專利名稱：包含用于減少由共模電壓或電流所引起干擾的裝置的電子設(shè)備的差分輸入級(jí)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子設(shè)備的差分輸入級(jí)，包括用于減少由施加在該級(jí)的兩個(gè)輸入端的共模電壓或電流所引起的干擾的裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及在電話交換機(jī)中使用的用戶卡和用戶終端。用戶卡通過線路連接到用戶終端，所述線路包括至少兩根導(dǎo)線，用于在兩個(gè)方向上傳送話音或數(shù)據(jù)信號(hào)，以及DC電壓，向終端提供遠(yuǎn)程電源饋送。這些信號(hào)以差分模式傳送，也就是以兩根導(dǎo)線之間的電壓差的形式傳送。
背景技術(shù)：
用戶卡或用戶終端的電路易于受到不希望出現(xiàn)的共模信號(hào)的干擾。該共模干擾以用戶線路兩根導(dǎo)線上電壓和等值電流的形式出現(xiàn)。這些電壓和電流的成因很多。接近中等電壓和高壓的供電線路以及當(dāng)火車通過時(shí)，電力火車的架空電力線上的開關(guān)都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生共模干擾。更為一般地說，任何在用戶線路中感應(yīng)電流的電子設(shè)備都會(huì)在線路中產(chǎn)生共模電壓和電流。
如果用戶卡或終端對(duì)共模電壓和電流敏感，在想要的差分信號(hào)中就會(huì)引入干擾，并因此可能降低想要的信號(hào)的傳輸質(zhì)量。對(duì)數(shù)字電話線路而言，該問題尤其嚴(yán)重，因?yàn)楦蓴_可能會(huì)嚴(yán)重降低呼叫的質(zhì)量，甚至中斷呼叫。為了防止出現(xiàn)這種干擾，交換機(jī)上的用戶卡以及用戶端的終端中都提供了保護(hù)裝置。
為了減少這種干擾，傳統(tǒng)的方法是在用戶卡中使用變壓器和感應(yīng)器。該感應(yīng)器大大降低了向遠(yuǎn)程供電發(fā)生器傳輸由共模電壓和電流所引起的干擾。變壓器阻塞遠(yuǎn)程供電電流的DC分量，大大降低了向處理話音和數(shù)據(jù)信號(hào)的電子電路傳輸由共模電壓和電流所引起的干擾。有了變壓器，可以容易地將共模干擾衰減60分貝。因?yàn)槭褂昧穗姶烹娐?，這類設(shè)備具有體積大和重量重的缺陷，排除了集成這些部件的任何可能。
美國專利4612417描述了適合于在電話交換機(jī)中使用的用戶卡的一種差分輸出級(jí)，其中它與用戶線路相連。這種差分輸出級(jí)包括用于減少施加在用戶線路的由共模電壓和電流所引起的干擾的裝置。它包括兩個(gè)電路，每一個(gè)連接該級(jí)的一個(gè)輸入到該級(jí)的一個(gè)輸出。為了減少干擾，每個(gè)電路包括將反饋電壓加入相關(guān)電路的輸入電壓的裝置，以及提供該反饋電壓的裝置，前述反饋電壓等于各個(gè)輸出端處電壓和的一半，且符號(hào)相反。當(dāng)反饋電壓正好等于各輸出端電壓和的一半，并且符號(hào)相反時(shí)，干擾被完全抵消。實(shí)際上，反轉(zhuǎn)該電壓的反相器會(huì)導(dǎo)致一些相位延遲，這會(huì)影響反饋的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于減少共模干擾的高效差分輸入級(jí)，并且不需要使用變壓器或感應(yīng)器。
本發(fā)明包括電子設(shè)備的差分輸入級(jí)，包括用于減少施加在該級(jí)的兩個(gè)輸入的由共模電壓或電流所引起的干擾的裝置；該級(jí)包括兩個(gè)電路，每一個(gè)連接一個(gè)輸入到一個(gè)輸出，每個(gè)電路包括用于減小干擾的第一裝置，這些第一裝置包括將第一反饋電壓加入相關(guān)電路的輸入電壓的裝置，以及提供第一反饋電壓的裝置，前述第一反饋電壓等于各輸出端處電壓和的一半，且符號(hào)相反；其特征在于，為了減小由用于提供第一反饋電壓的裝置的部件所引起的延遲，該級(jí)還包括用于進(jìn)一步將第二反饋電壓加入每個(gè)電路的輸入電壓的裝置，以及提供第二反饋電壓的裝置，前述第二反饋電壓是該電路相應(yīng)輸入端的電壓的函數(shù)，符號(hào)相反，其延遲等于用于提供第一反饋電壓的裝置的部件所引起的延遲。
