JP2507872Y2 - 通信装置間の接続回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は平衡データ伝送を提供す
る回路に関し、より詳細に現存する電話線において伝送
を平衡させ電話線における共通モード電流を抑圧する回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の撚線対ワイヤで高速データを伝送
する際の問題の厳しさは相当なものである。これらの問
題は様々な条件で起きるもので、ワイヤの容量（長さと
ともに増加）、被覆していないワイヤの、誘導電圧（容
量性または誘導性結合）を拾いやすい傾向などが含まれ
る。加えてオペレータによるカーペットの摩擦等で機器
にもたらされる数キロボルトにも及ぶ静電気による放電
（静電放電）のために、機器の限度を超える共通モード
電圧をワイヤ対に課すことで伝送エラーを引起すことに
なる。多くのシステムでは平衡信号対に依存しているの
で、導体上の電圧が非平衡な状態になると厳しい衝撃を
与える。バラン回路（balun circuit)として知られるよ
うになった回路を用いてそのような伝送ラインを平衡さ
せるために長年にわたって多くの試みがなされた。バラ
ン（balun)という用語は、balanced-unbalanced から来
ている。バラン回路の多くは各巻線につき１信号ワイヤ
の割合でコイル巻線を介して両方の信号ワイヤを通過さ
せるインダクタンスコイルを備えている。これらの巻線
の位相は差分データ信号は抵抗なく通過するのに対し共
通モード干渉は除去されるように工夫されている。静電
放電によりバランコイルは多くの理由で満足できるもの
でないことが判っている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】本考案の目的は、静電
放電のような一時的過電圧が通信機器にもたらされて
も、その間の通信信号の品質を維持するために過電圧を
抑制することができる通信装置間の接続回路を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本考案は上記目的に鑑み
てなされたもので、その要旨は、通信ラインにおける２
個の通信装置間の接続を行う回路において、該通信ライ
ンは、該通信装置間で通信信号を搬送するための少なく
とも１本の信号リードと、該通信装置との接続のための
少なくとも１本のアースリードとを有し、該回路は、該
信号リードと該アースリードとに関連して設定されるイ
ンダクタンスを含む線型一時的過電圧保護回路を形成
し、該インダクタンスは、実質的に同じ大きさの電圧が
該信号リードと該アースリード上に生成されるよう結合
されて該信号リードとアースリードのいずれかにおける
一時的過電圧の生起の際に該搬送通信信号の品質を維持
するようにしており、そして該回路は複数の直列に接続
されたインダクタからなり、各インダクタは該信号リー
ドとアースリードで巻回されたものであって該インダク
タのいずれの巻回も１つの相を有している通信装置間の
接続回路にある。

【０００５】ここで、インダクタンスは巻線間容量を低
くするためにリードが巻回されたインダクタンスコアに
より生成することができる。この場合、該コアはフェラ
イト材料から作られることが好ましい。

【０００６】また、インダクタンスは各コアにおける巻
線間容量を低くするためにかつ別々のコア巻線間の容量
を低くするために、各々に該リードが１回だけ巻かれて
いる複数のコアにより生成することもできる。この場
合、信号リードはバランコイルの巻線に電気的に接続す
るとよい。

【０００７】さらに、信号リードと該アースリードはそ
れぞれが複数のリードであり、該インダクタンスは該リ
ードのうちの１本について生起される電圧が他の全ての
リードについても実質的に同一の大きさでかつ同一の極
性で生起されるように、互いに結合することができる。
この場合、該コアは一時的過電圧の高周波成分を除くた
めにフェライト材料から作ることができる。

【０００８】また、信号リードとアースリードとの間に
接続された、上記生起電圧の高周波成分を減少させる手
段を含むことができる。

【０００９】なお、本考案者は上記目的を鑑みて、従来
型のバラントランスに用いることができ、かつ静電電圧
に対する保護回路を含む回路を設計した。この回路は長
いワイヤ距離にも短いワイヤ距離にも適している。本構
成では一連のフェライトコアを介してさらに２組の撚線
対を通過させる。フェライトコアから出るこれらの撚線
ワイヤ対は一方がアースに接続され、信号搬送撚線対の
方（平衡信号の双方の部分を搬送する）は小信号バラン
コイルを介してパルス整形回路と低域通過フィルタに接
続されるように終端される。

