JP4196102B2 - 信号伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流外部電源で駆動される信号伝送装置に関し、特に、信号伝送の対象となる伝送装置に、極性の反転された交流電源が供給されたときにも、伝送線を流れるリーク電流によるノイズの影響を抑制した信号伝送装置に関する。

図１２は、伝送装置として、テレビインターホンシステムを説明する図面である。
このシステムは主に家庭用であり、一対の伝送線３を介して互いに並列接続されているモニタ付親機１００ａ、モニタ付副親機１００ｂは、電源コンセント２ａ、２ｂへ電源コード先端のプラグを差し込まれ、商用１００Ｖの単相交流電源を受けて動作している。
モニタ付親機１００ａは、例えば居間などに設置されており、住戸の門扉などに設置されているカメラ付子機４００の呼出ボタン４０１の押下を検知すれば、スピーカ１２８ａを鳴動させて来客を家人に報知し、ＬＣＤモニタ１２６ａを起動して、カメラ付子機４００のカメラ４０２で撮影した来客の映像表示を開始する。このような来客の呼出しに対して、家人がモニタ付親機１００ａの操作ボタン１２４ａによって応答操作すれば、スピーカ１２８ａ、マイク１２８ｂとを用いて来客とのハンズフリー通話を開始させる。
モニタ付副親機１００ｂは、台所などに配置されており、モニタ付親機１００ａと同等の通話機能を有する。

通話副親機１００ｃは、居室などに配置されており、訪問者の映像表示を表示する機能はないが、それ以外の機能は、モニタ付親機１００ａと同等である。更に、モニタ付親機１００ａ、モニタ付副親機１００ｂ、通話副親機１００ｃは、互いに内線通話をすることもできる。
このようなインターホンシステムでは、伝送線３には、音声信号、映像信号、制御信号が、図１１のように周波数分割多重方式で送受信されており、その信号のうち、音声信号は、周波数変調されないベースバンド信号となっている。
特許文献１には、このようなインターホンシステムにおいて、モニタテレビ回路部と電話回路部との間の信号伝送を、交流電源に対して高インピーダンスを有した絶縁トランスやフォトカプラを介して行なうことによって、電話回線側の接地と交流電源側の接地とを完全に分離させたモニタテレビ付電話機が提案されている。
特開平６−１１３０２６号

ところで、一般の家庭などでは、単相３線式電力線の中性線（０）と２本の電圧線（＋、−）の一方を組み合わせて１００Ｖのコンセントとしており、電圧線（＋）と電圧線（−）は、互いに逆位相の交流電圧となっている。
そのため、家屋の各コンセントには、その２通りの組み合わせ、すなわち中性線（０）−電圧線（＋）、中性線（０）−電圧線（−）いずれかが配線施工され、このとき、前者の組み合わせを配線されたコンセントと、後者の組み合わせを配線されたコンセントとは、互いに逆位相の交流電源となる。
従って、このような場合には、モニタ付親機１００ａとモニタ付副親機１００ｂとの配置により、それらが互いに逆位相の交流電源で駆動される場合が起き、そのような電源供給を受けたモニタ付親機１００ａと、モニタ付副親機１００ｂとにはグランドレベル間で電圧差が交流電源周期で発生し、伝送線３にリーク電流を生じさせる。そして、この場合のリーク電流は、電圧線（＋）→モニタ付親機１００ａのグランドレベル→伝送線３→モニタ付副親機１００ｂのグランドレベル→電圧線（−）の経路を交流電源の周波数で往復し、このリーク電流の高調波が信号伝送にノイズ障害を起こし、特に通話音声に電源周波数の高調波成分を含むノイズが発生してしまうなどの問題があった。
しかしながら、前述の特許文献１では、伝送装置内部において、電話回線側の接地と交流電源側の接地とが交流電源に対して分離されるので、電話回線側の接地電位と交流電源側の接地電位との電位差に起因する雑音電流を遮断する利点はあるが、互いに逆位相の外部電源に接続された信号伝送装置間の伝送線を流れるリーク電流については何ら考慮されていない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、単相３線式電力線を電源設備として利用した場合に、互いに逆位相の交流電源で駆動される伝送装置同士が伝送線を通じて信号を送受信しても、伝送線のリーク電流による信号伝送のノイズ障害を抑制し得る新規な構成の信号伝送装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１では、単相３線の電力線から供給される交流電力を受電して動作電源とし、前記単相３線の電力線から供給される交流電力の周波数を含む周波数帯の伝送信号を、単相３線の電力線とは異なる伝送線を介して伝送する、第一および第二の信号伝送装置において、第一の信号伝送装置は、単相３線の電力線のうち、中性線と、中性線以外の互いに極性が相反する２本の電力供給線のうちの一方の電力線とに接続されて、この中性線と一方の電力線とを介して交流電力を供給されており、第二の信号伝送装置は、単相３線の電力線のうち、中性線と、前記一方の電力線とは異なる他方の電力線とに接続されて、この中性線と一方の電力線とを介して交流電力を供給されており、第一および第二の信号伝送装置のそれぞれは、単相３線の電力線と接続する電源受電端子である一対の電源端子のそれぞれに、一端を装置のグランドレベルに接続したコンデンサを接続し、該一対の電源端子より交流電源の供給を受けて第１次の直流電源を生成する電源部と、この電源部に絶縁された第２次の直流電源を生成する絶縁型スイッチングレギュレータと、上記伝送線に接続される一対の送受信端子を有し、上記絶縁型スイッチングレギュレータから第２次の直流電源を受けて作動して、上記伝送線上に信号を送受信させる伝送回路部とを備える。
ここに、本発明でいう装置のグランドレベルは、伝送装置の回路電源の基準電圧を意味するもので、筺体接地や地面接地されているものに限定されない。また、絶縁型スイッチングレギュレータも接触型巻線、非接触型巻線に限定されない。

