JP4405596B2 - 電気通信回路及び電気通信デバイス - Google Patents

Description

電気通信回路及び電気通信デバイス本発明は、入力インピーダンスを持ち、且つ電流源を含む電気通信回路に関する。
本発明はまた、そのような電気通信回路を有する電話機回路、電話機、及び電気通信デバイスにも関する。
そのような電気通信回路は電話機の分野では米国特許第US-A-5,226,078号から既知であり、該文献ではそれらは交換局と加入者との間を有線で接続するときライン電流を制御するのに有用なツールであるとして記述されている。加入者側の端では、電話機、ファクシミリ等々のような電気通信デバイスはライン送出回路を持たねばならず、それは多数の機能を実行しなければならない。実際の送受信以外に必要な機能の実例は：
- 正確な一定のインピーダンスをもってラインを終端すること；
- 内部デバイスや周辺デバイス用の電源をラインから導入すること；
- ライン電流を送出すべきAC信号で変調すること；
等である。これら必要な機能の詳細は国によってそれぞれ異なるであろう。それらの要求条件は標準として制定されなければならない。しかしその標準といえども頻繁に変更される。国ごとに異なる特性の１つとして終端ラインインピーダンスの値がある。上記の米国特許はオフチップのコンポネントにも言及しており、そのコンポネントは変動する標準の要求する調整を実行するために明らかに必要なものである。
本発明の目的は、少なくとも変動するラインインピーダンスに巧く対処するのに用いることのできる電気通信回路を提供することであって、その対処の仕方は、チップ上の回路コンポネントの所望の集積度には全く影響することなく、上記ラインインピーダンスの変動を滑らかに制御するものである。この目的のために本発明による電気通信回路では、少なくとも２つの電流源は制御電流増幅器であり、それらの制御電流増幅器はそれぞれの電流転送比(current transfer ratios)が上記回路の入力インピーダンスを定めるような仕方で接続されていることを特徴とする。このことは、所要の入力インピーダンスが、単に制御電流増幅器の電流転送比に影響を与えるだけで、調整されることを可能にさせる。制御電流増幅器の電流転送比に影響を与えることは、制御電流増幅器に供給される制御信号を制御するという手段を用いて実現する。この制御信号を用いて、或る特定の国に対する入力インピーダンスが、電気通信回路中で何かを予め設定するとか調整するとかいう必要を伴わずに、所望の値に設定される。このことは、所望の値にプログラムして置くことにより、入力インピーダンスを制御することさえも許容する。
本発明による電気通信回路の極めて簡単な実施例は、少なくとも２つの制御電流増幅器は相互に接続されている出力を持つことを特徴とする。
本発明による電気通信回路のもう１つ別の実施例は、該電気通信回路が１個の入力を持つ更にもう１つの電流増幅器を有し、上記少なくとも２つの制御電流増幅器の２個の出力と上記更にもう１つの電流増幅器の１個の入力とは、電流総和ノード(current summing node)を形成することを特徴とする。このもう１つ別の実施例は電話機で使用するため及び電話機ライン電流を制御するために特に適している。
本発明による更に別の実施例は、上記更にもう１つの電流増幅器が少なくとも２個の出力を持つこと、及び特に、瞬間的にはただ１個の出力だけが出力電流を導通させることを特徴とする。この本発明による電気通信回路の更に別の実施例は、上述の第２の機能として示されたような供給点を設けるために特に有用であって、該供給点は、例えばハンドフリー機能、受話の聴取機能、ダイヤル機能、拡声機能等々のような内部及び周辺回路に給電するのに使用できる。
本発明による電気通信回路のもう１つの実施例は、該電気通信回路がAC電流源を有し、該AC電流源は上記少なくとも２つの制御電流増幅器に少なくとも接続されていることを特徴とする。これはAC電流源がライン電流を、送出すべきAC信号で変調することができるような、上述の第３の機能の要求条件を満たし、結果として複素ライン終端インピ−ダンスにも拘わらずライン電圧の平坦な周波数特性をもたらす。
