電氣規格調整順序
電話機的測試項目這樣多,如何來做好規格調整以符合電信規範要求,就顯得很複雜。在研發過程中,除了電路的設計及規格的詳讀外,在電話機於調整規格以通過任一國家規格的階段,應該必須按照一定的程序方式來完成電話機樣機的調整。依照其標準的順序,才能調整好一個完整符合標準的電話樣機。而電子電話機樣機的規格調整般流程如下:
1. DCR。
2. Return Loss /AC Impedance。
3. Transmit Frequency Response/Receive Frequency Response。
4. Side Tone。
5. Transmission Level/Reception Level。
6. DTMF Dialing Rise time。
7. DTMF Dialing Twist。
8. DTMF Dialing Low Group Level/DTMF Dialing High Group Level。
9. Pulse Dialing M.B.R.。
電子電話機的規格眾多,以往要如何去做測試,往往是由研發部或工程部的資深工程師用帶領的方式口傳心授。尤其一般電話機的中小廠由於公司經費及老板與R&D認知的差異,無法像國外電話大廠擁有完整的儀器設備,很多測試常常必須靠簡單克難的儀器加上資深工程師的經驗來完成規格樣機通過電信規格的艱鉅任務。所以這些電話機的測試方法在電話通信工程師間就異常顯得異常珍貴。
1. DCR(直流阻抗)測試:
電話機於佔線(Off_Hook)的狀況,所呈現的直流特性,一般我們稱為DCR。DCR的測試,是表示電話機Off_Hook狀況下,當時電話機的VL/IL DC 直流阻抗。DCR 的測試方式如下:
(1) DCR的測試,必須將直流
電壓表,並聯接於Tone/Pulse Tester L1、L2端子上,如
圖1所示,此時L1 和L2之間的DC直流電壓約48Vdc。
(2)把待測話機接上Tone/Pulse Tester L1、L2 端子,此時待測話機Off_Hook,Tester Loop 電流顯示應為89~95 mA左右,而這時候的直流電壓大約11~15 Vdc。
(3) 開始測試DCR時,先必須按下Tester上的"I/R" Key。調整定電流旋鈕於國家規格測試的定電流處為IL,此時L1、L2兩端上之直流電壓為VL。
(4) DCR(直流阻抗) = VL(Loop電壓)/IL(Loop 電流),例如於20mA測出電壓值為6 Vdc,則DCR阻抗為6V/20mA = 300ohm。實際上每一個國家電信規範不一,但一般的規格都以20mA≦ 6Vdc,也就是說Loop電流於20mA時,DCR必須小於300ohm,如圖2所示為USA EIA-470A DCR規範。
(5) 於測試DCR當中,我們有使用到Tone/Pulse Tester儀器,此種儀器是專門來模擬電話線上的各種訊號的專用儀器(TELEPHONE SIGNAL ANALYZER電話訊號分析儀)。凡是電話機通信的研發單位都一定要有的儀器。Tone/Pulse Tester目前台灣市面上有幾種廠牌,較常見的有系統公司的1088,1076-A系列及金頓的KD8303-SP兩個廠牌。其中所供應的功能大同小異,完全看工程師喜好使用何種廠牌儀器較為順手。以金頓KD8303-SP為例,其功能大概如下:撥號測試(TONE/PULSE)、複頻信號可測試信號強度差、複頻撥號可測試碼間距時間(I.D.P.)、振鈴測試有兩段電壓調整、BABT振鈴測試、Flash Time測試、送話測試、受話測試、Artificial Line、Tone撥號定電流調整、兩段定電流設定、品管上下限設定、端電壓可調式、級性反轉...等。
2. Insulation Impedance(絕緣阻抗)
絕緣阻抗是指電話機於On_Hook掛機的狀態下,TIP/RING兩端對於DC電壓的洩漏。絕緣阻抗會關係到電話機的電話回路之振鈴並機數,過低的絕緣阻抗往往會影響到鈴聲的啟動。絕緣阻抗的測試方式,如下所示:
