JPH06503220A - スイッチキャパシタ零交差点検出器を有するトーン受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 スイッチキャパシタ零交差点検出器を有するトーン受信機本発明は、反転入力端 および非反転入力端を有する増幅回路を含む零交差点検出器を具えるトーン受信 機に関するものである。このような受信機は既知であり、例えば１９７９年１２ 月発行の”　Ｔ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ 　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ　”、　Ｖｏｌ。

５Ｃ−１４，Ｎｏ、６の論文“Ａ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｄｕａｌ　ｔｏｎｅ ｍｕｌｔｉｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ”に記載されている。これら のトーン受信機はＤＴＭＦ　（Ｄｕａｌ　Ｔｏｎｅ　Ｍｕｌｔｉ　Ｆｒｅｑｕｅ ｎｃｙ）信号のような、電話技術で一般に用いられているトーン信号を検出する ために電話機に用いることができる。

反転入力端および非反転入力端を有する増幅回路はオフセット電圧を表わしつる 特性を有している。すなわち、２つの入力端間の電圧差か零である場合に、零に 等しくない電圧を出力端に生せしめることができる。このオフセット電圧は零交 差点検出器の動作に悪影響を及ぼす。その理由は、増幅器／比較器入力の零レベ ルが、設定すべき正及び負の入力しきい値電圧間の対称位置をもはや占めなくな る為である。これにより、比較器として作用する増幅回路か、設定されたしきい 値よりも小さな小妨害信号により附勢されるという影響が生じるおそれがある。

本発明の目的は、オフセット電圧が補償され、オフセット電圧による悪影響を無 くした前述した種類のトーン受信機を提供せんとするにある。

本発明は、前記の零交差点検出器か、 ※　一端か第３オン／オフスイツチを経て増幅回路の非反転入力端に接続される 第３キヤパシタと、 ※　この第３キヤパシタの他端に接続され、一定の大きさのステップより成るし きい値電圧信号を生じるしきい値電圧源と、※　一端か第３キヤパシタと第３オ ン／オフスイツチとの相互接続点に接続され、他端が基準電圧源に接続された第 ４オン／オフスイツチと を具え、制御回路により、第３及び第４オン／オフスイツチを第２及び第１オン ／オフスイツチとそれぞれ同相で開放及び閉成させるようにしたことを特徴とす る。

２つのスイッチの第１制御位相では、第１スイツチが閉成（すなわち導通）し、 第２スイツチが開放する。従って、第２キヤパシタは増幅回路に接続されず、増 幅回路の出力端はその反転入力端に直接接続される。その結果、第１キヤパシタ がオフセット電圧まで充電される。これらスイッチの第２制御位相では、第１ス イツチが開放し、第２スイツチが閉成される。従って、第１キヤパシタの最初の 電荷が第１及び第２キャパシタ間に分配される。これらの位相が繰返される為、 第２キヤパシタが最終的にオフセト電圧まで充電される。この状態で且つ零交差 点検出器に入力信号が無い場合には、増幅回路の双方の入力端にオフセット電圧 が存在する。すなわち、非反転入力端に実際のオフセット電圧か存在し、反転入 力端にこの実際のオフセット電圧と同じ大きさで第２キヤパシタの両端間にある 電圧か存在する。その結果、入力信号の電圧が零の場合出力電圧も零となる。

上述した手段による追加の利点は、入力信号に存在するいかなる直流電圧成分も 阻止されるということである。このような直流電圧成分もオフセット電圧と同じ 悪影響を及はすおそれがある。

本発明によるトーン受信機の一実施例では、前記の零交差点検出器か、 ※　一端か第３オン／オフスイツチを経て増幅回路の非反転入力端に接続される 第３キヤパシタと、 ※　この第３キヤパシタの他端に接続され、一定の大きさのステップより成るし きい値電圧信号を生じるしきい値電圧源ど、※　一端か第３キヤパシタと第３オ ン／オフスイツチとの相互接続点に接続され、他端か基１！電圧源に接続された 第４オン／オフスイツチと を具え、制御回路により、第３及び第４オン／オフスイツチを第２及び第１オン ／オフスイツチとそれぞれ同相で開放及び閉成させるようにしたことを特徴とす る。