本発明による電気通信回路の、制御電流増幅器のうちの少なくとも１つの電流転送比は周波数に依存するものであることを特徴とする一実施例により、色々な国の種々の電話機回路の所望の交替スキーム(replacement schemes)がシミュレートできる。
本発明のこれらの及びその他の態様が、以下の実施例の説明により明らかにされる。
図面では：
図１は、本発明による電気通信回路の中で使用される制御電流増幅器の１番目のビルディングブロック図であり、
図２は、本発明による電気通信回路の中で使用される制御電流増幅器の２番目のビルディングブロック図であり、
図３は、本発明による電気通信回路の、可能な１番目の実施例を示す図であり、
図４は、電話機のライン終端インピーダンスの周知の電気的交替スキームを示す図であり、
図５は、図４のスキームをシミュレートするための可能な２番目の実施例による電気通信回路を示す図であり、
図６は、周波数に依存する電流転送比を持つ制御電流増幅器を実現するための電気通信回路を示す図であり、
図７及び図８は、本発明による電気通信回路の３番目及び４番目の実施例をそれぞれ示す図であり、
図９は、そのような回路を持つ電話機の形をした電気通信デバイスを示す図であり、
図10は、制御電流増幅器の可能な実施例を示す図である。
図面中では同じ引用番号は同じ部品を指す。
図１及び図２はそれぞれ１番目のタイプ及び２番目のタイプの、制御電流増幅器１及び２の概略図である。Iin及びIoutは、制御電流増幅器１の入力電流及び出力電流をそれぞれ表す。以後は制御電流増幅器のことを略してCAと記すことにする。１番目のタイプのCA1の入力電流と出力電流の関係は、T1をCA1の電流転送比とするとき
Iout＝T1×Iin
でという式で表すことができる。CA2は２番目のタイプの制御電流増幅器であって、図２に示すように、垂直方向に描いたものと水平方向に描いたものと２個の出力を持ち、それらはそれぞれ電流Iout1及びIout2を運ぶために電位V1及びV2に在る。出力電流の実際の方向は電圧V1及びV2に依存する。もしV1＞V2であるならばIout2＝0となり、それ以外の場合にはIout1＝0となる。CA2に対しては、T2をCA2の電流転送比とするとき、上述の式は
(Iout1又はIout2)＝T2×Iin
となる。
一般的に、CA1,CA2,CA6,CA7,CA12のような制御電流増幅器は、極めて低い入力インピーダンスと極めて高い出力インピーダンスとを持つ。それらの電流転送比は、例えばCA6,CA7のように有限のものからCA12のように実質的に無限のものまでに亙ることができ、この場合にCA12は制御されないであろう。任意のCAの電流転送比は、１より大きいことも１より小さいこともあろうが、例えば電流制御信号、電圧制御信号、等々の任意の制御信号Csを用いてそれに影響を及ぼすことができる。
CAの典型的な概要が図10に示される。このCAは電流制御された電流増幅器の形をしており、この増幅器そのものが「電流利得セル」とか「電流制御された差分電流モード増幅器」とも呼ばれるものである。このCAは、エミッタ結合された２個の制御可能な半導体S1,S2を含み、この半導体はそれぞれダイオード接続された制御入力を持ち、この制御入力にはそれぞれ入って来る電流Iin+/-ΔIinが流れる。S1,S2のそれぞれ主電流ストリームには電流Iout+/-ΔIoutが流れ、またこの場合には電流源Icontrolから制御信号が流出して、これはS1,S2双方のエミッタに接続される。電流転送比Ｔについての関係式は：
Ｔ＝ΔIout／ΔIin＝Iout／Iin＝Icontrol／（2×Iin）
で与えられる。
図３は、両方とも１番目のタイプであるところのCA6及びCA7の出力４及び５のみが互いに直列に接続されている状況に対して可能な電気通信回路３の１番目の実施例を示す。CA6の入力８は一般的にインピーダンスを通してライン端子９に接続されるのであるが、この特定の例では抵抗器Ｒを通してライン端子９に接続されている。ライン端子９の交換局側に、ここでは図式的に示してあるラインインピーダンスＺ-lineがライン電圧源Ｖ-exchと直列に接続されている。CA7の入力10は、ライン端子９と内部ライン端子11とに接続されている。この場合には、もしT12が極めて大きい（実際には無限大）ならば、T6,T7をそれぞれCA6,CA7の電流転送比とするときに、回路３の入力抵抗は：
Ｒ×（T6／T7）
