JPH07297886A - 電話線インターフェース回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電話線に対するインピーダンスを容易に調整
可能な電話線インターフェース回路を提供する。 【構成】 本発明は、電話線に結合する送信経路と、電
話線（２）に結合する受信経路とを有する。送信経路
は、前記線（２）に結合する出力と、送信信号を受信す
る第１入力と、交流および直流線電圧信号と交流および
直流線電流信号とから成る第１加算信号を受信する第２
入力とを有する第１増幅手段（Ａ１）を含む。フィード
バック・ループは、第１増幅手段（Ａ１）の出力と増幅
器Ａ２入力との間に電話線（２）を介して結合され、第
１加算信号を第１入力における信号と実質的に等しく制
限するのに十分なループ利得を有する。受信経路は、第
１加算信号を受信するための第１入力と、交流および直
流線電流信号と直流線電圧信号とから成る第２加算信号
を実質的に２倍したものを受信する第２入力と、受信信
号を供給する出力とを有する第２増幅手段（Ａ４）を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電話線インターフェース
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電話線に接続されている電話機は、通
常、電話線への信号帯域において、ある直流特性および
規定された交流インピーダンスとを示さなければならな
い。これら直流特性および交流インピーダンスの仕様は
国毎に異なっている。

【０００３】電話機は、その受信経路において、それ自
体が送信する信号よりもレベルを低下させる装置も含ま
なければならない。この装置が電話線によって電話機に
与えられるインピーダンスに感応することは避けられな
い。理想的なのは、使用される電話線によって与えられ
るインピーダンスに対して、電話機はそれ自体の送信信
号を最もよく除去するように設計されることである。こ
れを「最良混成平衡(best hybrid balance)」と呼ぶ。
例えば、Motorola TCA3386およびTCA3388のような従来
の回路では、２つのインピーダンス・ネットワークの加
重加算(weightedsum)を用いて混成平衡インピーダンス
を規定することによって、これを近似している。この手
法は、受信路の利得が周波数に依存するようになるこ
と、および電話線に与えられるインピーダンスを規定す
るのに必要なインピーダンス・ネットワーク以外にも余
分なインピーダンス・ネットワークを必要とするという
欠点がある。これらの欠点は、多数の国で携帯用に用い
ることができるように設計されるプログラマブルな機器
(programmable equipment)においては、各国毎に異なる
ネットワークが必要となるため重大である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上述の欠点を少なくとも軽減するか、或いは克
服することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、電話線に結合するための送信経路と、
前記電話線に結合するための受信経路とを有する電話線
インターフェース回路を提供する。前記送信経路は、前
記電話線に結合するための出力と、送信された信号を受
信する第１入力と、交流および直流線電圧信号と交流お
よび直流線電流信号とから成る第１加算信号を受信する
第２入力とを有する第１増幅手段と、前記電話線を介し
て前記第１増幅手段の出力と前記第２入力との間に結合
され、前記第１加算信号を前記第１入力における信号に
実質的に等しく制限するフィードバック手段とから成
る。また、前記受信経路は、前記第１加算信号を受信す
る第１入力と、前記交流および直流線電流信号と前記直
流線電圧信号とから成る第２加算信号の実質的に２倍を
受信する第２入力と、受信信号を供給する出力とから成
る。このような構成により、前記電話線インターフェー
ス回路は電話線に対して所定のインピーダンスを与える
と共に、前記電話線のインピーダンスが実質的に前記所
定インピーダンスに等しい時は、混成平衡を得るように
したものである。

【０００６】一実施例では、前記交流線電流信号は、所
定インピーダンスが複素数となるようなリアクタンス性
素子(reactive elements)を含むネットワークを通じて
前記電話線から得られる。前記ネットワークは、交流線
電流信号に切り替え可能な複数のネットワークの内の１
つであり、切り替えにより前記ネットワークの各々が電
話線に対して異なる所定のインピーダンスを発生できる
ようにすることが好ましい。また、前記直流線電圧信号
は、非線形処理回路手段を通じて電話線から得られ、前
記インターフェース回路が前記電話線に対して所定の非
線形直流特性を与えるようにすることが好ましい。更
に、前記非線形処理回路手段は、前記電話線に与えられ
る所定の非線形直流特性を変化させることができるよう
に、プログラマブルであることが好ましい。