これらの手段により、零交差点検出器かしきい値電圧を発生せしめ、雑音のよう なわずかな妨害信号が零交差点検出器を動作せしめないようにしうる。このしき い値電圧はヒステリシス特性を呈する。すなわち、零交差点検出器が、例えば信 号か正のしきい値電圧を上方に越えるのに反応して一旦動作せしめられると、し きい値電圧が負となり、又これらの逆が行われる。

このことは、しきい値電圧付近で変化する信号により零交差点検出器を頻繁に反 転させることかなくなるという点で有利なことである。

しきい値電圧発生器は常に電圧ステップを発生する為、第１゜第２及び第３キヤ パシタの直列の組合せが充電される。又、第１及び第３キヤパシタは常に放電さ れる。その理由は、第１キヤパシタは第１スイツチにより増幅回路の出力端子に 常に接続され、第３キヤパシタは第４スイツチにより基準電圧源に常に接続され ている為である。しかし、第２キヤパシタは絶えず放電されず、その結果零交差 点検出器の適正動作か悪影響を受けるおそれかある。この状態を回避するために 、本発明の他の実施例によるトーン受信機では、トーン受信機が、前記のしきい 値電圧信号の前記のステップに続く第２オン／オフスイツチのスイッチ・オン期 間内で、このステップと大きさか同じで極性が逆の他の電圧ステップを生じる手 段を具えているようにする。

大きさか同じで極性が逆のこの電圧ステップは充電されたのと同じ電荷だけ第３ キヤパシタを放電させる。

図面を参照して本発明を更に説明する。

第１図は本発明によるトーン受信機のブロック線図を示す。

第２図は本発明によるトーン受信機に用いる零交差点検出器を示す。

第１図に示すトーン受信機は電話機に用いることができる。

到来信号は逆エイリアシングフィルタ４に供給される。このフィルタの機能は信 号のサンプリング中に生じる混合周波数を除去することにある。このフィルタの 出力端は、帯域分離して不所望な信号を除去する２つのフィルタ６及び８に接続 されている。ＤＴＭＦモードではこれら２つのフィルタが固定の帯域通過周波数 で動作し、信号トーンモードではこれらフィルタの一方がスイッチ・オフされる 。この場合、他方のフィルタは８０Ｈｚ〜３４００Ｈｚの範囲にある多数の周波 数帯域内で調整しつる。フィルタ６及び８の出力信号は零交差点検出器ｌＯ及び １２に供給される。これらの検出器は第２図につき詳細に説明する。各零交差点 検出の出力信号はデジタルプロセッサ１６に供給され、このデジタルプロセッサ により信号を評価し、零交差点検出を含む種々の回路素子を制御する。第１図に 示す各ブロックには、例えは３．５８ＭＨｚの周波数の水晶発振器２から生じる クロック信号か供給される。クロック信号の正確な周波数及び位相は分周兼制御 回路１４て生せしめられる。第１図の種々のブロックの入力端にはこれらの各ブ ロックに供給される信号形態か線図的に示されている。

第２図は、第１図に示す検出器ｌＯのような零交差点検出器を一層詳細に示す。

この零交差点検出器は、反転入力端２２及び非反転入力端２４を存する増幅器兼 比較器として作用する増幅回路２０を有する。この非反転入力端２４はスイッチ ５８により基準電圧源（図示せず）の端子２６に接続される。増幅回路は更に、 スイッチ３２を含む帰還ループ２８を有し、この帰還ループは増幅回路の出力端 ３０と反転入力端２２との間に位置している。零交差点検出器の信号入力端３８ と反転入力端２２との間にはキャパシタ３６とスイッチ４０との直列回路か位置 している。

非反転入力端２４はスイッチ４４及びキャパシタ４２を経てしきい値電圧源４６ にも接続されている。基準電圧源の端子２６と、キャパシタ４２及びスイッチ４ ４間の相互接続点との間には他のスイッチ４８か挿入されている。しきい値電圧 源４６は、電流源５０と、電流源５２及びスイッチ５４の直列回路との並列回路 を存している。これら２つの電流源はこれらの電流を順バイアスダイオード５６ に供給する。

