數(shù)據(jù)的距離或增大用于較高速數(shù)據(jù)傳輸如DSL的線路帶寬。正如以下將進(jìn)行的詳細(xì)說明，功率提取裝置20以不對正常的POTS電話電路的性能或運(yùn)行造成不利影響的方式從雙絞線24、 26提取DC功率，并為信號處理電子設(shè)備或其它裝置提供穩(wěn)定不變的運(yùn)行功率供給。功率提取裝置20和信號處理電子設(shè)備22可以包括如上所述的單一組件29，或者包括實(shí)質(zhì)上在相同的位置或彼此分離地插入雙絞線線路的分離單元。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的功率提取裝置20的第一實(shí)施例的框圖。如圖所示以及如下詳細(xì)所述，功率提取裝置可以包括具有電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50的電源48、 DC/DC變換器52和電流調(diào)節(jié)器54。電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50可以直接連接到消息線，并通過電流調(diào)節(jié)器54連接到振鈴線，如圖2所示。如下所述，電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器保護(hù)DC/DC變換器，并確保變換器接收比較恒定的輸出電壓，即使由于響鈴或其他信號、由于瞬時(shí)事件如雷電產(chǎn)生的電壓尖峰或者由于環(huán)境狀況，消息和振鈴線上的電壓產(chǎn)生變化。電壓預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器還可以確保如果有來自信號處理電子設(shè)備22的有害噪聲，噪聲不會通過電源48被引入服務(wù)路徑。如下所述的電流調(diào)節(jié)器54用于調(diào)節(jié)和限制流過雙絞線的電流，以確保電源和信號處理電子設(shè)備接收充足的電流滿足其運(yùn)行所需，同時(shí)限制來自CP的電話電流的大小以確保消息和振鈴線上的正常控制信號不受到不利影響以及正常的POTS服務(wù)不中斷。
10如下詳細(xì)所述，DC/DC變換器52優(yōu)選將從電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50接收的高電壓低電流功率轉(zhuǎn)換為用于信號處理電子設(shè)備22的穩(wěn)定的低電壓高電流功率。例如，如下所述，DC/DC變換器可以接收12-95伏范圍內(nèi)的DC輸入電壓，并產(chǎn)生2. 5-10伏范圍內(nèi)的DC輸出電壓。
圖3是根據(jù)本發(fā)明電源48的預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50的優(yōu)選實(shí)施例。如圖所示，電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器可以包括高電壓保護(hù)裝置60、如環(huán)形變壓器的濾波變壓器62、整流橋64和電壓調(diào)節(jié)器66。高電壓保護(hù)裝置60可以具有分別連接到雙絞線的消息線24和電流調(diào)節(jié)器54的平衡(BAL)線的輸入和返回線路68和70?？梢圆槐Ｗo(hù)受物理環(huán)境影響的這些線路。因此，包括例如標(biāo)準(zhǔn)MOV(金屬氧化物變阻器)浪涌保護(hù)器的高電壓保護(hù)裝置60限制進(jìn)入電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器的功率浪涌，功率浪涌由隨機(jī)的瞬態(tài)高電壓引起，例如雷電。選擇高電壓保護(hù)裝置以將輸出電壓限制為所需的最大電壓，如300伏。該電壓足夠高以避免來自CO的振鈴信號的干擾，振鈴信號的峰值為約250伏，同時(shí)提供避免過高電壓尖峰的合理保護(hù)。來自高電壓保護(hù)裝置的輸出72、 73可以連接到濾波變壓器，變壓器包括例如用作纏繞環(huán)形變壓器的反相位磁耦合線圈。濾波變壓器防止影響服務(wù)質(zhì)量如聲音質(zhì)量的噪聲通過高電壓保護(hù)裝置60反饋到雙絞線。