請求項２では、上記絶縁型スイッチングレギュレータは、特に非接触型巻線を用いた絶縁トランスを有した構成にしている。この構成では、フォトカプラＰＣの発光部と受光部とを別体として、絶縁型スイッチングレギュレータの共振・駆動回路部と受電回路部との電気的な結合を完全に分離させているので、本発明の効果がより一層発揮される。

請求項１、２の本発明によれば、第２次の直流電源は、絶縁型スイッチングレギュレータによって、第１次の直流電源から絶縁されているから、第１次の直流電源のグランドレベルの電圧が交流電源との容量結合で変動しても、第２次の直流電源のグランドレベルの変動は極めて小さくなる。
そのため、互いに逆位相の交流電源で駆動されている伝送装置同士が信号を送受信しても、伝送線のリーク電流が防止され、信号伝送のノイズ障害が抑制できる。
更に請求項２によれば、絶縁型スイッチングレギュレータは、非接触型巻線を用いた絶縁トランスによって第１次の直流電源と第２次の直流電源とを絶縁しているから、その絶縁がより良好となって上記効果が更に増大する。
本発明は、このような原理によって、伝送線を通じる信号にノイズが乗ることが効果的に防止できるので、通話のない場合にも音声信号を増幅して出力させる必要のある同時通話型のハンズフリー型のインターホンシステムなどに適用すれば特に有効である。

以下、本発明の信号伝送装置の一実施例を図について説明する。
図１は、モニタ付親機１ａとモニタ付副親機１ｂとの接続関係を説明する図面である。
モニタ付親機１ａの一対の電源端子Ｔ１ａ、Ｔ２ａは、単相３線式電力線の地面接地された中性線（０）と電圧線（＋）による交流電源と接続され、モニタ付副親機１ｂの一対の電源端子Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂは、単相３線式電力線の中性線（０）と電圧線（−）による交流電源と接続されている。
より具体的には、モニタ付親機１ａから導出される電源コードのプラグが差し込まれた電源コンセント２ａには、１００Ｖ交流電源として、家屋分電盤から単相３線式電力線の中性線（０）と電圧線（＋）が配線施工されており、モニタ付副親機１ｂから導出される電源コードのプラグが差し込まれた電源コンセント２ｂには、単相３線式電力線の中性線（０）と電圧線（−）が配線施工されている（図１０参照）。
従って、中性線（０）は地面接地され、一方の電圧線（＋）と他方の電圧線（−）は、互いに反転位相の１００Ｖ交流電圧が印加されているから、モニタ付親機１ａとモニタ付副親機１ｂとは、互いに逆位相の交流電圧が供給されている。
したがって、このような接続状態で、モニタ付親機１ａとモニタ付副親機１ｂとが伝送線３を通じて内線通話を行うなどして信号を送受すれば、前述した理由によってグランドレベル間で電圧差を生じ、伝送線３を流れる電源周波数の交流リーク電流を生じさせる原因となり、その結果、低周波数側のベースバンドで伝送される音声信号が、高周波に変調されている映像信号や制御信号よりも大きく影響を受けることになる。

