Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19840126Elc026.shtml

Универсальная экономичная плата стыка с абонентской линией

УДК 621.395.64

Джон Манди (John Munday)
Фирма Texas Istruments Ltd. (Бедфорд, Англия)

John Munday. Three-chip set offers universal cost-effective SLIC, pp.116—119.

Описан набор ИС, обеспечивающих функции линейного комплекта, включаемого на стыке абонентской телефонной линии с АТС или УЛТС. По-новому решена схема питания постоянным током абонентской линии, что позволяет существенно снизить потребление мощности оборудованием АТС по сравнению с обычными резистивными схемами и обеспечить эффективное питание самых длинных и самых коротких линий. Даны характеристики линейных комплектов на ИС американских, итальянских и японских фирм. Рассмотрены перспективные решения с цифровой обработкой сигналов в линейном комплекте.

Хотя интегральные схемы стыка с абонентской линией (SLIC), несомненно, привели к тому, что цифровые УАТС и АТС стали более экономичными и пригодными для применения, тем не менее эти схемы пока не обеспечивают экономически эффективной интеграции всех функций, требующихся от стыка с абонентской линией. Для тех функций, в которых возможно применение 5- или 10-В технологии, удалось обеспечить выигрыш, связанный с интеграцией, но в стыках, для которых требуется подача напряжения 60—80 В, все обстояло иначе. Теперь же новый комплект из трех ИС охватывает указанные высоковольтные функции (что является главным достижением) и дает универсальное, экономически эффективное решение для обеспечения выполнения так называемых BORSHT-функций, а именно: подачи батарейного питания (В), защиты от перенапряжения (О), посылки вызова (R), контроля состояния абонентской линии (S), балансировки дифсистемы по значению полного сопротивления абонентской линии (Н) и проверки (Т).

Набор для SLIC (рис.1) состоит из трех интегральных схем: линейной ИС ТСМ4201, ИС управления ТСМ4202 и ИС питания ТСМ4208. Для получения полностью интегрального линейного комплекта эти три схемы объединяются вместе. Совместное использование ИС 4202 двумя, а ИС 4208 четырьмя линиями позволяет уменьшить число ИС для каждой абонентской линии. Например, линейная ИС, которая обеспечивает питание линии и защиту, может работать при 85 В, и, следовательно, отпадает необходимость в громоздких трансформаторах и конденсаторах. Управляющая ИС осуществляет функцию контроля состояний абонентской линии, функцию дифсистемы и функции по обеспечению разговорного тракта (обработку речевого сигнала и переход с двухпроводной на че-тырехпроводную схему для приемного и передающего трактов). ИС питания преобразовывает напряжения постоянного тока для каждой линии. Помимо того, это три ИС позволяют реа лизовать BORSHT-функции для 16 абонентских линий на одной печатной плате, что вдвое превышает возможности большинства других систем.

Комплект SLIC фирмы Texas Instruments, включающий в себя ИС типа ТСМ4201, 4202 и 4208, обеспечивает снижение стоимости и уменьшение размеров линейного
Рис.1. Комплект SLIC фирмы Texas Instruments, включающий в себя ИС типа ТСМ4201, 4202 и 4208, обеспечивает снижение стоимости и уменьшение размеров линейного комплекта аналоговых абонентских линий, так как для него не требуются трансформаторы, большие конденсаторы, реле на большие токи и дорогостоящие элементы защиты.

В процессе создания комплекта SLIC ставилась задача, во-первых, сократить на плате линейного комплекта пространство, занимаемое блоком BORSHT-функций, уменьшив таким образом размер печатной платы комплекта и мощность рассеяния в активном режиме, особенно для случаев, когда от SLIC питаются короткие линии; во-вторых, требовалось уменьшить общую стоимость путем исключения трансформаторов, больших конденсаторов, реле, рассчитанных на большие токи, и дорогостоящих элементов защиты; и наконец, преследовалась цель спроектировать такой комплект ИС, который подходил бы как для АТС, так и для УАТС.