濾波變壓器62的輸出74、 75可以連接到整流橋64，如全波整流橋。整流橋?qū)⒃谄漭斎刖€路74和75上的DC和AC電壓轉(zhuǎn)換為輸出線路76上的相對于返回線路78上的參考電壓如地的正電壓。線路76上的整流橋輸出電壓在特定的運(yùn)行狀態(tài)期間可以高于90-100伏，例如在響鈴或雷電期間。因此，電壓調(diào)節(jié)器66將線路76上來自整流橋的電壓轉(zhuǎn)換為輸出線路80上實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定不變的DC電壓，選擇DC電壓值以防止破壞DC/DC變換器和使變換器向信號處理電子設(shè)備提供運(yùn)行功率。
如圖3所示，電壓調(diào)節(jié)器66可以包括NPN晶體管84，其集電極通過電阻86連接到橋式整流器的輸出76，其基極連接到電壓基準(zhǔn)元件，如齊納二極管88，其發(fā)射極連接到輸出線路80。電阻86限制從整流橋流向晶體管的電流。連接在該晶體管的集電極與基極之間的第二晶體管87提供流過齊納二極管88的電流，并將該晶體管的基極電壓偏置為齊納擊穿電壓。在80處的晶體管發(fā)射極上的輸出電壓等于齊納擊穿電壓減去晶體管的基極-發(fā)射極PN結(jié)電壓，該電壓通常為約0. 7伏。因此通過選擇擊穿電壓為51伏的齊納二極管88，在80處的調(diào)節(jié)器的輸出電壓將保持為約50伏的DC電壓。濾波電容90可以跨接在電壓調(diào)節(jié)器的輸出線路78、 80之間，如圖所示。為了適合振鈴電壓，優(yōu)選晶體管84的擊穿電壓為約400伏。
DC/DC變換器52將電壓調(diào)節(jié)器66的輸出端80處的DC電壓變換為實(shí)質(zhì)上適合用于信號處理電子設(shè)備的穩(wěn)定不變的運(yùn)行電壓。DC/DC變換器可以是標(biāo)準(zhǔn)的商品化DC/DC集成電路降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器，如可從國家半導(dǎo)體公司購買的LM5008集成電路。該集成電路可以接收的輸入電壓范圍是12-95伏的DC電壓，并產(chǎn)生范圍在2. 5-10伏的可選DC輸出電壓。LM5008的產(chǎn)品應(yīng)用手冊說明了對于不同的所需輸出電壓，電路的結(jié)構(gòu)以及電路元件的典型值。優(yōu)選地，DC/DC變換器配置為輸入DC電壓約48伏、電流10毫安，輸出DC電壓約4伏、電流50毫安。該輸出用作信號處理電子設(shè)備22的穩(wěn)定DC電源。
當(dāng)電話掛機(jī)時(shí)，沒有DC電流通過電話流過雙絞線，在功率提取裝置20的中間位置的電壓是CO提供給消息和振鈴線的48伏電壓與由于電流流過從CO到功率提取裝置的分布線路電阻引起的電壓降落之間的差值。優(yōu)選電流選擇為約10-14毫安。當(dāng)電話摘機(jī)時(shí)，其用作消息與振鈴雙絞線線路之間的300歐姆的電阻，其上有約6伏的電壓，因此導(dǎo)致摘機(jī)電流為如上所述的約20毫安。結(jié)合摘機(jī)電流與通過雙絞線流向功率提取裝置的電流將引起在功率提取裝置20的位置上的電壓降落，這將反映為低于從電壓調(diào)節(jié)器66的輸出80到DC/DC變換器的預(yù)期輸入電壓。在這些情況下，DC/DC變換器將消耗的電流量比正常情況下大，因?yàn)槠湓噲D保持預(yù)設(shè)輸出電壓，進(jìn)而又產(chǎn)生了更大的電壓降落。如果電壓下降得過低，DC/DC變換器將不能正常運(yùn)行。而
12且，當(dāng)電話放回叉簧時(shí)，電壓降落可導(dǎo)致DC/DC變換器繼續(xù)汲取比在
CO處的摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)值更多的電流，從而引起CO不能識別
電話放回叉簧和有效鎖存電話線的"忙"狀態(tài)。
