程控交换机的用户电路的设计.doc

湖南工业大学课程设计任务书2013 2014 学年第 1 学期 计算机与通信 学院 通信工程 专业 101 班级课程名称： 数字程控交换原理 设计题目： 程控交换机的用户电路的设计 完成期限：自 2013 年 11 月 18 日至 2013 年 11 月 24 日共 1 周内容及任务一、设计的主要技术参数对电路设计中牵涉到的各组件的值进行计算与设计，具体的值在电路的值在电路中已有显示。二、设计任务1）设计馈电电路、混合电路。2）设计过压保护电路。3）设计振铃控制电路。4）设计监视电路、编译码器和滤波。三、设计工作量完成对元器件的选型和有关集成电路的选用，完成电路的设计、画出相应的电路原理图，结合对程序的设计与编写，对整个设计加以综合分析，找出较佳的方案。进度安排起止日期工作内容2013.11.182013.11.18召集各组员开会讨论，研究所设计的题目，分配任务2013.11.19-2012.11.23组长及组员设计相应的电路，编写其对应的原理，完成各自任务2013.11.242012.11.24总结、编写本次课程设计的报告文档参考资料1 罗建国. 程控交换原理与设备, 高等教育出版社2 张中荃. 程控交换与宽带交换, 人民邮电出版社3 刘天旺. Protel 99SE电路设计应用教程, 电子工业出版社4 李启炎. Protel 99SE应用教程, 同济大学出版社指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日数字程控交换原理设计说明书 程控交换机的用户电路的设计起止日期： 2013年11月18日 至 2013年11月24日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字) 计算机与通信学院2013年 11 月 24 日课题名称程控交换机的用户电路的设计人 数6组 长同组人员课题的主要内容和要求一、设计的主要技术参数对电路设计中牵涉到的各组件的值进行计算与设计，具体的值在电路的值在电路中已有显示。二、设计任务1）设计馈电电路、混合电路。2）设计过压保护电路。3）设计振铃控制电路。4）设计监视电路、编译码器和滤波。三、设计工作量完成对元器件的选型和有关集成电路的选用，完成电路的设计、画出相应的电路原理图，结合对程序的设计与编写，对整个设计加以综合分析，找出较佳的方案。具体任务设计馈电电路，混合电路测试电路时间安排与完成情况2013.11.182013.11.18召集各组员开会讨论，研究所设计的题目，分配任务2013.11.19-2012.11.23组长及组员设计相应的电路，编写其对应的原理，完成各自任务2013.11.242012.11.24 总结、编写本次课程设计的报告文档一、设计原理1、用户电路的功能1）直流馈电功能（Battery feed），即给用户设备提供一平衡的直流（电话机的通话额定电流大约为28-80mA）。2）过载保护功能（Over load protection），用来防止由于雷击等原因引起的瞬时高压过载。3）振铃功能（Ringing）。交换机需向用户设备振铃时，能切断直流馈电电路，将用户线路转接到振铃发生器的输出（一般为20Hz，100V的交流电），向用户振铃。当用户摘机时，切断铃流，使用户线路接到原来的直流馈电电路。4）监测功能（Supervision）。执行监视功能的电路一直监视用户回路中的电流，当发现用户摘机时，监视电路检测这一状态，并在cpu询问时，向cpu输出检测到的状态，必要时，这部分电路还具有将用户的拨号脉冲传至cpu的作用。5）编译码及通路滤波功能（Code and channal filters）。完成这部分功能的电路包括编码器、译码器、发送滤波器及接收滤波器四部分。发送滤波器是为了限制送到编码器去编码的发送信号的频带。根据CCITT建议，发送滤波器的标称通带为180Hz-3400Hz。接收滤波器是一个通带低于3400Hz的低通滤波器，用来滤除译码器输出信号中的高于3400Hz的频率分量，恢复音频信号。编码器完成把发送信号从模拟变换成数字。译码器则是将数字信号转换成模拟信号。编译码器与滤波器之间的接口要能相配合。6）2线-4线的混合电路功能（Hybrid）。因为用户线路一般是二线，传送的是双向信号，而数字信号是单向传输的，因此必须把二线上的双向信号分成收发两条通路传送。混合电路完成2线-4线变换。7）测试功能（Testing），指额将线路延伸到测试台或其他测试设备的功能。以上七个功能取英文的第一个字母，就是所谓的BORSCHT功能。目前，数字交换机中有两种编码方式，即PCM和M。对于M，每一个用户单独有一个编译码器。而对于PCM，早期的都是采用公共编译码器。