专利名称：电话机振铃的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电话学领域。
多年来，交换系统是向电话线路提供高压低频，例如有效值为95伏、频率为25赫兹的正弦波，作为电话机振铃器的能源。尽管当今包括响铃的用户话机已经很少见，但这种交换系统的方式却仍然保留如此。在现代的用户话机中，这种高压正弦波仅以用户话机为终端，而被用作为产生振铃信号的控制信号。
在交换系统中，采用继电器将振铃电压有选择地连接到电话线上。如果继电器触点在振铃电压或电流为高时闭合或打开，由于电话电缆和电话振铃器的电容及电感性负载，会造成实际电压和电流的瞬变。在装备有非常感敏的数字电路的现代交换系统中，这种高的瞬变会引起间歇错误并增加所产生的电磁干扰幅度。
在根据本发明原理的实例性电话振铃装置中，优越地采用一种非正弦的振铃电压波形，而使得这些高瞬变问题得以解决，技术进步能得以实现。与一正弦波形相比，本发明采用的这种非正弦波振铃电压波形的具有波形接近零值的间隔显著地加长。连接间隔被定义为该非正弦振铃电压波形的幅值保持在小于一预定阈值时的时间。该连接间隔一振铃电压波形的过零点。对于用于说明的振铃电压波形，其过零点的斜率为零。控制一个振铃继电器以将该非正弦波与电话线路相连接，使得这种连接(包括继电器接点振动时间(bouncetime)仅发生在这些连接间隔之一的期间内。可以采用类似的原理在振铃电流波的断开间隔的基础上来减小因切断连接造成的瞬变。
本发明的一种方法用于电话振铃装置之中，后者包括用以有选择地完成振铃电压与电话线路的连接的振铃连接装置。按照这种方法，产生一种周期性振铃电压波形，它与正弦电压波形的不同之处在于，正弦电压波形包括一些其幅度保持小于一预定电压阈值的时间间隔，其宽度为d;而振铃电压波形却包括更长的其波形幅度保持小于该预定电压阈值的时间间隔，其宽度为(d+x)。振铃电压波形与正弦电压波形具有相同的有效值，并且x是一个正的常数。这种振铃电压波被发送到振铃连接装置。
例举地说，振铃连接装置是一种给定类型的继电器，而正的常数x则取决于这种继电器的类型。例如，当给定的继电器类型具有一标称的振动时间b的话，如此地选择x，使得(d+x)≥b，典型地，有d＜b。
在一扫描状态中，在电话线路上提供一预定的直流电压。当一来话呼叫被接收时，此预定直流电压从线路上断开。作为减小瞬变方法的优选操作，在振铃电压波加到线路上之前，有利地使该预定的直流电压再连接到线路上。
伴随着振铃电压波同步产生一串脉冲，控制继电器响应一呼叫及该脉冲串的脉冲，将振铃电压波连接到线路上。
本发明的一种方法被用于一种电话振铃装置中，后者包括用以有选择地完成振铃电流到电话线的连接的振铃连接装置。按照这种方法，产生一种周期性振铃电流波形，它与正弦电流波形的不同之处在于，该正弦电流波形包括一些其幅度保持小于一预定的电流阈值的时间间隔，其宽度为e;而振铃电流波包含一些更长的其幅度保持小于该预定阈值的连接时间间隔，其宽度为(e+y)。振铃电流波形与正弦电流波形具有相同的有效值，并且y是一个正的常数。在振铃电流波存在时，振铃连接装置受控将振铃电流波从电话线路上断开，使得这种断开仅在断开时间间隔内的某一个之中发生。
按照本发明的一种方法，产生一周期性交流振铃电压波，当它被连接到电话线路上时，引起一周期性振铃电流波的传输。振铃电压波的每个周期仅包含只有一个过零点的一个连接时间间隔。振铃电流波的每一个周期仅包含只有一个过零点的一个断开时间间隔。在振铃电压波形出现时，这样的电压波仅在连接间隔之一的期间内被连接到电话线路上。在振铃电流波形出现时，此电流波仅在诸断开间隔之一的期间内从电话线路上被断开。
作为例子，连接间隔电压过零点和断开间隔电流过零点的每一个都具有基本为零值的斜率。
按照本发明的一种电话振铃装置包括一振铃电压发生器，它产生一周期性振铃电压波，此波不同于具有相同有效值的正弦电压波。此正弦电压波包括正弦电压的幅值保持小于一预定的电压阈值的间隔，其宽度为d，而振铃电压波包括一些更长的其幅值保持小于该预定阈值的连接间隔，其宽度为(d+x)。其中x为一个正的常数。此装置还包括一继电器，它有选择地将振铃电压波连接到电话线路上。该继电器具有振动时间，它受控将振铃电压波连接到电话线路上，使得这种连接(包括振动时间)仅在诸连接间隔之一的期间中出现。