(1)把待測話機TIP/RING兩端接於M ohm表+、-端子,待測話機於On_Hook即掛機狀態。調整M ohm表在100Vdc檔,測試此時電話機的阻抗。依照不同的國家規範要求,絕緣阻抗將會做不同電壓狀態測試,如250Vdc、1000Vdc等,測試時必須依照把M ohm表調整到不同的電壓檔位,如圖3所示。
(2)此時可直接從M ohm表上讀取電話機在不同電壓位準下的阻抗值。
(3)絕緣阻抗的大小會影響到電話機的並機數(REN)值,例如以前原CNS規格為100Vdc話機阻抗必須大於5 Mohm,假如測試話機絕緣阻抗測試值為30 Mohm,則電話機並機數REN = 30 Mohm /5 Mohm = 6。
3. Return Loss(回流損失)和AC Impedance(交流阻抗):
電話電路之回流損失一般又稱為回返損失。主要是指電話機於電話線上送出AC交流信號,而實際上到受信端收到是的AC交流信號。假如我們送出一個5/5的音量大小,而有1/5的回音產生,其餘4/5的音量送出。這4/5的音量部份我們稱為回返損失,我們希望回音越小越好,送出的音量越多越好,所以回返損失值越大越好,是無限大,但這是不可能的。
回返損失實際上與電話機的 AC Impedance 有密切的關係,所以電話機的交流阻抗必須與交話機外線端的阻抗匹配,回返損失才能得到。根據FCC PART 68規定交換機外線端阻抗為600 ohm串聯216μF = Zl。
RETURN LOSS = 20 log▕ Zl +Zx / Zl - Zx▕ (dB)
Zx = TELEPHONE AC阻抗。
Zl會隨著外線傳輸線的不同有所變化,EIA規格裏為0.4mm 的Cable,阻抗為600 ohm,但如果其它的國家規格不是0.4 mm的Cable,則外線阻抗就不是600 ohm。
在電話機裡的等效電路來看,凡是有下地的阻抗皆會影響到電話機的AC阻抗,所以其實來講工程師在電話機電路設計當中除了Speech Network 必須要注意到AC阻抗的調整外,在如何提昇電話的AC阻抗方面,一些對地的線路阻抗都必須相當的注意。
Return Loss的測試,必須用電話機當量儀來做測試,目前比較具標準性的當量儀有 B&K、陽光電子所、系統電子...以上三家儀器公司製造的當量測試儀。其中以B&K為丹麥研發的,比較具有全球性的公證力,如圖4。而陽光及系統公司的當量儀為國人自行研發設計,因價格便宜,一般中小型電話機廠使用率比較高。早期的當量儀都為類比式,開機後必須熱機約一小時左右,且準確性易飄浮。近幾年當量儀都已改成數位式,且都直接與電腦連接控制,已大幅提升其精確度。目前三家儀器廠都又有生產出更新一代的新機種,相信未來我們能有更好的更方便的儀器可以運用。
Return Loss測試時,須把電話機處於佔線狀態(即 Off_ Hook),聽筒擺在人工嘴耳測試架上,依照所須測試的國家規格選取AC Impedance/Return Loss的項目執行測試。依照美國EIA規範,Return Loss必須大於表1。
我們知道Return Loss與交換機外線端必須阻抗匹配才能得到良好的dB值,所以在使用當量儀時,必須注意你測試的國家規格是否為600 ohm或900 ohm或其它。現在一般的當量儀都有600ohm/900ohm 的阻抗可供選擇,測試時必須設定好交換機端外線阻抗,如測試時你發現當量儀內建的阻抗不符合須求時,就必須自己連接外部的阻抗來符合測試須求。
交換機外阻,在不同的電信國家規範會有不同的阻抗,以下所列出的為不同國家規格,不同的特殊阻抗:
1. 600 ohm串聯2μF:台灣。
2. 600 ohm串聯2.16μF:美國
3. 370 ohm串聯(620 ohm並聯310nF):英國、香港、愛爾蘭
4. 900 ohm並聯30nF:瑞典。
5. (820ohm並聯115nF)串聯200 ohm:瑞士。
6. 120 ohm串聯(820 ohm並聯110nF):挪威。
7. 600 ohm並聯(620 ohm串聯35nF):紐西蘭。
8. 270 ohm串聯(910 ohm並聯120nF):芬蘭。