随着集成电路制造技术的发展，制成了单片编译码器，并且价格也逐渐降低。现在已经开始使用单路编译码器。因此，今后编译码器将成为每个话路的一个组成部分。上面所说的具有BORSCHT功能的用户电路，每一个用户必须配置一个。对于大型交换机来说，用户电路成为交换机的一个沉重负担。这不仅因为它数量多，而且因为具有BORSCHT功能的电路有相当一部分难以集成，如振铃功能，就目前来说，要切换高达100V的振铃电流，只有用继电器。又如要实现电气上的隔离，只有用变压器。由于数量大，又难以集成，用户电路的经济性就成为问题。目前，各国都在为研究经济的具有BORSCHT功能的用户电路而努力。2、用户电路各部分原理1）音频信号的发生经二线线路送来的音频信号送到用户电路的RING、TIP点振铃继电器的常闭接点混合线圈T1的二线边T1的四线边补偿网络CMP的发送边发送放大器TA发送滤波器TF。到达发送门TG。发送门中，以8KHz的速率对音频信号进行抽样，并将抽样后的PAM信号送人PAM总线。PAM信号的宽度为3.5S。在T1中，发送信号被分成二部分，一部分经补偿忘了的发送边送到发送放大器TA的输入端，这是有用部分；另一部分经补偿网络的接收边到达接收放大器RA的输出端，这部分成为无用分量。2）音频信号接收译码器电路输出的PAM信号直接送到接收门RCG上。同时送到RCG的还有从接收译码器来的开门信号RE(x)。这个信号的宽度为2.8S，负脉冲，速率8KHz。当开门信号RE(x)到来时，把对应的PAM信号接收下来，并送到后面的接收滤波器去滤波。接收滤波器是一个低通滤波器，只允许接收下来的PAM信号低于3400Hz成分通过，高于3400Hz成分被滤除。由于PAM信号中包含被抽样前的音频信号分量，所以，通过接收滤波器的信号就代表了被抽样前的音频信号，只不过在幅度大小上有些差别。通过接收滤波器后的信号送到接收放大器RA放大，然后送到补偿网络的接收边。由于混合线圈和补偿网络的共同作用，接收放大器RA输出的信号不到补偿网络的发送边，而只到混合线圈的二线边。到达混合线圈二线边的信号通过振铃继电器的常闭接点到达RING、TIP点，被送到用户线路。3）给用户设备供电电路交换机内的-50V直流电源，经RES上的2个350电阻、R1和CR1、R2和检测电路RTL中发光二级管、T1二线边的二个对称线圈、振铃继电器常闭接点，连接到RING、TIP点，从而送到用户线路上来。电路元件是对称设置的，目的是为了保证电路平衡。二个350电阻是限流用的，用来防止在用户线路环阻较小时用户线路电流过大。R2并接在检测电路RTL中的发光二极管二端，降低发光二极管的灵敏度。C4的作用是给音频信号提供一个交流电路，使交流信号不降在上述供电电路的电阻上。4）回路检测和铃流切断用户电路有二种状态即呼叫摘机和振铃摘机状态需要检测。对于这二种摘机，每个用户电路都有二部分电路分别完成检测，然后把检测到的信号合在一起作为公共摘机信号（逻辑0）输出。呼叫摘机检测当用户挂机时，用户设备内直流通路被切断，这样，用户线路上没有电流流过。一旦用户摘机，用户设备内部直流通路沟通，用户线路上就有直流电流（最小为22mA）流过。这一电流流过RTL上光电耦合器的发光二极管，使二极管发光，从而使光电耦合器的三极管工作到饱和状态，三极管的集电极输出为“0”。这一输出连接到三态缓冲器，供CPU读取用户电路状态。摘机状态检测电路图2振铃摘机检测及振铃切断当cpu向某一用户振铃时，把该用户电路的D触发器写成“0”。这样，通过振铃继电器驱动电路，接通该用户电路的振铃继电器，从而使振铃流发生器的输出与RING、TIP点接通，向用户设备振铃。同时，把RES上的174电阻接入用户线路回路中提取检测信号。振铃摘机检测电路图3。振铃发生器的输出由-50V直流和100V、25Hz交流组成。当用户挂机时，因直流通路被切断，所以在用户线路上无直流流过。而100V、25Hz交流则通过用户设备的铃、电容器构成回路，从而用户设备的铃响。这时RES上的174检测电阻只有25Hz的交流降压。由于检测电路中的RC电路的滤波作用，检测输出维持逻辑“1”。当用户摘机时，铃流发生器输出的直流成分构成回路，RC滤波电路中的C充电，经过一段时间，C上的电压到达一定值，使后面的PNP三极管足以饱和，从而使该管的集电极电压上升到4.5V以上，这样就给光电耦合器三极管的基极提供一个正向偏置电流，是三极管工作到饱和状态，从集电极输出“0”。这一输出一方面送到三态缓冲器，供CPU读取电路状态。另一方面，将D触发器置“1”，振铃继电器释放，电路转入与呼叫摘机状态相同的状态，摘机检测输出仍维持在“0”。由于C上的电压释放需要一定的时间，因此，振铃继电器在释放过程中，检测输出“0”是不会变化的。