示例中的装置还包含一与振铃电压波同步的脉冲串发生器。响应于一呼叫和一个脉冲，进行继电器控制，以将振铃电压波连接到电话线路上。为了降低继电器断开时产生的瞬变，在线路上跨接一只电容器。
图1是根据本发明的电话振铃装置的电路图，可用于完成三种实例的方法;
图2是当用图1装置实现第一种实例的方法时周期性振铃电压波及其相关的脉冲序列图;
图3是显示图2中一周期的电压波形图;
图4是显示图3中一周期内包含的连接间隔图;
图5是描述用作图1装置中振铃继电器类型的继电器标称特性图;
图6显示了当用图1的装置实现第一种实例的方法的增强型方案时的直流、交流组合电压波形;
图7显示了当用图1的装置实现第二种实例的方法时的周期性振铃电压和电流波形及与其相关联的一脉冲序列;
图8显示了图7中电流波形的一个周期;
图9显示了一个在图8所示的周期中所包含的断开间隔;
图10显示了当用图1的装置实现第三种实例的方法时的周期性振铃电压和电流波形及其相关联的脉冲序列;
图11是一描述当实施第三种实例方法时，包含在图1所示装置中的振铃发生器的工作流程图;
图12是一描述当实施第三种实例方法时，包含在图1所示装置中的线路卡的工作流程图。
电话振铃装置1000(图1)的装置可用于实现本发明的三种实例的方法。装置1000包括一个振铃发生器100和一个线路卡200，它们二者都包括于电话交换系统中(未示出)。装置1000还包括外部设置300，即具有继电器触点(T)和振铃导体(R)的电话线路301和电话机302。
振铃发生器100包括一个可编程的交流振铃电压波发生器103，例如一种AT&T3型发生器，和一个包括存贮器102的微控制器101，如一个Intel80C51。通过反复接收存贮于存贮器102内的一些电压幅度值，发生器103产生一个振铃电压波。微控制器101发送在导体104上的过零值前的脉冲，从而控制发生器103振铃电压波可被加于或脱离电话线路301的时间。微控制器101响应来自一个更高级控制处理器SMP(图中未示出)的指令。
线路卡200被用作电话线路301至交换系统的接口。图1只显示了对本发明至关重要的那些部件。线路卡200也有一个包括存贮器202的微控制器201，如一个Intel80C51。微控制器201响应来自控制处理器SMP(未显示)的指令，用以控制一振铃继电器203和一电池馈电继电器205，如NECEC2-5NW2的操作，还控制一个向线路301中的导体R提供一48伏直流电压的电池馈电电路204的操作。位于如图1所示的线路卡200上或是其它地方，例如在交换局的主配线架上，采用一个电容器206，来减小由于振铃继电器203的断开而引起的瞬变。然而，在装置1000中用于控制电压和电流瞬变的基本因素是由发生器103产生的改进的非正弦振铃电压和电流波，以及控制振铃继电器203把这些波提供到线路301上的波同步方法。事实上，由于使用了这种非正弦振铃电压波，电容器206的值可在传统振铃装置的值之上有所提高。
第一种实例的方法在本发明的第一种方法中，发生器103产生如图2所示的非正弦振铃电压波。在图3中，对振铃电压波一个50毫秒的周期与正弦电压波的一个50毫秒的周期进行了比较，这两个电压波形的有效值均为95V。图4更为详细地显示了一个宽度(d+x)3.6毫秒的连接间隔，其间振铃电压波的幅值保持小于一预定的电压阈值7.2V。应注意，正弦电压波的幅值小于7.2V阈值的间隔的宽度d只有0.83毫秒。所以在本例中，x＝2.8毫秒。
微控制器101(图1)把导体104上的一串过零点前的、持续时间短的脉冲(图2)送到微控制器201。应当注意到，每个脉冲大约在振铃电压波过零点之前6毫秒处出现。在从控制处理SMP接收到一指令使电话线路301出现振铃之后，微控制器201通过控制对振铃继电器203施加一控制电压而对过零点前脉冲之一作出响应。在本例中，所用继电器203的类型是具有2毫秒的标称工作时间和2毫秒的标称振动时间(图5)。控制电压被以这样方式施加给振铃继电器203(图1)，即使得在图3和图4所示的3.6毫秒连接时间间隔内的某段时间，它的触点闭合(包括振动时间)。
