FR2677196A1

FR2677196A1 - Passive two wire/four wire differential converter

Info

Publication number: FR2677196A1
Application number: FR9106897A
Authority: FR
Inventors: Tallaron Louis
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-04

Abstract

The present invention relates to a passive two wire/four wire differential telephone converter associated with an equivalent-impedance transformer Z2, comprising first (13) and second (14) impedances of value Z1, each of which is connected by its first terminal to one of the opposite terminals of the transformer. This converter further comprises, between the first terminal of the first, or respectively second, impedance and the second terminal of the second, or respectively first impedance, the mounting in series of a third (15), or fifth respectively, (17) impedance of value Z32 which is high compared with Z1 and Z2 and of a fourth (16), or sixth (18) respectively, impedance of value Z31. The output voltage of the transformer is taken between the connection points (A, B) of the third and fourth impedances on the one hand, and of the fifth and sixth impedances on the other hand, these impedances being chosen in such a way that:

Description

CDONVERTISSEUR DIFFÉRENTIEL PASSIF DEUX FILS/OUATRE FILS
La présente invention concerne des convertisseurs deux fils/quatre fils utilisés en téléphonie, aussi bien pour des communications vocales classiques que pour des modems (modu lateur/démodulateur). La présente invention vise plus particu lièrement le cas où les signaux au primaire et au secondaire du transformateur de ligne sont des signaux différentiels.TWO-WIRE PASSIVE DIFFERENTIAL / CONVERTER
The present invention relates to two-wire / four-wire converters used in telephony, both for conventional voice communications and for modems (modulator / demodulator). The present invention relates more particularly to the case where the primary and secondary signals of the line transformer are differential signals.

La figure 1 représente le schéma d'ensemble d'un convertisseur 2 fils/4 fils. Ce convertisseur 1 est relié à un enroulement primaire 2 d'un transformateur de ligne dont le secondaire 3 est relié à une ligne d'impédance R2 associée à une source de signaux E2. Le but du convertisseur 2 fils/4 fils est d'envoyer vers le primaire 2 du transformateur de ligne les signaux en provenance d'une source d'émission E1 et de recueillir sur des bornes A, B des signaux en provenance de la source
E2 sans diaphonie, c' est-à-dire sans mélange avec les signaux provenant de la source E1. Les sources E1 et E2 peuvent par exemple être des microphones ou des sources de signaux binaires.Figure 1 shows the overall diagram of a 2-wire / 4-wire converter. This converter 1 is connected to a primary winding 2 of a line transformer whose secondary 3 is connected to a line of impedance R2 associated with a source of signals E2. The purpose of the 2-wire / 4-wire converter is to send the signals from a transmission source E1 to the primary 2 of the line transformer and to collect signals from the source on terminals A, B
E2 without crosstalk, that is to say without mixing with the signals coming from the source E1. The sources E1 and E2 can for example be microphones or sources of binary signals.

Dans la plupart des réalisations actuelles, les lignes téléphoniques transmettent des signaux référencés à la masse. In most current embodiments, telephone lines transmit signals referenced to ground.

Dans le cadre de ces réalisations, on connaît des convertisseurs 2 fils/4 fils actifs et passifs qui présentent chacun leurs avantages et leurs inconvénients en fonction notamment de 1 'en- vironnement dans lequel ils sont placés. Depuis quelque temps, on a développé la transmission de signaux différentiels sur des lignes téléphoniques. Les convertisseurs existants, tant actif s que passifs, destinés à des lignes reliées à la masse ne conviennent alors plus. Par ailleurs, les convertisseurs différentiels actuellement développés présentent l'inconvénient de nécessiter un nombre relativement élevé de canposants et leur adaptation à des lignes téléphoniques d'impédance variable est souvent complexe.In the context of these embodiments, 2-wire / 4-wire active and passive converters are known which each have their advantages and disadvantages depending in particular on the environment in which they are placed. For some time now, the transmission of differential signals over telephone lines has been developed. The existing converters, both active and passive, intended for earthed lines are no longer suitable. Furthermore, the currently developed differential converters have the drawback of requiring a relatively large number of components and their adaptation to telephone lines of variable impedance is often complex.

Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un convertisseur passif 2 fils/4 fils pour transmission de signaux différentiels qui soit particulièrement simple, efficace et adaptable. Thus, an object of the present invention is to provide a passive 2-wire / 4-wire converter for the transmission of differential signals which is particularly simple, efficient and adaptable.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un convertisseur différentiel passif deux fils/quatre fils associé à un transformateur qui, vu du côté du convertisseur, présente une impédance équivalente de valeur Z2, comprenant des première et deuxième impédances de valeur Z1 dont chacune est connectée par sa première borne à 1 'une des bornes opposées du transformateur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre la première borne de la première, respectivement deuxième, impèdanoe et la deuxième borne de la deuxième, respectivement première, impédance le montage en série d'une troisième, respectivement cinquième, impédance ayant une valeur Z32 élevée devant les valeurs Z1 et Z2 et d'une quatrième, respectivement sixième, impèdanoe de valeur Z31, la tension de sortie du transformateur étant prise entre les points de connexion des troisième et quatrième impédances d'une part et des cinquième et sixième impédances d'autre part, ces impédances étant choisies de sorte que
i 1 221+22
k = ko = = - X ~~~~~
Z3 2 Z1+Z2
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le transformateur, vu du côté du convertisseur présente une résistance équivalente de valeur 2R0, les première et deuxième impédances sont des résistanoes de valeur R0, et les troisième, quatrième, cinquième, et sixième impédances sont des résistances de valeurs respectives R, 2R, R et 2R.To achieve these objects, the present invention provides a two-wire / four-wire passive differential converter associated with a transformer which, seen from the side of the converter, has an equivalent impedance of value Z2, comprising first and second impedances of value Z1 each of which is connected by its first terminal to one of the opposite terminals of the transformer, characterized in that it further comprises, between the first terminal of the first, respectively second, impedanoe and the second terminal of the second, respectively first, impedance the series connection of a third, respectively fifth, impedance having a value Z32 high before the values Z1 and Z2 and of a fourth, respectively sixth, impedance of value Z31, the output voltage of the transformer being taken between the connection points third and fourth impedances on the one hand and fifth and sixth impedances on the other hand, this s impedances being chosen so that
i 1 221 + 22
k = ko = = - X ~~~~~
Z3 2 Z1 + Z2
According to an embodiment of the present invention, the transformer, seen from the side of the converter has an equivalent resistance of value 2R0, the first and second impedances are resistanoes of value R0, and the third, fourth, fifth, and sixth impedances are resistors with respective values R, 2R, R and 2R.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le transformateur, vu du côté du convertisseur, présente une inductance L en parallèle avec ladite résistance 2R0, et un condensateur est en série avec chacune des cinquième et sixième résistances, la valeur de chacun de ces condensateurs étant choisie telle que RC=L/2RO. According to one embodiment of the present invention, the transformer, seen from the converter side, has an inductance L in parallel with said resistor 2R0, and a capacitor is in series with each of the fifth and sixth resistors, the value of each of these capacitors being chosen such that RC = L / 2RO.

On notera qu'un avantage du circuit de la présente invention est de comprendre un nombre particulièrement faible de résistances (seulement six) et que, dans le cas où l'impédance ramenée au primaire du transformateur comporte une inductanoe, il suffit pour compenser les effets de cette inductance de prévoir deux condensateurs qui auront généralement des valeurs relativement faibles. It will be noted that an advantage of the circuit of the present invention is to understand a particularly small number of resistors (only six) and that, in the case where the impedance brought back to the primary of the transformer comprises an inductanoe, it suffices to compensate for the effects of this inductance to provide two capacitors which will generally have relatively low values.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 illustre l'agencement général d'un oenver- tisseur 2 fils/4 fils pour l'émission et la réception de signaux sur une ligne téléphonique;
la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un convertisseur 2 fils/4 fils selon la présente invention ; et
la figure 3 illustre un schéma généralisé de oenver- tisseur 2 fils/4 fils selon la présente invention.These objects, characteristics and advantages as well as others of the present invention will be explained in detail in the following description of particular embodiments made in relation to the attached figures, among which
FIG. 1 illustrates the general arrangement of a 2-wire / 4-wire inverter for transmitting and receiving signals over a telephone line;
FIG. 2 illustrates an embodiment of a 2-wire / 4-wire converter according to the present invention; and
FIG. 3 illustrates a general diagram of a 2-wire / 4-wire inverter according to the present invention.

