CN1227888C - 用户线接口电路中的一种装置 - Google Patents

Abstract

一个SLIC(1)包括为连接负载(RL)的双线传输线的相应导线(TIP，RING)提供线路电流的第一和第二电流放大器(2，3)，为减少该SLIC中的功耗，一个线路电流检测器(5，6，7，RB)检测低于阈值的线路电流。对于高于阈值的线路电流，第二放大器(3)由第一电池(VB2)提供基本上恒定的电压。调压器(4)以其输出端与第二放大器(3)连接，以其供电端与具有比所述第一电池(VB2)高的绝对电压的第二电池(VBAT)连接，并以其输入端与该检测器(5，6，7，RB)连接。为响应低于所述阈值的线路电流，该检测器(5，6，7，RB)输出与所检测的线路电流成比例的控制信号，以控制调压器(4)的输出端，以便由第二电池(VBAT)向第二放大器(3)和负载(RL)供电。

Description

用户线接口电路中的一种装置

技术领域

本发明总体上涉及用户线接口电路，并更为特别地涉及用户线接口电路中用于在两种不同的DC电压源之间转换线路电流以减少该用户线接口电路中功耗的一种装置。

发明背景

用于驱动连接负载的双线传输线的用户线接口电路(SLIC)具有这样的馈电特征，使得线路电压和线路电流是线路负载的函数。

当线路为开路，即处于负载挂机状态时，线路被提供最大电压，同时电流为零。以一种实质上已知的方式，SLIC必须得到比所需要的线路电压稍高的电源电压。

当线路是加负载的，即处于负载摘机状态，线路电压将降低而线路电流将升高以响应线路电阻加上负载电阻。

电源电压和线路电压之差将施加在SLIC上。流经SLIC的电流和SLIC上的电压将在SLIC中产生功耗。

对于短线路，即对于线路电阻加上负载电阻的低的数值，SLIC中的功耗达到其最大值。

在一些应用中，例如所谓的NT(网络终端)和TA(终端适配器)应用中，其线路极短。

为保持低功耗，应为这些短线路提供尽可能低的电源电压。同时，存在这样的要求，即在线路为开路时提供相当高的电压，因为为了检测负载挂机状态可能存在需要该较高电压的设备。

存在这样的技术方案，为SLIC施加两个电源电压，即一个在负载摘机状态吸收线路电流的具有较低绝对值的电池电压，和一个在负载挂机状态吸收线路电流的具有较高绝对值的电池电压。

通过以不同的方式限流较高的电池，试图控制流入或流出该电池的电流。

另一种方式是为当电流达到一适当值时，借助一个内部或外部的开关将电流转换至较高的电池。

当电流被转换时，要求用于转换的判定电平有一个滞后。否则，一个电池可在开关刚刚在两个电池之间进行转换的情况下用完。此外，不同电压之间的转换导致SLIC电源电压的阶跃函数变化，这种变化引起干扰。

发明概述

本发明的目的在于用已知的解决方案消除上述问题。

按照本发明，两个电池与SLIC连接使本发明的目的得以实现。

与另一电池相比具有较低绝对值的一个电池与一个二极管的阴极连接，该二极管的阳极与一个调压器连接，使其可由控制信号控制。根据控制信号，该调压器可吸收流向具有较高绝对值的电池的电流。

当线路电压低于较低电池的数值时，线路电流流向二极管和调压器之间的互连点并经二极管流向较低的电池。当线路的负载增加时，线路电压将升高同时线路电流将降低。在一确定的线路电流阈值，一个控制信号将被发送至调压器，使其开始吸收流向较高电池的线路电流。与较低电池连接的二极管将被反向偏置，并且全部的线路电流经调压器流向较高电池。

如果线路电压继续升高，则控制信号将导致调压器的输出端由此跟踪它。调压器的输出端将继续跟踪线路电压的变化，直到其输出端上的电压接近较高电池的数值。在那里，当线路电压已达到挂机电压时，调压器将被锁定，并且线路电流将降低至零。

以这种方式，线路电流被限定在较高的电池，使得功耗将尽可能的小。同时，将满足对高挂机电压的要求。因为将线路电流的馈电特征规定在低于转换阈值的范围内，所以在较高和较低电池之间交替转换的线路电流的振荡可被避免。