この零交差点検出器におけるスイッチはそれ自体既知のＣＭＯＳゲートとして構 成するのか好ましい。ＣＭＯＳトランジスタの利点は、開放（非導通）状態でこ れらＣＭＯＳトランジスタのドレイン及びソース間の抵抗が極めて高く、制御電 極はこ電極を駆動する素子から殆ど電荷を引込まないということである。

零交差点検出の動作を説明するために、非反転入力端がスイッチ５８及び端子２ ６を経て一定電圧の基準電圧源に接続されているものと仮定する。零交差点検出 器のスイッチは受信すべき信号に比へて高い周波数、例えば数百ＫＨｚで駆動さ れる。

零交差点検出器の動作間隔の最初の位相では、複数のスイッチか閉成（すなわち 導通）する。これらのスイッチを図２中に記号“０”、すなわち奇数“ｏｄｄ” の“０”で表わし、一方他のスイッチを記号“ｅ”、すなわち偶数“ｅｖｅｎ” の“ｅ”で表わしている。偶数位相スイッチは奇数位相スイッチに対し逆位相の 関係、すなわち一方の種類のスイッチが開放すると他方の種類のスイッチか閉成 し、一方の種類のスイッチが閉成すると他方の種類のスイッチか開放する関係に ある。スイッチ５４のみが、後述するように、前述した制御型のものではない。

零交差点検出器は以下のようにオフセット電圧補償回路として動作する。

零交差点検出器の動作の最初の位相では、スイッチ５８が閉成され、非反転入力 端２４がスイッチ５８を経て基準電圧源の端子２６に接続されている。この非反 転入力端におけるオフセット電圧は電圧源６０により記号的に示しである。この 位相ではスイッチ３２も閉成している為、反転入力端２２は出力端３０に接続さ れている。帰還差動増幅器はその２つの入力端を常に同じ電圧に駆動しようとす る為、オフセット電圧はキャパシタ３４の両端間に存在する。次の位相では、ス イッチ３２が開放し、スイッチ４４及び４０か閉成する。これによりキャパシタ ３４の電荷か部分的にキャパシタ３６に流れ、その結果このキャパシタ３６が充 電される。次の位相では、キャパシタ３４が再びオフセット電圧に充電され、そ の後次の位相てこのオフセット電圧の一部か再びキャパシタ３６に移る。この処 理は全オフセット電圧がキャパシタ３６の両端間に現われるまで継続される。入 力端３８に入力信号が存在しないものとすると、反転入力端に接続された側のキ ャパシタ３６の端部がオフセット電圧のレベルになり、従って反転入力端を有す る。非反転入力端を有する場合もこのようになる為、２つの非反転及び反転入力 端間にもはや電圧差が生ぜず、オフセット効果ももはや生じない。

零交差点検出器は入力信号中に存在するいかなる直流成分Ｖ　ＤＣをも阻止する ということを認識するために、入力端２４が基準電圧源の端子に接続されている ものと仮定する。スイッチ３２が開放し、スイッチ４０が閉成すると、キャパシ タ３６及び３４は直流成分ＶＤＣにより充電される。次の位相では、これら２つ のスイッチか逆転される為、キャパシタ３４の電荷が零となり、キャパシタ３６ の電荷は維持される。次の位相では、直流成分■、。か再びこれら２つのキャパ シタを充電し、その後キャパシタ３４が放電される。この処理は、直流成分ＶＤ Ｃがキャパシタ３６の両端間に存在するまで継続され、このことは入力信号中の 直流成分か阻止されるということを意味する。

本発明による零交差点検出器は、入力信号が一旦しきい値電圧を越えると、この しきい値電圧か逆の正負符号の値に反転されるようにした当該しきい値電圧を発 生するものである。このヒステリシスの効果は、ある時間の間しきい値電圧の付 近に留まっている信号により零交差点検出器が常に逆転されるのを回避する。し きい値電圧は以下のようにして生せしめられる。

偶数位相中（従ってスイッチ４４及び４０が閉成されている際）、スイッチ５４ が開放又は閉成状態のいずれかにある。いずれの場合でも、ダイオード５６を流 れる電流は１ステツプ（１段階）の大きさだけ変化し、ダイオードの両端間に存 在する電圧も（わずかな）１ステツプ変化を呈する。この電圧ステップはキャパ シタ４２によりキャパシタ３４に伝達される。キャパシタ３４は２つのキャパシ タ４２及び３６のいずれよりも可成り小さい。このことは、電圧ステップの殆ど 全てがキャパシタ３４の両端間に存在するということを意味する。比較器として 作用する増幅器２０を逆転させるためには、入力電圧がキャパシタ３４の両端間 に存在するこの電圧を越える必要がある。