【００１０】本構成を用いるとケーブルの遠端にある装
置間のポテンシャルの差により全てのリードで電圧が平
等に誘導される。ライン長が大きく従って容量が大きい
場合の補助のためにインダクタンスと抵抗を加えるのに
スイッチが使用される。こうして信号は被覆したケーブ
ルを介して受信端に伝送される。

【００１１】

【実施例】本考案の概念をバラン回路に実際に適用する
ことを論議する前にこの概念の基礎となる原理を理解す
ることが手助けとなると思われる。図３に示す、信号路
の一方から成る簡略化回路を参照する。静電放電（ＥＳ
Ｄ）の間及び後、放電電流は端局１１から３つの経路を
通って流れ出る。予期されるように放電電流のほとんど
は電力コードの緑色アース導線を通って端局から建物の
アースへ流れる。これは電流１１で示す。いくらかの電
流１２はアース導線を流れ、電流１３は信号導線を通っ
て制御器１２へ流れ制御器のアース接続を通ってアース
へ流れる。電流１３により負荷抵抗３Ｒ１及び３Ｒ２の
両端にデータ受信器の共通モード範囲を超える電圧が容
易に発生する。この共通モード範囲は通常の５ボルト電
源の装置の場合約３ボルトであり、直接にラインに結合
される。電流１３はＥＳＤの結果、端局１１と制御器１
２との間にポテンシャルの差が生じるから流れるもので
ある。デバイス間を流れる全電流は１２と１３とに分割
される。

【００１２】本考案の基礎となる解決策は図４の簡略化
回路に示される。本考案に従うと、インダクタ４Ｌｌ
ａ、４Ｌ２ａ、４Ｌｌｃ及び４Ｌ２ｃの配置は、図４に
示されているように単一相であるインダクタの磁気結合
がインダクタをして信号線間に誘起信号電圧ＶＳ（esd)
を生じさせそしてアース線間に誘起アース電圧ＶＧ(es
d）を生じさせるようになっている。各線の（実質的に
等しい）誘起電圧の極性と値は、ループ上の電圧が加算
されたとき、誘起電圧ＶＳ（esd)がＶＧ(esd）の一部を
打消してＶＳとＶＧとの間の差成分のみが負荷抵抗４Ｒ
１と４Ｒ２との間で分圧されるようになっている。従っ
て、一時的な過電圧保護が提供され、一方通信信号の品
質を維持する。詳細に述べると、インダクタ４Ｌ１ａ、
４Ｌ２ａ、４Ｌ１ｃ及び４Ｌ２ｃを加えると２通りの効
果がある。第１に直列インピーダンスを加えることによ
り巻線のインダクタンスが制御器１２と端局１１との間
を流れる全電流を減少させるので抵抗４Ｒ１と４Ｒ２に
かかる電圧が低くなる。第２にインダクタはたて方向チ
ョークを形成するように互いに磁気的に結合されて位相
を与えられている。この構成は２つのやり方で動作す
る。第１にインダクタ巻線間の磁気的結合がなければ信
号ワイヤ上のデータ信号は余分なインダクタインピーダ
ンスにより減衰されるであろう。第２に位相によりイン
ダクタは信号ワイヤ上に電圧ＶS （esd)を生じる。電圧
ＶS （esd)は端局と制御器の間でアースワイヤ間に発生
する電圧ＶG （esd)と極性は同じで値は同じ程度であ
る。従ってループ（負荷抵抗４Ｒ１と４Ｒ２を含む）の
周りの電圧を合計すると、誘導電圧ＶS（esd)はＶG （e
sd)の一部を相殺し、その結果ＶS とＶG の差だけが負
荷抵抗４Ｒ１と４Ｒ２の間で分割されることが判る。実
際には伝送ライン効果が加わりより複雑になる。しかし
この簡単な分析の基本原理はより複雑な場合に容易に拡
張できる。

