用于產(chǎn)生第二電壓源的具有電荷泵的電壓調(diào)節(jié)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)總地涉及遠(yuǎn)程通信，更具體地涉及用于產(chǎn)生供給電壓以支持用戶線路的電壓調(diào)節(jié)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在通信系統(tǒng)中，尤其在電話學(xué)中，經(jīng)由雙線雙向通信信道在用戶站與中心交換局之間傳輸信號(hào)是普通做法。線卡通常將用戶站與中心交換局相連接。線卡通常包括至少一個(gè)用戶線接口電路(SLIC)以及用戶線音頻處理電路(SLAC)。線卡的功能范圍從提供通話電池到執(zhí)行電路的喚醒時(shí)序以允許通信發(fā)生。
[0003]開(kāi)發(fā)了一些用戶線接口電路(SLIC)以在電話中心局中的低電壓信號(hào)路徑與高電壓電話用戶線之間提供接口。SLIC提供一些功能，諸如摘機(jī)檢測(cè)、振鈴信號(hào)生成以及向用戶線饋送電池。用戶線包括電話傳輸線和用戶電話設(shè)備，電話傳輸線包含被稱為A與B或尖端與環(huán)形的兩個(gè)導(dǎo)體，用戶電話設(shè)備耦合在尖端與環(huán)形導(dǎo)體上(例如，負(fù)載)。響應(yīng)于接收的電池電壓，SLIC將來(lái)自電話中心局的電力提供給用戶線。向SLIC提供DC電池電壓以對(duì)SLIC和用戶線供電。例如，通常向SLIC提供低負(fù)電壓源VBL和高負(fù)電壓源VBH。通常在摘機(jī)操作期間使用VBL源以支持呼叫。通常在掛機(jī)操作期間使用VBH源以支持振鈴。
[0004]產(chǎn)生SLIC輸入電壓的常規(guī)技術(shù)包括每信道的電源(用于電壓源的獨(dú)立電源)或共享的多輸出電源。盡管可利用相對(duì)低成本電感器實(shí)現(xiàn)每信道電池電壓產(chǎn)生，但每信道需要一個(gè)電感器，這增加電源所消耗的總成本和不動(dòng)產(chǎn)。共享的多輸出方法需要具有多個(gè)輸出尖端的單個(gè)較高成本的變壓器，以允許產(chǎn)生不同的輸出電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0005]通過(guò)參照附圖，能更好地理解本公開(kāi)，而且使本公開(kāi)的許多特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。
[0006]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的通信系統(tǒng)的框圖。
[0007]圖2是示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)中的用戶線接口電路的電壓電平與電源的控制的狀態(tài)圖。
[0008]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)中的電壓調(diào)節(jié)器功率級(jí)的電路圖。
[0009]圖4是示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖3的功率級(jí)的操作的圖。
[0010]在不同附圖中，相同的附圖標(biāo)記的使用指示相似或完全相同的項(xiàng)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1-4示出產(chǎn)生用于支持用戶線的供給電壓的示例電路和技術(shù)。電壓調(diào)節(jié)器包括用于產(chǎn)生第一供給電壓的切換部分和基于該第一供給電壓產(chǎn)生第二供給電壓的電荷栗部分?？苫诮邮盏谝慌c第二供給電壓的用戶線接口電路(SLIC)所支持的用戶線的操作狀態(tài)來(lái)控制第一與第二供給電壓的大小。親合到切換部分和電荷栗部分的輸出電容器可被疊加以阻止第二供給電壓響應(yīng)于第一供給電壓的穩(wěn)態(tài)電平減小而崩潰。
[0012]圖1是通信系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化框圖，通信系統(tǒng)100包含用戶線音頻處理電路105、多個(gè)用戶線接口電路(SLIC) 110、115和電壓調(diào)節(jié)器120。電壓調(diào)節(jié)器120包括功率級(jí)125和控制器130。電壓調(diào)節(jié)器120產(chǎn)生供給電壓VBH和VBL以供SLIC 110、115使用來(lái)支持用戶線TIP/RING線T/RUT/R2上的通信。盡管控制器130被示為單獨(dú)的實(shí)體，但它可集成到另一個(gè)單元，諸如SLAC 105?？刂破?30包括誤差放大器135，采用來(lái)自功率級(jí)125的反饋(“FB”)和來(lái)自SLAC的基準(zhǔn)電壓(“VREF")來(lái)控制功率級(jí)125。
[0013]本領(lǐng)域技術(shù)人員已知SLIC裝置110、115和SLAC裝置105的一般操作和配置，因而僅提供高級(jí)別描述。SLIC 110、115為外圍交換用戶(FXS)電路提供電接口以便與耦合到TIP/RING線T/R1、T/R2的電話裝置通信。SLAC 105提供較高級(jí)別功能，諸如音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理、全世界(worldwide)阻抗匹配、呼叫控制信號(hào)生成與檢測(cè)以及電池電壓控制。