しかしながら、本発明の実施例では、モニタ付親機１ａにおいて、上述のように電源部１１における交流電源との容量結合により、グランドレベル（Ｇ０）が電圧線（＋）の電圧変化から影響を受けて交流周波数で変動しても、第２次の直流電源（Ｖ１）並びに、その回路電源のグランドレベル（Ｇ１）は、絶縁型スイッチングレギュレータ３７Ａ（図では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータとして示している）によって、上記したグランドレベル（Ｇ０）並びに第１次電源（Ｖ０）から絶縁されている。
そのため、第２次の直流電源（Ｖ１）あるいは、そのグランドレベル（Ｇ１）の変動は極めて小さくなる。また、モニタ付副親機１ｂ側においても、同様に第２次の直流電源（Ｖ２）あるいはそのグランドレベル（Ｇ２）の変動は極めて小さい。
従って、モニタ付親機１ａにおいてスイッチングレギュレータ３７Ａから第２次の直流電源（Ｖ１）を受けて駆動される伝送回路部１２と、モニタ付副親機１ｂにおいてスイッチングレギュレータ３７Ａから第２次の直流電源（Ｖ２）を受けて駆動される伝送回路部１２とを互いに接続した伝送線３には、交流のリーク電流がほとんど流れず、したがって、このリーク電流による電圧を音声信号として再生して、通話音声が劣化させることは無く、具体的現象としてのノイズが効果的に抑制される。

次に、本発明を適用したモニタ付親機１ａと、モニタ付副親機１ｂの変形例について説明する。
変形例であるモニタ付親機は、上述したモニタ付親機１ａと異なる構成の絶縁型スイッチングレギュレータを備えているが、他の構成要素は、従前のモニタ付親機１ａと共通である。また、この点はモニタ付副親機についても同様である。

図２は、モニタ付親機１ａの構成を示すブロック図である。
モニタ親機１ａは、交流電源に接続される一対の電源端子Ｔ１ａ、Ｔ２ａと、伝送線３を導出する一対の送受信端子Ｔ３ａ、Ｔ４ａと、交流電源を整流して第１次の直流電源（Ｖ０）を生成する電源部１１と、この第１次の直流電源Ｖ０を第２次の直流電源Ｖ１に変換生成する絶縁型スイッチングレギュレータ３７Ａと、第２次の直流電源（Ｖ１）を受けて作動し、制御部１３と受像部１４と通話部１５とを作動して信号を送受信するための伝送回路部１２とを備え、更に、一対の送受信端子Ｔ３ａ、Ｔ４ａに伝送線を介して接続されたカメラ付子機４や通話副親機１ｃのための電源を供給する給電部１６を備えている。

図３は、モニタ付副親機の構成を説明するブロック図である。
モニタ付副親機１ｂは、給電部１６を有さない点を除けば、モニタ付親機１ａと共通である。したがって、モニタ付親機１ａと共通の構成要素には同一の参照符号を付け、詳細な説明は省略する。
また、このモニタ付副親機１ｂでは、第１次の直流電源、第２の直流電源をそれぞれ、Ｖ０’、Ｖ２とし、それぞれのグランドレベルをＧ０’、Ｇ２として示している。
なお、モニタ付副親機１ｂにおいては、Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂが一対の電源端子、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂが一対の送受信端子になっている。

図４は、電源部の構成を説明するブロック図である。
電源部１１では、一対の電源端子Ｔ１ａ、Ｔ２ａと、スイッチング電源回路２１がコモンモードチョークコイルＬを介して接続されている。スイッチング電源回路２１は、交流電源をスイッチングして、直流電源（Ｖ０）を生成出力し、グランドレベルをＧ０としている。
このスイッチング電源回路２１は、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を介して、交流電源間を接続しており、それらの共通接続点をグランドレベル（Ｇ０）に接続することで、一対の電源端子Ｔ１ａ、Ｔ２ａをグランドレベルに接続している。
ここに、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２は高周波スイッチングノイズを吸収するものであり、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２はそれぞれが独立してグランドレベルに接続されていてもよい。
なお、内部電源回路２１は、図例ではスイッチング電源回路２１で構成しているが、そのようなものには限定されず、外部からの交流電源の供給を受けて、整流して、直流電源を出力するものであればよい。

図５は、制御部の構成を説明するブロック図である。
制御部１３は、シリアル通信を行う非同期シリアル送受信器２２と、必要な表示を行うための表示ＬＥＤ２３と、使用者が操作を入力する操作ボタン２４とが、装置制御を行うＣＰＵ２５に接続されている。ＣＰＵ２５は、ソフトウェアによって装置の他の部分を制御する。