En figure 2, le transformateur est représenté sous forme d'un schéma équivalent tel qu'il est vu du côté du convertisseur. Ainsi, l'enroulement 2 est remplacé par une résistance 2Ro en série avec une source de tension e2. Si le rapport de transformation du transformateur est égal à 1, la valeur 2RO est égale à la valeur R2 indiquée en figure 1 et la tension e2 est égale à la tension E2. Pour faciliter l'explication du circuit selon la présente invention, on a représenté la résistance 2Ro comme séparée en deux résistances 11 et 12 ayant chacune une valeur Rg. In Figure 2, the transformer is shown in the form of an equivalent diagram as seen from the side of the converter. Thus, the winding 2 is replaced by a resistor 2Ro in series with a voltage source e2. If the transformer transformation ratio is equal to 1, the value 2RO is equal to the value R2 indicated in FIG. 1 and the voltage e2 is equal to the voltage E2. To facilitate the explanation of the circuit according to the present invention, the resistor 2Ro is shown as separated into two resistors 11 and 12 each having a value Rg.

La borne supérieure J1 de 1'enroulement 2, du côté de la résistance 11, est connectée à une première borne d'une première résistance 13 de valeur Rg. La borne inférieure J2 de l'enroulement 2, du côté de la résistance 12, est connectée à une première borne d'une deuxième résistance 14. La borne J1 est également connectée à la première borne d'une résistance 15 de valeur R dont la deuxième borne est reliée à une résistance 16 de valeur 2R, la deuxième borne de la résistance 16 étant connectée à la deuxième borne de la résistance 14. De même, la borne J2 est reliée à la deuxième borne de la résistance 13 par la connexion en série d'une résistance 17 de valeur R et d'une résistance 18 de valeur 2R.On désigne par A le point de raccordement des résistanoes 15 et 16 et par B le point de raccordement des résistances 17 et 18. The upper terminal J1 of the winding 2, on the side of the resistor 11, is connected to a first terminal of a first resistor 13 of value Rg. The lower terminal J2 of the winding 2, on the side of the resistor 12, is connected to a first terminal of a second resistor 14. The terminal J1 is also connected to the first terminal of a resistor 15 of value R whose second terminal is connected to a resistor 16 of value 2R, the second terminal of the resistor 16 being connected to the second terminal of the resistor 14. Similarly, the terminal J2 is connected to the second terminal of the resistor 13 by the connection in series of a resistor 17 of value R and of a resistor 18 of value 2R. A denotes the connection point of the resistors 15 and 16 and B denotes the connection point of the resistors 17 and 18.

Si on appelle J3 le point milieu de la branche comprenant les résistanoes 11 à 14, correspondant à l'emplacement où l'on a placé la source e2, il sera clair pour l'homme de l'art que ce point J3 est un point neutre pour des signaux différentiels en provenance de la source El. Il en est de même pour les signaux aux points A et B. En effet, en ce qui concerne le point
A, le rapport entre les résistanoes 17 et 18 est le même que le rapport entre la résistance 12 et la somme des résistanoes 11 et 13. En ce qui concerne le point B, le rapport entre la résistance 15 et la résistance 16 est le même qu'entre la résistance 11 et la somme des résistanoes 12 et 14. Les points A, B et J3 constituent donc tous trois des points neutres pour la tension El. If J3 is called the midpoint of the branch comprising the resistances 11 to 14, corresponding to the location where the source e2 has been placed, it will be clear to those skilled in the art that this point J3 is a point neutral for differential signals coming from the source El. It is the same for the signals at points A and B. Indeed, with regard to the point
A, the ratio between resistances 17 and 18 is the same as the ratio between resistance 12 and the sum of resistances 11 and 13. With regard to point B, the ratio between resistance 15 and resistance 16 is the same that between the resistance 11 and the sum of the resistances 12 and 14. The points A, B and J3 therefore all constitute neutral points for the voltage El.

Ce qui précède est particulièrement vrai du fait de la symétrie entre les branches 15, 16 et 17, 18. En outre, il est préférable pour ne pas augmenter la consommation des circuits et perturber le moins possible la branche de base que la valeur R soit élevée devant RO. The above is particularly true due to the symmetry between the branches 15, 16 and 17, 18. In addition, it is preferable not to increase the consumption of the circuits and to disturb the basic branch as little as possible that the value R be high in front of RO.

Ainsi, on retrouve bien aux points A et B une tension qui ne dépend que de la tension e2 et il apparait entre ces bornes une tension différentielle proportionnelle à e2. On verra qu'en fait le signal entre A et B est sensiblement égal à e2/3. Thus, there is indeed at points A and B a voltage which depends only on the voltage e2 and there appears between these terminals a differential voltage proportional to e2. We will see that in fact the signal between A and B is substantially equal to e2 / 3.

Dans ce qui précède, on a décrit un exemple part culier de l'invention dans lequel 1 'impédanoe ramenée au primaire du transformateur de ligne était considérée comme une simple résistance de valeur 2Ro. In the foregoing, a particular example of the invention has been described in which the impedano brought back to the primary of the line transformer was considered as a simple resistance of value 2Ro.