[0014]針對(duì)VBL供給電壓，SLAC 105對(duì)控制器130配置期望的電壓電平VREF ALAC 105可響應(yīng)于SLIC 110、115的運(yùn)行狀態(tài)而使VREF變化。因?yàn)閂BH是基于VBL產(chǎn)生的，使VREF變化將使VBL和VBH兩者變化。在操作期間，當(dāng)SLIC 110、115處于閑置狀態(tài)(掛機(jī))時(shí)，SLAC 105將VREF的值設(shè)定為等同于大約-25V的VBL的值。此VBL設(shè)定對(duì)應(yīng)于大約-60V的VBH電平。此VBH值高得足以支持-48V的掛機(jī)尖端/環(huán)形電壓，具有充足的凈空(headroom)來(lái)傳輸呼叫者ID信號(hào)。如果用戶線摘機(jī)，其相關(guān)聯(lián)的SLIC 110、115將其電壓源從VBH切換到VBL以最小化功耗。當(dāng)SLIC 110、115之一處于振鈴狀態(tài)時(shí)，VBH電壓必須更高以支持所需的峰值振鈴電壓，大約-70到-80Vpk。因此，SLAC 105使VREF增加到相當(dāng)于大約-35V到-40V的VBL的值，導(dǎo)致VBH增大到大約-80V到-90V。較高值的VBH提供充足的凈空來(lái)支持干凈的正弦振鈴波形。其他非振鈴線(若閑置)將使用VBH來(lái)維持掛機(jī)電壓。如果非振鈴線是活動(dòng)的，它將使用VBL對(duì)摘機(jī)用戶線提供環(huán)路電流。當(dāng)振鈴線不再處于振鈴狀態(tài)時(shí)，SLAC 105將VBL調(diào)節(jié)回到-25V以減小功耗。
[0015]圖2是示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的系統(tǒng)中的SLIC110、115的電壓電平與電源的控制的狀態(tài)圖200 ALIC 110、115基于它們的運(yùn)行狀態(tài)選擇電壓源。SLIC 110、115各自可獨(dú)立于另一個(gè)SLIC 110、115的運(yùn)行狀態(tài)選擇其電壓源。如果與SLIC 110、115相關(guān)聯(lián)的用戶線掛機(jī)，那么SLIC 100、115從VBH源汲取電力，如狀態(tài)210所示。如果用戶線摘機(jī)，如轉(zhuǎn)變220所示，那么SLIC 110、115變化到VBL，如狀態(tài)230所示。當(dāng)用戶線回到掛機(jī)時(shí)，如轉(zhuǎn)變240所示，SLIC 110、115返回狀態(tài)210并選擇VBH作為其電壓源。
[0016]SLAC 105基于SLIC 110、115的運(yùn)行狀態(tài)選擇VBL的電平。如果沒(méi)有線在振鈴，那么SLAC 105將VBL控制在低設(shè)定值(例如，VBL = -25V，VBH = -60V)，如狀態(tài)250所示。如果一個(gè)或多個(gè)SLIC 110、115進(jìn)入振鈴狀態(tài)，如轉(zhuǎn)變260所示，SLAC 105則增大VBL的值以便于VBL達(dá)到高設(shè)定值(例如，VBL = -35V到-40V、VBH=-70V到-80V)，如狀態(tài)270所示。當(dāng)SLIC 110、115都不處于振鈴狀態(tài)時(shí)，如轉(zhuǎn)變280所示，SLAC 105使VBL返回到狀態(tài)250中呈現(xiàn)的低設(shè)定。
[0017]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的電壓調(diào)節(jié)器120的功率級(jí)125的電路圖。功率級(jí)125包括用于產(chǎn)生VBL的切換級(jí)300和基于VBL產(chǎn)生VBH的電荷栗級(jí)350。切換級(jí)300包括電子控制開(kāi)關(guān)305(例如，PNP功率晶體管305)，其耦合在輸入電壓源VSW與能量存儲(chǔ)元件310(例如，電感器310)之間。通過(guò)圖1的控制器130所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制輸出信號(hào)PWM_0UT對(duì)開(kāi)關(guān)305進(jìn)行控制。經(jīng)由晶體管305儲(chǔ)存在電感器中的能量通過(guò)二極管320轉(zhuǎn)移到輸出電容器315，用于在輸出端325產(chǎn)生VBL。電荷栗級(jí)350包括耦合到切換節(jié)點(diǎn)330的升壓電容器355，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)330被定義在晶體管305與電感器310之間。升壓電容器355經(jīng)由二極管360耦合到輸出電容器365，用于在輸出端370產(chǎn)生VBH。二極管375耦合在電荷栗節(jié)點(diǎn)380與切換節(jié)點(diǎn)330之間，電荷栗節(jié)點(diǎn)380被定義在升壓電容器355與二極管360之間。