図６は、受像部の構成を説明するブロック図である。
受像部１４は、訪問者の映像を表示するＬＣＤモニタ２６がビデオ信号を処理して映像を表示させるビデオ回路２７に接続されている。

図７は、通話部の構成を説明するブロック図である。
通話部１５は、音声を入力して音声信号と成す集音マイク２８が第１の音声スイッチ２９と接続され、音声信号によって鳴動し、音声を出力するスピーカ３０が第２の音声スイッチ３１と接続されている。第１の音声スイッチ２９と第２の音声スイッチ３１は、スイッチ制御回路３２によって利得を調整制御されて、ハンズフリーの交互通話を可能にしている。他の構成として、音声スイッチ２９、３１の代わりにエコーキャンセラを設ければ、相互に同時通話する構成にもできる。
従来、音声スイッチを用いた交互通話回路やエコーキャンセラを用いたハンズフリーインターホンでは、通話中のノイズはその通話信号に隠れているが、無音になって通話信号がなくなると現れていた。そのため通話の語尾や、通話信号のないときにノイズが聞こえたりするなど、特に無音時に気になるようなリーク電流によるノイズ障害の問題があったが、本発明を適用すれば、そのようなノイズ障害は無く、クリアな通話が可能となる

図８は伝送回路部の基本構成を説明するブロック図である。
この図に示す伝送回路部１２は、伝送線３に接続された一対の送受信端子Ｔ３ａ、Ｔ４ａに、直流遮断用のコンデンサＣａ，Ｃｂを介して、周波数多重化された映像信号、音声信号、制御信号を混合分離する混合分離器３３を接続して構成している。このコンデンサＣａ、Ｃｂは、伝送線３に直流電源が接続され、伝送線３を通じた電源の供給が行われる場合には、直流遮断のために必要であるが、そのような直流遮断を行わない場合は、省略されてもよい。
ここに、混合分離器３３は、バンドパスフィルタ回路などで形成されており、制御信号を複変調する制御信号復変調回路３４、映像信号を復調する映像信号復調回路３５、音声信号を増幅通過させる音声増幅回路３６と接続されている。
また、制御信号復変調回路３４は、制御部１３の非同期シリアル送受信器２２と制御信号を送受信する。映像信号復調回路３５は、受像部１４のビデオ回路２７へ映像信号を送信する。音声増幅回路３６は、通話部１５に対して通話のための音声信号を送受信する。

図９Ａは、絶縁型スイッチングレギュレータの構成を説明するブロック図である。
絶縁型スイッチングレギュレータ３７Ａは、コントローラ３８ａを含んだ共振・駆動回路部３８と、受電回路部３９とが絶縁トランスＴｚで絶縁されている。
共振・駆動回路部３８は、電源部１１からの第１次直流電源Ｖ０を受けて駆動され、そのフィードバックに応じて、絶縁トランスＴｚを交流駆動している。
受電回路部３９では、ダイオードＤとコンデンサＣ３は絶縁トランスＴｚからの交流電流を整流し、第２次の直流電源Ｖ１を生成している。更に、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は第２次の直流電源Ｖ１からフォトカプラＰＣの駆動電圧を生成し、フォトカプラＰＣを介して共振・駆動回路部３８へ第２次の直流電源Ｖ１の電圧レベルをフィードバックしている。
このような構成によって、第２次の直流電源Ｖ１は、電源部１１より出力された第１次の直流電源Ｖ０とは絶縁され、絶縁トランスＴｚとして、接触型巻線を用いたものを使用することができる。

図９Ｂは、他例のスイッチングレギュレータ３７Ｂの構成を説明するブロック図である。
スイッチングレギュレータ３７Ｂは、この例では、非接触型巻線を用いた絶縁トランスＴｚ’を有している点に特徴がある。
図９Ａと同様に、コントローラ３８ａを含んだ共振・駆動回路部３８と、受電回路部３９で構成され、その他の構成要素は、従前のスイッチングレギュレータ３７Ａと共通であるから、同一の参照符号を付け、説明を略する。この絶縁トランスＴｚ’においては、非接触型巻線同士の容量結合が減少しているから、第１次の直流電源Ｖ０と第２次の直流電源Ｖ１との絶縁がより良好になる。またこの構成では、フォトカプラＰＣの発光部と受光部とを別体とし、共振・駆動回路部３８と受電回路部３９との電気的な結合を完全に分離しているので、本発明の効果が一層発揮されることになる。