En relation avec la figure 3, on va considérer plus généralement une façon de calculer les paramètres du circuit selon l'invention. On a désigné les éléments du circuit de la figure 3 par les mêmes références 13 à 18 que dans le cas de la figure 2. Toutefois ces éléments sont maintenant considérés de façon générale comme des impédances et non plus comme de simples résistances. Plus particulièrement, on considère que le transformateur présente une impédance ramenée au primaire de valeur
Z2, que les éléments 13 et 14 ont des impédances Z1, les éléments 15 et 17 des impédances Z32, et les éléments 16 et 18 des impédances Z31, avec Z31+Z32=Z3. On aura un même courant dans les impédances 13 et 14 qui sera appelé I1, et un même courant dans les impédances 17 et 18 d'une part et 15 et 16 d'autre part, qui sera appelé 13.Le courant entre les points de raccordement J1 et J2 est appelé 12. La tension e2 est considérée comme positive du côté du point de raccordement J1. On peut alors écrire les courants I1, I2 et I3 de la façon suivante
(Z2+Z3)E1 - Z3e2
Il =
Z2(Z1+Z3) + 2Z1Z3 (Z3-Zl )El-(Zl+Z3 )e2
I2 =
Z2(Z1+Z3) + 2Z1Z3
(Z1+Z2)E1 + Z1e2
I3 =
Z2(Z1+Z3)E1 + 2Z1Z3
La tension VA-VB (= 2Z32I3-E2-Z2I2) s'écrit alors
- (Z2(Z1+Z3) + 2Z1Z3 - 2Z31(Zl+Z2)]El + 2ZlZ31e2
VA-VB =
Z2(Z1+Z3) + 2Z1Z3
On note à partir de la formule donnant VA-VB que le coefficient de la tension E1 comprend une partie négative et une partie positive et qu'il peut donc toujours être annulé.In relation to FIG. 3, we will more generally consider a way of calculating the parameters of the circuit according to the invention. The elements of the circuit of FIG. 3 have been designated by the same references 13 to 18 as in the case of FIG. 2. However, these elements are now generally considered as impedances and no longer as simple resistors. More particularly, it is considered that the transformer has an impedance reduced to the primary value
Z2, that elements 13 and 14 have impedances Z1, elements 15 and 17 of impedances Z32, and elements 16 and 18 of impedances Z31, with Z31 + Z32 = Z3. We will have the same current in impedances 13 and 14 which will be called I1, and the same current in impedances 17 and 18 on the one hand and 15 and 16 on the other hand, which will be called 13. The current between the points of connection J1 and J2 is called 12. The voltage e2 is considered to be positive on the side of the connection point J1. We can then write the currents I1, I2 and I3 as follows
(Z2 + Z3) E1 - Z3e2
It =
Z2 (Z1 + Z3) + 2Z1Z3 (Z3-Zl) El- (Zl + Z3) e2
I2 =
Z2 (Z1 + Z3) + 2Z1Z3
(Z1 + Z2) E1 + Z1e2
I3 =
Z2 (Z1 + Z3) E1 + 2Z1Z3
The voltage VA-VB (= 2Z32I3-E2-Z2I2) is then written
- (Z2 (Z1 + Z3) + 2Z1Z3 - 2Z31 (Zl + Z2)] El + 2ZlZ31e2
VA-VB =
Z2 (Z1 + Z3) + 2Z1Z3
It is noted from the formula giving VA-VB that the coefficient of the voltage E1 comprises a negative part and a positive part and that it can therefore always be canceled.

Les formules de I1, I2, 13 et VA-VB se simplifient si l'on considère que Z3 et Z31 sont très grands devant Z1 et Z2, ce qui est toujours souhaitable, ne serait-ce que pour réduire la consommation du convertisseur. On a alors
E1 - e2
Il =
2Z1 + Z2
E1 - e2
I2 =
2Z1 + Z2
I3 = 0
[2Z1 + Z2 - 2k(Zl+Z2)JEl + 2kZ1e2
VA-VB =
2Z1 + Z2 avec k = Z31/Z3
On voit que VA-VB est indépendant de E1, ce qui est le but recherché pour un convertisseur 2 fils/4 fils, si
Z31 1 2Z1+22
k = kO = - = - x
Z3 2 Z1+Z2
On a alors
VA-VB = [Z1/(Z1+Z2)]e2.The formulas of I1, I2, 13 and VA-VB are simplified if we consider that Z3 and Z31 are very large in front of Z1 and Z2, which is always desirable, if only to reduce the consumption of the converter. We have then
E1 - e2
It =
2Z1 + Z2
E1 - e2
I2 =
2Z1 + Z2
I3 = 0
[2Z1 + Z2 - 2k (Zl + Z2) JEl + 2kZ1e2
VA-VB =
2Z1 + Z2 with k = Z31 / Z3
We see that VA-VB is independent of E1, which is the goal sought for a 2-wire / 4-wire converter, if
Z31 1 2Z1 + 22
k = kO = - = - x
Z3 2 Z1 + Z2
We have then
VA-VB = [Z1 / (Z1 + Z2)] e2.

