阻抗阻塞濾波器電路的製作方法

2023-05-31 08:00:56

專利名稱：阻抗阻塞濾波器電路的製作方法
技術領域：
本發明是基於1999年8月9日提交的串號為09/370,137的在先申請的部分延續申請，而該項專利申請又是基於1998年11月19日提交的串號為09/195,522、並且名為「阻抗阻塞濾波器電路」的母案申請的部分延續申請。
本發明一般涉及電信系統，而說得更詳細些，本發明涉及用在電信系統中使用的一種阻抗阻塞濾波器電路，用於在來自電話公司中心局(CO)的輸入電話線路和諸如位於用戶屋內的電話機等用戶電話設備之間互連，從而無條件地阻塞高於20KHz的電話阻抗。
在下面的美國專利中，似乎對現有技術作了最好的例示說明，它們是在導致本申請的主題的探索中開發出來的4,613,7324,823,3834,742,5415,642,4164,743,9995,802,170在1989年4月18日授予Cardot等人的第4,823,383號美國專利中，揭示了一種用於電話用戶屋內的終端設備的保護裝置，它包括電壓驟增保護電路和/或用於對射頻和幹擾提供保護的濾波器。濾波器包括在端子E1和S1之間互連的串聯電感器L1、L2、L3和L5以及在端子E2和S2之間互連的串聯電感器L1、L2、L4和L5。電容器C5連在電感器L2、L3的連接點和電感器L2、L4的連接點之間。電壓驟增保護電路包括熱敏電阻TH1、TH2和電壓限幅器D1-D3。
在1998年9月1日授予Smith等人的第5,802,170號美國專利中，揭示了一種用於在電話網絡接口設備中連接電話公司線路與用戶電話線路的用戶橋接模塊。在一個實施例中，用戶橋接模塊包括過電流保護裝置和RFI濾波器。過電流保護裝置由正溫度係數電阻器220、222和電感器構成。RFI濾波器由電感器224a-224c、226a-226c和電容器236a-236c構成。電感器和電容器用來構成多極點低通濾波器。
在1997年6月24日授予Hill等人的第5,642,416號美國專利中，揭示了一種電磁幹擾旁路濾波器，它抑制在由電話線路供電的設備的塞尖(tip)和塞環(ring)引線上傳導的RF噪聲電流。該濾波器包括第一和第二電感器51、53以及第一和第二電容器41、43。
近來，眾所周知，許多電話用戶或顧客還具有位於其屋內的個人計算機。計算機用戶常常通過網際網路伺服器供應者(Internet Server Provider,ISP)經相同的電話線路從網際網路接收非對稱數字用戶線路(Asymmetric Digital subscriberLine,ADSL)信號。一般，為了提高從網際網路下載信息的速度，要購置ADSL網絡接口，並將它接在在輸入電話線路和用戶計算機之間。然而，因為一個或多個電話用戶終端設備(諸如電話機、傳真機和/或應答裝置)也經屋內線路連至相同的輸入電話線路，終端設備可能引起ADSL幹擾問題，這將顯著地限制或降低數據速率。在一種情形中，已經遇到這樣的情形，即，電話設備會從掛機狀態改變至摘機狀態，以及即使有時電話終端設備在掛機狀態，還會產生諧振效應，從而在高至500KHz的頻率下，阻抗值跌至小於10歐姆。
因此，希望提供一種阻抗阻塞濾波器電路，用於連至引起不穩定的輸入阻抗的電話終端設備。本發明的阻抗阻塞濾波器電路採用模塊化設計，從而容易與出錯的電話終端設備串聯。阻抗組濾波器電路的無條件地阻塞頻率高於20KHz的任何電話阻抗(例如，開路、短路、電容性、電感性、諧振、或者它們的任何組合)。
因此，本發明的總的目的是提供一種阻抗阻塞濾波器電路，它能有效和高效地消除由電話終端設備引起的ADSL幹擾。
本發明的一個目的是提供一種阻抗阻塞濾波器電路，用於連至引起出錯的輸入阻抗的電話終端設備。
本發明的另外一個目的是提供一種電信系統中使用的阻抗阻塞濾波器電路，用於在輸入電話線路和用戶終端設備之間互連，從而無條件地阻塞由於用戶終端設備引起的高於20KHz的阻抗，該阻抗來自ADSL網絡接口單元/或家用網絡接口單元。
本發明的又一個目的是提供一種阻抗阻塞濾波電路，它採用模塊設計，從而容易與出錯的電話終端設備串聯。
本發明的還有一個目的是提供一種阻抗阻塞濾波器電路，它包括六個電感器、兩個電阻器和一個電容器。
按照本發明的一個較佳實施例，提供了一種用於電信系統的阻抗阻塞濾波器電路，用於在輸入電話線路和用戶終端設備之間互連，從而無條件地阻塞由於用戶終端設備引起的高於20KHz的阻抗，該阻抗來自ADSL網絡接口單元/或家用網絡接口單元。濾波器電路包括串聯在第一輸入端子和第一公共點之間的第一、第二和第三電感器。第一電感器的一端連至第一輸入端子，而其另一端連至第二電感器的一端。第二電感器的另一端連至第三電感器的一端。第三電感器的另一端連至第一公共點。第一電阻器的一端也連至第一公共點，而其另一端連至第一輸出端子。
濾波器電路還包括串聯在第二輸入端子和第二公共點之間的第四、第五和第六電感器。第四電感器的一端連至第二輸入端子，而其另一端連至第五電感器的一端。第五電感器的另一端連至第六電感器的一端。第六電感器的另一端連至第二公共點。第二電阻器的一端也連至第二公共點，而其另一端連至第二輸出端子。電容器的一端連至第一公共點，而其另一端連至第二公共點。
上述電路具體地應用至串號為09/195,522的母案申請的揭示中。作為這個部分延續申請，增添了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第三實施例，它與圖3的示意圖十分相似，只是對那裡的濾波器電路作了變更，從而用第一和第二槽路來分別替代電阻器R1和R2，並且用笛簧(reed)開關K1與電容器C1串聯。結果，這個第三實施例代表了對於圖3的實施例的改進，因為它克服了分路相加電容問題，並且消除了在電話處的回程損耗方面的劣化。