【００１３】フィルタコンデンサ４Ｃ１と４Ｃ２を加え
ると有効データ範囲の上でかなりのＥＳＤエネルギーを
含む周波数をロールオフするのに役立つ。

【００１４】図１に平衡フォーマットの形で端局１１に
データを送信しかつ受信すると仮定される制御器１２を
示す。この例では「平衡」というのは１つのワイヤ上の
信号が他のワイヤ上の信号に関して平衡しているという
意味である。従って、１つのワイヤ上の信号がハイ
（１）であれば、他のワイヤ上の信号はロー（０）であ
る。これらの信号（撚線対１３のリードＡ上に存在す
る）は撚線対の制御器１２の側のバラン回路１０を通過
し、撚線対の端局側のバラン回路１０を通過する。バラ
ン回路間の距離は典型的には約２１０ｍ（７００フィー
ト）で、音声通信に共通して用いられる簡単な撚線対で
つなぐことができる。

【００１５】２番めの撚線対１３Ｂ（または単一の導
線）は第１の信号撚線対と共同して用いられる。この第
２対は端局１１の筺体アースを制御器１２の筺体アース
に接続するのに用いられる。

【００１６】ＥＳＤ電圧はフェライトコアインダクタ２
Ｌ１、２Ｌ２、２Ｌ３及び２Ｌ４により制御される。本
実施例では４個のインダクタを用いる。インダクタの数
はいくつかの因子で決められる。第１に、１つのコア上
のターン間容量は小さくしなければならない（約１p
f）。従って巻数の多い１個のコアの代りに、巻数の少
ないいくつかのコアを用いるべきである。用いるコアの
数はＥＳＤ発生の際に共通モード電圧をデータ受信器に
おいて許容限度内に保つのに充分なものでなくてはなら
ない。典型的には４個ないし８個のコアが必要である。
撚線対Ａ上のデータ信号はフェライトコアを通過する。
図４に関して論議したように、巻線の位相を選択するこ
とによりＥＳＤに伴う悪影響は最小限になる。この２本
の信号リードに関しては極性はフェライトインダクタ２
Ｌ１−２Ｌ４がデータ伝送に対して透明であるように選
ぶ。

【００１７】両方の信号リードがほぼ同一の誘導電圧に
さらされるので、ＥＳＤの結果しとて平衡信号に関して
生成された電圧差は無視できるほどに小さい。これらの
信号はどちらの側であってもアースに対して高いレベル
にあるが、互いの関係では実質的に平衡である。そして
端局１１で再現するためにケーブル１５に与えられる前
にバランインダクタ１Ｔ１に与えられてさらに平衡にさ
れる。

【００１８】バランコイル１Ｔ１は信号リードのみにお
けるデータ信号のたて方向成分を抑圧する作用を行な
う。バランコイル１Ｔ１の設計はよく知られており、小
信号に対する高インダクタンスが必要である。従って、
バランコイルでは巻線の多い小さいコアを用いる（一
方、前述のようにＥＳＤ保護コア２Ｌ１−２Ｌ４では数
ターンしかない、より大きなコアを用いる）。小信号バ
ランコイルの誘導性透過率は典型的にはＥＳＤコアの透
過率よりかなり高い。ＥＳＤコアの目的はターン間容量
を最小限にし、ＥＳＤの間のＥＳＤコアのコア飽和を避
けることにある。

【００１９】スイッチ１ＳＷはバラン回路間の撚線対が
大幅に長いことを示す刺激の結果しとて手動または電子
工学的に作動される。その目的はワイヤが長いために増
加する容量を補償するために回路に抵抗とインダクタン
スを加えることにある。

【００２０】図２にフェライトコアの実際の構成と２組
の撚線対を示す。撚線対は別個の線対でも良いし１つの
ケーブル内に組込んで良く、４個のコア２Ｌ１、２Ｌ
２、２Ｌ３及び２Ｌ４を通過する。多重コアを用いると
ターン間容量が減り、構造の共鳴周波数が上がる。これ
は、ＥＳＤにより発生する周波数成分が高いから重要で
ある。ケーブルは各コアを数回巻き、そして次のコアに
達する。一例として米国のフェアライト社（Fair-Rite
Corporation)から得たタイプ４３のフェライト材料で作
ったコアの周囲に撚線対を４回巻いた。用いたコアは同
社から得られる型番２６４３１６４１５１のものであっ
た。広い周波数範囲にわたって一定の透過率をもつ多く
の材料が使えることに注意されたい。さらに、不可欠で
はないが優れた条件としてインダクタに典型的に関連す
る虚数インピーダンス成分に加えて実数インピーダンス
成分を助長するコア損失物質を用いることがあげられる
であろう。

