PSTN線路長短線驅動切換方法

高計豐

（福建星網銳捷通訊股份有限公司，福建 福州 350002）

PSTN線路長短線驅動切換方法

高計豐

（福建星網銳捷通訊股份有限公司，福建 福州 350002）

為解決對公共交換電話網絡（PSTN）用戶線路長短不一難以驅動的問題，提出了一種自動測量用戶線路長度和電路切換的方法。通過建立用戶線路模型，并根據線路傳輸信號類型進行簡化分析。利用直流算法測量出用戶線路長度，并分別針對“振鈴”、“饋電”兩種不同用戶線路狀態進行電路和參數的切換。實驗結果表明，本方法可以降低用戶線路接口電路（SLIC）的功耗，延長用戶線路距離，提升用戶體驗。

公共交換電話網絡；用戶線路接口電路；線路模型；自動切換；長短線

1 引言

隨著光纖技術的發展，用戶級交換機（PBX）被逐漸推進到用戶端，PBX可放在室內、樓道或街道機房，線路長度可能為數米到十數千米。傳統PBX的SLIC電路采用單一參數，無法兼顧長線可靠性和中短線效率。本文介紹了一種方法，通過建立用戶線路模型，并簡化分析，采用動態切換的方式，有效降低系統功耗，并提升長線振鈴電壓。

2 用戶線路參數模型的建立和簡化分析

2.1 用戶線路模型的建立

典型的用戶線路為對稱的兩端口模型[1,2]，可用圖1所示的模型描述。

圖1 用戶線的分布參數模型

2.2 直流饋電狀態下的分析

直流饋電（DC feeding）狀態下，線路傳輸為直流電，用戶線路模型中的分布電感和分布電容將不起作用，PBX的SLIC電路經過線路到話機之間的模型簡化為圖2所示。

圖2 直流饋電下用戶線的簡化模型

其中R0為線路環路的總直流電阻。

依據導體電阻計算公式

ρ為電阻率，L為導線長度，S為導線截面積。

設線路為長10km，線徑0.5mm銅導體，銅的電阻率ρ= 1.75×10-8Ω·m，計算出R0=1782Ω。

國家標準[3]對話機摘機狀態直流電阻限定為不大于300歐姆，國家標準[4]對于PBX的環路電流限定為不小于18mA，計算出

SLIC芯片的饋電電源

其中VAS為芯片恒流所需的最低電壓差，一般為5V左右，200i為芯片內阻產生的壓降?？捎嬎愠鏊枰腣BAT最低為

SLIC因為VBAT的壓降所產生的功耗

計算出，在用戶線長為10km時，P=0.15W，用戶線長0km時，P=0.72W。

從結果可以看出，用戶線路長度差異較大時，芯片不可避免會在短線下產生較大功耗。

2.3 振鈴狀態下的分析

首先在振鈴狀態下，對線路模型進行簡化。

振鈴（ringing）狀態下，國家標準[4]對于信號的頻率要求為25Hz，首先計算該頻率下的趨膚深度[5]

f為信號的頻率，μ為材料的磁導率，σ為材料的電導率。算得d=1151m，遠大于導線半徑0.25mm。

25Hz信號對應的波長

線路長度L一般為最大10km尺度，L?λ/100，因此在振鈴狀態下可不用考慮分布參數，采用集中參數計算也可以得到較為精確的結果。將用戶線路模型簡化為如圖3所示。

圖3 振鈴頻率下用戶線的簡化等效模型

電阻R0在2.2章節中算出。

電容C0采用[6]的公式計算

電感L0采用[7]的公式計算

其中，b為用戶線長度，a為導體中心間距，r為導體半徑用戶端電壓

設用戶線為導體直徑0.5mm，絕緣外徑1.4mm。

設SLIC輸出振鈴信號頻率25Hz，電壓有效值為65V。用戶側REN=1。

計算在10km下，用戶側的電壓有效值uL。

1REN對應RL=4.7kΩ，CL=20uF。根據式（8）算出C0= 0.16uF，根據式（9）算出L0=2.6uH，待入式（10）

uL=46V

經過長線傳輸后振鈴電壓有效值偏低。

3 基于直流饋電模型的線路長度檢測和切換方法

3.1 現有的設計

輸入電源通過Cuk電路產生Vring和VBAT供SLIC，Cuk電路適用于通信領域[8]。

圖4 現有設計SLIC及用戶線的拓撲模型

3.2 電路拓撲優化

在Cuk電路和SLIC中間加入受控Boost電路[9]，Cuk電路產生低電壓再經過Boost電路產生高電壓供SLIC。Boost電源停止工作時，輸出電壓近似等于輸入電壓，容易實現電壓切換。