最後に、本発明の伝送装置を適用したハンズフリーテレビインターホンシステムについて説明する。
図１０は、このシステムの全体構成を示している。
このシステムは主に家庭用であり、一対の伝送線３を介して互いに並列接続されているモニタ付親機１ａ、モニタ付副親機１ｂは、電源コンセント２ａ、２ｂへ電源コード先端のプラグＴ１ａ，Ｔ１ｂを差し込まれ、商用１００Ｖの交流電源を受けている。
モニタ付親機１ａは、例えば居間などに設置されており、住戸の門扉に設置されているカメラ付子機４の呼出ボタン４１の押下を検知すれば、スピーカ２８ａを鳴動させて来客を家人に報知し、ＬＣＤモニタ２６ａを起動して、カメラ付子機４のカメラ４２で撮影した来客の映像表示を開始する。そして、家人がモニタ付親機１ａの操作ボタン２４ａによって応答操作すれば、スピーカ２８ａ、マイク２８ｂを通じて来客とのハンズフリー通話を開始させる。
一方のモニタ付副親機１ｂは、台所などに配置されており、モニタ付親機１ａと同等の通話機能を有する。通話副親機１ｃは、居室などに配置されており、訪問者の映像表示を表示する機能はないが、それ以外の通話機能は、モニタ付親機１ａと同等である。
更に、モニタ付親機１ａ、モニタ付副親機１ｂ、通話副親機１ｃは、互いに内線通話をすることもできる。

図１１は、テレビインターホンシステムで使用される周波数分割多重方式の信号伝送における各信号帯域を説明する図である。
伝送線３には、音声信号、映像信号、制御信号が、周波数分割多重方式で送受信されている。その信号のうち、音声信号は、周波数変調されないベースバンド信号になっている。なお、この図は概念的なものであるから、音声信号、映像信号、制御信号の帯域、及び信号レベルは同一レベルとして表現されている。

本発明を適用したハンズフリーインターホンシステムの基本構成を説明するブロック図である。 本発明を適用した他例のハンズフリーインターホンシステムの基本構成を説明するブロック図である。 本発明の実施例モニタ付副親機の構成を説明するブロック図である。 電源部の構成を説明するブロック図である。 制御部の構成を説明するブロック図である。 受像部の構成を説明するブロック図である。 通話部の構成を説明するブロック図である。 伝送回路部の構成を説明するブロック図である。 スイッチングレギュレータの構成を説明するブロック図である。 スイッチングレギュレータの他例の構成を説明するブロック図であるる。 本発明を適用したハンズフリーテレビインターホンシステムの基本構成を説明する概念図である。 周波数分割多重方式の信号伝送における各信号帯域を説明する図面である。 従来のハンズフリーインターホンシステムの基本構成を説明する概念図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 信号伝送装置（インターホンシステム親機、副親機）
２ａ、２ｂ 交流電源
３ 伝送線
１１ 電源部
１２ 伝送回路部
３７Ａ、３７Ｂ 絶縁型スイッチングレギュレータ
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｔ１ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ 一対の電源端子
Ｔ３ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ 一対の送受信端子
Ｔｚ、Ｔｚ’ 絶縁トランス

Claims (2)

1. 単相３線の電力線から供給される交流電力を受電して動作電源とし、
   前記単相３線の電力線から供給される交流電力の周波数を含む周波数帯の伝送信号を、単相３線の電力線とは異なる伝送線を介して伝送する、
   第一および第二の信号伝送装置であって、
   第一の信号伝送装置は、
   単相３線の電力線のうち、中性線と、中性線以外の互いに極性が相反する２本の電力供給線のうちの一方の電力線とに接続されて、この中性線と一方の電力線とを介して交流電力を供給されており、
   第二の信号伝送装置は、
   単相３線の電力線のうち、中性線と、前記一方の電力線とは異なる他方の電力線とに接続されて、この中性線と一方の電力線とを介して交流電力を供給されており、
   第一および第二の信号伝送装置のそれぞれは、
   単相３線の電力線と接続する電源受電端子である一対の電源端子のそれぞれに、一端を装置のグランドレベルに接続したコンデンサを接続し、該一対の電源端子より交流電源の供給を受けて第１次の直流電源を生成する電源部と、
   この電源部に絶縁された第２次の直流電源を生成する絶縁型スイッチングレギュレータと、
   上記伝送線に接続される一対の送受信端子を有し、上記絶縁型スイッチングレギュレータから第２次の直流電源を受けて作動して、上記伝送線上に信号を送受信させる伝送回路部とを備えることを特徴とする、第一および第二の信号伝送装置。
2. 請求項１において、上記絶縁型スイッチングレギュレータは非接触型巻線を用いた絶縁トランスを有することを特徴とする、第一および第二の信号伝送装置。

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