此外，作為這個部分延續申請，還增添了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第四實施例，它包括了第三實施例的所有元件，並且還相繼增添了第七和第八電感器L7和L8；串聯的第二電容器C2和第二笛簧開關K2；以及第九和第十電感器L9、L10。
在第五實施例中，提供了一種阻抗阻塞濾波器電路，它與圖3的示意電路圖十分相似，只是對那裡的濾波器電路作了變更，從而取消了電阻器R1和R2，而笛簧開關K1與電容器C1串聯。把四個電感器L1-L4和笛簧開關都容納在多段線圈架結構中，從而顯著減小了繞組間的電容。
在第六實施例中，提供了一種阻抗阻塞濾波器電路，它包括第五實施例中的所有元件，並且還相繼增添了第七和第八電感器L7和L8；串聯的第二電容器C2和第二笛簧開關K2；以及第九和第十電感器L9、L10。把第二笛簧開關K2也容納在多段線圈架結構中。
作為第二個部分延續申請，增添了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第七實施例，它與圖9的濾波器電路十分相似，只是對那裡的濾波器電路作了變更，以包括互連在電感器L1和公共電A之間的電感器L13；互連在電感器L2和公共點B之間的電感器L14；以及跨過電感器L1、L2連接的電容器C5。結果，此第七實施例代表了對於圖9的實施例的改進，因為它抑制了開關瞬態對於去至ADSL數據機的屋內布線的線路側的影響。
此外，作為第二個部分延續申請，還增添了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第八實施例，它與圖9的三階濾波器電路基本相同，只是對那裡的濾波器電路作了變更，把笛簧開關K1、K2；電容器C1、C2；和可變電阻器D1、D2用一對電晶體Q1、Q2；電阻器R5；電容器C5、C6；以及可變電阻器D3、D4來替代。此外，取消圖9的電感器L5、L6。
在第九實施例中，提供了一種阻抗阻塞濾波器電路，它與

圖12的示意電路圖十分相似，只是對那裡的濾波器電路作了變更，從而包括互連在電感器繞組TW和公共點A之間的電感器L13；互連在電感器繞組RW和公共點B之間的電感器L14；以及跨過電感器繞組TW和RW連接的電容器C5。取消圖12的電感器L5和L6。
當結合附圖閱讀下面詳細的說明時，本發明的這些和另外的目的和好處將變得更加明顯，在所有的附圖中，相同的標號指明相應的部分，其中圖1是一個用於互連中心局和用戶房屋的電信系統的總的方框圖，它使用了本發明的阻抗阻塞濾波器電路；圖2是裝有一種阻抗阻塞濾波器電路的模塊的部件分解透視圖；圖3是按照本發明的原理的阻抗阻塞濾波器電路的示意電路圖；圖4是按照本發明的原理的阻抗阻塞濾波器電路的第二實施例的示意電路圖
圖5是圖3的阻抗阻塞濾波器電路的輸入阻抗對於各種電話設備阻抗作為頻率的函數的曲線圖；圖6是與圖3的濾波器電路一起使用的限流保護電路的示意電路圖；圖7是與圖3的濾波器電路一起使用的家用網絡分界濾波器(home networkdemarcation filter)的示意電路圖；圖8是按照本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第三實施例的示意電路圖；圖9是按照本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第四實施例的示意電路圖；圖10(a)是用於圖8和9的濾波器電路的容納有一個或兩個笛簧開關的雙繞組電感器的頂視平面圖；圖10(b)是圖10(a)的雙繞組電感器的側視圖；圖11(a)是用於容納單個電感器和單個笛簧開關的電流傳感器單元的頂視平面圖，該電流傳感器單元可在圖8和9的濾波器電路中替換使用；圖11(b)是圖11(a)的電流傳感器的側視圖；圖12是使用多段線圈架結構的阻抗阻塞濾波器電路的第五實施例的示意電路圖；圖13是使用多段線圈架結構的阻抗阻塞濾波器電路的第六實施例的示意電路圖；圖14(a)是用於圖12和13的濾波器電路的多段線圈架結構的側視圖；圖14(b)是圖14(a)的的多段線圈架結構的示意圖；圖15是按照本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第七實施例的示意電路圖；圖16(a)是容納兩個笛簧開關的另一種雙繞組電感器的端視圖；圖16(b)是圖16(a)的雙繞組電感器器件的側視圖；圖17是具有電晶體開關的阻抗阻塞濾波器電路的第八實施例的示意電路圖；以及圖18是具有切換抑制電路的阻抗阻塞電路的第九實施例的示意電路圖。
現在詳細參看附圖，在圖1中示出用於經傳輸媒體(諸如一對傳統的絞合電話線16)互連電話公司中心局(CO)12與用戶房屋14的電信系統10的總方框圖。電信系統10使用多個按照本發明的原理構造的阻抗阻塞濾波器電路，其中，把每個阻抗阻塞濾波器電路容納在標準尺寸的外殼18中。
中心局12包括電話局交換機20和網際網路伺服器供應者(ISP)22。電話局交換機20用來經低通濾波器24和電壓驟增保護器26發送話音信號至電話線路16。ISP22把ADSL數據信號傳送至數據機28，然後經高通濾波器30和電壓驟增保護器26把這些信號發送至電話線路16。應該明白，能夠同時把來自電話局交換機20的話音信號和來自ISP22的ADSL數據信號傳送至電話線路16。此外，話音信號(話音)在300至3400Hz的頻帶內，而ADSL數據信號在20KHz至1.1MHz的頻帶內。
用戶房屋14包括網絡接口裝置(NID)/電壓驟增保護器單元32，該單元的輸入側連至輸入電話線路16，而該單元的輸出側經分界RJ-11插孔和插塞單元36連至用戶內部布線或屋內布線34。可以看出，用戶房屋中還有許多終端設備，諸如多個電話機40。有時，計算機用戶將通過接收由ISP22傳輸的ADSL數據信號而從網際網路下載信息至個人計算機38。