On peut retrower le cas particulier illustré en figure 2 dans lequel Z2 = 2Ro et Z1 = R0. On a alors kO=2/3 ce qui correspond bien comme on l'a indiqué précédemnent à des valeurs de Z31 et Z32 respectivement de 2R et de R. En ce cas, comme on l'a indiqué précédemment, VA-VB est égal à e2/3. We can retrower the particular case illustrated in Figure 2 in which Z2 = 2Ro and Z1 = R0. We then have kO = 2/3 which corresponds well as indicated above to values of Z31 and Z32 respectively of 2R and R. In this case, as previously indicated, VA-VB is equal to e2 / 3.

L'application des formules précédentes permet également de traiter des cas plus complexes. Par exemple, si 1 'impédanoe ramenée par le transformateur est une impédance complexe comprenant une résistance 2RO en parallèle sur une inductance L, on a alors Z2=2jwROL/(2Rg+jwL) (où j2=-1 et w désigne la pulsation du signal). The application of the previous formulas also makes it possible to treat more complex cases. For example, if the impedano brought back by the transformer is a complex impedance comprising a resistance 2RO in parallel on an inductance L, we then have Z2 = 2jwROL / (2Rg + jwL) (where j2 = -1 and w denotes the pulsation of the signal).

En choisissant toujours Z1 = RO, on aura
k0 = (l+jwL/RO)/(l+jw(3L/2RO). By always choosing Z1 = RO, we will have
k0 = (l + jwL / RO) / (l + jw (3L / 2RO).

En ce cas, si on choisit pour Z32 une résistance R et pour Z31 une résistance 2R en série avec un condensateur C, on obtient
k = (l+jw2RC)/(l+jw3RC) et la condition k=kO donne RC=L/2RO, c'est-à-dire que si C=L/R.2RO, le système sera à nouveau parfaitement compensé.In this case, if we choose a resistance R for Z32 and for Z31 a resistance 2R in series with a capacitor C, we obtain
k = (l + jw2RC) / (l + jw3RC) and the condition k = kO gives RC = L / 2RO, i.e. if C = L / R.2RO, the system will again be perfectly compensated .

De façon plus générale, l'home de l'art notera que l'on pourra toujours trouver des impédances Z31 et Z32 telles que l'on compense toute valeur d'impédance de ligne ramenée au primaire du transformateur. More generally, those skilled in the art will note that one can always find impedances Z31 and Z32 such that one compensates for any value of line impedance brought back to the primary of the transformer.

Claims

1. Two-wire / four-wire passive differential telephone converter associated with a transformer which, seen from the side of the converter, has an equivalent impedance of value Z2, comprising first (13) and second (14) impedances of value Z1, each of which is connected by its first terminal at one of the opposite terminals of the transformer, characterized in that it further comprises, between the first terminal of the first, respectively second, impedance and the second terminal of the second, respectively first, impedance, the series connection of a third (15), respectively fifth (17), impedance having a value Z32 high in front of the values Z1 and

Z2 and a fourth (16), respectively sixth (18), impedance of value Z31, the output voltage of the transformer being taken between the connection points (A, B) of the third and fourth impedances on the one hand and of the fifth and sixth impedances on the other hand, these impedances being chosen so that

Z31 1 221 + 22

k = ko = - = - X

Z3 2 Z1 + Z2

2. 2-wire / 4-wire passive differential telephone converter according to claim 1, in which the transformer, seen from the side of the converter has an equivalent resistance of value 2R0 and in which the first and second impedances are resistors of value Rg, characterized in that the third, fourth fifth, and sixth impedances are resistors of respective values R, 2R, R and 2R.

3. Differential converter according to claim 2, wherein the transformer, seen from the converter side, has an inductance L in parallel with said resistor 2RO, characterized in that it further comprises a capacitor in series with each of the fifth and sixth resistanoes, the value of each of these capacitors being chosen such that RC = L / 2RO.