【０００７】

【実施例】以下、電話線インターフェース回路の概略図
を示す図面を参照しながら、一実施例を例にとって本発
明を詳細に説明する。

【０００８】図示のように、このインターフェース回路
は、後続各部に正確な極性の電圧を供給するダイオード
・ブリッジ１を含む。また、前記インターフェース回路
は、トランジスタＱ１，Ｑ２を通じて電話線に結合され
た演算増幅器Ａ１を有する主フィードバック・ループを
含むと共に、抵抗Ｒ０を通じての線電圧のフィードバッ
クおよび抵抗Ｒ２を通じての線電流のフィードバックが
設けられる。トランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオード
・ブリッジ１は高電圧素子であり、これら以外の回路部
分の外部に設けてもよい。トランジスタＱ２のコレクタ
はツエナー・ダイオードＺ１および蓄積コンデンサ(res
ervoir capacitor)Ｃ４に結合されている。ツエナー・
ダイオードＺ１は内部電源レギュレータを簡素化して表
したものである。

【０００９】前記インターフェース回路の送信部分は、
入力が送信信号を受信するように結合され、出力が演算
増幅器Ａ１の反転出力に結合された平衡電圧増幅器(bal
anced voltage amplifier)Ａ３を含む。送信増幅器Ａ３
の出力は、バイアス・レベルＶ１の出力を発生し、これ
が演算増幅器Ａ１の反転出力に印加される。フィードバ
ック全体で、演算増幅器Ａ１の非反転入力と同一レベル
を形成する。このレベルは、利得１の増幅器Ａ６の出力
において生成される。利得１の増幅器Ａ６の出力は、抵
抗Ｒ１を介して、演算増幅器Ａ１の非反転入力に結合さ
れている。増幅器Ａ６はオフセットを有するので、必要
とされる入力電圧Ｖ０はバイアスレベルＶ１よりも低い
値となる。

【００１０】整合の問題を回避するために、そして各部
分間に必要な絶縁性を確保するために、入力電圧Ｖ０
は、分圧器によって、バンドギャップ基準(bandgap ref
erence)から得られ、Ｖ１基準レベルはオフセットＶｂ
ｅを有するバッファ増幅器Ａ６（出力の方が高い）を通
じて、入力電圧Ｖ０から得られる。

【００１１】前記インターフェース回路の受信部分は、
平衡電圧増幅器Ａ４と増幅器Ａ２とを含む。増幅器Ａ２
と、抵抗Ｒ７，Ｒ８によって構成されたそのフィードバ
ック・ネットワークは、利得が（約）２の電圧増幅器を
形成する。増幅器Ａ２，Ａ４は、それらの非反転入力に
おいて、増幅器Ａ６からのバイアス電圧Ｖ１を受信し、
抵抗Ｒ７にバイアス電圧Ｖ１が戻され、直流平衡が保持
される。

【００１２】交流入力インピーダンスを規定するため
に、ＲＣネットワークを抵抗Ｒ３と増幅器Ａ６との間に
設ける。ＲＣネットワークは抵抗Ｒ４，Ｒ５およびコン
デンサＣ３によって形成されている。このネットワーク
は、複数例えば４つの内の１つであり、接地側で動作す
るスイッチ（図示せず）によって選択可能である。直流
マスク(mask)との相互作用を避けるために、前記スイッ
チは選択されたネットワークを、増幅器Ａ６の入力と同
一のバイアス・レベルＶ０に接続する。

【００１３】前記インターフェース回路において、線電
圧感知抵抗Ｒ０はパルス・ダイアル仕様(pulse diallin
g specifications)を満足するように大きなものでなけ
ればならない。線電流感知レジスタＲ２は、増分入力抵
抗が小さいので、小さくなければならない。また、抵抗
Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と共に交流入力インピーダンス・ネッ
トワークの一部を形成し、正確さが要求されるコンデン
サＣ３を比較的小さくできるように、抵抗Ｒ３はＫΩの
範囲内でなければならない。