為了優化從網際網路下載此信息，用戶可以購買和安裝ADSL網絡接口單元42，以連在計算機38和RJ-11插孔和插塞單元44之間。ADSL網絡接口單元42包括連至RJ-11單元44的高通濾波器41和連至計算機38的內部數據機43。RJ-11單元44連至屋內布線34，用於接收來自電話線路16的ADSL信號。然而，可以看到，多個電話機40分別經RJ-11單元46、48和50也連至相同的屋內布線40。
如果沒有本發明中的阻抗阻塞濾波器電路18，則每個電話機40的輸出阻抗將與ADSL單元的42的輸入阻抗並聯。因為電話機的輸出阻抗例如由於從掛機至摘機的改變而遭受很大的變化，從而在頻率高於20KHz處出現開路、短路、電容性、電感性、諧振、或它們的任何組合，這個出錯的阻抗能夠顯著地影響由計算機38經ADSL網絡接口單元42接收ADSL數據信號的速率。
因此，本發明的阻抗阻塞濾波器電路的主要目的是把終端設備(電話機)阻抗與ADSL單元42和屋內布線34隔離，從而避免ADSL單元42性能的劣化。此外，用阻抗阻塞濾波器電路來衰減被電話機40接收到的ADSL數據信號，以避免話音頻帶信號的非線性轉換。此外，為便於用戶安裝，把濾波器電路容納在按標準尺寸的外殼18中。
由圖2能夠最合適地看出，標準尺寸的外殼18的一種形式包括一個底座52和一個可卸下的彈簧扣蓋54。底座52具有一塊印刷電路板56，用螺釘把印刷電路板與底座固定，並且把濾波器電路59的電路元件安裝在印刷電路板上。標準尺寸的外殼18的一端有一個與該外殼整體形成的RJ-11插孔60，用於連至電話機。通過把來自電話機的一個RJ-11插塞(未示出)插入插孔60而得到該連接。標準尺寸的外殼18的另一端有一段不長的電纜62從該外殼延伸，而終止於一個RJ-11插塞64，該插塞可與屋內布線連接。特別，通過把插塞64插入具有RJ-11插孔的牆壁插座(未示出)而把該插塞連至屋內布線34。
在圖3中，示出了本發明的阻抗阻塞濾波器電路59的詳細的示意電路圖，該電路用於串聯在圖1的屋內布線34和和終端設備(電話機)之間。濾波器電路59包括兩個輸入(塞尖和塞環)端子66、68，它們可以經RJ-11插塞64連至屋內布線34，還包括兩個輸出(塞尖和塞環)端子70、72，它們可以經RJ-11插孔60連至電話機40。濾波器電路59包括電感器L1-L6、電容器C1、和電阻器R1、R2。
把電感器L5、L3、L1和電阻器R1串聯在第一或塞尖輸入端子66和第一或塞尖輸出端子70之間。類似地，把電感器L6、L4、L2和電阻器R2串聯在第二或塞環輸入端子68和第二或塞環輸出端子72之間。每個電感器L5和L6最好用鐵氧體環構成。電感器L3和L4具有相等的電感值，而電感器L1和L2具有相等的電感值。電感器L1和第一電阻器R1在公共點A處連在一起，並且連至電容器C1的一側。電感器L2和第二電阻器R2在公共點B處連在一起，並且連至電容器C1的另一側。電阻器R1和R2也具有相等的值。
如前面指出的，阻抗阻塞濾波器電路59的主要目的是阻塞來自電話機的高於20KHz的阻抗到達屋內布線34，由此避免ADSL網絡單元42(圖1)的不利的性能。特別，在20kHz至1.1MHz頻率範圍內的ADSL數據信號主要由電感器L1和L2阻塞。然而，已經遇到這樣的情形，即，某些電話機的輸入電容小於5nf，這能夠在ADSL頻帶內出現諧振阻抗。為了消除這種不想要的影響，使用電容器C1，以把任何諧振降低入10KHz頻率附近的可以接受的靜區(dead band)。此外，電容器從還提供ADSL信號的附加衰減，從而避免把電話阻抗拖入非線性區域並且把高頻ADSL信號變為可以由用戶耳聞的可聞信號或者變至另一個ADSL頻帶並造成ADSL幹擾。雖然在電話機中可能仍然存在頻率範圍為20KHz至60KHz的其他的小諧振，但它們的不想要的影響被產生降低Q值的作用的電阻器R1和R2顯著地減小。應該注意，電感器L1和L2是作為分開的電感器構成的，從而避免了縱向阻抗問題以及阻塞差分阻抗。
因為電感器L1和L2具有它們自身的頻率限制(例如，自諧振頻率)，因此提供電感器L3和L4，從而阻塞頻帶為1MHz至20MHz的電話阻抗。當電話線路家用網絡接口單元(圖1)與ADSL網絡接口單元一起使用時，需要這些電感器L3和L4，這將在後面加以說明。提供電感器L5和L6，從而阻塞在20MHz至500MHz頻帶內的電話機阻抗，這將避免由電視(TV)/調頻(FM)幹擾引起的任何問題。
為了在上述濾波器電路的揭示中的完整性而不是為了限制的目的，給出了下述代表性的值和元件的符號。在一個濾波器電路中使用這些值和元件，對該電路進行了製作和測試，並且該濾波器電路提供了高質量的性能。元件 類型或值L1,L210mHL3,L4220μHL5,L6鐵氧體環，75μHC1 20nfR1,R222Ω當採用上述值時，對於各種電話設備阻抗(例如，開路、短路、電容性、電感性、諧振、或這些條件的組合)，畫出了阻抗阻塞濾波器電路59的輸入阻抗作為頻率的函數的關係曲線，它們在圖5中給出。從各條曲線可以看出，在頻率高於40KHz時，對於跨過阻抗阻塞濾波器電路59的輸出端子70、72連接的任何電話阻抗，跨過該電路的輸入端子66、68的輸入阻抗等於或大於2K歐姆。
圖3的阻抗阻塞濾波器電路59基本上是一個二階濾波器，並且已經發現，為了合適地減小話音頻帶傳輸影響，要在圖1的電信系統中安裝多達8個濾波器電路。為了在高於20KHz的頻率處提供更高的衰減，在圖4中示出了本發明的三階阻抗阻塞濾波器電路59a的第二實施例的示意電路圖。圖4的三階濾波器電路大體上與圖3的二階濾波器電路相同，只是增添了電感器L7和電感器L8。電感器L7在公共點A和第一電阻器R1之間互連，而電感器L8在公共點B和第二電阻器R2之間互連。電感器L7和L8具有相同的電感值。
