JP2003107115A

JP2003107115A - 回線容量測定回路

Info

Publication number: JP2003107115A
Application number: JP2001300147A
Authority: JP
Inventors: Chiharu Aoki; 千春青木
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】回線の抵抗成分によるオフセットの影響を除
去することが可能な回線容量測定回路を実現する。【解決手段】回線の容量を測定する回線容量測定回路
において、容量を積分容量とする積分手段と、積分手段
に正若しくは負の電圧を交互に印加するスイッチ回路
と、積分手段の出力を第１の基準電圧と比較する第１の
比較手段と、積分手段の出力を第２の基準電圧と比較す
る第２の比較手段と、第１及び第２の比較手段の出力に
基づきゲートを制御してゲートを通過したクロック信号
の数をカウントするカウンタ回路とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電話回線等の回線
の回線長を得るために回線の容量を測定する回線容量測
定回路に関し、特に回線の抵抗成分によるオフセットの
影響を除去することが可能な回線容量測定回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の回線容量測定回路としては直流充
電方式や交流信号用いるもの等が一般的に知られてい
る。図４はこのような従来の直流充電方式の回線容量測
定回路の一例を示す構成ブロック図である。

【０００３】図４において１及び７は定電圧源、２は定
電流を決定するための抵抗、３及び６はスイッチ回路、
４及び８は演算増幅器、５は被測定回線の容量、９はカ
ウンタ回路である。

【０００４】また、１００及び１０１はスイッチ回路の
制御信号、１０２及び１０３はそれぞれ演算増幅器４及
び８の出力信号、１０４はクロック信号である。

【０００５】定電圧源１の一端は抵抗２の一端に接続さ
れ、抵抗２の他端はスイッチ回路３の一端に接続され
る。スイッチ回路３の他端は演算増幅器４の反転入力端
子、容量５の一端及びスイッチ回路６の一端にそれぞれ
接続される。

【０００６】演算増幅器４の出力端子は出力信号１０２
を出力すると共に容量５の他端、スイッチ回路６の他端
及び演算増幅器８の非反転入力端子にそれぞれ接続さ
れ、演算増幅器８の出力端子は出力信号１０３を出力す
ると共にカウンタ回路９に接続され、定電圧源７の一端
が演算増幅器７の反転入力端子に接続される。

【０００７】また、制御信号１００はスイッチ回路３の
制御入力端子及びカウンタ回路９に接続され、制御信号
１０１はスイッチ回路６の制御入力端子に接続され、ク
ロック信号１０４はカウンタ回路９のクロック入力端子
に印加される。

【０００８】さらに、定電圧源１の他端、演算増幅器４
の非反転入力端子及び定電圧源７の他端は接地される。
また、抵抗２、演算増幅器４及び容量５は積分回路を構
成している。

【０００９】ここで、図４に示す従来例の動作を図５を
用いて説明する。図５は従来例の動作を説明するタイミ
ング図である。図５において（ａ）は制御信号１００、
（ｂ）は制御信号１０１、（ｃ）は出力信号１０２、
（ｄ）出力信号１０３、（ｅ）はカウンタ回路のゲート
動作、（ｆ）はゲートを通過したクロック信号である。

【００１０】図５に示すように制御信号１００及び１０
１によりスイッチ回路３及び６は交互に”ＯＮ／ＯＦ
Ｆ”を繰り返す。制御信号１０１は制御信号１００を反
転させた信号であるのでスイッチ回路３及び６が同時
に”ＯＮ”若しくは”ＯＦＦ”になることはない。

【００１１】スイッチ回路３が”ＯＦＦ”でスイッチ回
路６が”ＯＮ”の場合には、抵抗２、演算増幅器４及び
容量５で構成される積分回路には入力電流は印加され
ず、スイッチ回路６の短絡により容量５に充電されてい
る電荷が放電されてリセットされる。

【００１２】例えば、演算増幅器４の非反転入力端子は
接地されているので、当該リセットにより、積分回路の
出力信号１０２は”０Ｖ”になる。このとき、演算増幅
器８の反転入力端子には負電圧”−Ｅ２”が印加されて
いるので演算増幅器８の出力信号１０３は”ハイレベ
ル”になる。

【００１３】一方、スイッチ回路３が”ＯＮ”でスイッ
チ回路６が”ＯＦＦ”の場合には、抵抗２、演算増幅器
４及び容量５で構成される積分回路には定電圧源１の出
力電圧と抵抗２の抵抗値で決定される一定の入力電流が
印加され容量５に電荷が充電されて行く。

