本发明的目的是通过阻抗匹配来降低SLIC的二线回波
(return)损耗。二线用户专用线是典型的阻抗值为数百欧(例如
600-9000)的传输线路。与用户专用线相连接的SLIC要求具有匹
配的阻抗，以便防止产生二线回声，亦即两线回波损耗。通常是在
SLIC的四线侧通过合成一个与二线传输线路的阻抗大至相等的
二线阻抗Zo来实现阻抗匹配。该合成阻抗Zo与传输信号电流
ITX相结合，然后与接受信号电流IRX相结合，以便提供一个阻
抗校正因数，该矫正因数使得SLIC的阻抗与两线阻抗相匹配或者
基本上相匹配。通过一个连接传输通路18和接受通路16的阻抗元
件20来提供阻抗校正因数K1，Z0。在采用上述阻抗元件20对接
受通路16上的信号进行校正之前，通过阻抗元件22来调节接受通
路16中的信号增益。增益调节因数K2Z0和上述阻抗校正因数是
彼此相关的，增益调节因数是阻抗校正因数的函数(一般情况下K1
≥K2)。
从功能上看，电流型SLIC的二线侧的工作方式如附图2A所
示。通过将塞尖电压和振铃电压分别施加在电阻R1A和R2A上，
将电话线端子上的塞尖和振铃电压转换成为电流，然后将电流送到
电流镜CM1A和CM2A。所述电流镜由美国专利4203012号披
露。电流镜提供一个输入信号的一个或者多个复制信号，也可以是
一个电流放大器，将被反射的电流放大N倍，N可以大于1，也可
以小于1。当一个电流镜提供多个复制电流时，每一个复制电流可
以被乘以不同的N。
塞尖电流I1A和电话线塞尖连线上的电压成正比，振铃电流
I2A和电话线振铃连线上的电压成正比。
I1A＝(地电位-Vtip)/R1A (1)
I2A＝(Vring-Vbattery)/R2A (2)
通过增大I1A、I2A在电流增益块G1A和G2A中的增益，为
二线侧提供具有适当数值的合成阻抗。将会明白，上述合成阻抗是
电阻和增益的函数。例如，塞尖和振铃连线处的阻抗是：
Ztip＝R1A/(1+G1A) (3)
Zring＝R2A/(1+G2A) (4)
然而，电阻R1A、R2A和增益G1A、G2A并不是彼此独立的，
当对一个阻抗进行调节时，必须同时予以改变。由于增益可能是很
复杂的，因此该调节通常并不容易。
一些电话系统采用使电话线的振铃侧接地的方式来向操作者
发出信号，这样的信号被称之为接地键。在这样的系统中，可以提供
附加电路来指示一个接地键。然而，这样的附加电路增加了电路的
复杂性，增大了出现连接错误的可能性。因此，需要能够减少用于检
测接地键所需的附加电路。
一个SLIC最好具有对故障的自我保护功能，例如对线务员偶
尔造成的接地、馈电线脱线等等。如果SLIC不检测故障，那么它就
会在短路状态下运行，并会产生过热现象。
本发明的一个目的是为SLIC提供一种新的接地键检测器以
及一种检测接地键的方法，该方法能够克服现有技术中所存在的问
题。
本发明的另一个目的是为SLIC提供一种新的接地键检测器
以及一种检测接地键的方法，其中通过将塞尖电流和振铃电流与一
个基准电流进行比较来指示所述接地键。
本发明的其他目的是：提供一种用于将SLIC和振铃信号与电
话机耦合的方法和装置；提供一种使SLIC和振铃信号相隔离、同
时又不会明显减小语音信号的方法和装置；提供一种方法和装置，
其中使SLIC与电话电路中的其他部分相隔离的装置被集成到
SLIC的同一个集成电路中。
本发明的用于电话系统的电路包括：一个用户专用线接口电路
(SLIC)，具有与SLIC以及电话机相电连接的塞尖和振铃通路；一
个用于产生振铃信号的振铃发生器；用于有选择性地将所述振铃信
号送到塞尖和振铃通路的开关；一个用于使得所述SLIC与振铃信
号相隔离的可选增益设定阻塞器件。
本发明也提供了一种用于设定一个用户专用线接口电路
(SLIC)的塞尖和振铃连线的交流阻抗和直流阻抗的电路，包括第
一装置，用于提供SLIC塞尖和振铃电压的直流分量的平均电流；
第二装置，用于提供SLIC塞尖和振铃电压的交流分量的平均电
流；第三装置，用于相对于所述直流分量平均幅值改变交流分量平
均幅值，从而分别设定交流和直流阻抗。
本发明进一步提供了一种用户专用线接口电路(SLIC)，包括
第一和第二电流镜，用于在该SLIC的二线侧提供分别与塞尖和振