該級(jí)很有效地減小了各個(gè)電路的共模干擾，因?yàn)榈诙答侂妷貉a(bǔ)償了用于提供第一反饋電壓的裝置的部件所引起的延遲。
本發(fā)明的差分級(jí)的另一實(shí)施方式還包括，在用于減小干擾的第一裝置，用于減小共模干擾的第二裝置的上游側(cè)，在每個(gè)電路上，包括用于將第三反饋電壓加入相關(guān)電路的輸入電壓的裝置，以及用于提供第三反饋電壓的裝置，前述第三反饋電壓等于該差分級(jí)各輸入端處的電壓和的一半的k倍，符號(hào)相反；k是小于或等于1的正整數(shù)。
與前一實(shí)施方式相比，該實(shí)施方式減少了電功率消耗，因?yàn)?用于減小干擾的第二裝置減小了施加在第一減小裝置(在其下游側(cè))上的共模電壓，使得第一裝置接收的供應(yīng)電壓可以遠(yuǎn)小于第二實(shí)施方式中的供應(yīng)電壓；以及-用于減小干擾的第二裝置自身不會(huì)導(dǎo)致增加任何重大的消耗，因?yàn)橛糜诩尤胨龇答侂妷旱难b置包括-兩個(gè)加法器，該加法器可以只包括無源部件，以及-單個(gè)反相器，對(duì)相同的供應(yīng)電壓而言，該反相器消耗的功率比第二實(shí)施方式中用于提供第二反饋電壓的裝置(一般包括三個(gè)反相器)要少。
如果k遠(yuǎn)小于1，可以減小該單個(gè)反相器的消耗。


通過下面的描述和附圖，可以對(duì)本發(fā)明有更好的理解，并且本發(fā)明的其他特征會(huì)更加明顯圖1給出了一種差分輸入級(jí)的一個(gè)實(shí)施方式的電路，該電路包括與美國專利4612417中描述的，用于減小施加在用戶線路上的由共模電壓或電流所引起的干擾的裝置相似的裝置。
圖2給出了按照本發(fā)明，能夠更好地減小共模干擾的差分級(jí)的第一實(shí)施方式的電路。
圖3給出了按照本發(fā)明，比圖2所給出的實(shí)施方式電功率消耗要少得多的差分級(jí)的第二實(shí)施方式的電路。
具體實(shí)施例方式
圖1給出的實(shí)施方式用于用戶卡輸入-輸出級(jí)。它包括兩個(gè)電路接頭A和B，可連接到用戶線路；兩個(gè)輸出電路接頭a和b，連接到用戶卡上各放大器AMP2和AMP3的輸入端；兩個(gè)輸入電路接頭c和d，連接到用戶卡上各放大器AMP1和AMP4的輸出端，并且分別連接到輸入-輸出電路接頭A和B；在電路接頭A和B之間包括兩個(gè)等阻抗電阻R1和R2的橋；反相器I3，其輸入連接到橋R1R2的中點(diǎn)；加法器S3，其一個(gè)輸入連接到電路接頭c和A，一個(gè)輸入連接到反相器I3的輸出，輸出連接到輸出電路接頭a；以及加法器S4，其一個(gè)輸入連接到電路接頭d和B，一個(gè)輸入連接到反相器I3的輸出，輸出連接到輸出電路接頭b。
輸入-輸出電路接頭A和B的兩個(gè)電壓VA和VB分別是VA＝VdA+VmcVB＝VdB+Vmc其中VdA＝-VdBVdA是電路接頭A的差分信號(hào)電壓；VdB是電路接頭B的差分信號(hào)電壓；以及Vmc是電路接頭A和B的共模電壓。
橋R1R2的中點(diǎn)提供的電壓(VA+VB)/2等于施加在用戶線路上的共模電壓Vmc。如果反相器I3是理想的反相器，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間沒有延遲，那么它的轉(zhuǎn)換函數(shù)就是-1。反相器I3的輸出提供了反饋電壓V1＝-(VA+VB)/2＝-Vmc。
加法器S3把V1加入輸入電壓VA，以消除共模電壓Vmc。因此，它在輸出電路接頭a上提供了電壓VA＝VdA類似地，加法器S3的輸出在輸出電路接頭b上提供了電壓Vb＝VdB