【００１４】例えば、図５中”ＳＬ０１”に示すよう
に、抵抗２、演算増幅器４及び容量５で構成される積分
回路の出力信号１０２は容量５への電荷の充電によって
負電圧側に変化して行く。

【００１５】そして、出力信号１０２が定電圧源７の電
圧値”−Ｅ２”よりも小さくなると、演算増幅器８の出
力信号１０３は”ローレベル”に変化する。

【００１６】カウンタ回路９は制御信号１００の立ち上
がりエッジから、出力信号１０３の立ち下がりエッジの
間だけゲートをオープンしクロック信号を通過させてク
ロック信号の数をカウントする。

【００１７】例えば、図５中（ｅ）に示すようにゲート
が動作し、図５中（ｆ）に示すようにゲートを通過した
クロック信号の数をカウントする。

【００１８】定電圧源１の電圧値を”Ｅ１”、抵抗２の
抵抗値を”Ｒ”、容量５の容量値を”Ｃ”、出力信号１
０２の電圧値を”Ｖ１”、スイッチ回路３が”ＯＮ”に
なっている（スイッチ回路６が”ＯＦＦ”になってい
る）時間をＴ”とした場合、抵抗２、演算増幅器４及び
容量５で構成される積分回路に印加される一定の電流
値”Ｉ”は、Ｉ＝Ｅ１／Ｒ（１）となる。

【００１９】この時の出力信号１０２の電圧値”Ｖ１”
は、Ｖ１＝−Ｉ・Ｔ／Ｃ（２）となる。

【００２０】式（２）において”Ｖ１”を一定にすれば
容量値”Ｃ”は時間”Ｔ”に比例するので、一定の入力
電流”Ｉ”を印加して一定電圧”−Ｅ２”に達するまで
の時間を求めることにより回線の容量値を得ることがで
きる。すなわち、図５中の”ΔＴ”の時間を求めること
によって回線の容量値を得ることができる。

【００２１】例えば、入力電流”Ｉ”を”１μＡ”、一
定電圧を”−１Ｖ”とした場合、当該一定電圧に達する
までの時間”Ｔ”が”１ｍｓ”であれば、容量値”Ｃ”
は、Ｃ＝−（１μＡ・１ｍｓ／（−１Ｖ））＝１ｎＦ（３）となる。

【００２２】また、容量の分解能はクロック信号の周波
数によって決まり、例えば、クロック信号の周波数を”
１００ｋＨｚ”とすれば、”１０μｓ”のカウントが可
能になるので、容量の分解能”ΔＣ”は ΔＣ＝−（１μＡ・１０μｓ／（−１Ｖ））＝１０ｐＦ（４）となる。

【００２３】この結果、被測定回線の容量５及び抵抗２
と演算増幅器４により積分回路を構成し、この積分回路
に一定の入力電流を印加して出力が一定電圧に達するま
での時間を求めることにより回線の容量値を得ることが
できる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示す従
来の回線容量測定回路では被測定回線に抵抗成分が存在
する場合、当該抵抗成分に起因したオフセットが発生し
てカウントされる時間に誤差が生じてしまうと言った問
題点があった。

【００２５】例えば、被測定回線に抵抗成分”ｒ”が存
在する場合、式（２）は、Ｖ１’＝−Ｉ・Ｔ／Ｃ−（Ｉ・ｒ）（５）となってしまい、”−（Ｉ・ｒ）”分のオフセットが加
わってしまう。

【００２６】このような状態を図６及び図７を用いて更
に説明する。図６は抵抗成分が存在しない場合の出力信
号１０２の電圧変化を示す説明図、図７は抵抗成分が存
在する場合の出力信号１０２の電圧変化を示す説明図で
ある。

【００２７】図６に示すように抵抗成分が存在しない場
合には、式（５）第２項に示すようなオフセット電圧が
存在しないので、”０Ｖ”から一定電圧である”−Ｅ
２”まで出力信号１０２の電圧値が変動する。

【００２８】一方、図７に示すように抵抗成分が存在す
る場合には、式（５）第２項に示すようなオフセット電
圧が存在するので、”０Ｖ”ではなく”−（Ｉ・ｒ）”
から一定電圧である”−Ｅ２”まで出力信号１０２の電
圧値が変動する。