正的常数x可以根据一系列标准来选定。例如，连接间隔宽度(d+x)应大于或等于该类继电器的标称振动时间b。典型地，相应的正弦间隔d小于b。因为将一个单独的振铃发生器100(图1)用于多个线路卡200，所以应当考虑到在一给定类型的不同继电器中，振动时间和工作时间的变化性以及它们的重复性。预先设定的7.2V阈值是根据对瞬变所建立的限制而被选定的。
图6示出了当利用装置1000(图1)实施第一种实例的方法的一种增强型方案时的直流和交流电压组合波形。当电话机302挂机时，电池馈电继电器205被闭合，电话线路301处于直流-48伏的扫描(SCAN)状态。当控制处理器要求向线路301施加振铃电压时，继电器205被打开，且在线路301上进行测试时，线路301放电至直流0伏。根据第一种实例方法的增强型式，在提供振铃电压波之前，继电器205被再次闭合，而线路301也被重新充电至直流-48V。
第二种实例方法在本发明的第二种实例方法中，发生器103产生如图7所示的振铃电压波。当振铃继电器203闭合时，一个亦如图7所示的非正弦振铃电流波在线路301上传输。在图8中对振铃电流波的一个50毫秒的周期和一个具有相同电流有效值的正弦电流波的一个50毫秒的周期进行了比较。图9更为详细地显示了一个宽度(e+y)等于3.2毫秒的断开间隔，其间振铃电流波的幅值保持小于一预定的0.7毫安电流阈值。应当注意，正弦电流波幅值保持小于此0.7毫安阈值的持续时间e只有0.73毫秒。此例中，x等于2.5毫秒。
微控制器101(图1)把导体104上的一串长脉宽的过零点前脉冲(图7)传输至微控制器201。相对于图2中短脉宽的脉冲，这些脉冲有较长的持续时间。应当注意，每一脉冲大约在振铃电流波过零点之前6毫秒处发生。在从控制处理器SMP接受一指令而中断电话线路301上的振铃之后，微控制器201通过控制撤除加给继电器203的控制电压对过零点前脉冲中的一个作出响应。在本例中，继电器203的标称断开工作时间为2毫秒。控制电压以这样一种方式从振铃继电器203上撤除，即使得在图8和图9所示的3.2毫秒的断开时间间隔期间内的某些时间，它的触点断开。
正的常数y可以根据一系列标准来选定。由于单一的振铃发生器100(图1)用于多个线路卡200，所以应当考虑到在给定型号的不同继电器中断开工作时间的变化性和断开工作时间的重复性。预定的0.7毫安阈值是根据对瞬变所建立的限定而选定的。
第三种实例方法在本发明的第三种方法中，发生器103产生如图10所示的非正弦振铃电压波。当振铃继电器203闭合时，一个非正弦振铃电流波也如图10所示在线路301上传输。振铃电压波的每个周期只包括一个宽度(d+x)为3.6毫秒的连接时间间隔。此连接间隔内只含有电压波的一个过零点。该过零点处的斜率大致为零。振铃电流波的每个周期只包括一个宽度(e+y)为3.2毫秒的断开间隔。该断开间隔只含有电流波的一个过零点。此过零点处的斜率大致为零。图10中电压波的每个周期代表了上述第一和第二种实例方法中的相应电压波的半个周期的组合。
微控制器101(图1)把导体104上的一系列长短脉宽交替的过零点前的脉冲(图10)传输到微控器201。在从控制处理器SMP接收到一指令以使电话线路301进行振铃之后，微控制器201通过控制向振铃继电器203施加控制电压而对短脉宽过零点前的脉冲之一作出响应。此控制电压以这样一种方式施加于振铃继电器203，即使得在连接时间间隔内的某些时间，继电器的触点闭合。然后，在微控制器201从控制处理器SMP接收到一个进一步指令以使电话线路301停止振铃之后，通过以这样方式，即使在断开时间间隔中的某些时间使得继电器的触点打开的方式，将控制电压从振铃继电器203上撤除掉，从而对长脉宽过零点前的脉冲之一作出响应。