根據對圖4的三階濾波器電路所作的測試，觀察到它在高於20KHz的頻率處能提供較高的衰減。然而，發現能夠連至圖1的電信系統的這種三階濾波器的數目限於三或四。這是由於這樣的事實，即，圖4的L1、L2、L7和L8的電感器值比圖3中的電感器值要小些(在5-10mH的數量級)，圖4的C1的電容器值比圖3中的電容器值要大些(在33-47nf的數量級)，而由每個添加的濾波器電路造成的附加的電容性負荷將對話音頻帶性能產生不利的影響。於是，發現只有當安裝三個或四個濾波器電路59a時，在話音性能和ADSL性能之間才存在優化運作。
雖然合適地作出了圖3的濾波器電路，但發明人根據進一步的測試發現，當電話機處于振鈴信號的峰值時摘機將出現瞬態問題。這種摘機瞬態情形可以造成大於600mA的電流尖峰的出現。結果，大電流將使電感器趨於飽和，由此瞬時降低了濾波器電路的輸入阻抗，因而對正在傳輸至接口單元42的ADSL信號上的數據產生不利的影響。
為了克服這個電流瞬態問題，發明人已經開發了快速電流限制保護電路74，以對摘機瞬態過程提供保護。在附圖的圖6中，示出了電流限制保護電路74的示意電路圖，該電路包括耗盡型N溝道場效應電晶體(FET)Q1、Q2；電阻器R1a、R2a；以及變阻器RV1、RV2。把FET Q1的漏極連至第一輸入端子76，把它的源極連至電阻器R1a的一端，而把它的柵極連至電阻器R1a的另一端。電晶體Q1的柵極和電阻器R1a的公共點C也連至第一輸出端子78。類似地，把FET Q2的漏極連至第二輸入端子80，把它的源極連至電阻器R2a的一端，而把它的柵極連至電阻器R2a的另一端。電晶體Q2的柵極和電阻器R2a的公共點D也連至第二輸出端子82。把變阻器RV1的一端連至電晶體Q1的漏極，而把它的另一端連至公共點C。把變阻器RV2的一端連至電晶體Q2的漏極，而把它的另一端連至公共點D。
在使用中，用電流限制保護電路74替換圖3的電阻器R1和R2。保護電路74的第一和第二輸入端子76、80可連至圖3的公共點A和B，而它的第一和第二輸出端子78、82連至圖3的塞尖和塞環輸出端子70、72。電晶體Q1、Q2可以類似於可從市場購得的Supertex Corporation的DN2530N3電晶體。變阻器可類似於Panasonic Corporation製造和銷售的ZNR型。電阻器R1a和R2a具有相等的電阻值，並且在5-20歐姆的數量級，這取決於電晶體Q1、Q2的閾值。應該明白，電晶體Q1、Q2對於電流極限具有大的容差，而電阻器R1a、R2a允許調節所需的電流極限值。另一種做法是，電阻器R1a、R2a可以具有零歐姆值，或者完全取消。
在正常的掛機運作中，電晶體Q1和Q2導通，並且具有大約10歐姆的導通電阻值。當電話機由於摘機而處於較高的振鈴電壓時，由於電阻器R1a、R2a將使正嚮導通的FET柵極-源極電壓變得更負。結果，電晶體Q1、Q2的電阻將變得極高，這將限制電流尖峰至大約70-100mA。電晶體Q1用於限制沿第一方向流動的電流，而電晶體Q2用於限制沿相反方向流動的電流。此外，決定瞬態過程保護裝置的變阻器RV1、RV2的作用在於對由於雷電和電力短路造成的瞬態過程進行箝制，從而使場效應電晶體Q1、Q2免遭損傷和毀壞。
由於近10年左右中家用計算機使用的持續增加以及從網際網路存取信息的高要求，許多用戶將成為多PC家庭。如圖1所示，用戶黨務或小企業一般將具有第二臺計算機38a，它也連至相同的屋內布線34。為了在多PC環境中進行高速數據傳遞，將需要電話線家用網絡接口單元42a，以在高於5MHz的頻帶內使用屋內布線，從而把多臺計算機38、38a或其他裝置在高於10MB/s的數據速率下互連。雖然本發明的阻抗濾波器電路合適地從家用網絡信號(其頻帶為5-10MHz)中濾除和阻塞電話阻抗，但要注意，來自電話公司C.O.的家用網絡信號仍然經NID/電壓驟增保護器單元32連至屋內布線。
為了解決這個問題，發明人已經開發了如圖1中的虛線所示的一種家用網絡分界濾波器84，用於在電話公司輸入線路16和用戶屋內布線之間經分界單元36在分界點(NID/電壓驟增保護器單元32)處連接。圖7示出家用分界網絡的示意電路圖。分界濾波器84包括兩個輸入(塞尖和塞環)端子86、88和兩個輸出(塞尖和塞環)端子90、92，輸入端子86、88可以經NID/電壓驟增保護器單元32中的分界單元36的插孔側連至輸入線路，而輸出端子90、92可以經分界單元36的插塞側連至屋內布線。分界濾波器包括六個電感器L9-L14和兩個電容器C2、C3。在使用中，分界濾波器對於ADSL數據信號(其頻率在30KHz和2MHz之間)是透明的，但對於高於5MHz的頻率將產生大於40dB的衰減。分界濾波器對於高於5MHz的頻帶還將提供電感性的輸入阻抗，從而避免下載在輸入電話線路上的家用網絡信號，它還添加了數據保密的好處。
根據上面的詳細描述，於是可以看出，本發明提供了一種電信系統中使用的阻抗阻塞濾波器電路，用於在輸入電話線路和用戶終端設備之間互連，從而無條件地阻塞由於用戶終端設備造成的高於20KHz的阻抗，這些阻抗來自ADSL網絡接口單元和/或家用網絡接口單元。阻抗阻塞濾波器電路包括六個電感器、兩個電阻器和一個電容器。
雖然圖3的二階阻抗阻塞濾波器59和圖4的三階阻抗阻塞濾波器59a都能合適地對於高於20KHz的電話阻抗無條件地阻塞，但發明人根據額外的測試發現，當向圖1的電信系統中不斷地平行增加這些濾波器電路的數目時，這些濾波器存在著造成(1)分路可加電容問題和(2)在電話機處回程損耗劣化的缺點。