圖5 改進設計的拓撲

3.3 檢測及切換方法

直流饋電狀態下，線路參數可簡化為純阻。恒流饋電下，容易測量并換算出線路長度。

在SLIC電路中設置一個電壓表（SLIC芯片的線路管理功能可實現線路電壓檢測），在直流饋電的狀態下測量SLIC輸出端的電壓。

檢測及切換流程如圖6，先設置SLIC的初始狀態，置線路為直流恒流饋電，電流為i，等待電話摘機，電話機摘機后，線路進入恒流饋電狀態，讀取線路輸出端電壓u，判斷u和VBAT的關系，當u和VBAT滿足下面的關系時

即線路長度

Boost_En打開，SLIC使用VBATH和VRingH；反之則使用VBATL和VRingL。

圖6 切換流程圖

4 實驗驗證

4.1 實驗芯片的選擇

實驗在ZL88601芯片上完成。ZL88601單芯片即可完成完整的BORSCH功能。其線路管理可以完成線路電壓的測量。

圖7 芯片ZL88601的框圖

圖7為ZL88601的框圖。芯片的VBL為饋電使用的電壓，VBH為振鈴使用的電壓，Supervision Processing模塊實現線路的管理，包括線路電壓的測量。

4.2 芯片的初始參數配置

4.2.1 直流饋電參數的設置

打開Microsemi的Profile Wizard軟件，在DC_Feed_Parameters中將Active Mode Current修改為18mA。

4.2.2 振鈴參數的設置

打開Ring_Signal_Parameters，設置Frequency為25Hz，并分別設置Voc為90V和100V兩份Profile。

保存并生成18mA-90V的Profile1和18mA-100V的Profile2。

實驗1中調用API-II的VpMpiCmdWrapper，將Profile1加載到ZL88601中。

實驗2中依據流程圖6設計一段程序，根據線路長度自動切換profile。當線路長度小于5km時，加載Profile1，當線路長度超過5km時，加載Profile2。

4.3 實驗結果

首先進行實驗電路的設計和參數的選擇。分別設計兩塊電路，電路1中采用如圖4所示的拓撲。電路2中采用如圖5所示的拓撲，并采用流程圖6所示的檢測及切換流程。

各電壓參數設計為：電路1的VBAT為47V，Vring為90V；電路2的VBATL為30V，VBATH為47V，VringL為90V，VringH為100V。

用戶線路選擇為導體直徑0.5mm，絕緣外徑1.4mm的線纜。

設置線路狀態為饋電，保持用戶話機摘機通話10分鐘之后測量。測試位置為ZL88601芯片表面。線路長度單位為千米，測試結果單位為攝氏度。

表1 饋電芯片溫度

設置用戶線路狀態為連續振鈴，用戶端接等效振鈴數（REN）為1的電話機，使用電壓表測量電話機側的振鈴電壓有效值。線路長度單位為千米，測量結果單位為伏特。

表2 用戶側振鈴電壓有效值

5 結語

本文通過分析信號對于線路的影響，提出了簡化的線路模型，在該模型的基礎上分析了現有技術存在的芯片功耗過大和長線下振鈴電壓偏低的原因。

本文還提供了一種自動檢測和切換的方法。從實驗驗證結果可以看出，對于線路長度不固定的情況，使用自動切換的方法，可以有效降低芯片功耗和提升長線振鈴電壓有效值。

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[3]GB/T 15279—94自動電話機技術條件[S]．

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[9]張占松．開關電源的原理與設計（第一版）[M]．北京：電子工業出版社，2004．

AMethod of Long-short Line Drive Switching for PSTN

Gao Jifeng
(Star-net Communication Co.,Ltd,Fuzhou 350002,Fujian)

To solve the problem of driving different length of public switched telephone network(PSTN)subscriber line,a method of automatic measurement of subscriber line length and switching circuit is presented.By the construction of subscriber line model,the line model is simplified according to the type of signal.A DC algorithm is used to measure the length of the subscriber line.Circuit and parameter profiles are switched automatically according to different line state of“ring"and"feed".Experiments show that the proposed method can reduce the power consumption of the subscriber line interface circuit(SLIC),extend the subscriber line distance,and enhance the subscriber’s experience.

Public Switched Telephone Network；subscriber line interface circuit；line model；auto switching；long-short line

TN916.2

A

1008-6609(2016)07-0115-04

高計豐，男，江蘇睢寧人，本科，工程師，研究方向：PSTN網絡，IP通信網絡，嵌入式系統。