【００２９】このため、図６における出力が一定電圧に
達するまでの時間”ｔ１”と比較して図７における出力
が一定電圧に達するまでの時間”ｔ２”は短くなってし
まい誤差の要因となってしまう。従って本発明が解決し
ようとする課題は、回線の抵抗成分によるオフセットの
影響を除去することが可能な回線容量測定回路を実現す
ることにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、回線の
容量を測定する回線容量測定回路において、前記容量を
積分容量とする積分手段と、前記積分手段に正若しくは
負の電圧を交互に印加するスイッチ回路と、前記積分手
段の出力を第１の基準電圧と比較する第１の比較手段
と、前記積分手段の出力を第２の基準電圧と比較する第
２の比較手段と、前記第１及び第２の比較手段の出力に
基づきゲートを制御してゲートを通過したクロック信号
の数をカウントするカウンタ回路とを備えたことによ
り、回線の抵抗成分によるオフセットの影響を除去する
ことが可能になる。

【００３１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明である回線容量測定回路において、前記カウンタ回路
が、前記第１の比較手段の出力の立ち上がりエッジから
前記第２の比較手段の出力の立ち上がりエッジまでの間
ゲートを開くことにより、回線の抵抗成分によるオフセ
ットの影響を除去することが可能になる。

【００３２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明である回線容量測定回路において、前記カウンタ回路
が、前記第２の比較手段の出力の立ち上がりエッジが発
生した場合にカウント値の有効性を判断することによ
り、オートレンジでの測定が可能になる。

【００３３】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明である回線容量測定回路において、前記カウンタ回路
が、前記第２比較手段の出力の立ち下がりエッジから前
記第１の比較手段の出力の立ち下がりエッジまでの間ゲ
ートを開くことにより、回線の抵抗成分によるオフセッ
トの影響を除去することが可能になる。

【００３４】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明である回線容量測定回路において、回線の抵抗成分に
よるオフセットの絶対値よりも前記第１の基準電圧の絶
対値が大きく、前記第１の基準電圧の絶対値よりも前記
第２の基準電圧の絶対値が大きい関係を満足することに
より、回線の抵抗成分によるオフセットの影響を除去す
ることが可能になる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係る回線容量測定回路の一実
施例を示す構成ブロック図である。

【００３６】図１において１０，１１，１７及び１９は
定電圧源、１２はスイッチ回路、１３は定電流を決定す
るための抵抗、１４，１６及び１８は演算増幅器、１５
は被測定回線の容量、２０はカウンタ回路である。

【００３７】また、１０５はスイッチ回路１２の制御信
号、１０６，１０７及び１０８はそれぞれ演算増幅器１
４，１６及び１８の出力信号、１０９クロック信号であ
る。

【００３８】さらに、１３及び１４は被測定回線の容量
１５を積分容量とする積分手段５０を、１６及び１７は
比較手段５１を、１８及び１９は比較手段５２をそれぞ
れ構成している。

【００３９】定電圧源１０及び１１の一端はスイッチ回
路１２の２つの入力端子にそれぞれ接続され、スイッチ
回路１２の出力端子は抵抗１３の一端に接続され、抵抗
１３の他端は演算増幅器１４の反転入力端子及び容量５
の一端にそれぞれ接続される。

【００４０】演算増幅器１４の出力端子は出力信号１０
６を出力すると共に容量１５の他端、演算増幅器１６及
び１８の反転入力端子にそれぞれ接続され、演算増幅器
１６の出力端子は出力信号１０７を出力すると共にカウ
ンタ回路２０に接続され、定電圧源１７の一端が演算増
幅器１６の非反転入力端子に接続される。

【００４１】演算増幅器１８の出力端子は出力信号１０
８を出力すると共にカウンタ回路２０に接続され、定電
圧源１９の一端が演算増幅器１８の非反転入力端子に接
続される。

【００４２】また、制御信号１０５はスイッチ回路１２
の制御入力端子に接続され、クロック信号１０９はカウ
ンタ回路２０のクロック入力端子に印加される。

【００４３】さらに、定電圧源１０，１１，１７及び１
９の他端、演算増幅器１４の非反転入力端子は接地され
る。

【００４４】ここで、図１に示す実施例の動作を図２及
び図３を用いて説明する。図２は実施例の動作を説明す
るタイミング図、図３は抵抗成分が存在する場合の出力
信号１０６の電圧変化を示す説明図である。

【００４５】図２において（ａ）は制御信号１０５、
（ｂ）は出力信号１０６、（ｃ）は出力信号１０７、
（ｄ）出力信号１０８、（ｅ）はカウンタ回路のゲート
動作、（ｆ）はゲートを通過したクロック信号である。