如果部件R1、R2、I3是理想的，施加在放大器AMP2上的差分信號(hào)的電壓VA與共模電壓Vmc無關(guān)。因此包括該共模電壓的干擾被消除。同樣，電壓Vb施加在放大器AMP3上。從而，該差分級(jí)消除了共模電壓Vmc所引起的干擾。
實(shí)際上，反相器從來不可能是理想的，會(huì)在反相信號(hào)中引入相位延遲。該延遲降低了消除由共模電壓所引起的干擾的效果。考慮非零延遲的情況反相器I3在頻域中的轉(zhuǎn)換功能成為-e-i，其中-i代表了由反相器所引入的相位延遲。
在頻域中，表示在電路接頭A、B、a、b的電壓的方程是VA＝VdA+VmcVB＝VdB+VmcV1＝Vmc.(1-e-i)Va＝VdA+V1＝VdA+Vmc.(1-e-i)Vb＝VdB+V1＝VdB+Vmc.(1-e-i)這些方程顯示了電壓VA和VB與共模電壓Vmc相關(guān)。因此，并不能完全地消除干擾。
圖2給出了第一實(shí)施方式的電路，在反相器I3不是理想的反相器時(shí)，它能夠更好地降低共模干擾。該第二個(gè)例子包括與構(gòu)成前一實(shí)施方式的裝置相同的裝置，除了加法器S3和S4的輸出不再分別直接連接到電路接頭a和b。因此，它包括兩個(gè)電路接頭A和B，可連接到用戶線路；兩個(gè)輸出電路接頭a和b，分別連接到用戶電路上各放大器AMP2和AMP3的輸入端；兩個(gè)輸入電路接頭c和d，分別連接到各放大器AMP1和AMP4的輸出端，并且分別連接到輸入-輸出電路接頭A和B；在電路接頭A和B之間包括兩個(gè)等阻抗電阻R1和R2的橋；反相器I3，其輸入連接到橋R1R2的中點(diǎn)；加法器S3，其一個(gè)輸入連接到電路接頭c和A，一個(gè)輸入連接到反相器I3的輸出，和輸出a2；以及加法器S4，其一個(gè)輸入連接到電路接頭d和B，一個(gè)輸入連接到反相器I3的輸出，和輸出b2。
它還包括如下裝置反相器I1，其輸入連接到電路接頭A和c，以及輸出；反相器I2，其輸入連接到電路接頭B和d，以及輸出；加法器S1，其具有兩個(gè)分別與橋R1R2的中點(diǎn)和反相器I1的輸出相連接的輸入，以及輸出a1；加法器S2，其具有兩個(gè)分別與橋R1R2的中點(diǎn)和反相器I2的輸出相連接的輸入，以及輸出a2；加法器S5，其具有與加法電路S1的輸出a1相連接的反相輸入，與加法器S3的輸出a2相連接的非反相輸入，以及與輸出電路接頭a相連接的輸出；以及加法器S6，其具有與加法電路S2的輸出b1相連接的反相輸入，與加法器S4的輸出b2相連接的非反相輸入，以及與輸出電路接頭b相連接的輸出。
反相器I1、I2、I3具有各自的轉(zhuǎn)換函數(shù)-e-i1，-e-i2，-e-i3對(duì)設(shè)備的改進(jìn)還包括在每個(gè)電路的輸入電壓中加入第二反饋電壓，它抵消殘余干擾，該電壓等于Vmc(1-e-i)。該第二反饋電壓具體可以通過第二反相器，反轉(zhuǎn)該電路的相應(yīng)的輸入電壓來得到，且由該第二反相器導(dǎo)致的延遲與第一反相器I3所引起的延遲相同。
輸入-輸出電路接頭A和B的電壓是VA＝VdA+VmcVB＝VdB+VmcV1＝-Vmc.e-i3加法器S1輸出a1的電壓是Va1＝-e-i1.(VdA+Vmc)+(VA+VB)/2＝-VdA.e-i1+Vmc.(1-e-i1)加法器S2輸出b1的電壓是Vb1＝-e-i2.(VdB+Vmc)+(VA+VB)/2＝-VdB.e-i2+Vmc.(1-e-i2)加法器S3輸出a2的電壓是Va2＝VdA+Vmc-Vmc.e-i3＝VdA+Vmc.(1-e-i3)
加法器S4輸出b2的電壓是Vb2＝VdB+Vmc-Vmc.e-i3＝VdB+Vmc.(1-e-i3)加法器S5輸出a的電壓是Va＝Va2-Va1＝VdA.(1+e-i1)+Vmc.(e-i1-e-i3)加法器S6輸出b的電壓是Vb＝Vb2-Vb1＝VdB.(1+e-i2)+Vmc.(e-i2-e-i3)反相器I1、I2、I3具有相同的電子電路，對(duì)于第一近似可以認(rèn)為它們的轉(zhuǎn)換函數(shù)都等于-e-i。這樣Va≈VdA.(1+e-i)≈2VdAVb≈VdB.(1+e-i)≈2VdB注意到盡管反相器的延遲非零，電壓Va和Vb與共模電壓Vmc的值無關(guān)。這樣，消除了由共模電壓Vmc所引起的干擾。同樣地，也消除了由共模電流所引起的干擾。通過此第二實(shí)施方式，共模電壓和電流的衰減可以達(dá)到50分貝。