Для линейной схемы применяется высоковольтный процесс, который является комбинацией процессов получения биполярных приборов и полевых МОП-транзисторов. Эта ИС может работать при 85 В для обеспечения питания самых длинных абонентских телефонных линий. Вдобавок ИС управления и питания обладают малой мощностью рассеяния, что обусловлено применением современной К/МОП-технологии с кремниевыми затворами и двойным поликремнием, использующей 5-мкм проектные нормы.

ИС комплекта SLIC могут быть собраны в носителях кристаллов, так что весь комплект размещается на толстопленочной подложке вместе с другими пассивными компонентами и объединенными схемами кодеков-фильтров. Для таких линейных комплектов с высокой плотностью размещения элементов важное значение имеет низкая величина мощности рассеяния, поэтому проектом предусмотрен поставляемый по дополнительному заказу высокоэффективный преобразователь постоянного тока типа ТСМ4208 — ИС источника питания, которая осуществляет преобразование для каждой абонентской линии напряжения, подаваемого от батареи. В конечном счете ИС питания вырабатывает для каждой ИС SLIC специально рассчитанное для нее питание, обеспечивая схему, при которой мощность рассеяния на плате линейного комплекта минимальна, но линейный ток оказывается достаточным для питания телефонного аппарата.

Задание функций комплекта ИС можно осуществлять как программно, так и аппаратно, так что в одной конструкции обеспечивается выполнение требований всех стандартов на BORSHT-функции (для схемы подачи тока питания линии, посылки вызова абоненту, сигнализации и контроля состояния абонентской линии разработаны различные международные стандарты). Для того чтобы помочь пользователям в выборе компонентов аппаратной части, были написаны два пакета программ для системы автоматизированного проектирования, а для уменьшения площади и снижения стоимости сборки все пассивные компоненты в зоне базовых ИС выполняются в соответствии с требованиями толстопленочных интегральных схем.

Последовательный стык двустороннего действия от управляющей ИС к находящемуся на плате линейного комплекта микропроцессору позволяет иметь тракт двустороннего использования для сигнализации с возможностью осуществления контроля считыванием после записи и защиты по четности. Последовательный поток битов несет в себе информацию о состоянии абонентской линии, сигналы проверки, вызова и управления, в то время как управление питанием по постоянному току и параметрами разговорного тракта реализовано аппаратным способом. Защищенность сигналов от помех составляет более 50 дБ, что обеспечивает необходимую защиту от переходного разговора, а также повышает устойчивость комплекта ИС в SLIC к воздействию ложных сигналов.

Линейная ИС (рис.2), питание которой осуществляется или от преобразователя постоянного тока, или непосредственно от станционной батареи, обеспечивает развязку схемы питания линии с находящимся на кристалле линейным стабилизатором и управляет двумя внешними полевыми МОП-транзисторами, через которые питается абонентская линия. Усилитель А3 с фазорасщепляющей схемой гарантирует подачу сигналов с усилителей A1 и А4 точно в противо-фазе, в то время как A12, A13 и A14 управляют разностным током линии. Поскольку к виртуальной земле усилителя А3 имеется доступ извне, ее можно использовать для сигнализации постоянным или переменным током в сторону абонента, в частности, тогда, когда на обычные разговорные сигналы должны быть наложены тарифицирующие импульсы с частотой 12 или 16 кГц1{По этим импульсам осуществляется учет стоимости разговора для последующей выписки счета абоненту на оплату. — Прим. перев.}.

Для обеспечения возможности работы при напряжении 85 В для изготовления высоковольтной линейной ИС TCM4201 используется биполярный с двойной диффузией
Рис.2. Для обеспечения возможности работы при напряжении 85 В для изготовления высоковольтной линейной ИС TCM4201 используется биполярный с двойной диффузией процесс и процесс создания полевых МОП-транзисторов. В неактивном режиме эта ИС бездействует и тем самым позволяет существенно снизить мощность, потребляемую оборудованием АТС.