であることを簡単に導くことができる。
電気通信回路３の２番目の実施例では、２番目のタイプであるところのCA12がCA6とCA7のノードに接続される。特にCA12の入力13はCA7の入力５に並列に接続される。CA12は１個の出力14を持ち、これは下側の端子９に接続され、もう１個の出力15は供給端子16に接続され、この供給端子16は、（ここには図示されない）周辺デバイスに電源を供給するために、図式的に示された負荷供給RC結合に接続される。このRC結合には、もし端子11における内部ライン電圧V11が端子16における供給電圧より高いならば、そのときにだけ出力15を通って出力電流が供給され、それ以外のときには出力電流は下側の端子９に流れる。
電気通信回路３の３番目の実施例では、変調AC電流源17が、CA6,CA7のノードに接続され、また変調電流Ｊ-sendを供給するためにできるだけCA12に接続される。例えば音声信号のようなAC信号に対しては、回路３により両端子９の間に合成されたインピーダンスはＺ-lineに等しいこと、また端子９におけるライン電圧Ｖ-lineは次の式：
Ｒ×Ｊ-send／（2×T7）
により近似されること、は立証できる。
図４は、一般に既知の電話のライン終端インピーダンスの周知の電気的交替スキームを示す。これは、直列接続されたコイルＬ及び抵抗器R-1と、抵抗器R-3及びキャパシタＣの並列配置に直列接続された抵抗器R-2との並列結合を含み、該並列結合がライン端子９に接続されている。これは複素終端インピーダンスの場合である。もし終端インピーダンスが実数ならばR-2とＣとは省略される。この電気的交替スキームが図５の各CAの電流転送比の適切な選択によってシミュレートできる、ということは立証される。ここに示される実施例は図３に示すものの拡大で、CA18及びCA19が付け加えられている。CA6,CA7及びCA12とは異なり、CA18及びCA19はいずれも周波数に依存する電流転送比を持ち、それについて以下に説明する。CA18及びCA19の入力20及び21はそれぞれCA6及びCA7の入力８及び10に直列に接続される。出力22及び23はいずれも上述のノードに接続される。分かり易くするために種々の制御入力Csはこの図では省略されている。
CA18及びCA19の複素形式T18及びT19は、（w＝２π×fとするときの）周波数ｗに関して云えば、それぞれ：
T18,19＝T18,19（jw）＝T18,19／（１＋jwτ18,19）
と表すことができ、これは物理的には、T18及びT19が低域通過特性を持ち、それらはそれぞれ時間定数τ18及びτ19を持つ、ことを意味する。
図６は、そのような低域通過特性を持つCAの可能な実施例を示す。これは主要入力24及び主要出力25を有し、それらは丸で囲まれた電流分割手段26,27を用いて相互接続されており、それら電流分割手段は例えば周知の電流ミラー回路である。電流分割手段26,27に流れる電流はほぼ等しい出力電流に分割される。図６に示すCAは、それ自身がCA28及びOTA29を有し、それらは入力30,31と出力32,33とをそれぞれが持つ。OTA29は動作相互コンダクタンス増幅器であり、実際にはコンダクタンスＧを持つ電圧電流変換器である。入力30は主要入力24に接続され、出力32は入力31とそれに並列に接続されたキャパシタ34とに接続される。出力33は電流分割手段26,27を通して主要出力25に接続される。τがキャパシタンス値ＣとCA28の電流転送比Ｔと電圧転送比Ｇ（Iout25を入力31の両端の電圧で割ったもの）とについて表現できるときに、CAの電流転送比Ｔは理論的には全体として次の式：
Ｔ（jw）＝１／（１＋jwτ）
に対応する、ということが証明される。従って、Ｔの変動は示されたCAの周波数に依存する電流転送比Ｔ（jw）のチルト周波数のシフトを招くことになる。コイルＬ（これは図示されない）によるキャパシタＣの変動又は交替によって、他の周波数への依存は、例えば地域の電気通信当局により回路３に課される種々の要求に従うために、もしそれが所望されるならばシミュレートされることがきるのはいうまでもない。