圖3給出了按照本發(fā)明的差分級(jí)的第二實(shí)施方式電路，與圖1所給的實(shí)施方式相比，它能更好地減小干擾，并且與圖2給出的實(shí)施方式相比，電功率的消耗要少得多。除了電路節(jié)點(diǎn)A和B不再是差分級(jí)的輸入-輸出電路節(jié)點(diǎn)，它具體包括與圖2所給的實(shí)施方式相同的電路D2。電路節(jié)點(diǎn)A’和B’是輸入-輸出電路節(jié)點(diǎn)，并分別連接到差分級(jí)的輸入電路節(jié)點(diǎn)c和d，以及附加的干擾減小設(shè)備。該附加設(shè)備位于電路D2的上游側(cè)，其結(jié)構(gòu)類似于圖1給出的差分級(jí)的結(jié)構(gòu)，用來第一次減小共模電壓。該附加設(shè)備包括兩個(gè)電路節(jié)點(diǎn)A’和B’，可連接到用戶線路；兩個(gè)輸出電路節(jié)點(diǎn)，分別連接到電路D2的輸入A和B；兩個(gè)輸入電路節(jié)點(diǎn)c和d，分別連接到用戶卡上兩個(gè)放大器AMP1和AMP4的輸出端，并且分別連接到輸入-輸出電路節(jié)點(diǎn)A’和B’；在電路節(jié)點(diǎn)A’和B’之間包括兩個(gè)等阻抗電阻R1’和R2’的橋；反相器I3’，其輸入連接到橋R1’R2’的中點(diǎn)；加法器S3’，其一個(gè)輸入連接到電路節(jié)點(diǎn)c和A’，一個(gè)輸入連接到反相器I3’的輸出，輸出連接到電路節(jié)點(diǎn)A；以及加法器S4’，其一個(gè)輸入連接到電路節(jié)點(diǎn)d和B’，一個(gè)輸入連接到反相器I3’的輸出，輸出連接到電路節(jié)點(diǎn)B。
輸入-輸出電路節(jié)點(diǎn)A’和B’處的兩個(gè)電壓VA’和VB’分別是VA’＝VdA’+VmcVB’＝VdB’+Vmc其中VdA’＝-VdB’VdA’是電路節(jié)點(diǎn)A’處的差分信號(hào)電壓；VdB’是電路節(jié)點(diǎn)B’處的差分信號(hào)電壓；以及Vmc是電路節(jié)點(diǎn)A’和B’處的共模電壓。
橋R1’R2’的中點(diǎn)提供的電壓(VA’+VB’)/2等于施加在用戶線路上的共模電壓Vmc。如果反相器I3’是理想的反相器，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間沒有延遲，那么它的轉(zhuǎn)換函數(shù)就是-1。反相器I3’的輸出提供了反饋電壓V3＝-(VA’+VB’)/2＝-Vmc。
加法器S3’在輸入電壓VA’中加入V3，以消除共模電壓Vmc。因此，它在輸出電路節(jié)點(diǎn)A處提供了電壓VA＝VdA’類似地，加法器S4’的輸出在電路節(jié)點(diǎn)B處提供了電壓VB＝VdB’如果部件R1’、R2’、I3’是理想的，施加在電路D2上的差分信號(hào)的電壓VA與共模電壓Vmc無關(guān)。因此消除(或至少減小)了包括該共模電壓的干擾。這種情況同樣適用于電壓VB。這樣，該附加設(shè)備第一次減小了由共模電壓Vmc所引起的干擾；但是，它還設(shè)計(jì)了電路D2，以消耗較少的電功率。
這是因?yàn)?，由于電路?jié)點(diǎn)A和B處的共模電壓被消除(或者至少被大大減小)，施加在反相器I1、I2、I3輸入端的電壓被減小。這樣，可以以較低的電壓來供電，而不用考慮飽和。但是，反相器I3’必須能夠在高共模電壓下工作。因此，需要較高的供應(yīng)電壓?？偟膩碇v，能夠節(jié)省能源，因?yàn)榉聪嗥鱅3’是唯一一個(gè)需要供應(yīng)高電壓的設(shè)備，而在圖2給出的實(shí)施方式中，反相器I1、I2、I3必須供以高電壓。