分路電容問題是由來自連至所有的掛機電話濾波器電路的相加電容造成的。回程損耗問題是由於這樣的事實造成的，即，連至正在「摘機」的電話機的阻抗阻塞濾波器電路的串聯電感將在2-5KHz的頻率範圍內以所看到的總電容造成諧振，所看到的總電容等於線路電容再加上來自濾波器電路的電容之和。此外，當總電容增大時，這也將造成較低的諧振頻率，這將產生相移，從而使電話混合線圈失衡。結果，「摘機」電話機的側音(sidetone)電平增加。
為了克服這個問題，在圖8中提供了本發明的二階阻抗阻塞濾波器電路的第三實施例59b。除了電阻器R1和R2之外，第三實施例包括圖3的濾波器電路中使用的所有的電路元件，它還包括了一個笛簧開關K1和一個回程損耗校正電路，該回程損耗校正電路包括第一槽路TC1和第二槽路TC2。
詳細地說，笛簧開關K1與電容器C1串聯，再將它們連在公共點A和B之間。此外，第一槽路TC1包括第一線圈電感器W1、電容器C3和電阻器R3，它們並聯在一起，並且連在公共點A和輸出塞尖端子70之間。類似地，第二槽路TC2包括第二線圈電感器W2、電容器C4和電阻器R4，它們並聯在一起，並且連在公共點B和輸出塞環端子72之間。此外，還可選地提供一個金屬氧化物變阻器D1，它與電容器C1串聯而與笛簧開關K1並聯。當電話機處於掛機狀態時，用該變阻器D1來保護電容器C1免遭瞬態過程的破壞。
在使用中，當電話機「摘機」時，將有直流迴路電流流動，它將在第一和第二線圈電感器W1、W2中產生一個直流磁場。這將使得只有連至「摘機」電話機的濾波器電路59b的笛簧開關K1被該直流磁場起動或閉合。結果，消除了來自連至「掛機」電話機的所有濾波器電路的電容。
此外，第一槽路TC1的第一線圈電感器W1和電容器C3將在約2KHz.的頻率處造成諧振的出現。第一槽路TC1高於諧振頻率的阻抗將呈現電容性電抗，它將大體上抵銷濾波器電路59b的電感性電抗。電阻器R3設定Q值或諧振的斜率，從而與濾波器電路的電感性阻抗的影響最佳匹配。用這種方式來顯著地減小在「摘機」電話機處的回程損耗，由此增大了電話機的側音電平。類似地，第二槽路TC2的第二線圈電感器W2、電容器C4和電阻器R4以與第一槽路TCI的第一線圈電感器W1、電容器C3和電阻器R3相同的方式運作。
在圖9中示出了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第四實施例59c。第四實施例包括了圖8的濾波器電路59c的所有的電路元件，並且添加了電感器L7和電感器L8。電感器L7互連在公共點A和第一槽路TC1之間，而電感器L8互連在公共點B和第二槽路TC2之間。至此所述的濾波器電路59c大體上是一個三階濾波器電路，它比圖8的二階濾波器電路59b提供更好的阻帶性能。
仍然參照圖9，相繼添加第二笛簧開關K2和電容器C2，以把三階濾波器電路變為四階濾波器電路，為了使全速率ADSL數據機更好地運作，對四階濾波器電路進行了優化。說得詳細些，笛簧開關K2與電容器C2串聯，再把它們連在公共點C和D之間。此外，還可選地提供一個金屬氧化物變阻器D2，它與電容器C2串聯而與笛簧開關K2並聯。當電話機處於掛機狀態時，用該變阻器D2來保護電容器C2免遭瞬態過程的破壞。
此外，相繼添加電感器L9和電感器L10，從而產生一個五階濾波器電路。具體地說，電感器L9互連在公共點C處的電感器L7和第一槽路TC1之間。電感器L10互連在公共點D處的電感器L8和第二槽路TC2之間。
此外，熱熔絲(thermo-fuse)F1可選地與安排在輸入塞尖端子66和輸出塞尖端子70之間的電感器L5、L3、L1、L7、L9和槽路TC1串聯。例如，熱熔絲F1可以在電氣上互連在輸入塞尖端子68和電感器L5之間。為了在濾波器電路中感受最高的溫度，一般實際上把熱熔絲F1放在靠近電感器或電阻器的地方。熔絲F1提供一種安全特性，當感受到的濾波器電路的溫度超過規定的斷路溫度時，熔絲F1將開路。熔絲起著安全保護裝置的作用，以避免濾波器電路過熱而由於跨在電話線路上的電力而造成著火。
在圖10(a)中，示出了一種用於圖8和9的濾波器電路的雙線圈電感器器件T1的頂視平面圖。圖10(b)是該雙線圈電感器器件的側視圖。可以看出，電感器器件T1包括一個圓柱形的外殼110，在其中容納第一槽路TC1的第一線圈電感器W1、第二槽路TC2的第二線圈電感器W2、笛簧開關K1和笛簧開關K2。
在圖11(a)中，畫出了用於圖8和9的濾波器電路的電流傳感器單元CS的頂視平面圖。圖11(b)是該電流傳感器單元CS的側視圖。電流傳感器單元CS由圓柱形外殼112構成，在該外殼中包含有單個電感器L和單個笛簧開關K。熟悉本領域的人應該明白，雙線圈電感器器件T1能夠用兩個這樣的電流傳感器單元CS來替代，從而進行同樣的運作。因為笛簧開關K1、K2(K)使用線圈W1、W2或電感器L，因此選擇笛簧開關可在大約14-20mA的迴路電流閾值上起動。如果迴路電流閾值低於14mA，則在對1REN電話振鈴期間笛簧開關可能會振顫，由此縮短了笛簧開關的有效壽命。另一方面，如果迴路電流閾值大於20mA，則在最壞情形的條件(例如，最長的電纜)下，迴路電流的大小可能不足以起動笛簧開關。
在圖12中，示出了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第五實施例59d。第五實施例與圖3的二階濾波器電路的第一實施例大體上相同，只是去除了電阻器R1和R2，並且添加與電容器C1串聯的笛簧開關K1，使它們位於公共點A和B之間。此外，圖3的四個單個的電感器L1、L2和L3、L4被一個多段線圈架結構T2取代。可以注意，線圈架結構T2包括連在電感器L5和公共點A之間的塞尖線圈TW(相應於電感器L1、L2)；和連在電感器L6和公共點B之間的塞環線圈RW(相應於電感器L3、L4)。此外，線圈架結構T2容納了笛簧開關K1、K2。塞尖(塞環)線圈TW(RW)對於ADSL頻帶(30KHz至2MHz)把電感器L1(L2)組合為單個線圈，而對於中間頻帶(1MHz至20MHz)把電感器L3(L4)組合為單個線圈。已經發現，濾波器電路59d的製造和組裝更為經濟，但仍能去除連著「掛機」電話機的濾波器電路的分路可加電容問題。可選地，包括第一槽路TC1和第二槽路TC2的回程損耗校正電路可以互連在公共點A、B和輸出端子70、72之間。