Для того чтобы добиться реального снижения потребляемой мощности, весь линейный кристалл и выходные МОП-приборы выключаются в неактивном режиме, при котором единственным питанием линии является питание, подаваемое через шунтирующие резисторы. С помощью этих резисторов осуществляется контроль за линией. Хотя в описываемом комплекте SLIC не требуются громоздкие трансформаторы и реле, рассчитанные на большие токи, тем не менее для подачи напряжения вызывного тока в абонентскую линию необходимо миниатюрное реле. При этом для продления срока службы этого реле управляющая ИС из комплекта SLIC может синхронизировать замыкание контактов реле с напряжением вызывного тока путем установки в определенное состояние бита в потоке последовательно передаваемых битов.

Вместе с ИС, подавляющей выбросы переходных процессов и представляющей собой силовой планарный прибор для защиты SLIC, который размещен в трехвыводном корпусе, два последовательно включенных резистора защищают ИС от повреждения при выбросах напряжения. ИС подавления выбросов при напряжении, используемом в комплекте, обладает характеристиками стабилитрона с загибом этой характе ристики в области высоких, обычно превышающих 150 мА, значений тока.

Управляющая ИС выполняет следующие функции: контролирует напряжение на проводах телефонной пары, подаваемое для осуществления разговора, контроля состояний абонентской линии и питания постоянным током; непосредственно управляет током в обмотке реле вызывного тока и реле проверки; обеспечивает (совместно с линейной ИС) передачу разговорных сигналов в линию. Для уменьшения отражения сигнала в линии комплект ИС SLIC может программироваться таким образом, чтобы обеспечить точное согласование с комплексным полным сопротивлением линии. Независимый усилитель отделяет принимаемый по линии входящий разговорный сигнал от исходящего разговорного сигнала, но в кодеках последующих поколений эта функция, по всей вероятности, будет реализована на кристалле.

Другой усилитель определяет характеристики по постоянному току, а выполненный в составе ИС цифровой анализатор сигналов, который подавляет гармоники, является быстродействующим и чувствительным и позволяет обнаружить состояние «трубка снята» (ответ вызываемого абонента) во время посылки вызова (функция контроля состояния абонентского шлейфа). У комплекта ИС имеются два релейно-контактных управляющих выхода и по два дополнительных слаботочных выхода для каждого канала. Связь с микропроцессором осуществляется по двунаправленной последовательной шине. На управляющем кристалле имеется схема устранения дребезга контактов реле, что позволяет уменьшить накладные затраты в части программного обеспечения; этот кристалл выделяет импульсы набора при вызове декадно-шаговой АТС, обнаружение токового или бестокового состояния (трубка аппарата снята или положена) абонентского шлейфа и состояния «ключ на землю» (или сигнала, требующего ответа или опроса). Бит сигнализации о положении трубки — это первый бит, который передается при считывании, что позволяет реализовать программу циклического опроса для обслуживания плат линейных комплектов с 8 или 16 подключенными абонентскими линиями; при этом используются прерывания, инициируемые тогда,. когда значение бита «положение трубки» указывает на изменение состояния абонентской линии.

Для эффективного обслуживания четырех линий в ИС питания используется МОП-транзистор в режиме малых сигналов, который обеспечивает высокоэффективное преобразование постоянного тока, обычно с КПД 95%. При 256 кГц коммутация ИС, управляемая шириной импульса, позволяет убрать из схемы сглаживающие компоненты и обеспечивает, кроме того, работу в режиме с выключенным питанием, при котором можно отключать питание линии. Поскольку описываемая система реализована в основном по К/МОП-технологии с высокой плотностью размещения элементов, максимальная мощность, рассеиваемая в неактивном режиме, составляет 50 мВт.

Питание постоянным током

В отличие от описываемого комплекта SLIC обычным резистивным схемам подачи питания присущи два главных недостатка: при коротких телефонных линиях велики потери мощности, а на длинных линиях ток в цепи абонентского шлейфа оказывается недостаточным (рис.3). В первом случае, если линия короткая, слишком большая мощность теряется (гасится) на станции. Например, в пригородных зонах более половины всех телефонных линий имеют сопротивление меньше 600 Ом, а, следовательно, на плате линейного комплекта теряется более 1 Вт. Во втором случае длинные линии не позволяют обеспечить достаточную величину тока питания для телефонного аппарата. При сопротивлении линии 2350 Ом от 50-В батареи получается ток всего 18 мА, что недостаточно для питания обычных аппаратов. Еще меньший ток подается в линию при 42 В, т.е. при самом низком значении напряжения станционной батареи.