従って、この処理がしきい値電圧を生ぜしめる。

比較器が一旦逆転されると、この逆転は零交差点検出器に接続されたデジタルプ ロセッサ（第１図参照）により検出される。

このデジタルプロセッサは例えばスイッチ５４の動作を制御する。最初、正のし きい値電圧が設定されていたものとする。入力信号がこのしきい値電圧を越える と、零交差点検出器が逆転される。この逆転がデジタルプロセッサにより検出さ れ、これに応答してこのデジタルプロセッサがスイッチ５４を制御してこのスイ ッチを偶数位相の開始時に閉成させる。この位相の直後にスイッチ５４が開放し 、しきい値電圧源４６か負の電流ステップを、従って負の電圧ステップをも生せ しめる。この負の電圧ステップは前述したようにキャパシタ３４の両端間に現わ れるようになり、従って比較器を逆転させるには入力信号がより一層負の値を有 する必要がある。従って、この処理により負のしきい値電圧を生せしめる。

しきい値電圧源４６の電流ステップか偶数位相の終了直前に逆の順序で再び得ら れるようにするのか有利である。その結果、電流ステップを流すすへてのキャパ シタか逆の電流ステップにより放電される。このようにすることにより、特に零 交差点検出器の全動作サイクル中に放電されないキャパシタ３６か許容しえない 程度に高い電圧値まで充電されることがなくなる。

、　Ｎ＋　ＰＣＴ／ＮＬ　９２１００１１５

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つの零交差点検出器（１０）を有するトーン受信機において、 この零交差点検出器が、 ※反転入力端（２２）と非反転入力端（２４）とを有し増幅器及び比較器として 用いられる増幅回路（２０）であって、非反転入力端が基準電圧源（２６）に結 合され、前記の増幅回路がその出力端（３０）と反転入力端（２２）との間に第 １オン／オフスイッチ（３２）を含む帰還ループを含んでいる当該増幅回路（２ ０）と、 ※前記の反転入力端（２２）及び非反転入力端（２４）間の第１キャバシタ（３ ４）と、 ※零交差点検出器の信号入力端（３８）と増幅回路（２０）との間の第２キャハ シタ（３６）と、 ※この第２キャバシタ（３６）と直列に接続された第２オン／オフスイッチ（４ ０）と、 ※前記の２つのオン／オフスイッチ（３２，４０）を互いに逆位相で開放及び閉 成させる制御回路（１４，１６）とを含んでいることを特徴とするトーン受信機 。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のトーン受信機において、前記の零交差点検出器が 、 ※一端が第３オン／オフスイッチ（４４）を経て増幅回路（２０）の非反転入力 端（２４）に接続される第３キャバシタ（４２）と、 ※この第３キャバシタ（４２）の他端に接続され、一定の大きさのステップより 成るしきい値電圧信号を生じるしきい値電圧源（４６）と、 ※一端が第３キャバシタ（４２）と第３オン／オフスイッチ（４４）との相互接 続点に接続され、他端が基準電圧源（２６）に接続された第４オン／オフスイッ チ（４８）とを具え、制御回路（１４，１６）により、第３及び第４オン／オフ スイッチ（４４，４８）を第２及び第１オン／オフスイッチ（４０，３２）とそ れぞれ同相で開放及び閉成させるようにしたことを特徴とするトーン受信機。
3. ３．請求の範囲第２項に記載のトーン受信機において、トーン受信機が、前記の しきい値電圧信号の前記のステップに続く第２オン／オフスイッチ（４０）のス イッチ・オン期間内で、このステップと大きさが同じで極性が逆の他の電圧ステ ップを生じる手段（１４，１６）を具えていることを特徴とするトーン受信機。
4. ４．請求の範囲第１項に記載のトーン受信機において、第１キャパシタ（３４） が増幅回路（２０）の入力段の寄生キヤパシタンスを以って構成されていること を特徴とするトーン受信機。