【００４６】図２に示すように制御信号１０５によりス
イッチ回路１２は２つの入力端子を交互に選択するの
で、例えば、制御信号１０５が”ローレベル”の時に定
電圧源１０が選択され、制御信号１０５が”ハイレベ
ル”の時に定電圧源１１が選択される。

【００４７】この場合、スイッチ回路１０５が定電圧源
１０を選択した場合には、負の電圧値”−Ｅ３”が積分
手段５０に印加されるので出力信号１０６は図２中”Ｓ
Ｌ１１”に示すように右上がりのスロープとなり、スイ
ッチ回路１０５が定電圧源１１を選択した場合には、正
の電圧値”＋Ｅ３”が積分手段５０に印加されるので出
力信号１０６は図２中”ＳＬ１２”に示すように右下が
りのスロープとなる。

【００４８】例えば、比較手段５１及び５２の基準電圧
である定電圧源１７及び１８の出力電圧値をそれぞれ”
−Ｅ４”及び”−Ｅ５”として両者の大小関係が”−Ｅ
４＞−Ｅ５”であるとする。

【００４９】そして、図２中”ＳＬ１２”に示す右下が
りのスロープにおいて、出力信号１０６が基準電圧であ
る定電圧源１７の電圧値”−Ｅ４”よりも小さくなる
と、演算増幅器１６の出力信号１０７は”ハイレベル”
に変化する。

【００５０】また、図２中”ＳＬ１２”に示す右下がり
のスロープにおいて、出力信号１０６が基準電圧である
定電圧源１８の電圧値”−Ｅ５”よりも小さくなると、
演算増幅器１８の出力信号１０８は”ハイレベル”に変
化する。

【００５１】同様に、図２中”ＳＬ１３”に示す右上が
りのスロープにおいて、出力信号１０６が基準電圧であ
る定電圧源１９の電圧値”−Ｅ５”よりも大きくなる
と、演算増幅器１８の出力信号１０８は”ローレベル”
に変化する。

【００５２】また、図２中”ＳＬ１３”に示す右上がり
のスロープにおいて、出力信号１０６が基準電圧である
定電圧源１７の電圧値”−Ｅ４”よりも大きくなると、
演算増幅器１６の出力信号１０７は”ローレベル”に変
化する。

【００５３】カウンタ回路２０は図２中”ＰＴ１１”に
示す出力信号１０７の立ち上がりエッジから、図２中”
ＰＴ１２”に示す出力信号１０８の立ち上がりエッジの
間だけゲートをオープンしクロック信号を通過させてク
ロック信号の数をカウントする。

【００５４】例えば、図２中（ｅ）に示すようにゲート
が動作し、図２中（ｆ）に示すようにゲートを通過した
クロック信号の数をカウントする。

【００５５】被測定回線に抵抗成分”ｒ”が存在する場
合には、前述の式（５）に示すように”−（Ｉ・ｒ）”
分のオフセットが加わってしまうが、 −Ｉ・ｒ＞−Ｅ４＞−Ｅ５（６）なる関係を満足するように基準電圧である定電圧源１７
及び１９の出力電圧値を設定すれば、出力信号１０７は
図３に示すようになる。

【００５６】言い換えれば、オフセットの絶対値よりも
基準電圧である定電圧源１７の出力電圧値の絶対値が大
きく、さらに、定電圧源１７の出力電圧値の絶対値より
も基準電圧である定電圧源１９の出力電圧値の絶対値が
大きい関係を満足すれば良い。

【００５７】すなわち、図３に示すように抵抗成分が存
在する場合であっても、式（５）第２項に示すようなオ
フセットの存在に関わりなく、基準電圧である”−Ｅ
４”から”−Ｅ５”に変化する間の時間をカウントする
ことになるので、図３中”ｔ３”に示す時間はオフセッ
トの影響を受けることがなくなる。

【００５８】この結果、被測定回線の容量１５及び抵抗
１３と演算増幅器１４により積分回路を構成し、この積
分回路に正負の電流を交互に印加して出力が設定された
２つの基準電圧の間にある時間を求めることにより、回
線の抵抗成分によるオフセットの影響を除去することが
可能になる。

【００５９】なお、演算増幅器１９の出力信号１０８の
変化の有無により、カウンタ回路２０でのカウント値の
有効性を判断しても構わない。

【００６０】すなわち、印加した電流が小さい場合や、
被測定回線の容量値が大きい場合等には出力信号１０６
が定電圧源１９の基準電圧である出力電圧値”−Ｅ５”
まで達しないことがある。