二、设计步骤由于8个用户电路装在一块插件板内，同时由于音频电路的器件本身体积就比较大，所以采用较多的厚膜电路，以充分利用空间，插件内共有七种厚膜电路：三电阻器RES，用户状态检测电路RTL，补偿网络CMP，发送放大器TA，接收放大器RA，接收门RCG，继电器驱动电路QRD。厚膜电路中凡是电阻都直接做在陶瓷基板上，而其他元件均为外贴。在电路中除厚膜电路外分立元件，薄膜电路，MOS电路均有使用。1）用户状态检测电路，如图1所示。2）混合线圈和补偿网络图4中RL是用户线路和设备的等效阻抗，RT是发送放大器TA的输入阻抗，RR是接收放大器的输出阻抗。RT=RR=600，纯阻。RL是随用户线路和用户设备而变化的，要求其等效值约为600，否则电路会产生“振鸣”。音频信号从混合线圈的二线端到发送放大器输入的传输损耗为6.6dB。接收放大器输出到混合线圈T1二线端的传输损耗为12.4dB。3）发送放大器TA发送放大器的作用是放大发送信号，以弥补信号在混合线圈T1的24线转换和通过发送滤波器所产生的损耗。放大器所用的放大元件是内补偿运算放大器。放大量的调节是通过调节外接电阻和可变电阻实现的。为了防止输入点电平和输出电平过高，输入和输出端都加了限幅电路。输入限幅电路由1个电阻和4个二极管组成。输出限幅电路用了2个对接的稳压管在运放的输出端。放大器的输入阻抗为600，作为补偿网络的终端电阻。输出阻抗710，这是和发送滤波器级联时所要求的。发送放大器电路图5所示。发送放大器TA的放大量：当混合线圈T1二线端加0dBm信号时，要求发送滤波器的输出为+2.4dBm，而信号从T1的二线端到发送放大器的输入端传输损耗为6.6dB；在和发送滤波器级联时，放大器自身的输出阻抗所照成的损耗为6dB，这样要求放大器的增益为15.0dB。4）发送滤波器TF发送滤波器采用无源L、C滤波器。滤波器的截止频率为3400Hz，损耗峰频率为4800Hz，发送滤波器TF电路及元件参数如图。滤波器中全部电容器的容量是实际电容器的标称值，电容器的标称误差为3%。电感的电感量可以调节。这个滤波器实际上是有一节并m式型低通滤波器与一节K式型低通滤波器组合而成的组合低通滤波器，如图7所示。根据损耗峰频率及图6给出的元件参数，可以求出图7的元件参数：C=0.0698f L=24.9mh m=0.62mL=29.88mh mC=0.04188f 1-m2/2m=0.03723f滤波器的截止频率f0为：f0=1/2LC3800Hz实际电路满足4800Hz损耗大于40dB，高于4800频率损耗大于30dB的要求。5）接收门的接收滤波器厚膜电路RCG中包括两部分电路：由2个三极管和2个电阻组成的接收门和4个电容器。其中4个电容器和RCG外面的2个电感组成接收滤波器，它的电路形式和图6所示电路基本相同。如图8所示。6）接收放大器RA接收放大器RA的作用是放大接收信号，以弥补接收信号通过接收滤波器和四二线转换中的损耗。放大器使用的放大元件和发送放大器一样。由于输入信号中有直流分量，所以在放大器输入端设置了隔直流电容器。放大器的输入阻抗为19.6K，作为接收滤波器的终端阻抗。本季增益为15dB，放大的放大量通过外接电阻调节，如图9。7）继电器的驱动电路QRD在一块QRD上装有4个相同的驱动电路。驱动电路实际上就是一个用PNP晶体管的倒相电路。二极管是用来削除当PNP三极管截止时，继电器线包产生的反峰脉冲以保护PNP三极管，如图10。8）发送门TG发送门是一个带译码器的8路模拟开关，有四位二进制控制输入，三位用于选择电路，另有一位作为插件选择。9）接收译码器R4/10接收译码器是一个4-10线译码器，功能表如表1。在实际使用中，输出信号只需要8个，使用07，分别作为接收门的控制信号RE(0)RE(7)。从译码器的功能表中可以看出，所需的8个信号有输出时，输入信号中的D均为0，而当07无输出时，D均为1，所以在实际电路中，把D作为插件选择控制来使用。当插件被选中时，D由1转为0，具体是插件中哪一个电路被选中，由输入的A，B，C决定。三、心得体会一周的课程设计已经结束，经过这次的课程设计，我们从中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。经过这几天的认真努力,并且通过整个小组成员的努力，我们学会了团结与合作，我们积极讨论，在愉快中很好的完成了自己的任务，在课程设计期间也让自己学会了很多知识掌握的必要性，学会和各个成员的协作能力，对自己起到了很好的锻炼作用。四、课程设计图 图1 摘机状态检测电路 图2 振铃摘机检测电路 图3 RTL电路 图4 混合线圈和补偿网络 图5 发送放大器电路 图6 发送滤波器 图7 组合滤波器 图8 接收门和接收滤波器 图9 接收放大器 图10 继电器驱动电路 表1 接收译码器功能表