9. 200 ohm串聯(680 ohm並聯0.1μF):大陸。
10. 910 ohm並聯62nF:南非。
Return Loss經當量儀測試後,會在電腦螢幕上秀出其頻率響應曲線,從曲線上我們可以去看規格頻率範圍的dB 數是否可以符合規格,如圖5所示。另外還有其它比較特殊規格,會加測Echo Return Loss、16KHz Return Loss等,而其測試方式皆為大同小異。
4. 電話機當量:
通話品質的測試包括了送收話當量大小及側音大小和送收話頻率響應曲線。而送話、收話、側音還包含有失真度的百分比測試。以上這些測試項目,我們都必須依賴當量儀來做測試。
目前世界上各國的電話標準規格不一,當量的測試也依照不同的參考有所不同,現在當量的測試大致分為三個不同的系統:
1. RE(當量):SRE、RRE、SIRE(OREM A/B)
2. OLR(客觀響度):TOLR、ROLR、SOLR(EIA)
3. LR(響度):SLR、RLR、STMR(CCITT/ITU)
三套不同的系統的測試分別針對不同的通話因素做測試。
(1) RE:主要測試品質因素,早期為英國UK系統所採用,現在大都為亞洲地區國家所使用,如台灣、韓國等。
(2)OLR:測試通話清晰因素,為美國EIA系統所採用。
(3)LR:測試響度,為CCITT/ITU實驗室所採用。
由於傳輸品質的影響因素甚多,且彼此常常互為因果,所以一般通話品質的當量評定有大致分為人為的主觀評定法及靠機器來鑑測的客觀評定法兩類。
靠人發話,收聽而統計其出效果的稱為主觀評定法(Subjective Test Method),靠儀器來測量的為客觀評定法(Objective Test Method)。
主觀評定包括有:(1) 當量測定,又稱RE(Reference Equivalent)測定。(2) 明瞭度測定,又稱AEN(Articulation Reference Equivalent)測定。
客觀評定又稱OREM(Objective Reference Equivalent Measurement),為各種聲電傳輸直測法。
由於各國的電信規格採用的當量測試系統不一,往往會使工程師不知如何適從,下面我們大概列出幾個國家規格的電信當量測試屬性。
(1) OREM:台灣、泰國、南非、新加坡、西班牙、瑞士、馬來西亞、波蘭、韓國、匈牙利、捷克。
(2) EIA:美國、加拿大。
(3) CCITT/ITU:挪威、約旦、德國、日本、澳洲、紐西蘭、丹麥、芬蘭、瑞典、匈牙利、荷蘭、以色列、奧地利、英國、捷克、義大利。
以 B&K當量測試儀的電話機當量時,電話機的通筒擺置於 4905 的人工嘴耳架上,使用 PC 程式控制分別測試送收話頻率曲線,當量大小及側音大小,及失真度。人工嘴及人工耳必須依照不同的國家規格當量系統應選用不同的人工耳嘴及不同的擺設角度。
依照 B&K 當量測試儀,人工耳的MIC有二種,分別給 EIA/CCITT(ITU)和OREM使用。其規格如下所示:
1. TYPE 4134:1/2",Sensitivity 12.5mV/Pa, Pol. Voltage 200V,Frequency Range(+- 2dB)4Hz ~ 20KHz。
用於CCITT(ITU),EIA電話當量系統。
2. TYPE 4144:1",Sensitivity 50mV/Pa,Pol. Voltage 200V,Frequency Range(+- 2dB)2.6Hz ~ 8KHz。
用於OREM電話當量系統。
在人工嘴也有不同的測試距離,須使用不同的人工嘴罩。其規格分別為:25mm distance 人工嘴罩,適用於EIA/CCITT(ITU);43.5mm distance人工嘴罩,適用於OREM規格。
4905人工嘴耳架,不同的電話當量系統測試,也必須有不同的擺置角度來做測試。人工耳及人工嘴於4905的擺設方式如表2。