[0018]圖4是示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖3的功率級(jí)的操作的圖。通常，控制器130基于誤差放大器135所提供的反饋信息，設(shè)定PWM_0UT信號(hào)的占空比以控制VBL的電平。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)305在圖3中被示為P型器件，當(dāng)PWM_0UT低時(shí)發(fā)生接通周期SW_0N，當(dāng)PWM_0UT高時(shí)發(fā)生斷開(kāi)周期SW_0FF。切換節(jié)點(diǎn)330處的電壓由SW信號(hào)來(lái)表示，且電荷栗節(jié)點(diǎn)380處的電壓由CP信號(hào)來(lái)表示。在充電周期期間，由SW_0N來(lái)表示，電感器310被充電，如由電感器電流增大來(lái)證實(shí)。電流以VSW值和電感器310的電感所控制的速率斜變。切換節(jié)點(diǎn)330處的電壓SW對(duì)應(yīng)于向開(kāi)關(guān)305饋電的電源的電壓VSW(例如，12V)。電荷栗節(jié)點(diǎn)380處的電壓CP標(biāo)稱地對(duì)應(yīng)于VBL減去二極管375的正向二極管壓降。在此充電階段期間，能量積累在電感器310中。二極管320、360是反向偏置的，因此分別防止電流流向輸出電容器315、365。由于電壓SW是VSW且電壓CP是VBL，升壓電容器355兩端的電壓大約為VBL加上VSW(未算上二極管壓降)。當(dāng)電感器310正在充電時(shí)，由于二極管360是反向偏置的，二極管375允許升壓電容器355被充電到?VBL+VSW。
[0019]當(dāng)開(kāi)關(guān)305斷開(kāi)時(shí)，電感器310的磁場(chǎng)崩潰，且SW電壓由于電感器反激(flyback)而翻轉(zhuǎn)極性。儲(chǔ)存在電感器310中的電流經(jīng)由二極管320分配到輸出電容器315并且經(jīng)由升壓電容器355和二極管360分配到輸出電容器365。二極管375是反向偏置的。在斷開(kāi)周期期間，由于SW電壓翻轉(zhuǎn)極性，CP電壓也翻轉(zhuǎn)極性，但升壓電容器355仍維持?VSW加VBL電荷。當(dāng)電壓SW達(dá)到VBL值時(shí)，電壓CP為VBL+VBL+VSW( 2 x VBL+VSW)。因此，對(duì)于低設(shè)定，由于VBL = 25且VSW=12V，VBH = -62V。對(duì)于高設(shè)定，由于VBL = -35且VSW=12V，VBH = -82V。來(lái)自電感器310的電流對(duì)輸出電容器315、365兩者充電。二極管375用作開(kāi)關(guān)，在電感器310充電時(shí)允許電荷添加到升壓電容器355，然后二極管375斷開(kāi)，則允許電荷傳遞到與VBH相關(guān)聯(lián)的輸出電容器365。輸出電容器315、365為VBL與VBH電壓提供濾波和能量存儲(chǔ)。盡管對(duì)于每一個(gè)電壓源VBL、VBH僅示出單個(gè)輸出電容器315、365，在一些實(shí)施例中，可使用RC網(wǎng)絡(luò)(未示出)提供附加的濾波。
[0020]VBL電壓的穩(wěn)態(tài)值是由控制器130在輸出端325處采樣VBL值以產(chǎn)生FB信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)的。在一些實(shí)施例中，控制器130采用固定頻率的可變脈寬信號(hào)，其中SW_0N可配置為控制開(kāi)關(guān)305的接通時(shí)間以影響能量存儲(chǔ)元件310被充電到什么程度。增加充電時(shí)間則增加從VBL傳遞的電力，減少充電時(shí)間則減少?gòu)腣BL傳遞的電力。因此，控制器130根據(jù)VBL上的負(fù)載設(shè)定占空比。誤差放大器135監(jiān)測(cè)VBL上的電壓，控制器130調(diào)節(jié)PWM_0UT的占空比以維持適當(dāng)?shù)碾妷弘娖健?br>[0021]為了允許VBH的更好調(diào)節(jié)，堆疊輸出電容器315、365。因此，VBH上的負(fù)載將導(dǎo)致能量從輸出電容器315、365兩者中移除，這將影響VBL值并強(qiáng)迫控制器130進(jìn)行校正來(lái)施加負(fù)載。實(shí)際上，VBL或VBH上的負(fù)載將造成控制器130調(diào)節(jié)PWM_0Ult^占空比以進(jìn)行補(bǔ)償。例如，當(dāng)VBL的穩(wěn)態(tài)值減小到較低的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，如果VBH有比VBL高的電平負(fù)載時(shí)，那么輸出電容器315、365之間的耦合防止VBH崩潰。輸出電容器315、365兩者將被VBH上的負(fù)載耗盡，直到控制130識(shí)別此負(fù)載并控制占空比來(lái)維持VBL為止。在一些實(shí)施例中，輸出電容器315、365具有相同的電容值，因而它們以相同的速率放電。
[0022]在一些實(shí)施例中，可由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行明確儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一個(gè)或多個(gè)軟件程序來(lái)實(shí)施上述功能中的至少一些，其中一個(gè)或多個(gè)軟件程序包含指令，當(dāng)執(zhí)行該