図７に示すのは、図５の電気通信回路３の設計の代替案であって、CA18の出力22に接続される電流減算手段35が、ライン端子９から供給端子16への経路に付け加えられたものである。この電流減算手段35では、回路３の中でACとDCのライン電流の取扱いを分離するために、CA７及びCA19に入る前にDCライン電流をACライン電流から引き算する。理論的にはこの回路の実施例は、もし図６の電話交替スキームをシミュレートするのに用いられるならば、簡易化された表現を示す。
図８は図７の電気通信回路３の更に別の実施例の代替案である。回路３は、CA６及びCA18に供給するための電流分割手段37,38がその出力に設けられたライン電圧感知CA36と；CA７及びCA19に供給するために電流分割手段40,41がその出力に設けられたライン電流感知CA39と；要求されたループ利得を達成する出力CA42と；を有するものであり、CA12は今や供給端子16に安定した供給電圧を維持するための電流レギュレータとしてのみ用いられる。
図９は電気通信回路３を持つ電話機の形をした電気通信デバイス43を示し、この電話機は（図示されていない）交換手段に接続されている。一般的には、電話機43はマイクロプロセッサ44により制御され、基本的な送話及び受話機能45に更に受話の聴取機能、拡声機能、ハンドフリー機能、ダイヤル機能等々が付け加えられている。

Claims (14)

1. 入力インピーダンスを持ち、電流源を含む電気通信回路において、
   少なくとも２つの電流源は制御電流増幅器であり、
   前記少なくとも２つの制御電流増幅器のうち、第１の制御電流増幅器は、インピーダンスを通してライン端子に接続される入力を持ち、第２の制御電流増幅器は、前記ライン端子に接続される入力を持ち、
   前記電気通信回路の入力インピーダンスが前記第１の制御電流増幅器と前記第２の制御電流増幅器とのそれぞれの電流転送比により定められるように、前記第１の制御電流増幅器と前記第２の制御電流増幅器との出力は直列に接続されている電気通信回路。
2. 請求項１に記載の電気通信回路において、該電気通信回路は１個の入力を持つ更にもう１つの電流増幅器を有し、前記少なくとも２つの制御電流増幅器の２個の出力と前記更にもう１つの電流増幅器の１個の入力とは、電流総和ノードを形成する電気通信回路。
3. 請求項２に記載の電気通信回路において、前記更にもう１つの電流増幅器は少なくとも２個の出力を持つ電気通信回路。
4. 請求項３に記載の電気通信回路において、常に、前記更にもう１つの電流増幅器のただ１個の出力だけが出力電流を導通させる電気通信回路。
5. 請求項４に記載の電気通信回路において、前記出力電流を実際に導通させる出力は、前記更にもう１つの電流増幅器の２個の出力のそれぞれの出力電圧に依存する電気通信回路。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれか１項に記載の電気通信回路において、該電気通信回路はAC電流源を有し、該AC電流源は前記少なくとも２つの制御電流増幅器に少なくとも接続されている電気通信回路。
7. 請求項１ないし６のうちのいずれか１項に記載の電気通信回路において、該電気通信回路は、更に第３の制御電流増幅器と第４の制御電流増幅器とを有し、
   前記第３の制御電流増幅器と前記第４の制御電流増幅器との入力は、前記第１の制御電流増幅器と前記第２の制御電流増幅器との入力にそれぞれ直列に接続されている電気通信回路。
8. 請求項１ないし７のうちのいずれか１項に記載の電気通信回路において、制御電流増幅器のうちの少なくとも１つの電流転送比は周波数に依存するものである電気通信回路。
9. 請求項１ないし８のうちのいずれか１項に記載の電気通信回路において、該電気通信回路は別個のDCループを有する電気通信回路。
10. 請求項９に記載の電気通信回路において、前記別個のDCループは、電流ミラー又は電流減算手段を含む電気通信回路。
11. 請求項１ないし１０のうちのいずれか１項に記載の電気通信回路を含む電話機回路。
12. 請求項１１に記載の電話機回路において、ライン交替スキームをシミュレートするように、前記制御電流増幅器の前記電流転送比は制御される電話機回路。
13. 請求項１１又は１２のうちのいずれか１項に記載の電話機回路を含む電話機。
14. 請求項１ないし１０のうちのいずれか１項に記載の電気通信回路を含む電気通信デバイス。

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