為了避免這些問題，本發(fā)明在振鈴線中采用電流調(diào)節(jié)器54以調(diào)節(jié)電話掛機(jī)時(shí)流過電話的電流和限制掛機(jī)狀態(tài)期間流過雙絞線電路的總電流，因此降低了電源上產(chǎn)生的壓降。例如通過限制掛機(jī)電流為10毫安，即使電話掛機(jī)時(shí)，也可以從用于信號處理電子設(shè)備22的電源得到所需的電流量，例如10-14毫安。因此當(dāng)電話放回叉簧時(shí)，線路電流將降至低于CO的摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)水平，從而電話服務(wù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的電流調(diào)節(jié)器54的優(yōu)選實(shí)施例，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)和限制流過消息和振鈴線的電話電流。如圖2和4所示，優(yōu)選電流調(diào)節(jié)器插入振鈴線26。如圖4所示，電流調(diào)節(jié)器可以包括以背靠背的方式連接的一對半導(dǎo)體元件100、 102，如NPN晶體管，從而監(jiān)控振鈴線中流向C0的總電流和總電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)限制從CP流出的電流。
參考圖4，晶體管100、 102和一對關(guān)聯(lián)電阻104、 106可以相互連接，從而晶體管100的基極連接到電阻104和晶體管104的集電極，晶體管100的發(fā)射極在結(jié)點(diǎn)108連接到晶體管102的基極并連接到電阻106的一端。晶體管100的集電極和電阻104的另一端在結(jié)點(diǎn)110連接到來自雙絞線的振鈴線26，以及晶體管102的發(fā)射極和電阻106在另一結(jié)點(diǎn)112連接到通向C0的振鈴線。在摘機(jī)狀態(tài)下，從電話流向結(jié)點(diǎn)110的一部分電流流過電阻104并流入晶體管100的基極，開通晶體管。這使電話電流能從晶體管100的發(fā)射極流過電阻106和通向C0的振鈴線26。來自電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50 (參見圖3)的高電壓保護(hù)裝置60的平衡(BAL)端70的電流進(jìn)入結(jié)點(diǎn)108的電流調(diào)節(jié)器，并通過電阻106流向結(jié)點(diǎn)112和C0。因此，流過電阻106的總電流是進(jìn)入結(jié)點(diǎn)110和從晶體管100的發(fā)射極流過的電話電流，以及從高電壓保護(hù)裝置的BAL端70進(jìn)入結(jié)點(diǎn)108的電流調(diào)節(jié)器的電流的總和。只要由于組合電流引起的電阻106上的電壓降落小于正向偏
置晶體管102的基極-發(fā)射極PN結(jié)必需的電壓(約0. 7伏)，晶體管保持關(guān)斷且流入結(jié)點(diǎn)110的電流不受限制。但是，隨著流過電阻106的電流的增加，電壓降落增加并開始正向偏置晶體管102的基極-發(fā)射極結(jié)，晶體管102開始開通。由于晶體管102開通，其降低晶體管100的基極-發(fā)射極電壓，晶體管100開始關(guān)斷。進(jìn)而降低流過CP處的電話和流入結(jié)點(diǎn)110的電流。因此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇電阻106的值，電流調(diào)節(jié)器54可以將流過雙絞線的摘機(jī)DC電話電流自動(dòng)調(diào)節(jié)和限制為所需的值。
假設(shè)電源所需的電流為約10-14毫安，且該電流流入在電流調(diào)節(jié)器處的結(jié)點(diǎn)108，如果電阻106的值選擇為33歐姆，則在摘機(jī)狀態(tài)期間電流調(diào)節(jié)器將電話電流的值限制為約10毫安。因此，電流調(diào)節(jié)器確保足夠的電流可用于電源，所以DC/DC變換器提供在摘機(jī)狀態(tài)期間信號處理裝置所需的穩(wěn)定不變的DC電壓，同時(shí)限制總電流，從而當(dāng)電話放回叉簧時(shí)，電源電流小于在CO處摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)值。這樣在電話放回叉簧時(shí)，允許電話電路正常運(yùn)行?？珉娏髡{(diào)節(jié)器連接在結(jié)點(diǎn)110與112之間的電容116為聲音、振鈴和其他AC信號提供AC旁路，從而電流調(diào)節(jié)器只調(diào)節(jié)流過振鈴線返回CO的非直流電話電流。