图11是描述执行第三种实例方法时振铃发生器100(图1)操作的流程图。此处理过程发生在微控制器101内。在方框900中，一个读地址被定义为存贮于存贮器102中的电压波形表的初始化存贮单元。在本实施例中，该表包括每周期128个值。方框900中还设置两个过零点前的电压阈值A和B。在产生短脉宽或长脉宽的过零点前信号的同时，这些阈值定义了电压波的值，执行继续进行到方框902，在此，电压幅值被从存贮器102中读出。在判断方框904中，判断所读的该值是来自电压波的正值部分还是负值部分。如果是来自正值部分，执行转移到方框908，并使电压幅值与预先设置的过零点前的阈值A相比较。如尚未达到该阈值，执行继续进行到方框914，而电压幅值被传送至发生器103以改变线路301上的电压。执行返回方框902，并读表中的下一个值。这一过程反复进行，直到在方框908判断出预先设置的过零点前阈值A已经被达到为止。执行转移到方框912，微控制器101在线路104上传输一个短脉宽脉冲(ZC信号A)。每个周期传输一个短脉宽脉冲。这一过程反复进行，直到达到电压波形的负的部分，而这是在方框904中检测的。然后执行转移到方框906，将此电压幅值与预先设置的过零点前的阈值进行比较。如果未达到此阈值，执行继续到方框914，并使此电压幅值传送到发生器103，以改变线路301上的电压。执行返回到方框902并读表中的下一个值，这一过程反复进行，直到在方框906内判断出预先设定的过零点前的阈值B已被达到为止。执行转移到方框910，微控制器101在线路104上传送一长脉宽脉冲(ZC信号B)。每一周期只传输一个长脉宽脉冲。这一过程反复进行，直到在框904判断出波的正值部分再次达到，并按上述方式继续运行。
图12是一个描述执行第三种实例方法时线路卡200(图1)的工作流程图。这个过程发生在微控制器201内。一个主程序在微控制器201内执行。当微控制器201从控制处理器SMP接受到一个指令而起动振铃电话线路301时，主程序被中断，执行转移到方框800。在方框800中，建立振铃节奏信号，即振铃时间和无声时间和节奏信号。此外，还建立了延迟时间，以使在适当的连接时间间隔和断开时间间隔内，过零点前的脉冲可以引起振铃继电器203闭合或打开。执行在方框802中继续进行，在此检测一个过零点前的脉冲。如果被检测到的脉冲是个长脉宽脉冲(ZC信号B)，执行转移到判断方框806。如果微控制器201从控制处理器SMP接收到一个停止振铃的后续指令，执行返回到主程序。否则执行返回到方框802。如果在方框802中最初检测到的脉冲是一个短脉宽脉冲(ZC信号A)，执行转移到方框804，在此出现已建立的延迟时间。经过延迟后，执行在方框808中继续进行;在此，微控制器201把一个控制电压施加于继电器203使其触点闭合。一个振铃计时器也在方框808内被启动，以对振铃持续期进行计时。执行在方框810内继续，在此，振铃计时器得到检查以判断振铃时间是否已届满。如果未届满，执行转移到方框814。如果微控制器201还未从控制处理器SMP接收到一个停止振铃的后续指令，执行返回到方框810，且振铃继续。如果根据在方框810中振铃时间届满的检测，或是根据一个来自控制处理器SMP的方框814中确定的停止振铃的指令，执行继续前进到方框812，在此一过零点前的脉冲被检测。如果被检测的脉冲是一个短脉宽脉冲(ZC信号A)，执行简单地返回到方框812;如果在方框812中被检测的脉冲是一个长脉宽脉冲(ZC信号B)，执行转移到方框816，在此出现已经建立的延迟时间。延迟之后，执行在方框818中继续;在此，微控制器使控制电压从继电器203上撤除，从而打开继电器203的触点。在方框818中，还启动一个计时器，用以对无声的持续时间进行计时。执行在方框820中继续，在此，检查无声时间以判断计时器是否已届满。如果计时器还未计满，执行转移到方框822。如果微控制器201尚未从控制处理器SMP接收到一个停止振铃的后续指令，执行返回到方框820，并且继续无声时间。如果微控制器201已接受到这样一个停止振铃的指令，执行将返回到主程序。当在方框820中判断出计时器已经计满时，执行前进到方框824。如果微控制器201还未从控制处理器SMP接受到一个停止振铃的指令，执行返回到方框802，上述过程重复进行。然而，如果微控制器201已从控制处理器SMP接收到一个停止振铃的指令，执行将返回到主程序。
尽管参照用于第三种实例的方法的图11和图12已对微控制器101和201的操作进行了说明，但对于用于第一种和第二种实例方法的流程图的改动和简化也就很显而易见了。