铃电压成正比的独立的塞尖电流和振铃电流；一个直流滤波器和第
一平均器，用于提供塞尖电流和振铃电流的直流分量的平均电流；
一个第二平均器，用于提供塞尖电流和振铃电流的平均电流；一个
用于通过消除塞尖电流和振铃电流中的直流分量平均值来提供塞
尖电流和振铃电流的交流分量的平均电流的装置；一个电流放大
器，用于放大塞尖电流和振铃电流的交流分量的平均值，并将所述
电流放大器产生的经过放大的电流的复制电流送到位于SLIC的
四线侧的一个电压传输连线；一个电压—电流转换器，用于提供一
个与SLIC的四线侧的接收电压成正比的接收电流；一个组合装
置，用于通过对所述接收电流、来自所述电流放大器的放大的交流
电流的平均值、以及来自所述第一平均器的直流电流的平均值进行
组合来提供一个反馈电流；以及两个放大器，用于放大所述反馈电
流，并将经过放大的反馈电流送到SLIC的二线侧。
下面将结合附图对本发明的实施例进行说明。
参见附图3，其中与附图2相同的元件采用相同的附图标号，
所示电话电路可以包括一个SLIC 30，它通过塞尖通路和振铃通路
上的用电阻R1、R2表示的电路与一个用电阻32来表示的电话机
相电连接。通过开关SW1、SW2可以将来自振铃发生器34的振铃
信号有选择性地施加到塞尖通路和振铃通路。电流增益块36、38在
电流块驱动电路40的控制下使塞尖通路和振铃通路与SLIC 30彼
此连接。上述电流增益块36、38分别包括一个放大器42、44。
开关SW1、SW2可以是常用的高压开关，例如反向背靠背的
SCR、继电器、或者固态开关。SCR易于承受振流信号的电压，但是
却不适合用作SLIC的开关，因为当被切换的电流(在塞尖通路和
振铃通路中的)改变方向时，SCR的接通动作会产生严重的交叉畸
变。一般说来，固态大电流开关具有和SCR相似的问题，因此也不
适合用作语音传输通路中的开关。
在工作时，电流增益块36中的放大器42将SLIC的驱动信号
送到SLIC的塞尖端。电流增益块38类似地包括一个放大器44，它
用于驱动振铃端。两个电流增益块36、38都被设计成能够有选择地
进入三态模式，在这种状态下放大器截止，其输出端呈现高阻抗。因
此，当需要使电话机产生铃响时，将开关SW1、SW2闭合，并使电流
增益块36、38中的放大器42、44截止，亦即使放大器42、44的输出
端呈现出高阻抗。当振铃发生器34提供振铃信号时，该信号驱动电
话线的塞尖通路和振铃通路，电流增益块36、38的输出端承受了振
铃信号的电压。请注意，电流增益块36、38的输出端与传输通路的
连接并没有被切断，而仅仅是使它们进入高阻抗状态并承受振铃信
号的电压。
如附图3所示，当振铃发生器34关闭或者通过切断开关
SW1、SW2来切断振铃发生器34与传输通路之间的连接时，放大
器42、44可以导通并正常工作，放大器42、44直接根据电流块40
提供的电流信号来驱动传输通路，不需要在通路中设置会导致畸变
或者限制带宽的元件，例如开关。尽管在由SLIC到电话机的传输
通路中不存在实际的开关原件，但是放大器42、44本身已经起到了
保护SLIC，使之不至于承受振铃电压的作用。当放大器42、44导通
时，它们将正常工作，但是当它们关断时则处于三状态，从而起到将
SLIC与振铃信号电压相隔离的作用。
尽管附图3中所示电路采用的是电流块，但是本发明可以容易
地使用于电压型SLIC，也就是说增益块36、38中的放大器可以由
一个电压块驱动器件产生的信号以电压的方式来予以驱动。
附图4显示了本发明的另一种实施例，附图4比附图3更为详
细，其中一个SLIC可以驱动一个电话线(以及电话机32)。通过开
关SW1、SW2的动作，可以有选择性地使振铃发生器34与电话线
相连接。SLIC 30可以包括电流增益块36、38和一个电流块驱动器
件40，其功能与附图3中以相同附图标记表示的器件相似。
电流增益块36可以包括一个运算放大器42，一个输出电阻
R4，一个反馈电阻R3，并具有两个反馈通路，其中一个通过该反馈
电阻。另一个电流增益块可以类似地包括电阻R5、R6以及类似的
反馈通路。
电流块驱动器件40可以包括电流源50、52，它们每个分别通
过PNP晶体管54、56和二极管58、60与运算放大器42、44相连