在摘機(jī)狀態(tài)期間和功率提取裝置向信號處理電子設(shè)備提供所需范圍內(nèi)的電流時(shí)，電流調(diào)節(jié)器54工作正常，以調(diào)節(jié)和限制流過電話的電流。電流調(diào)節(jié)器54不限制從高電壓保護(hù)裝置60的BAL端70流入結(jié)點(diǎn)108和流回CO的電流。如上所示，在某些特定的運(yùn)行狀態(tài)下，例如雙絞線上的瞬時(shí)情況引起的電源位置處的顯著電壓跌落或高電壓尖峰，DC/DC變換器的電流消耗將隨其盡力保持預(yù)設(shè)輸出電壓而增加。如果電流增加到大于CO處的摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)值的水平，即使電話掛機(jī)時(shí)，電話線也可以由于過大的電流而"閉鎖"。為了防止該情況，本發(fā)明還優(yōu)選調(diào)節(jié)流入DC/DC變換器的電流，并將電流限制為預(yù)選擇的值，該值小于C0處摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)值，例如小于約20毫安。優(yōu)選地，對DC/DC變換器的電流值限制為約14毫安，如在此所述。
圖5說明本發(fā)明的可選實(shí)施例，其包括放置在電壓調(diào)節(jié)器66的輸出線路80中的電源電流調(diào)節(jié)器120，電壓調(diào)節(jié)器向DC/DC變換器供電。如圖5中所示，電源電流調(diào)節(jié)器可以包括連接電源電壓調(diào)節(jié)器66的NPN晶體管122和電阻124，從而晶體管122的基極和電阻124的一端連接到電壓調(diào)節(jié)器晶體管84的發(fā)射極，晶體管124的集電極連接到晶體管84的基極，晶體管122的發(fā)射極和電阻124的另一端連接到通向DC/DC變換器的輸出線路80。
在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電壓調(diào)節(jié)器的晶體管84通過電源電流調(diào)節(jié)器120的電阻124向DC/DC變換器提供所需的電流，例如10-14毫安?？梢赃x擇電阻124的值，從而由正常的電流在電阻上產(chǎn)生的電壓降落低于正向偏置晶體管122的基極-發(fā)射極PN結(jié)所需的電壓。因此晶體管122保持關(guān)斷。但是，如果流向DC/DC變換器的電流增大，則電阻124上的壓降增大。當(dāng)電流增大達(dá)到電阻124上的電壓降落開始正向偏置基極-發(fā)射極結(jié)的值時(shí)，晶體管開始開通。由于晶體管開通，其降低晶體管84基極-發(fā)射極PN結(jié)電壓，從而開始關(guān)斷晶體管84。由于晶體管84關(guān)斷，通過電阻124流向DC/DC變換器的電流相應(yīng)減小。
因此，電流調(diào)節(jié)器120將流向DC/DC變換器的電流調(diào)節(jié)和限制為所需的最大電流。通過恰當(dāng)?shù)剡x擇電阻124的值，DC/DC變換器汲取的電流最大值可以設(shè)定為確保通過電源48流向振鈴線26和流回CO的總電流低于在CO處的摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)電流值。優(yōu)選地，所選擇的電阻124的值使流向DC/DC變換器的最大電流設(shè)定為在DC/DC變換器的正常輸入電流運(yùn)行范圍內(nèi)的值，例如14毫安。因此，如果在摘機(jī)狀態(tài)期間出現(xiàn)產(chǎn)生過電流的瞬態(tài)或其它非正常情況，電源電流調(diào)節(jié)器120調(diào)節(jié)雙絞線電路中流過的電流，從而當(dāng)電話放回叉簧時(shí)，電流下降到低于CO處的摘機(jī)電流檢測器的水平。這確保不出現(xiàn)線路閉鎖，且電話電路的運(yùn)行不會中斷。