【００６１】そこで、演算増幅器１９の出力信号１０８
が”ハイレベル”に変化しない場合はカウント値を無効
と判断し、演算増幅器１９の出力信号１０８が”ハイレ
ベル”に変化した場合にはカウント値を有効と判断する
ことにより、自動的にカウント値の有効性を判断するこ
とが可能になるので、オートレンジでの測定が可能にな
る。

【００６２】また、カウント値の有効性の判断はカウン
タ回路２０自身が判断しても構わないし、図示しない他
の制御回路等が判断しても構わない。

【００６３】また、図１の説明に際して、カウンタ回路
２０は図２中”ＰＴ１１”に示す出力信号１０７の立ち
上がりエッジから、図２中”ＰＴ１２”に示す出力信号
１０８の立ち上がりエッジの間だけゲートをオープンし
クロック信号を通過させてクロック信号の数をカウント
しているが、図２中”ＰＴ１３”に示す出力信号１０８
の立ち下がりエッジから、図２中”ＰＴ１４”に示す出
力信号１０７の立ち下がりエッジの間でもゲートをオー
プンしクロック信号を通過させてクロック信号の数をカ
ウントしても構わない。

【００６４】すなわち、比較手段５１及び５２の立ち下
がりエッジの間の時間も測定することにより、制御信号
１０５の１周期において２回の測定が可能になるので測
定の高速化を図ることが可能になる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１，２，
４及び請求項５の発明によれば、被測定回線の容量及び
抵抗と演算増幅器により積分回路を構成し、この積分回
路に正負の電流を交互に印加して出力が設定された２つ
の基準電圧の間にある時間を求めることにより、回線の
抵抗成分によるオフセットの影響を除去することが可能
になる。

【００６６】また、請求項３の発明によれば、出力信号
１０８が”ハイレベル”に変化しない場合はカウント値
を無効と判断し、出力信号１０８が”ハイレベル”に変
化した場合にはカウント値を有効と判断することによ
り、自動的にカウント値の有効性を判断することが可能
になるので、オートレンジでの測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回線容量測定回路の一実施例を示
す構成ブロック図である。

【図２】実施例の動作を説明するタイミング図である。

【図３】抵抗成分が存在する場合の出力信号１０６の電
圧変化を示す説明図である。

【図４】従来の直流充電方式の回線容量測定回路の一例
を示す構成ブロック図である。

【図５】従来例の動作を説明するタイミング図である。

【図６】抵抗成分が存在しない場合の出力信号１０２の
電圧変化を示す説明図である。

【図７】抵抗成分が存在する場合の出力信号１０２の電
圧変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１，７，１０，１１，１７，１９定電圧源２，１３抵抗３，６，１２スイッチ回路４，８，１４，１６，１８演算増幅器５，１５容量９，２０カウンタ回路５０積分手段５１，５２比較手段１００，１０１，１０５制御信号１０２，１０３，１０６，１０７，１０８出力信号１０４，１０９クロック信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回線の容量を測定する回線容量測定回路に
おいて、前記容量を積分容量とする積分手段と、前記積分手段に正若しくは負の電圧を交互に印加するス
イッチ回路と、前記積分手段の出力を第１の基準電圧と比較する第１の
比較手段と、前記積分手段の出力を第２の基準電圧と比較する第２の
比較手段と、前記第１及び第２の比較手段の出力に基づきゲートを制
御してゲートを通過したクロック信号の数をカウントす
るカウンタ回路とを備えたことを特徴とする回線容量測
定回路。
【請求項２】前記カウンタ回路が、前記第１の比較手段の出力の立ち上がりエッジから前記
第２の比較手段の出力の立ち上がりエッジまでの間ゲー
トを開くことを特徴とする請求項１記載の回線容量測定
回路。
【請求項３】前記カウンタ回路が、前記第２の比較手段の出力の立ち上がりエッジが発生し
た場合にカウント値の有効性を判断することを特徴とす
る請求項２記載の回線容量測定回路。
【請求項４】前記カウンタ回路が、前記第２比較手段の出力の立ち下がりエッジから前記第
１の比較手段の出力の立ち下がりエッジまでの間ゲート
を開くことを特徴とする請求項１記載の回線容量測定回
路。
【請求項５】回線の抵抗成分によるオフセットの絶対値
よりも前記第１の基準電圧の絶対値が大きく、前記第１
の基準電圧の絶対値よりも前記第２の基準電圧の絶対値
が大きい関係を満足することを特徴とする請求項１記載
の回線容量測定回路。