在圖13中，示出了本發明的阻抗阻塞濾波器電路第六實施例59e。第六實施例包括了圖12的濾波器電路59d的所有的電路元件，並且增添了電感器L7和電感器L8。把電感器L7互連在公共點A和輸出塞尖端子70之間，而把電感器L8互連在公共點B和輸出塞環端子72之間。在此之前描述的濾波器電路大體上使用與產生更好的阻帶的三階濾波器電路。
仍然參看圖13，還添加第二笛簧開關K2和第二電容器C2，從而把三階濾波器電路變為四階濾波器電路，為了使它對於全速率ADSL數據機能夠更好地運作，而對它進行了優化。說得詳細些，第二笛簧開關K2與第二電容器C2串聯，並且把它們連在節點C和D之間。可以注意，也把第二笛簧開關K2包括在線圈架結構T2中。此外，為了把四階濾波器電路變為五階濾波器電路，在電感器L7和節點E之間添加電感器L9，而在電感器L8和節點F之間添加電感器L10。
在圖14(a)中，示出了在圖12和13的電路中使用的具有多段S1-S4的線圈架結構T2的側視圖。圖14(b)是圖14(a)的線圈架結構T2的示意線路圖。線圈架結構包括第一窄段S1、第一寬段S2、第二窄段S3和第二寬段S4，電感器L3繞在第一窄段S1上，電感器L1繞在第一寬段S2上，電感器L4繞在第二窄段S3上，而電感器L2繞在第二寬段S4上。電感器L1、L3組合成一個線圈，並且用圖14(b)中的塞尖線圈TW表示。類似地，電感器L2、L4組合成一個線圈，並且用塞環線圈RW表示。
發明人已經有意設計了線圈架結構T2，以包括窄段S1(S3)，在其上繞制頻率較高的線圈(例如，電感器L3、L4)，因為其線圈電容較小，從而可以得到最大的有用頻率範圍。此外，通過把線圈架結構分成多段，在引出腳1(引出腳5)上的塞尖(塞環)線圈TW(RW)的始端將遠離在引線腳4(引線腳8)上的塞尖(塞環)線圈的末端。結果將減小繞組間的電容，由此增大線圈的有用頻率範圍。帶有引線腳2和7的第一笛簧開關K1設置在線圈架結構T2的中心，從而能夠由線圈TW、RW起動。此外，帶有引線腳3和6的第二笛簧開關K2也可以在線圈架結構的中心形成，並且由相同的線圈TW、RW起動。
雖然圖9的阻抗阻塞濾波器電路59c對於高於20KHz的電話阻抗能夠進行有效的阻塞，但發明人發現在某些情形下經出現瞬態過程或電壓尖峰，它們能夠被反饋入電話設備的線路一側，由此造成在圖1的數據機43中的ADSL信號的暫時中斷。這些瞬態過程是為了在有關的電容器C1、C2中切換而起動笛簧開關K1、K2造成的。
為了解決這個切換瞬態過程問題，在圖15中提供了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第七實施例59f。第七實施例包括在圖9的濾波器電路中使用的所有的電路元件，並且還包括有電感器L13、L14和電容器C5構成的開關抑制電路74。說得詳細些，把電感器13串聯在電感器L1和公共點A之間。把電感器L14串聯在電感器L2和公共點B之間。把電容器跨接在L1、L13的接點和電感器L2、L14的接點之間。應該注意，電感器L5和力是可選的。
在使用中，當電話機「摘機」時，將有直流迴路電流流動，它在第一和第二電感器W1、W2中產生直流磁場。這將造成連至「摘機」電話機的濾波器電路59f的笛簧開關K1、K2由直流磁場起動或關閉。結果，將產生瞬態尖峰。瞬時開關抑制電路的電容器C5將衰減產生的任何電壓尖峰。此外，電感器L13、L14用來限制能夠在笛簧開關K1、K2中流動的最大電流。用這種方式，避免將電壓尖峰反饋入電話機的線路側，由此消除了在ADSL數據機中的任何潛在的中斷。
在圖16(a)中，示出了另一種雙線圈電感器器件T1a，可以用它來替代圖10(a)的電感器器件T1。圖16(b)是圖16(a)的雙線圈電感器器件的側視圖。可以注意，電感器器件T1a包括一個鐵氧體芯114，它繞有第一線圈W1a和第二線圈W2a，並且有一對笛簧開關槽116、118。笛簧開關K1a、K2a起先放置在一塊印刷電路板120上。接著，把鐵氧體芯114置於笛簧開關的上方，從而把笛簧開關的引線穿入鐵氧體槽116、118。然後焊接線圈和笛簧開關的引線，以牢固地保持電感器器件T1a在印刷電路板120的頂部。
在圖17中，示出了本發明的阻抗阻塞濾波器電路的第八實施例59g。第八實施例與圖9的三階濾波器電路大體上相同，所不同的是用一對電晶體Q1、Q2；電阻器R5；電容器C1、C5、C6；以及金屬氧化物或矽變阻器D3、D4來替代笛簧開關K1、K2；電容器C1、C2；以及變阻器D1、D2。此外，去除了圖9的電感器L5和L6。
具體地說，把電晶體Q1的集電極連至公共點F，把它的基極通過變阻器D3連至公共點F，而把它的發射極連至公共點E。把電晶體Q2的集電極也連至公共點F，把它的基極也連至公共點E，而把它的發射極連至公共點B。把電阻器R5與電容器C6並聯，並且把它們互連在公共點B和E之間。把變阻器D4連在電晶體Q1和Q2的基極和發射極的接點之間。把電容器C6連在公共點A和公共點B之間。把電容器C1連在公共點A和F之間。