15圖6是根據(jù)本發(fā)明的功率提取裝置的另一實(shí)施例的框圖，其運(yùn)行 在集總或共享雙絞線結(jié)構(gòu)中。通常從CO到線路束終止的位置電話公
司提供捆扎在一起的多個(gè)雙絞線線路，例如25線一組，并且針對分
散的客戶拆散各個(gè)雙絞線線路。線路通常終止在金屬容器的包頭中， 從成捆的線路中獲取共享功率結(jié)構(gòu)中的功率，從而為信號處理電子設(shè)
備或其它用于單個(gè)雙絞線電路的裝置供電很方便。集總結(jié)構(gòu)如圖6的
框圖所示。
如圖所示，多個(gè)雙絞線對TP-l, TP-2，…TP-N中的每一個(gè)具有相 連的功率提取裝置20-1， 20-2，…20-N，功率提取裝置與上述的相同， 每一個(gè)分別包括電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50-1， 50-2，…50-N，電話電 流調(diào)節(jié)器54-1， 54-2，…54-N，以及用于限制流向相連DC/DC變換器 的電流的電源電流調(diào)節(jié)器120-1， 120-2，…120-N。 此外，每一個(gè)功 率提取裝置還可以具有另一個(gè)電流調(diào)節(jié)器130-1， 130-2，…130-N，其 連接在從DC/DC變換器到電源預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器50-1， 50-2，…50-N 的電壓調(diào)節(jié)器66的負(fù)返回線路78-1， 78-2，…78-N中，如圖6所示， 更詳細(xì)的如圖7所示。電源電流調(diào)節(jié)器120-1， 120-2，…120-N限制流 向DC/DC變換器的電流，如前所述。電流調(diào)節(jié)器130-1， 130-2，…130-N 進(jìn)一步限制在瞬態(tài)或其它非正常情況下相連DC/DC變換器的電流消 耗，如導(dǎo)致過電流的電壓尖峰的情況。在這樣的非正常情況下，如前 所述過電流可以引起線路閉鎖，因?yàn)镈C/DC變換器試圖保持對信號處 理電子設(shè)備的預(yù)設(shè)輸出電壓。圖6的集總實(shí)施例通過來自集總雙絞線 線路的電流分配避免這一點(diǎn)。沒有經(jīng)受高電流狀態(tài)的線路可以用于提 供線路所需電流的一部分(其可能大于C0處的摘機(jī)檢測值)，線路需 要電流以確保線路的DC/DC變換器對其相連的信號處理電子設(shè)備能 夠保持穩(wěn)定的輸出電壓和電流，不引起線路閉鎖。來自DC/DC變換器 的返回線路中的電流調(diào)節(jié)器130-1， 130-2，…130-N確保通過電源的 預(yù)調(diào)節(jié)器和保護(hù)器流向電流調(diào)節(jié)器54的平衡端的電流保持小于C0處 的摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)值。在多個(gè)線路同時(shí)承受高電流的情況下， 圖6的共享功率結(jié)構(gòu)提供更多的安全保證，因?yàn)樗试S將過大的電流需求分散到一組內(nèi)的所有線路中。
圖7說明可用在功率提取裝置中的DC/DC變換器電流調(diào)節(jié)器130 的優(yōu)選實(shí)施例。如圖所示，DC/DC變換器電流調(diào)節(jié)器130可以插入從 DC/DC變換器到電壓調(diào)節(jié)器66和整流橋64的返回線路中。電流調(diào)節(jié) 器130可以包括按類似于圖4中的電流調(diào)節(jié)器54的結(jié)構(gòu)連接在一起 的一對NPN晶體管140、 142和一對電阻144、 146。如圖所示，晶體 管140和142可以背靠背連接，晶體管140的發(fā)射極連接到晶體管 142的基極和電阻146的一端，晶體管142的集電極連接到晶體管140 的基極和電阻144的一端。電阻144的另一端可以連接到來自DC/DC 變換器的返回線路78中的結(jié)點(diǎn)148，晶體管142的發(fā)射極和電阻146 的另一端可以連接到通向整流橋的返回線路78中的結(jié)點(diǎn)150。此外， 電壓調(diào)節(jié)器電路66的齊納二極管88的陽極也可以連接到結(jié)點(diǎn)150， 如圖所示。