【００１４】動作中、前記回路に印加される電圧によっ
て電流がＲ０を通過する。この電流は、増幅器Ａ５、抵
抗Ｒ６，コンデンサＣ２および増幅器Ｇｍ２によって形
成された局所フィードバック・ループのために、増幅器
Ｇｍ２によって吸収される。増幅器Ａ５の入力に発生す
る電圧は、増幅器Ｇｍ２のトランスコンダクタンスによ
って決定される。これによって、増幅器Ｇｍ３は、その
トランスコンダクタンスによって決定される電流を、抵
抗Ｒ３を通じて供給する。こうして増幅器Ａ６の入力に
発生した電圧は、抵抗Ｒ１を通じて増幅器Ａ１に結合さ
れ、線インターフェースのトランジスタＱ１，Ｑ２を駆
動する。トランジスタＱ２の電流は、電源レギュレータ
Ｚ１，抵抗Ｒ２，ダイオード・ブリッジ１および電話線
２から成るループを流れる。こうして、事実上最大の線
電流を、前記回路への給電のために使用できるようにな
る。決定された電流レベルは、抵抗Ｒ２間に発生する負
電圧が、増幅器Ｇｍ３の出力電流によって抵抗Ｒ３間に
発生する正電圧を、補償するようなレベルとなる。

【００１５】線電圧をＶL、線電流をＩLとすると、回路
の接地レベルに対するトランジスタＱ２のエミッタ電圧
は、 ＶＬ−ＩLＲ2 となり、線電流は以下の式で与えられる。

【００１６】

【数１】 ここで、ｇｍ２，ｇｍ３は増幅器Ｇｍ２，Ｇｍ３のトラ
ンスコンダクタンスである。

【００１７】したがって、以下の式が得られる。

【００１８】

【数２】 増幅器Ｇｍ２のトランスコンダクタンスは、増幅器Ｇｍ
２の出力に発生する電圧がＩＣ供給電圧によって制限さ
れるので、必然的に比較的大きくなる。線電圧が低い時
にトランジスタＱ２の飽和を避けるために、これは低く
なければならない。結果的に、入力抵抗は外部素子（抵
抗Ｒ０，Ｒ２，Ｒ３）および増幅器Ｇｍ２，Ｇｍ３のト
ランスコンダクタンスの比によって本質的に決定される
ことになる。

【００１９】入力抵抗は、トランスコンダクタンス比を
プログラムすることによって、変更可能である。更に、
トランスコンダクタンスを素子毎に(piecewisee)線形に
することによって、素子毎の線形特性を抵抗に与えるこ
ともできる。

【００２０】前記インターフェース回路は増幅器Ｇｍ３
を電流源で置き換えることによって、定電流特性を有す
るようにプログラムすることができる。

【００２１】ダイオード・ブリッジ１はそのオフセット
電圧を、前記回路の入力電圧に付加することは明白であ
ろう。増幅器Ｇｍ２はゼロ電圧では電流を吸収できない
ので、オフセットは増幅器Ａ５の入力でも発生させなけ
ればならない。これも入力電圧に加わる。これらのオフ
セットは、増幅器Ｇｍ３の出力にオフセット電流を付加
することによって補償される。この電流には負温度係数
が与えられ、直流マスク全体が温度に依存しないように
する。

【００２２】状況によっては、前記インターフェース回
路は、電話線機器の正しくない動作のために、過剰な線
電圧を受けることもある。その結果、特にヒートシンク
領域を最少に抑えた場合、高電圧トランジスタの過熱や
破損に至る可能性がある。加えて、国によっては、物理
的にアクセス可能な機器の最高温度を制限する仕様を有
することもあり、この仕様に適合しないこともある。か
かる問題を回避するために、前記インターフェース回路
は保護モードを備えている。

【００２３】このモードでは、抵抗Ｒ０を通過し増幅器
Ｇｍ２によって吸収される電流は、直接線電圧に依存す
る。したがって、過剰電圧は増幅器Ｇｍ２の入力電圧を
監視することによって検出される。プログラムされた直
流マスクに適用される特定のスレシホールドを越えた
時、信号がタイマに送られる（図示せず）。ある間隔の
後、増幅器Ｇｍ３を固定電流発生器で置き換え、線電流
を低い値に設定する。