应当明白，上述实施例仅仅是示例性地描述本发明的原理;对于那些本领域的熟练技术人员来说，可以在不离开本发明的精神和范围的前提下做出许多变动。因此，这意味着这些改动也包括在所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种在电话振铃装置中使用的方法，该装置包括用于有选择地完成振铃电压和电话线路的连接的振铃连接装置，所说的方法包括产生一周期性振铃电压波，它与正弦波的不同之处在于所说的正弦电压波包括一个宽度为d的时间间隔，在该时间间隔期间所说正弦电压波的幅度保持小于一预定电压阈值，而所说的振铃电压波包括一个更长宽度(d+x)的连接时间间隔，在该间隔中所说的振铃电压波幅值保持小于所说的预定阈值；这里x是一个正的常数，而所说的振铃电压波和所说的正弦电压波有相同的有效值，以及将上述振铃电压波传送到所说的振铃连接装置。
2.根据权利要求1所说的方法，其中所说的振铃连接装置是一个具有振动时间的继电器;所说的方法还包括在存在所说的振铃电压波的情况下，对所说的振铃连接装置进行控制，以使所说振铃电压波与上述电话线路相连接，使得这种连接，包括所说的振动时间，仅发生在所说的连接间隔之一的期间。
3.根据权利要求2有方法，其中所说的继电器是一种给定类型的，所说的正的常数x取决于该给定类型的标称振动时间b。
4.根据权利要求3的方法，其中(d+x)≥b，而d＜b。
5.根据权利要求1的方法，其中还进一步包括产生一系列与所说的振铃电压波同步的脉冲，所说的控制是对应于一次呼叫和所说的脉冲之一。
6.根据权利要求1的方法，其中所说的振铃电压波包括其斜率基本为零的过零点。
7.根据权利要求1的方法，其中所说连接间隔的每个包括所说振铃电压波的一个过零点。
8.一种方法，包括产生的一周期性交流振铃电压波，当其被连接到电话线路上时，其引起一周期性的交流振铃电流波的传送，所说的振铃电压波的每个周期仅包括只有一个过零点的一个连接间隔，而所说的振铃电流波的每个周期仅包括只有一个过零点的一个断开间隔;当存在所述振铃电压波时，仅在所述连接间隔之一的期间内将所说振铃电压波连接至电话线路;以及当存在所述振铃电流波时，仅在所述断开间隔之一期间内将所说振铃电流波从所述电话线路上断开。
9.电话振铃装置，包括用于产生一种周期性振铃电压波的装置，该周期性振铃电压波形与一正弦电压波的不同之处在于后者包含一个宽度为d的时间间隔，在此间隔之内，所说的正弦电压波幅值保持小于一预定的电压阈值，而所说的振铃电压波包含一个更长宽度(d+x)的连接间隔，在此间隔内所说振铃电压波幅值保持小于该预置阈值，这里x为一个正的常数，而所说振铃电压波和所说的正弦电压波具有相同的有效值;继电器装置，用以有选择地完成所说的已产生的振铃电压波与电话线路的连接，所说继电器装置具有振动时间，以及用以控制所说的继电器把所说已产生的振铃电压波连到所说的电路上的装置，使得该连接，包括所说的振动时间，仅发生在所说连接间隔之一的期间内。
10.根据权利要求9的装置，还包括电池馈电装置，用以提供一预定的直流电压;电池馈电继电器装置，用于有选择地将所说的电池馈电装置连接到所说的线路上;响应一次呼叫的装置，用以控制所说的电池馈电装置，使所说电池馈电装置从所说的线路上断开，并用于随后控制所说电池馈电装置，在所说已产生的振铃电压波被连接到所说线路以前，再次将所说电池馈电装置连接到所说线路上;和跨接在所说线路上的电容器装置，用以降低由所说继电器断开而引起的瞬变。
全文摘要
一种电话振铃装置，其中采用与一正弦波相比，具有长得多的接近零波形的间隔时间。一个连接间隔定义为该非正弦振铃电压波的幅值保持小于一预定阈值的时间，它包括一个振铃电压波的过零点。在例举的振铃电压波中，该过零点具有零斜率。控制振铃继电器将该非正弦波连接到电话线路上，使得该连接，包括继电器振动时间，仅发生连接间隔之一期间内。在振铃电流波的断开间隙的基础上利用类似的原理，来降低可以断开的瞬变。
文档编号H04M19/02GK1102923SQ94104299
公开日1995年5月24日 申请日期1994年4月20日 优先权日1993年4月23日
发明者杰弗里·A·罗维克 申请人:美国电话电报公司