接。类似地，电流块驱动器件40可以包括电流闾(sink)70、72，它们
每个分别通过NPN晶体管74、76和二极管78、80与运算放大器
42、44相连接。
下面结合附图4对该实施例的工作方式进行说明。电流源50、
52通过PNP晶体管54、56为电路提供电流。类似地，电流闾70、
72通过NPN晶体管74、76接收来自电路的电流。每个二极管58、
60、78、80是阻塞二极管，因此当运算放大器42、44处于三状态时
(此时传输通路由振铃发生器34驱动)，PNP和NPN晶体管54、
56、74、76的集电极—基极结不处于反向偏置状态。例如，如果运算
放大器42截止并处于三态状态，开关SW1被闭合，塞尖通路上的
电压将在振铃信号的正负幅值之间变化(±150V)。当塞尖通路上
的电压为+150V时，反馈电阻R3将使得二极管58的负极电压为
+150V，从而使之处于反向偏置状态。当塞尖通路上的电压为-
150V时，反馈电阻R3将使得二极管58的负极电压为-150V，使
二极管58保持正向偏置状态，使PNP晶体管54在其集电极—基
极结处于反向偏置的状态下保持正常工作模式。
在一种最佳实施例中，上述PNP和NPN晶体管均为双极晶
体管。二极管和晶体管应具有适当的结击穿性能，以便使之能够承
受在工作过程中出现的振铃信号的电压和电流。
参见附图5，如附图4所示电路的运算放大器和电流块驱动器
件可以包括电连接的一个电流源100，输入双极晶体管102、104，反
馈电阻150、152，双极晶体管106-124，以及二极管130-140。附
图5所示的电路以两极运算放大器的方式来工作，所有的偏置电
流和偏置电压均由电流源100提供。如果电流源100接通，该放大
器电路就如同一个运算放大器那样正常工作。电阻150、152和运算
放大器构成了一个电流增益块。例如，流入节点IN的电流将流过
电阻152，形成加载在输入双极晶体管102、104上的输入，致使该
放大器驱动电阻150，直到电阻150、152上的电压相等为止。此时，
节点OUT上的电流将等于节点IN上的电流乘以电阻152、150的
阻值比，亦即R152/R150。
参见附图5，当电流源100被切断时，该放大器完全截止，节点
OUT进入高阻抗状态。例如，如果所述放大器截止，并且将+150V
的电压(振铃信号的电压)施加在节点OUT上，晶体管112、114和
122在其集—基结上接受该电压，并且二极管136、138反向偏置。
另一方面，如果将-150V的电压施加在节点OUT上，该电压就会
加载在晶体管120、124的集—基结上，并且二极管130、134和140
反向偏置。应注意的是：在本发明的这一实施例中，即使施加在运
算放大器的输出节点上的电压远大于正常电压值，也不会使该放大
器受到破坏，因为采用了具有高击穿性能的二极管，它们在放大器
工作时处于正向偏置状态。
通常，SLIC不仅具有驱动传输通路的功能，同时还具有许多
其他功能，包括消除回声、阻抗匹配、更具有代表性的是形成电话机
和电话网络之间的接口。为了实现这些功能，经常需要为SLIC检
测传输线的状态，特别是电话机所产生的状态，例如接地键、拍叉簧
等。在已知系统中，经常需要防止将与振铃信号有关的高电压和高
电流施加在这样的检测元件上。因此，通常在传输通路上将上述检
测元件及其电路置于开关的后面，以便在施加振铃信号时使这些元
件与传输通路相隔离。由于本发明没有采用常规的开关来将SLIC
与振铃信号，因此就需要采用不同于已知技术的机构来保护检测元
件。
参见附图6，可以通过使用与检测元件串联的具有较大阻值的
电阻来保护用于SLIC的检测元件。本实施例可以包括电流增益块
30、36，其工作和驱动方式与附图4所示的实施例相同。电流块驱动
器件40由混合电路90驱动，这一点也和附图4相同。电流镜92、
94检测传输通路的状态，并将检测到的信息送到(以电流镜信号的
方式或者其他方式)混合电路，以便作进一步的处理，并在可能的情
况下产生响应。如果将振铃电压施加到电流镜92、94上，就有使电
流镜过载和/或被损坏的危险。因此，可以通过使电流镜92、94与较
大阻值的电阻96、98相串联来保护通向电流镜92、94的检测通路。