附图简述

下面将参照附图更为详细地说明本发明，其中，图1说明本发明的一个实施例，以及图2A和2B为说明图1中实施例的操作图。

发明详述

在摘机状态，每个SLIC均具有一个取决于线路长度及其负载的固定的线路负载。在挂机状态，该负载原则上是无穷大的。本发明的工作范围在这两种状态之间。在下面的说明中，线路负载将从零Ω变化到无穷大。

图1说明按照本发明的一种装置的实施例。

在SLIC1中，两个电流放大器2，3以它们的输出端与连接负载RL的双线传输线的相应的导线TIP和RING连接。

以其输出端与TIP导线连接的电流放大器2以其供电端接地。

以其输出端与RING导线连接的电流放大器3以其供电端与两个二极管D1，DB2的阳极之间的节点C连接。二极管DB2的阴极与DC电压源或VB2，例如一个电池连接，二极管D1的阴极与调压器4的输出端连接。调压器4以其供电端与具有比电池VB2高的绝对电压值的DC电压源VBAT，例如电池连接。调压器4的输入端与节点B连接。产生电流I1的电流源6与节点B和地电位之间的电阻器RB并联，以将电流I3提供给节点B。

晶体管Q1以其发射极与节点B连接，以其集电极与电池VBAT连接，并以其基极与节点A连接。

电流放大器3的输出端，即RING导线，经电压源8与节点A连接，该电压源在RING导线和节点A之间产生电压V1。

电压-电流变换器5以其正输入端与节点A连接，以其负输入端与节点C连接，以第一电流输出端与电流放大器2的输入端连接，以第二电流输出端与电流放大器3的输入端连接，并以第三电流输出端与节点D连接。节点D经产生电流I2的电流源7与电池VBAT连接。

节点D也与二极管D2的阴极连接，该二极管的阳极与节点B连接。电流I4将流过二极管D2。

如果RL＝0Ω，则线路电流IL将流过负载RL。在电压-电流变换器5的相应的输出电流的控制下，线路电流从地电位经电流放大器2流过负载RL并经电流放大器3提供给节点C。由节点C，电流IL经二极管DB2流向电池VB2。

TIP导线上的电压恒定地保持在负电压VTG，以便防止电流放大器2成为饱和。

电压源8以其正极端子与RING导线连接并以其负极端子与节点A连接，以在RING导线和节点A之间产生电压V1。

以其基极与节点A连接并以其发射极与节点B连接的晶体管Q1控制调压器4。晶体管Q1的发射极由电流源6提供电流。与电流源6并联的电阻器RB具有非常高的阻抗。跨电阻器RB的电压产生电流，该电流连同来自电流源6的电流I1形成经晶体管Q1流向电池VBAT的电流I3。

调压器4的输出端被控制在一确定的电压值，该值相对于RING导线上的电压为负，并且该值通过由电压源8产生的电压V1减去晶体管Q1上的发射极-基极电压设定。

因此，调压器4的输出端上的电压跟踪RING导线上的电压。

以其阳极与节点C连接并以其阴极与调压器4的输出端连接的二极管D1被认为是与一个理想的二极管，即它具有高击穿电压并不具有正向电压降。

当RL＝0时，RING导线将具有与TIP导线相同的电压。则调压器4的输出端将处于比RING导线电压低大约电压V1的电压。

于是，因为节点C将处于比电池电压VB2高的二极管电压，所以二极管D1将被反向偏置。

电压-电流变换器5以其正输入端与节点A连接并以其负输入端与节点C连接。在图1中，正输入端和负输入端之间的电压差由VCA表示。

在电压-电流变换器5的三个电流输出端上，与电压-电流变换器5的变换因数成比例的各电流被提供给电流放大器2和3的电流控制输入端以及节点D。电流放大器2，3分别具有增益g和-g。提供给电流放大器2和3的输入端的电流由相应的电流放大器2，3放大并形成线路电流IL。由通过电压-电流变换器5提供给节点D的电流，电流源7牵引电流I2。当RL＝0时，由电压-电流变换器5流向节点D的电流大于I2。只要电流I2小于从电压-电流变换器5流向节点D的电流，则没有电流经互连在节点D和B之间的二极管D2被牵引，即I4＝0。