當量的測試與聽筒擺置是否有與人工耳密合及與人工嘴是否有對正,都會影響到測試時的準確度。要知道聽筒是否與人工耳有密合,簡單的方式就是把聽筒收話器一端緊貼人工耳,先做收話頻率響應的測試。從響應曲線來判斷是否密合後再鎖緊人工耳於測試架上。然後再對正聽筒的MIC和人工嘴成直線。其實以上的動作很難用文字把它表達的很好,唯有靠經驗及實際的去操作,才能切實的把聽筒擺置於適當的位置。這樣才能做好正確的測試。
Transmit Frequency Response(送話頻率響應曲線)和Receive Frequency Response(受話頻率響應曲線)
在調整電話機當量時,要調整的是送受話頻率響應曲線,響應曲線一般以0 Km為標準,其送收話曲線,必須合符國家規格的上限,下限範圍內。每個國家的電信標準是不一樣的。此點是工程師應該知道也必須注意的。
EIA 送收話的頻率響應曲線的上下限定義是以1KHz/0dB為中心點,然後再定義出各轉折點。
送話頻率響應曲線上限的轉折點如下:(參考圖6)
(1) < 180Hz/2dB做12dB/Oct.減小。(每倍頻,以12dB減小)。
(2) 180Hz ~ 1000Hz/2dB。
(3) 1000Hz ~ 2000Hz/12dB/Oct.加大。
(4) 2000Hz ~ 4500Hz/14dB。
(5) > 4500Hz/14dB 做 18dB/Oct.減小。
送話頻率響應曲線下限的轉折點如下:
(1) 300Hz/-14.5dB。
(2) 300Hz ~ 1000Hz/6dB/Oct.加大。
(3) 1000Hz ~ 2000Hz/-4dB。
(4) 2000Hz ~ 3000Hz/12dB/Oct.減小。
(5) 3000Hz/-11dB。
受話頻率響應曲線上限的轉折點如下:(參考圖7)
(1) < 300Hz/5.5dB做18dB/Oct.減小。
(2) 300Hz/5.5dB。
(3) 300Hz ~ 1000Hz/2dB/Oct.減小。
(4) 1000Hz/ 2dB。
(5) 1000Hz ~ 4500Hz/3dB/Oct.加大。
(6) 4500Hz/ 8.5dB。
(7) > 4500Hz/24dB/Oct.減小。
受話頻率響應曲線下限的轉折點如下:
(1) 1000Hz/-2dB。
(2) 500Hz ~ 1000Hz/3dB/Oct.減小。
(3) 500Hz ~ 300Hz/18dB/Oct.減小。
(4) 1000Hz ~ 3000Hz/5dB/Oct.減小。
(5) 3000Hz/-10dB。
送收話的頻率響應上下限是浮動的方式。一般會根據你測試出的當量,而或上或下移動。但無論如何,工程師於測試時必須使你的送收話頻率響應曲線落在上下限的範圍以內,才算合符標準。一般來講,頻率響應的是否合格,除了電路上的設計與調整外,與電話機的聽筒機構也有絕對的關係。所以電話機的機構工程師也必須對聽筒聲學結構有一定程度的經驗才可。
至於電子工程師於作業時必須注意的幾個有關於聽筒機構的重點:
a. DTR Receiver部份是否有密合,並且必須要有加裝
墊圈及不織布。以防止收話頻率響應之不良影響以及異物和灰塵的進入!
b. MIC 部份,須要有MIC罩。MIC罩是否與機構密合,不能有漏風的現象,而產生送話頻率響應曲線之不良的影響。
c. MIC罩的外徑及厚度必須與聽筒的MIC固定機構配合,必要時應上膠固定,以避免鬆脫和掉落。
d. MIC罩的MIC孔徑大小與頻率響應高頻會有互相影響,太大的孔徑容易使高頻響應曲線產生急升的突波。
e. 聽筒Receiver的機構是否有與DTR出孔配合,且DTR於機構是否有平貼...等。
以上幾點都是在調整響應曲線的同時,我們必須要注意的地方。至於聽筒的尺寸和角度,於一些規範裡也有詳細的規定,所以機構工程於設計開模的階段都必須依照其規定原則角度做詳細的設計。
Side Tone(側音大小)
電話機在送收話頻率響應曲線測試完成後,再來必須測試調整側音,送話當量及收話當量。其調整測試的順序為1.側音大小2.送話當量大小3.受話當量大小。