【００２４】線電流を減少させると、プログラムされた
間隔の後、線電圧は通常通り上昇する。不良状態が解消
されても、入力電圧が検出器のスレシホールドより高い
状態を保持することもある。したがって、保護モードで
はこのスレシホールドを高くする。

【００２５】状況によっては、短い間電話線が開放回路
になっていることがある。接続が形成された時に正確な
動作を確保するために、直流マスク切断コンデンサＣ
１，Ｃ２上の電荷、そして勿論プログラム・データを保
存しなければならない。通常動作では、供給蓄積コンデ
ンサＣ４は余りに急激に放電するので、断線によって前
記回路が給電停止モード(power-down mode)に切り替わ
るようにしなければならない。

【００２６】断線は、抵抗Ｒ２間の電圧を監視すること
によって検出される。電圧強度がスレシホールドより低
いままである間は、タイマ（図示せず）に信号を送る。
短い間隔の後、断線を過剰負荷信号と区別するために、
プログラミング・データの保存が必要な回路を除いて、
全ての回路のスイッチを切る。直流マスク切断コンデン
サＣ１，Ｃ２に接続されている全回路ノードは、この時
高インピーダンスとなる。

【００２７】「中断(break)」期間中は線電流を事実上
ゼロに低下させ、「発呼(make)」期間中には線電流をそ
の通常レベルに急速に復元させなければならない。直流
マスク切断コンデンサＣ１，Ｃ２上の電荷およびプログ
ラミング情報を保存するために、「中断」期間中、断線
の間のように、前記インターフェース回路を給電停止に
切り替える。

【００２８】前記インターフェース回路は、切り替え時
の高い線電圧の遷移を受け入れつつ、直流マスク切断コ
ンデンサＣ１，Ｃ２上の電荷を保存するように設計され
ている。

【００２９】前記回路は、ＩＣ供給電圧が十分でなけれ
ば、通常動作中はトランジスタＱ２のベース駆動を行う
ことができないが、蓄積コンデンサＣ４に充電するのは
トランジスタＱ２である。このため、起動用回路が設け
られている。これは増幅器Ａ５の入力とトランジスタＱ
１のベースとの間に配置され、抵抗Ｒ０を通過する電流
をトランジスタＱ１のベースに転換する。この起動用回
路は、供給電圧が低い場合、または前記回路が給電停止
モードに切り替えられる場合にアクティブとなる。しか
しながら、前記電流は、パルス・ダイアリング(pulse d
ialling)の「中断」期間中は、トランジスタＱ１のベー
スで吸収される。その他の場合、線電流を維持する。勿
論、給電停止命令が除去された時、「発呼」期間中に通
常動作が復元される。

【００３０】また、前記インターフェース回路は、第１
および第２呼出信号(ring signal)の間に送信される
「発呼元識別(caller iden tification)」信号を、交換
機による「オフ−フック」信号として認識せずに、受信
できなければならない。この要件を満たすために、前記
回路は低電流消費モードに切り替えられ、直流マスクは
前記回路のみに給電するのに十分な、定電流特性にプロ
グラムされる。識別信号は低レベルであり、しかも前記
回路は送信してはいけないので、線電流は交換機の検出
スレシホールドよりもかなり低い値に設定することがで
きる。

【００３１】受容可能な低電流で必要な回路機能は維持
できるが、識別信号の受信に間に合うように蓄積コンデ
ンサＣ４を充電することはできない。したがって、第１
呼出信号から得られる電流によってコンデンサＣ４を前
もって充電しておく。

【００３２】音声帯域周波数では、増幅器Ａ５，Ｇｍ２
によって形成される局部フィードバック・ループは、コ
ンデンサＣ２によって切断される。線信号によって、電
流が抵抗Ｒ０、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ９，Ｒ１を
介して、無視し得るインピーダンスを有するように設計
されている増幅器Ａ６の出力に流れ込む。抵抗Ｒ１間の
電圧を増幅器Ａ１の比反転入力に印加することにより、
線電流がトランジスタＱ２を通じて流れる。こうして抵
抗Ｒ３を介して増幅器Ａ６の入力に結合されている抵抗
Ｒ２間に発生した電圧が、負フィードバック(negative
feedback)を構成する。高ループ利得を想定すると、増
幅器Ａ１の非反転入力は仮想的にアースと考えることが
できる。