于是，电压VCA将设定线路电流IL。

当RL＝0时，电压VCA将是节点A中的电压减去节点C中的电压。相对于地电位的节点A中的电压将由VTG减去为零的|VRL|，减去|V1|设定。

节点C不变地箝位在对应于高于VB2的二极管电压的电压。于是当RL＝0时，电压VCA处于最大值。这也是现有的给线路馈电的电压。如果RL升高，则因为VTG和VI是恒定的，所以该电压必须在VLR和VCA之间分配。当RL升高时，电压VRL将升高。因此，RING导线上的电压将朝向电压VB2被往下拉。TIP导线上的电压保持固定。跟踪RING导线上的电压的节点A中的电压将被往下拉相同的数量。对于调压器4的输出端上的电压也是如此。节点C的电压是固定的，这导致电压VCA被往下拉。

由图2A，一直到点VRL1节点A和C之间的距离如何减少是显而易见的。

电压-电流变换器5的输出电流同样减少，并由此线路电流IL和流向节点D的电流同样减少。

由图2B，线路电流IL同时一直减少到线路电压VRL1是显然的。

如果RL继续升高，这将导致IL进一步减少。

最后，从电压-电流变换器5流向节点D的电流将小于由电流源7牵引的电流I2。

现在，将经二极管D2从节点B牵引电流I4。流经晶体管Q1发射极的电流将减少与由电流I4所牵引的相同的数量。

在图2A中，我们现在接近电压VRL1。节点B中的电压将朝向节点C的电压被往下拉。

在RL的一个确定值，即在负载电流IL的一个确定值，从节点B牵引的电流I4将等于电流I3。晶体管Q1的发射极电流现在将为零。发射极电压消失并且调压器4的输入端将被往下拉，以使得二极管D1将被正向偏置，并且线路电流将流入调压器4。同时，二极管DB2将被反向偏置。调压器4将吸收流向电池VBAT的线路电流IL。

在图2B中指出，在线路电压VRL1，线路电流IL从电池VB2移向电池VBAT。

至今，SLIC中的功率已产生在地电位和电池VB2的电压之间。通过以这种方式确定线路电流IL处于何值时，应实现向电池VBAT的转换，SLIC中产生的功率可被最佳化。电池VBAT可不再吸收大于已选择为阈值的电流的电流。

通过为电流I3和I2选择合适的值，线路电流IL的这种转换可被编程以发生在一个固定的IL值。

当RL增加时，线路电流IL将在片刻保持在以前的数值。RL上的电压VRL将升高，而RING导线和节点A的电压将被往下拉相同的数值。电压-电流变换器5的正输入端也是如此。节点C中的电压将保持，这导致电压VCA减少。电压-电流变换器5的输出电流将同样减少。当流入节点D的电流减少时，流过二极管D2的电流I4增加。节点B中的电压将被往下拉并由此，调压器4的输出端上的电压也被往下拉。跟踪调压器4的输出电压的节点C中的电压同样被往下拉，而电压VCA开始增加。由此，电压-电流变换器5的输出电流增加。当流入节点D的电流增加时，流过二极管D2的电流I4减少。节点B中电压的减少将如节点C中的电压一样停止。当各种情况稳定时，电压VRL已升高，同时节点C中的电压已移动相同的数量。

于是，在节点C中的电压跟踪负载RL上的电压的所有变化的情况下，实现一个控制***。

在电流I4规定了实际值时，电流I3设定所需要的数值。

借助电压-电流变换器5实现该实际值的检测或检出，该电压-电流变换器检测节点C和A之间的电压差，并将这些电压差变换为三个成比例的电流。于是，不同的电流将提供给节点D以响应这些电压差。电压VCA被这样控制，使得电流I3和电流I4相互平衡。如果电压VCA减少，例如，当RING导线电压被往下拉时，则电流I4将增加，并且节点B和C的电压将被往下拉。当RING导线电压被拉起时，出现相反的情况。

节点B中的阻抗高，理想地作为两个反向电流源。在图1中，电阻器RB表示该阻抗。如果从电压的角度来看节点B是变化的，则电流I3也同样变化。为平衡该变化，电流I4必须变化。电压VCA变化并由此IL变化。于是，产生具有大大高于前面所述的变换因数的另一馈电特征。如果RB非常高，则这意味着线路上的电流变化相对于变化的电压是小的。这可在图2B中看出，其中所示电流是几乎恒定的电流。但是，电流具有电阻性斜率(resistive slope)，这对于避免在两个电池之间交替转换的线路电流处的振荡是重要的。这可在线路电流低于转换值的RL值的情况下发生。