在使用中，當電話機「摘機」時，20mA的直流迴路電流將使電晶體Q1或Q2之一導通，這取決於電流的方向。由於交流振鈴和話音頻帶信號，電晶體Q1或Q2的集電極能夠實際上是電流的源頭(source)或尾閭(sink)。反向集電極電流的容量實際上流過電晶體的基極-集電極結。雖然把變阻器D4表示成一個器件，但應該理解，可以用兩個正向偏置的二極體來做成這樣一個器件，它們沿每個方向設置，從而保護了具體個Q1和Q2的基極-發射極結。變阻器D3也用來保護電晶體Q1和Q2，並且能夠具有低至6-8伏的額定值，從而避免對音頻信號箝位，或者具有高至200伏的額定值，從而避免對振鈴信號箝位。電容器C5用來衰減可能出現的任何電壓尖峰。電阻器R5用來設定用於接通電晶體Q1和Q2的閾值電流。電容器C6用於旁路電晶體，以產生良好的縱向平衡，並且在振鈴和撥號期間避免產生脈衝。
在圖18中，示出了本發明的一種經濟的阻抗濾波器電路的第九實施例59h。第九實施例與圖12的第五實施例十分相似，所不同的是，雙線圈電感器T2用圖16(a)的雙線圈鐵氧體芯電感器器件T1a來替代。此外，還增添了圖15的開關抑制電路74。可以注意，電感器L13互連在鐵氧體電感器器件T1a的電感器線圈TWa和公共點A之間；電感器L14互連在電感器線圈RWa和公共點B之間；電容器C5跨接在電感器線圈TWa和RWa之間。圖12的電感器L5和L6也被取消。在這種簡化的濾波器電路59h中，不提供回程損耗校正。已經發現，製造和組裝濾波器電路59h更加經濟，但它確實對於掛機的電話機斷開了電容器C1，於是給出相當好的回程損耗和側音。為了把二階濾波器電路變為三階濾波器電路，可選地把電感器L7添加在公共點A和輸出端子70之間，而把電感器L8添加在公共點B和輸出端子72之間。
雖然已經圖解說明和描述了目前認為是本發明的較佳實施例，但熟悉本領域技術的人可以明白，可以作出各種改變和變更，以及可以用等價物來替換其元件而不偏離本發明的真正的範圍。此外，可以按照本發明的教導作出許多變更來適應特殊的情形或材料而不偏離本發明的中心範圍。因此，不打算把本發明限於作為實現本發明的最佳方式揭示的特殊的實施例，而本發明將包括落在所附的權利要求書的範圍中的所有的實施例。
權利要求
1．一種在電信系統中使用的阻抗阻塞濾波器電路，用於在輸入電話線路和用戶終端設備之間互連，從而無條件地阻塞由於所述用戶終端設備產生的高於20KHz的阻抗，這些阻抗來自ADSL網絡單元和/或家用網絡接口單元，其特徵在於，所述濾波器電路包括第一和第二電感器，它們串聯在第一輸入端子和第一公共點之間；把所述第一電感器的一端連至所述第一輸入端子，而把它的另一端連至所述第二電感器的一端，把所述第二電感器的另一端連至所述第一公共點；第三和第四電感器，它們串聯在第二輸入端子和第二公共點之間；把所述第三電感器的一端連至所述第二輸入端子，而把它的另一端連至所述第四電感器的一端，把所述第四電感器的另一端連至所述第二公共點；第一開關裝置，它具有第一端和第二端，並且對直流迴路電流起反應，用於在電氣上連接所述第一端和所述第二端；第一電容器，把它的第一端連至所述第一公共點，而把它的第二端連至所述開關裝置的所述第一端，把所述開關裝置的所述第二端連至所述第二公共點；第五電感器和第六電感器，把所述第五電感器的第一端連至所述第一公共點，而把它的第二端連至第一輸出端子，把所述第六電感器的第一端連至所述第二公共點，而把它的第二端連至第二輸出端子；第二開關裝置，它具有第一端和第二端，並且對直流迴路電流起反應，用於在電氣上連接所述第一端和所述第二端；第二電容器，把它的第一端在第一節點處連至所述第六電感器，而把它的第二端連至所述第二開關裝置的所述第一端，把所述第二開關裝置的所述第二端在第二節點處連至所述第五電感器；開關抑制電路裝置，它互連在所述第一和第二公共點之間，用於防止由於所述第一和第二開關裝置的起動而造成的瞬態過程反饋入輸入電話線路；以及校正電路裝置，它互連在所述第一和第二節點以及所述輸出端子之間，用於當用戶終端設備摘機時顯著地減小由電感性阻抗造成的回程損耗。
2．如權利要求1所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，所述校正電路包括第一槽路電和第二槽路，所述第一槽路由第一線圈電感器、第一槽路電容器、和第一槽路電阻器構成，把所有這些元件並聯，並且接在所述第一節點和所述第一輸出端子之間，所述第二槽路由第二線圈電感器、第二槽路電容器、和第二槽路電阻器構成，把所有這些元件並聯，並且接在所述第二節點和所述第二輸出端子之間。
3．如權利要求2所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，還包括第七電感器和第八電感器，把所述第七電感器的第一端在所述第一節點處連至所述第五電感器，而把它的第二端連至所述第一槽路，把所述第八電感器的第一端在所述第二節點處連至所述第六電感器，而把它的第二端連至所述第二槽路。
4．如權利要求3所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，所述第一開關裝置包括第一笛簧開關，而所述第二開關裝置包括第二笛簧開關。
5．如權利要求4所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，把所述第一槽路的第一線圈、所述第二槽路的第二線圈、所述第一笛簧開關和所述第二笛簧開關安排在一個雙線圈電感器結構中。
6．如權利要求5所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，把所述第一槽路的第一線圈和所述第一笛簧開關安排在第一電流傳感器單元中，而把所述第二槽路的第二線圈和所述第二笛簧開關安排在第二電流傳感器單元中。