附图6中所示的电阻96、98用作传感器，产生被送到电流镜
92、94的电流，该电流最终被送到混合电路，在那里进行处理，以便
实现各种功能。应注意的是：在本发明的这一实施例中，当将振铃信
号施加到电话线上时，不是将上述检测电阻切换于电路之外，而是
保持它们与塞尖通路和振铃通路相连接的状态。由于电阻96、98具
有相对较大的阻值，因此它们能够承受振铃信号的电压。在一种最
佳实施例中，电阻96、98的阻值可为100K的数量级。
最好让通常处于截止状态的晶体管(图中未示)与电流镜92、
94相并联，尽管这一点并不是必须的。如果采用这样的晶体管，当
振铃信号被送到塞尖通路和振铃通路时，所述晶体管就会处于饱
和状态，这样就能够将电阻96、98中的电流从电流镜92、94旁路，
使之不流入混合电路90。
附图7中所示的实施例适合用于电流型的SLIC，如果例如仅
仅需要将DC阻抗分量反馈到SLIC的二线侧，就不需要采用下面
将要说明的附加电路。提供给塞尖通路和振铃通路的合成直流阻抗
为：
ZtipDC＝(R1A+R2A)/(2(1+G1A)) (6)
ZringDC＝(R1A+R2A)/(2(1+G2A)) (7)
如果R1A等于R2A，上述阻抗值将和公式(3)和(4)计算出的
阻抗相等。
滤波器301可以是传统的，并包括用于组合和平均电流I1DC
和I21DC的常规器件。
此外，可以通过在第二平均器32中对电流I1和I2进行平均，
提供一个由I3和I4组合而成的I5来提供一个交流分量，从而消
除直流分量。
I4＝(I11+I21)/2＝(I11DC+I21DC+I11AC+I21AC)/2
(8)
I5＝I4+(-I3)＝(I11AC+I21AC)/2 (9)
如上所示，如果电流镜CM11和CM22的构成方式使得反射
电流是入射电流的一半，则不需要在平均器32中进行除即可以获
得电流I11和I21的平均值。
附图8以方框图的方式显示了SLIC的一种改进电路的实施
例。这些方框包括常规的器件，因此对于本技术领域里的普通技术
人员来说不需要作进一步的说明。由SLIC的二线侧开始，塞尖电
流I1B和振铃电流I2B由电流镜CM1B和CM2B送到滤波器30B
和平均器32B。在电流复制器36B中对来自滤波器30B的直流分
量进行复制，将电流I3B的复制电流送到节点38B和40B，在该节
点38B处电流I3B与I4B相加以形成I5B。在电流复制器42B中
对I5B进行复制，并对其在电流放大器34B中放大KB倍，从而将
I6B送到节点40B。I5B也被复制并加在电阻44B上，以形成传输
信号电压Vtx。接受信号电压Vrx被转换器46B转换成为接受电流
Irx，并被送到节点40B。在节点40B，电流I3B与I6B和Irx相
加，以形成I9B。I9B是接受电流、塞尖电流和振铃电流的迭加，用
于进行阻抗匹配。
I9B＝I3B+I6B+Irx
在电流复制器48B中复制I9B，并将后者被送到电流增益块
50B和52B，在其中乘以因数G，然后送到塞尖通路和振铃通路。
I10＝I9×G
如上述公式(A)和(B)所示，附图8的实施例分别提供了可以
控制的交流阻抗和直流阻抗。它采用常规器件，这些器件可以被包
括在一个集成电路中，以提供在集成电路SLICE中可得到匹配元
件的优点。
在一个电流型的SLIC中，来自塞尖和振铃电压检测电阻RS1
和RS2的信息可以用于确定在出现接地键或者故障时，电话线的
振铃侧是否已被接地。实现这一功能的附加器件使用的是SLIC中
已经存在的电流信息，并可以和SLIC形成一个整体。
塞尖电流Itip与电话线塞尖侧的电压成正比，振铃电流Iring
与电话线振铃侧的电压成正比：
Itip＝(GROUN-Vtip)/RS1 (1)
Iring＝(Vring-Vbattery)/RS2 (2)
当按下电话机手机上的一个按键或者由于某种偶然的原因，使
得电话线的振铃侧接地时，在电话线上就会出现一个大的纵向信
号，它被视为电话线上电流Iring的一个直流分量。需要将这样的
纵向直流信号和作为可能被引入到电话线上的信号的交流分量的
纵向信号区别开来。在此所用的所谓“故障”包括电话的塞尖侧或者
振铃侧被接地的情况。实际上，一个接地键仅仅是一个具有有限时
间长度的“故障”。