圖7的實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器66和電流調(diào)節(jié)器120的工作方式實(shí) 質(zhì)上與上述圖5中所示的第二實(shí)施例相關(guān)的工作方式相同。在正常工 作情況下電壓調(diào)節(jié)器向電流調(diào)節(jié)器120提供實(shí)質(zhì)上恒定的輸出電壓， 而在變換器消耗過多電流的非正常工作情況下電流調(diào)節(jié)器限制流向 DC/DC變換器的電流。電流調(diào)節(jié)器130進(jìn)一步用作在非正常情況下將 來自DC/DC變換器的返回電流調(diào)節(jié)和限制為所需的預(yù)設(shè)等級。
參考圖7，在正常情況下通過電阻144從返回線路78中的結(jié)點(diǎn) 148流出的電流正向偏置晶體管140的基極-發(fā)射極PN結(jié)，開通晶體 管。只要通過電阻146從晶體管140的發(fā)射極流到通向整流橋的返回 線路78中的結(jié)點(diǎn)150的電流產(chǎn)生的電壓降小于正向偏置晶體管142 必須的基極-發(fā)射極PN結(jié)電壓(約0. 7伏)，晶體管142關(guān)斷。但是， 如果由于出現(xiàn)非正常情況通過電阻146的電流增加，例如電壓尖峰， 電壓降開始正向偏置晶體管142的基極-發(fā)射極PN結(jié)，晶體管開通。 由于晶體管142開通，其降低晶體管140的基極-發(fā)射極電壓，這樣 開始關(guān)斷晶體管140。因此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇電阻146的值(例如與 電流調(diào)節(jié)器120的電阻124相同)，電流調(diào)節(jié)器130將返回線路78中流過的電流限制為所需的值，例如14毫安。這樣進(jìn)而限制通過返回
CO的振鈴線從高電壓保護(hù)裝置的BAL線70流入電流調(diào)節(jié)器54的結(jié) 點(diǎn)108的電流。
如圖6所示，通過按集總結(jié)構(gòu)將所有正電源線路 80-1， 80-2，…80-N和所有DC/DC變換器的返回線路 78-1，78-2，…78-N連接在一起，可以在各個(gè)電源中分配合并的電流。 因此，在非正常情況期間使集總結(jié)構(gòu)中的所有DC/DC變換器保持提供 給相關(guān)信號處理裝置的輸出電壓和電流實(shí)質(zhì)上穩(wěn)定，不通過任何雙絞 線線路汲取大于摘機(jī)電流檢測器的預(yù)設(shè)值的電流。這樣避免了任何雙 絞線線路的線路閉鎖或者中斷電話電路的正常工作。
雖然以上參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解可以不背 離本發(fā)明的精神和原理對這些實(shí)施例進(jìn)行變化，精神和原理的范圍如 權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1、用于從電話線路的雙絞線獲取功率為輔助電設(shè)備供電的裝置，包括具有第一和第二端子的電源，所述端子用于連接到在中心局與客戶端之間的位置上的所述雙絞線，電源在所述第一端子上接收來自所述雙絞線的第一線路的輸入電壓和電流，并將所述輸入電壓和電流轉(zhuǎn)換為用于向所述輔助電設(shè)備供電的預(yù)選擇輸出電壓，電源的第二端子向所述雙絞線的第二線路提供返回電流；及適于放置在所述雙絞線的第二線路中的電流調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器用于接收在第二線路中從客戶端流向中心局的返回電流，電流調(diào)節(jié)器進(jìn)一步接收從所述電源的第二端子返回到第二線路的所述電流，且電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)和限制來自客戶端的返回電流，從而在第二線路中流向中心局的總電流小于預(yù)定值。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中電源包括提供調(diào)節(jié)后的電壓 的電壓調(diào)節(jié)器，及將調(diào)節(jié)后的電壓轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述預(yù)選擇輸出電壓 的直流電壓的變換器。