如果RL继续升高，则RING导线上以及节点A，节点B和节点C中的电压将朝向VBAT向下移动相同的数量。VBAT将吸收线路电流。最后，电流源7将饱和，但将继续经二极管D2吸收电流使I4＝I3。原则上，节点D将处于与VBAT相同的电压。节点B中的电压将停止在大约高于VBAT的二极管电压。现在，当RL增加时，节点B和C不能再向下移动，并且控制回路将断开。电压VCA减少，并且电压-电流变换器5的输出电流也是如此。如图2A和2B所示，在电压VRL2处，线路电流IL减少。

当RL＝∞时，即在挂机状态，电压-电流变换器5的输出电流已完全消除。因此，IL为零并且电压VRL通过|VBAT|减去|VTG|减去RING导线和VBAT之间的电压确定。RING导线和VBAT之间的电压可通过节点C中的电压设定，节点C中的电压通过节点D中的电压加上二极管D2上的二极管电压，加上为零的电压VCA，加上电压|V1|设定。

在上述参照图1说明的实施例中，从电压-电流变换器5流向电流放大器2、3的控制电流用于间接检测线路电流IL并将其与预定的阈值比较。当然应指出的是，有可能代之以直接检测线路电流，例如，通过直接检测双线传输线中的或电流放大器2、3的供电端中的电流。

借助电压-电流变换器的变换因数的知识，因为线路电流的每个数值对应于一个特定的线路电压，所以在确定的线路电压的线路电流可被确定。于是，有可能通过检测线路电压间接地确定线路电流。

PNP晶体管可用于替代图1中所示的调压器4和二极管D1。该PNP晶体管(未示出)则将以其发射极与节点C连接，以其集电极与电池VBAT连接，并以其基极与节点B连接。

由上面所述应已知，借助按照本发明的装置，将有可能减少SLIC中的功耗。

Claims (7)

1.一种在用户线接口电路(1)中在不同的DC电压源之间自动转换第二电流放大器的供电端以减少用户线接口电路(1)中功耗的装置，所述电路包括以它们的输出端与连接负载(RL)的双线传输线的相应的导线(TIP，RING)连接的第一和第二电流放大器(2，3)，其中第一电流放大器(2)以其供电端接地，其中，在所述用户接口电路中的装置其特征在于

-连接一个线路电流检测器件(5，6，7，RB)，以检测低于阈值的线路电流，

-第二电流放大器(3)的供电端与调压器(4)的输出端(C)连接，并经一个二极管(DB2)与第一电池(VB2)连接，以便在正常情况下由所述第一电池(VB2)为大于阈值的线路电流提供基本上恒定的电压，

-调压器(4)以其供电端与具有比所述第一电池(VB2)高的绝对电压的第二电池(VBAT)连接，并以其输入端与线路电流检测器件(5，6，7，RB)的输出端(B)连接，

-为响应低于所述阈值的线路电流，线路电流检测器件(5，6，7，RB)适于输出与所检测的线路电流成比例的控制信号，以控制调压器(4)的输出端(C)为反向偏置二极管(DB2)的电压，并对低于所述阈值的线路电流的每个值向第二电流放大器(3)的供电端和负载(RL)提供唯一的电压。

2.如权利要求1的装置，其特征在于，为检测低于阈值的线路电流，连接线路电流检测器件(5，6，7，RB)以检测流向第一和第二电流放大器(2，3)的控制电流。

3.如权利要求1的装置，其特征在于，为检测低于阈值的线路电流，连接线路电流检测器件以直接检测线路上的电流。

4.如权利要求1的装置，其特征在于，为检测低于阈值的线路电流，连接线路电流检测器件以检测流向所述第一和/或第二电流放大器(2，3)的电源电流。

5.如权利要求1的装置，其特征在于，为检测低于阈值的线路电流，线路电流检测器件适于检测线路电压。

6.如权利要求1至5任何之一的装置，其特征在于，调压器(4)的输出端经第二二极管(D1)与第二电流放大器(3)的供电端连接。

7.如权利要求1至5任何之一的装置，其特征在于，调压器是一个PNP晶体管，该晶体管以其发射极与第二电流放大器的供电端连接，以其集电极与第二电池连接，并以其基极与线路电流检测器件的输出端连接。

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