参见附图9，其中混合电路12C用一个方框来表示，同时为了
清楚起见在附图中省略了外部电路14C。SLIC的电流镜20C、22C
为混合电路12C提供塞尖电流和振铃电流的复制电流，同时为比
较器24C提供另外的复制电流，以便确定振铃侧是否接地。对提供
给比较器的复制电流可以采用下面所述的方式进行处理。
来自电流镜20C、22C的电流Itip和Iring的另外的复制电流
可以被送到滤波器26C、28C，这两个滤波器除去其中的交流信号
(包括交流纵向信号)，而保留直流塞尖电流Itdc和振铃电流Irdc。
上述直流塞尖电流和振铃电流可以和来自一个电流源30C的基准
电流相结合，并被送到比较器24C。节点32C处的电流Igk用于在
比较器24C中确定是否存在接地，其数值等于直流振铃电流Irdc
减去直流塞尖电流Itdc和基准电流Iref的和：
Igk＝Irdc-(Itdc+Iref) (3)
如果Irdc大于(Itdc+Iref)，亦即Igk为正值，比较器24C就
会产生第一输出；如果Irdc小于(Itdc+Iref)，亦即Igk为负值，比
较器24C就会产生第二输出(或者无输出)。若要比较器24C产生
第一输出，直流振铃电流Irdc与直流塞尖电流Itdc的差值就必须
至少大于基准电流Iref。当根据需要设置基准电流以便代表由该
比较器检测到的接地所产生的一个预期直流纵向信号时，正的Igk
就指示出在电话线上出现了由接地所导致的直流纵向信号。在正常
的操作中，可以以常规的方式利用来自比较器24C的该信号，以便
提供一个接地键指示。尽管振铃侧的一个接地指示也可以指示一
个故障，但SLIC的响应可以是相同的。换句话说，它可以通过在出
现该指示的时间期间内限制来自反馈放大器的电流来保护其自身，
防止产生过热。
滤波器24C、26C可以包括电流镜，可以提供另外的电流镜
34C、36C，以便按照公式(3)将塞尖电流、振铃电流和基准电流组合
起来。例如，滤波器26C和28C可以包括设置在电流镜电路中的一
个串联电阻和一个旁路电容。
在电话线的塞尖侧也可能出现故障，然而不将它视为一个接地
键(亦即它不是一个向操作者发出的信号)。参见附图10，可以对附
图9所示的电路进行改进，通过加入另一个比较器40C来检测塞
尖侧出现的故障。可以将来自电流镜20C和22C的Itip和Iring的
另外的复制电流送到滤波器42C、44C，该滤波器除去交流信号(包
括交流纵向信号)，保留直流塞尖电流Itdc和振铃电流Irdc。上述
直流塞尖电流和直流振铃电流可以和来自电流源46C的一个基准
电流相组合，然后送到上述比较器40C。节点48C处的电流Ipf用
于在比较器40C中确定在塞尖侧是否存在故障，其数值等于直流
塞尖电流Itdc减去直流振铃电流Irdc与基准电流Iref的和：
Ipf＝Itdc-(Irdc+Iref) (4)
如果Itdc大于(Irdc+Iref)，亦即Ipf为正值，比较器40C就
会产生第一输出；如果Itdc小于(Irdc+Iref)，亦即Ipf为负值，比
较器40C就会产生第二输出(或者无输出)。若要比较器40C产生
第一输出，直流塞尖电流Itdc与直流振铃电流Irdc的差值就必须
至少大于基准电流Iref。当根据需要设置基准电流以便表示由比
较器40C检测到塞尖侧的故障所导致的一个预期直流纵向信号
时，正的Igk就指示出在电话线上塞尖侧出现了由故障所导致的直
流纵向信号。在正常的操作中，可以以常规的方式利用来自比较器
40C的该信号，以便提供一个故障指示，以便在出现该指示的时间
期间内通过限制来自反馈放大器的电流来保护SLIC其自身，防止
产生过热。
总之，本发明提供了一种使用户专用线接口电路(SLIC)和电
话系统中的振铃发生器相隔离的电路和方法。采用一个增益阻塞器
件，当不使用振铃发生器时提供一种信号增益，当振铃信号信号出
现时提供高的阻抗。本发明也提供了一种用于电话系统的电流型用
户专用线接口电路，其中SLIC中的塞尖通路和振铃通路的交流和
直流阻抗是分别予以设定的。本发明还提供了一种用于用户专用线
接口电路的接地键检测器，它利用来自塞尖电压和振铃电压检测电
阻RS1和RS2的信息，在出现接地键或者故障时确定电话线的振
铃侧是否被接地。