3、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中電源進(jìn)一步包括高電壓保護(hù) 裝置，其將瞬態(tài)事件引起的、來自雙絞線的輸入功率浪涌限制為保護(hù) 電源的預(yù)定最大電壓。
4、 如權(quán)利要求2所述的裝置，進(jìn)一步包括連接在通向變換器的 電壓調(diào)節(jié)器的輸出線路中的另一電流調(diào)節(jié)器，所述另一電流調(diào)節(jié)器將 提供給變換器的電流限制為小于雙絞線中的摘機(jī)電流的預(yù)設(shè)值。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述另一電流調(diào)節(jié)器包括控 制電壓調(diào)節(jié)器中的第二半導(dǎo)體元件的第一半導(dǎo)體元件，當(dāng)電流達(dá)到所 述預(yù)設(shè)值時(shí)，第二半導(dǎo)體元件向變換器提供電流以限制提供給變換器 的電流。
6、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述第一和第二半導(dǎo)體元件 分別包括第一和第二晶體管，當(dāng)所述提供的電流小于所述預(yù)設(shè)值時(shí)， 所述第一晶體管處于非導(dǎo)通狀態(tài)，所述第二晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述第一晶體管響應(yīng)于用于控制所述第二晶體管的所述提供的電流，以 將提供的電流限制為所述預(yù)設(shè)值。
7、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電流調(diào)節(jié)器包括第一半 導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件，第一半導(dǎo)體元件放置在電流調(diào)節(jié)器的輸 入處，第一半導(dǎo)體元件用于來自客戶端的所述第二線路中的返回電 流，第二半導(dǎo)體元件響應(yīng)于在第二線路中流向中心局的總電流，并連 接以控制第一半導(dǎo)體元件，限制來自客戶端的返回電流，從而所述第 二線路中的所述總電流小于所述預(yù)定值。
8、 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述第一和第二半導(dǎo)體元件分別包括第一和第二晶體管，當(dāng)所述總電流小于所述預(yù)定值時(shí)，第一 晶體管偏置為導(dǎo)通狀態(tài)且第二晶體管偏置為非導(dǎo)通狀態(tài)，及第二晶體 管連接到第一晶體管從而當(dāng)總電流超過所述預(yù)定值時(shí)，使第一晶體管 進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)。
9、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述預(yù)定值包括一個(gè)值，使 得在沒有來自客戶端的返回電流時(shí)，在第二線路中流向中心局的總電 流小于摘機(jī)電流。
10、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電流調(diào)節(jié)器包括交流電 流旁路，該電流調(diào)節(jié)器限制在第二線路中流過的直流電流，其中所述 電流調(diào)節(jié)器將來自客戶端的所述返回電流限制為小于摘機(jī)電流的值。