7．如權利要求1所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，還包括第一金屬氧化物或矽變阻器和第二金屬氧化物或矽變阻器，所述第一金屬氧化物或矽變阻器與所述第一電容器串聯，並與所述第一開關裝置並聯，而所述第二金屬氧化物或矽變阻器與所述第二電容器串聯，並與所述第二開關裝置並聯。
8．如權利要求7所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，所述開關抑制電路裝置包括第九電感器、第十電感器和第三電容器。
9．如權利要求8所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，把所述第九電感器的第一端連至所述第二電感器，而把它的第二端連至所述第五電感器，把所述第十電感器的第一端連至所述第四電感器，而把它的第二端連至所述第六電感器，並且把所述第三電容器的第一端連至所述第二和第五電感器的接點，而把他的第二端連至所述第三和第六電感器的接點。
10．一種在電信系統中使用的阻抗阻塞濾波器電路，用於在輸入電話線路和用戶終端設備之間互連，從而無條件地阻塞由於所述用戶終端設備產生的高於20KHz的阻抗，這些阻抗來自ADSL網絡單元和/或家用網絡接口單元，其特徵在於，所述濾波器電路包括第一和第二電感器，它們串聯在第一輸入端子和第一公共點之間；把所述第一電感器的一端連至所述第一輸入端子，而把它的另一端連至所述第二電感器的一端，把所述第二電感器的另一端連至所述第一公共點；第三和第四電感器，它們串聯在第二輸入端子和第二公共點之間；把所述第三電感器的一端連至所述第二輸入端子，而把它的另一端連至所述第四電感器的一端，把所述第四電感器的另一端連至所述第二公共點；電晶體開關裝置，它互連在所述第一和第二公共點之間，並且對直流迴路電流起反應，用於消除由連至掛機的電話機的其他的濾波器電路造成的分路電容；第五電感器和第六電感器，把所述第五電感器的第一端連至所述第一公共點，而把它的第二端連至第一輸出端子，把所述第六電感器的第一端連至所述第二公共點，而把它的第二端連至第二輸出端子；以及校正電路裝置，它互連在所述第五和第六電感器以及所述輸出端子之間，用於當用戶終端設備摘機時顯著地減小由電感性阻抗造成的回程損耗。
11．如權利要求10所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，所述電晶體開關裝置包括一對電晶體、電阻器、第一和第二電容器以及第一和第二變阻器。
12．如權利要求10所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，所述校正電路裝置包括第一槽路和第二槽路，所述第一槽路由第一線圈電感器、第一槽路電容器、和第一槽路電阻器構成，把所有這些元件並聯，並且接在所述第五電感器和所述第一輸出端子之間，所述第二槽路由第二線圈電感器、第二槽路電容器、和第二槽路電阻器構成，把所有這些元件並聯，並且接在所述第六電感器和所述第二輸出端子之間。
13．一種在電信系統中使用的阻抗阻塞濾波器電路，用於在輸入電話線路和用戶終端設備之間互連，從而無條件地阻塞由於所述用戶終端設備產生的高於20KHz的阻抗，這些阻抗來自ADSL網絡單元和/或家用網絡接口單元，其特徵在於，所述濾波器電路包括第一和第二電感器，它們串聯在第一輸入端子和第一公共點之間；把所述第一電感器的一端連至所述第一輸入端子，而把它的另一端連至所述第二電感器的一端，把所述第二電感器的另一端連至所述第一公共點；第三和第四電感器，它們串聯在第二輸入端子和第二公共點之間；把所述第三電感器的一端連至所述第二輸入端子，而把它的另一端連至所述第四電感器的一端，把所述第四電感器的另一端連至所述第二公共點；第一開關裝置，它具有第一端和第二端，並且對直流迴路電流起反應，用於在電氣上連接所述第一端和所述第二端；第一電容器，把它的第一端連至所述第一公共點，而把它的第二端連至所述開關裝置的所述第一端，把所述開關裝置的所述第二端連至所述第二公共點；以及開關抑制電路裝置，它互連在所述第一和第二公共點之間，用於防止由於所述第一開關裝置的起動而造成的瞬態過程反饋入輸入電話線路。
14．如權利要求13所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，還包括第五電感器和第六電感器，把所述第五電感器的第一端連至所述第一公共點，而第二端連至第一輸出端子，把所述第六電感器的第一端連至所述第二公共點，而第二端連至第二輸出端子。
15．如權利要求14所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，所述第一開關裝置包括笛簧開關。
16．如權利要求15所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，把所述第一至第四電感器和所述笛簧開關安排在一個雙線圈鐵氧體芯電感器器件中。
17．如權利要求13所述的阻抗阻塞濾波器電路，其特徵在於，還包括金屬氧化物變阻器，它與所述第一電容器串聯，而與所述第一開關裝置並聯。
全文摘要
阻抗阻塞濾波器電路包括串聯在第一輸入端子和第一公共點之間的第一、第二和第三電感器。第一電阻器一端連至第一公共點,而另一端連至第一輸出端子。第四、第五和第六電感器串聯在第二輸入端子和第二公共點之間。第二電阻器一端連至第二公共點,而另一端連至第二輸出端子。電容器的跨接在第一和第二公共點之間。在其他方面,濾波器電路還包括用於消除分路相加電容的開關裝置、顯著減小回程損耗的校正電路裝置以及用於消除瞬態過程的開關抑制電路裝置。
文檔編號H03H7/01GK1305263SQ0013178
公開日2001年7月25日 申請日期2000年10月20日 優先權日1999年10月22日
發明者F·J·基科 申請人:埃克塞爾薩斯技術股份有限公司