可以對(duì)第二實(shí)施方式進(jìn)行改進(jìn)，以減小反相器I3’的消耗。這種改進(jìn)包括采用增益k大于0而小于1的反相器I3’。
這樣VA＝VdA+Vmc.(1-k)VB＝VdB+Vmc.(1-k)因此，該反相器I3’對(duì)共模電壓Vmc的抵消并不完全，在包含反相器I1、I2、I3的下一級(jí)將完全抵消共模電壓。另一方面，反相器I3’需要的供應(yīng)電壓較低，這降低了反相器I3’的電功率消耗。K值的選取應(yīng)當(dāng)考慮共模電壓和電流的振幅情況，以及要求的總的功率消耗。
權(quán)利要求
1.一種電子設(shè)備的差分輸入級(jí)(1)，包括用于減少由施加在該級(jí)的兩個(gè)輸入(A；B)的共模電壓或電流所引起的干擾的裝置；該級(jí)包括兩個(gè)電路，每一個(gè)連接一個(gè)輸入(A；B)到一個(gè)輸出(a、b)；每個(gè)電路包括用于減小干擾的第一裝置，這些第一裝置包括，在每個(gè)電路中，用于將第一反饋電壓(V1)加入相關(guān)電路的輸入電壓的裝置(S3；S4)，以及用于提供第一反饋電壓的裝置(R1、R2、I3)，前述第一反饋電壓等于各輸入端(A；B)處電壓(VA；VB)和的一半，且符號(hào)相反；其特征在于，為了減小由用于提供第一反饋電壓(V1)的裝置(R1、R2、I3)的部件所引起的延遲，該級(jí)還包括用于進(jìn)一步將第二反饋電壓(Va1；Vb1)加入每個(gè)電路的輸入電壓的裝置(S5；S6)，以及用于提供第二反饋電壓(Va1；Vb1)的裝置(R1、R2；I1、S1；I2、S2)，前述第二反饋電壓(Va1；Vb1)是相關(guān)電路輸入端處的電壓(VA；VB)的函數(shù)，符號(hào)相反，其延遲等于用于提供第一反饋電壓(V1)的裝置(R1、R2、I3)的部件所引起的延遲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的差分輸入級(jí)，其特征在于，它還包括，在用于減小干擾的第一裝置的上游側(cè)，用于減小共模干擾的第二裝置，包括在每個(gè)電路上，用于將第三反饋電壓(V3)加入相關(guān)電路的輸入電壓的裝置(S3’；S4’)，以及用于提供第三反饋電壓的裝置(R1’、R2’、I3’)，前述第三反饋電壓等于該差分級(jí)各輸入端處(A’；B’)的電壓(VA’；VB’)和的一半的k倍，符號(hào)相反；k是小于或等于1的正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的差分輸入級(jí)，其特征在于，用于提供第三反饋電壓(V3)的裝置(R1’、R2’、I3’)包括兩個(gè)電阻(R1’、R2’)的橋，該橋連接到差分級(jí)的輸入(A’、B’)，以及反相器(I3’)，其輸入連接到橋的中點(diǎn)，其輸出提供第三反饋電壓(V3)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，用于減小由共模電壓或電流引起的干擾的裝置包括在每條電路上的加法器(S3；S4)，用于將第一反饋電壓(V1)加入相關(guān)電路的電壓，用于提供所述第一反饋電壓的橋(R1、R2)和反相器(I3)，前述第一反饋電壓等于各輸入端(A；B)處電壓(VA；VB)和的一半，且符號(hào)相反。根據(jù)本發(fā)明，可以降低由反相器(I3)引起的延遲，因此所述級(jí)還包括用于將第二反饋電壓(Va1；Vb1)加入每個(gè)電路的輸入電壓的裝置(S5；S6)，以及用于提供第二反饋電壓(Va1；Vb1)的裝置(R1、R2；I1、S1；I2、S2)，前述第二反饋電壓(Va1；Vb1)是相關(guān)電路輸入端處的電壓(VA；VB)的函數(shù)，符號(hào)相反，其延遲等于由反相器(I3)引起的延遲。
文檔編號(hào)H03F3/45GK1623276SQ03802683
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者讓-皮埃爾·布齊迪 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司