Новый способ подачи питания в абонентскую линию дает существенные преимущества по сравнению с обычно принятыми методами благодаря уменьшению значения
Рис.3. Новый способ подачи питания в абонентскую линию дает существенные преимущества по сравнению с обычно принятыми методами благодаря уменьшению значения рассеиваемой мощности на плате линейного комплекте и управления величиной постоянного тока в линии.

Даже тогда, когда требуется полное напряжение батареи, комплект ИС SLIC реализует это, осуществляя подачу постоянного тока в линию через сопротивление. Задаваемое программно значение тока в линии может изменяться от 70 мЛ, требующихся для некоторых АТС старых выпусков, до 10—15 мА, достаточных для аппаратов новых конструкций и УАТС. Комплект SLIC обеспечивает ток величиной 28 мА по шлейфу абонентской линии, обладающему сопротивлением 2000 Ом, и при этом он удерживает потребляемую мощность для питания линии на уровне меньше 0,75 Вт, что является главным улучшением по сравнению с принятыми схемами подачи питания через резисторы.

Такое гибкое решение отвечает требованиям как АТС, так и УАТС. При более коротких длинах линий и при установке в УАТС можно убрать преобразователь постоянного тока и использовать 48-В батарею. Если при установке в УАТС должны предусматриваться цепи «ключ на землю» или обнаружения сигнала, требующего опроса либо ответа, то затраты на контроль состояний абонентской линии, программу выбора питания постоянным током и пассивные компоненты разговорного тракта могут быть уменьшены.

Описанный комплект из трех ИС, используемый в сочетании с рядом имеющихся кодеков и с такими фильтрами, как ТСМ4913, позволяет получить полностью полупроводниковый линейный комплект. Его характеристики по постоянному и переменному токам программируются аппаратным способом при помощи недорогих толстопленочных схем, которые занимают меньше места и экономически более эффективны, чем обычные платы аналоговых линейных комплектов.

Перспективные разработки

В линейных комплектах последующих поколений (рис.4) будет исключено большинство аппаратных управляющих схем, которые заменит программное управление основными параметрами по постоянному и переменному токам. В них будут устанавливаться оптимальные параметры разговорного тракта применительно к различным длинам линий и величине затухания. В настоящее время такие цифровые кодеки находятся в стадии разработки и к концу 1980-х годов начнут появляться на платах линейных ком-плектрв. Комплект SLIC будет в этом случае служить высоковольтным устройством сопряжения и подачи питания в линию с функциями контроля состояний абонентской линии, а схемы для обеспечения требуемых характеристик разговорного тракта из усилителя дифсистемы, служащей для перехода от двух- к четырехпроводной цепи, переместятся в кодек.

В будущих схемах линейных комплектов появятся цифровые кодеки, которые позволят линейным комплектам аналоговых абонентских линий выполнять самые сложн
Рис.4. В будущих схемах линейных комплектов появятся цифровые кодеки, которые позволят линейным комплектам аналоговых абонентских линий выполнять самые сложные функции и придадут большую гибкость этим комплектам. Плата стыка с абонентской линией станет в этом случае платой высоковольтного стыка, посредством которого осуществляются питание линии и функции контроля ее состояний, в то время как кодек в этой паре будет управлять параметрами разговорного тракта.

По величине сопротивления шлейфа кодека микропроцессор сможет определять необходимое усиление и характеристики схемы, требующиеся для обеспечения оптимальных условий передачи речевых сигналов. В этом случае можно будет загружать действительные параметры в цифровой кодек. Это будет конфигурация, которая даст линейным комплектам аналоговых линий невиданную гибкость и возможность выполнения сложных операций.

Дочерние статьи:

Другие варианты интегральных схем для стыка с абонентской линией

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.02 (683), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.42

Electronics Vol.57 No.02 January 26, 1984 A McGraw-Hill Publication

John Munday. Three-chip set offers universal cost-effective SLIC, pp.116—119.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Техника связи





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/TI/D19840126Elc026.shtml