【００２１】本実施例の回路は端局に送られるデータに
関して示されているが、静電放電電圧が問題を起こすい
かなる環境でも用いられることに注意されたい。この問
題は撚線対を用いる場合でも同軸ケーブルを用いる場合
でも生じ、通信が平衡型のものかあるいは他のモードで
行なわれるのかに関係なく生じる。

【００２２】バラン回路は制御器と端局とに関連して示
したが、それは説明をしやすくするためのものである。
データ通信を行なういかなるデバイスも撚線対に接続で
きる。この接続は図示したような２個のデバイス間でも
できるが、全てが平行または直列に接続された多くのデ
バイス間でも可能である。この実施例ではディジタルデ
ータに焦点を当てているが、本回路はアナログやディジ
タルなど他のどの型の伝送においても機能する。

【００２３】さらに、静電放電電流の問題にしぼって論
議して来たが、通信ライン上のいかなる電圧または電流
サージまたは一時的変化であってもどのようにしてその
サージが発生したかにかかわらず本考案の概念を用いて
制御できる。

【００２４】また、非平衡信号が用いられる回路の場
合、小信号バランコイルをなくし、さらにパルス整形回
路をなくすことにより本発明の回路はサージ保護に用い
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の概念を用いるバラン回路を示す。

【図２】４個のコアの巻線を示す。

【図３】本考案の基礎となる原理を示す。

【図４】本考案の基礎となる原理を示す。

【符号の説明】

１１ 通信装置 ２Ｌ１，２Ｌ２，２Ｌ３，２Ｌ４ インダクタンスコア １０ バラン回路

Claims (8)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信ラインにおける２個の通信装置間の
   接続を行う回路において、 該通信ラインは、該通信装置間で通信信号を搬送するた
   めの少なくとも１本の信号リードと、該通信装置との接
   続のための少なくとも１本のアースリードとを有し、 該回路は、該信号リードと該アースリードとに関連して
   設定されるインダクタンスを含む線型一時的過電圧保護
   回路を形成し、 該インダクタンスは、実質的に同じ大きさの電圧が該信
   号リードと該アースリードとに生成されるよう結合され
   て該信号リードとアースリードのいずれかにおける一時
   的過電圧の生起の間に搬送される通信信号の完全性を維
   持するようにしており、そして該回路は複数の直列に接
   続されたインダクタからなり、各インダクタは該信号リ
   ードとアースリードで巻回されており、該インダクタの
   いずれの巻回も１つの相を有していることを特徴とする
   通信装置間の接続回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回路において、 該インダクタンスは巻線間容量を低くするために該リー
   ドが巻回されたインダクタンスコアにより生成されるこ
   とを特徴とする通信装置間の接続回路。
3. 【請求項３】 請求項１記載の回路において、 該インダクタンスは各コアにおける巻線間容量を低くす
   るためにかつ別々のコア巻線間の容量を低くするため
   に、各々に該リードが１回だけ巻かれている複数のコア
   により生成されることを特徴とする通信装置間の接続回
   路。
4. 【請求項４】 請求項１記載の回路において、 該信号リードと該アースリードはそれぞれが複数のリー
   ドであり、該インダクタンスは該リードのうちの１本に
   ついて生起される電圧が他の全てのリードについても実
   質的に同一の大きさでかつ同一の極性で生起されるよう
   に、互いに結合されていることを特徴とする通信装置間
   の接続回路。
5. 【請求項５】 請求項２記載の回路において、 該コアはフェライト材料から作られることを特徴とする
   通信装置間の接続回路。
6. 【請求項６】 請求項４記載の回路において、 該コアは該一時的過電圧の高周波成分を除くためにフェ
   ライト材料から作られることを特徴とする通信装置間の
   接続回路。
7. 【請求項７】 請求項３記載の回路において、 該信号リードはバランコイルの巻線に電気的に接続され
   ることを特徴とする通信装置間の接続回路。
8. 【請求項８】 請求項１記載の回路において、 該信号リードと該アースリードとの間に接続された、該
   生起電圧の高周波成分を減少させる手段を含むことを特
   徴とする通信装置間の接続回路。