電話的送收話和側音大小測試方式,直接由當量儀的控制PC,依照設定而測出其值。一般我們在做送收話當量測試調整之前,必須先測試調整側音大小。所謂側音,就是從MIC送話出去而這時候從DTR Receiver聽到的音量大小。一般側音測出來的dB值越大表示,側音的音量越小聲。所有的電話規格都只有規定Side Tone的小dB數。所以我們測出來的dB數值必須大於規格的dB數值。例如依照EIA470的規格,Side Tone > 0dB(0 ~ 15 Kft)。
因為側音的大小其實和電話機的送收話大小聲及Artificial Line(傳輸線)遠近有相當的關係。所以在調整側音之前,先把送收話當量及AGC(Speech 的自動增益補償)部份調整於規格的粗略範圍內再來調整側音當量部份。
電話網路之側音原理原本是從惠斯登電橋(Wheatstone bridge)平衡演變出來的。電話線本來為二線的傳輸線傳輸方式,當經過電話機的講話回路時必須分離成四線的模式,二線為送話的MIC的路徑以及二線為收話Receiver的路徑,參考圖8。此時的Wheatstone bridge側音平衡分析式如下:
V1為MIC送話端的信號,V2為Receiver收話端信號。
當電橋平衡時,R1×RL=R2×R3 則
V3=RL/R2+RL×V1,and V2=0,V1所產生任何的信號將不會產生在V2上面。
RL:代表電話線和電話機的外線阻抗。
由上述我們可以知道當外阻與通話回路阻抗達到一定的平衡時,則側音當量將是小 (dB 數) 的狀況。但是因為外阻會依照不同的傳輸線遠近而變化,且電阻及電容的誤差,所以電橋基本上是不能完全達到平衡的。基本上通話回路上的側音平衡網路也有一定的定則,工程師在電話機調整過程中只要把側音平衡網路調整到一定的平衡點,就能讓電話機側音當量符合規格要求,如圖9所示。
此外側音平衡網路之調整時,必須要注意到的是外線阻抗(Zline)和側音網路阻抗( Zbl)之阻抗值。電話通話網路在外線阻抗來講,0.4 mm Cable的Zline外阻等效電路為200 ~ 400 Ohm串聯104電容後與1K5的電阻並聯,如
圖10所示。但實際上外阻必須要與電話機裡的控制電路並聯計算,如Rtrb(佔線
電晶體的基級電阻)、RVdd(VDD電阻)、Rled(INUSE LED 電阻) 等。所以R2經以上並聯後約等於200 ~ 400 ohm,如此經過並聯計算後的外阻暫定為Zm.,則Zbl為了求取的側音當量則必須與Zm平衡,參考
圖11。
Transmission level(送話音量);Reception(受話音量)
依照以上的原理調整完了側音當量後,接下來必須調整電話機的送收話當量,送收話當量測試,以當量測試儀做測試。用PC控制求取送收話當量值,在測試調整過程中,工程師必須要注意的是PTT的國家規格的規定,是何種電話當量系統,是測公里數當量大小還是測試回路電流數當量大小。及是否須要使用遠距離自動增益補償和使用何種直徑的傳輸線等。
當送收話當量測試調整完畢後,必須再測試一次通話回路之側音當量,因為側音的大小是會因為送收話當量的大小改變而改變的。這樣反覆的測試調整,直到你電話機當量值符合了你的電話機 PTT 規格,才算完成電話機的當量調整測試。
在這調整過程當中還有一些經驗是無法用文字可形容的,所以唯有自我實際去製作才能得到一些心得。以下列出EIA 470A的送收話當
量規格,提供給予參考。
結語
雖然傳統電話機的產業正日漸的落沒了,但電話機的產品是不會被淘汰的!新的功能及新的電信服務不斷的再增加當中,也使我們越來越方便的使用電話機終端設備。但不管產品如何的快速更新,電子電話機終究是後電話時代的基本。電話機的技術並是一編文章就可以詳細記述完的。
電子電話規格如此多,又因會不同的區域國家規範不同有所不同。對於初次接觸電信規格的工程師來講確實是一個難題,那麼如何來做好一電話機之規格調整測試呢? 資深的工作人員都知道,唯有靠經驗的累積與無數的實戰挑戰才能設計一個實用且符合規格的電話線路。本篇幅只大概介紹有關於電話部份規格之量測,尚有若干項目未能一一介紹出來,希望本篇文章的介紹能對一些工程設計者有所助益。當然我們也由衷的更希望電信通訊能早日進入數位化並且因而進行世界規範統一!