11、 在共享結(jié)構(gòu)中從電話線路的多個(gè)雙絞線向一個(gè)或多個(gè)輔助電 設(shè)備供電的裝置， 一個(gè)或多個(gè)輔助電設(shè)備分別與所述一個(gè)或多個(gè)雙絞線相連，所述裝置包括用于所述多個(gè)雙絞線的每一個(gè)的具有第一和第二端子的電源，第一和第二端子用于連接到在中心 局與客戶端之間的位置上的所述雙絞線，電源在所述第一端子上接收 來自所述雙絞線的第一線路的輸入電壓和電流，并將所述輸入電壓和 電流轉(zhuǎn)換為用于向輔助電設(shè)備供電的預(yù)選擇輸出電壓，電源的第二端 子向所述雙絞線的第二線路提供返回電流；適于放置在所述雙絞線的第二線路中的第一電流調(diào)節(jié)器，第一電 流調(diào)節(jié)器用于接收在第二線路中從客戶端流向中心局的返回電流，所述電流調(diào)節(jié)器進(jìn)一步接收從所述電源的第二端子返回到第二線路的 所述電流，且電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)和限制來自客戶端的返回電流，從而在 第二線路中流向中心局的總電流小于第一預(yù)定值；及放置在從所述相連的輔助電設(shè)備到所述電源的返回線路中的第 二電流調(diào)節(jié)器，第二電流調(diào)節(jié)器用于將從所述相連的輔助電設(shè)備到電源的返回電流限制到第二預(yù)定值；及其中所述多個(gè)雙絞線的電源具有并行連接的對應(yīng)輸出端子以向 一個(gè)或多個(gè)輔助電設(shè)備分配提供的工作電流，從而所述多個(gè)雙絞線中 沒有一個(gè)流向中心局的總返回電流超過第三預(yù)定值。
12、 如權(quán)利要求11的裝置，其中所述電源包括接收所述輸入電 壓和電流及具有向變換器提供調(diào)節(jié)后的電壓和電流的輸出線路的電 壓調(diào)節(jié)器，以及放置在所述輸出線路中的第三電流調(diào)節(jié)器，第三電流 調(diào)節(jié)器用于將提供給所述變換器的電流限制為小于摘機(jī)電流的值，摘 機(jī)電流在來自客戶端的相連雙絞線的第二線路中流過。
13、 從電話線路的雙絞線向輔助電設(shè)備供電的方法，包括 在中心局與客戶端之間的位置上接收來自所述雙絞線的第一線路的輸入電壓和電流；將所述輸入電壓和輸入電流變換為用于向所述輔助電設(shè)備供電 的輸出電壓和輸出電流；向所述雙絞線的第二線路提供用于返回電流的返回路徑；檢測在第二線路中流過的來自所述返回路徑的總返回電流和在 所述第二線路中流過的從客戶端到中心局的另一電流；及調(diào)節(jié)來自客戶端的流過第二線路的所述另一電流，從而第二線路 中的所述總電流小于預(yù)定值。
14、 如權(quán)利要求13的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括將所述另一電流 限制為小于中心局的預(yù)設(shè)摘機(jī)電流值。
15、 如權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括檢測向所述輔助電設(shè)備 供電的返回電流，及將所述返回電流限制為小于所述預(yù)設(shè)摘機(jī)電流 值。
16、如權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括在共享功率結(jié)構(gòu)中從線 路的另 一雙絞線向所述輔助電設(shè)備供電，其中對所述另 一雙絞線重復(fù) 所述接收、所述變化、所述檢測和所述調(diào)節(jié)步驟以提供另一輸出電壓 和輸出電流，及其中合并所述輸出電壓和輸出電流為所述輔助電設(shè)備 供電。
全文摘要
用于從活動(dòng)POTS雙絞線線路獲取功率向相連的輔助電設(shè)備如信號處理電子設(shè)備供電的裝置和方法，包括用于提供調(diào)節(jié)后的DC電壓和電流的電源，和用于將流過雙絞線的電流限制為不中斷電話電路的正常撥號和運(yùn)行的預(yù)定值的電流調(diào)節(jié)器。電源中的另一電流調(diào)節(jié)器在功率尖峰期間將來自雙絞線的輸入電流限制為防止在摘機(jī)狀態(tài)下線路閉鎖的另一預(yù)定值。共享功率結(jié)構(gòu)從多個(gè)雙絞線獲取功率，且向并行的其它多個(gè)輔助電設(shè)備供電，因此將任一雙絞線的線路電流限制為避免中斷電話電路正常運(yùn)行的值。
文檔編號H04M1/00GK101467425SQ200680037649
公開日2009年6月24日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者愛德華·P.·龐加尼斯, 路易斯·拉薩瓦爾 申請人:菲洛杰公司