【００３３】コンデンサＣ１が無視し得るインピーダン
スを有すると想定すると、電流を仮想アースに加算する
ことにより、以下のような交流線電圧ｖLと交流線電流
ｉLとの関係が得られる。

【００３４】

【数３】 ここで、ｓはラプラス演算子である。

【００３５】後の使用のために、これを以下のように定
義する。

【００３６】

【数４】 入力インピーダンスＺINは、通常、並列ＲＣ結合回路Ｒ
ｂ，Ｃｂと直列な抵抗Ｒａとして指定されるので、以下
の式が得られる。

【００３７】

【数５】 これらの式を一致させるため、まずＲａからＲ２を減算
する。更に、次の式を満足させる必要がある。

【００３８】

【数６】 全抵抗（Ｒａ＋Ｒｂ）が最も高く抵抗Ｒ５がないネット
ワークでは、低周波数値を一致させるために、次の式を
用いる。

【００３９】

【数７】 抵抗Ｒ０，Ｒ２は直列マスクに対して予め決められてお
り、抵抗Ｒ９は比較的小さいので、これによって抵抗Ｒ
１の値が決定される。他のネットワークについては、抵
抗Ｒ３が直流マスクに対して決定され、抵抗Ｒ４および
コンデンサＣ３の値は各場合において極およびゼロと一
致するように決定されるので、抵抗Ｒ５は低周波数値が
一致することを補償するように選択しなければならな
い。

【００４０】前記インターフェース回路は、線インピー
ダンスと整合がとれた時に、最適な混成平衡が得られる
ように設計されている。増幅器Ａ１の反転入力における
送信信号は、全体のフィードバックのために、増幅器Ａ
１の非反転入力で整合される。したがって、これは増幅
器Ａ４の非反転入力に現れることになる。線電流信号
は、増幅器Ａ６を通じて転送され、増幅器Ａ２によって
倍増され、増幅器Ａ４の非反転入力に印加される。

【００４１】電話線２が開放回路となった場合、コンデ
ンサＣ１のインピーダンスを無視すると、送信電圧利得
は以下のように表わされることは明白である。

【００４２】

【数８】 したがって、整合された線では、増幅器Ａ３の出力にお
ける電圧ＶSのために、線電流は次のように表わされ
る。

【００４３】

【数９】 また、増幅器Ａ２における電圧は次のように表わされ
る。

【００４４】

【数１０】 このように、増幅器Ａ２が２の利得を有する場合、その
出力はＶSに近くなり、増幅器Ａ４の入力における差動
信号は、混成平衡に要求されているように、ゼロに近い
値となる。上記式から、インピーダンス整合と混成平衡
とを同時に正確に得ることはできないが、増幅器Ａ２の
利得は最良の結果である２よりも若干高くなる程度であ
ることがわかる。

【００４５】前記インターフェース回路は、整合された
線に結合された時は、送信および受信の両方に対して平
坦な周波数応答を有することになる。

【００４６】電話線２が開放回路となった場合、増幅器
Ａ３の出力からの送信電圧利得は、コンデンサＣ１のイ
ンピーダンスを無視すると、以下のように表される。

【００４７】

【数１１】 整合された線では、利得は単純にこの値の半分となる。

【００４８】受信の場合、整合された線では、線信号に
よる入力電流は以下のように表わされる。

【００４９】

【数１２】 フィードバック全体により、増幅器Ａ１の非反転入力に
おける信号はゼロになるので、増幅器Ａ４に印加された
信号のみが、増幅器Ａ２からの信号となる。これは以下
の式で表される。

【００５０】

【数１３】 ここでＭは増幅器Ａ２の利得である。

【００５１】実際の入力インピーダンスを除いて、受信
利得は理想的な平坦にはなり得ないことがわかる。しか
しながら、誤差は小さいものとなる。

【００５２】以上からわかるように、本発明は、 （ａ）線に与えられる直流特性が、抵抗Ｒ０，Ｒ２，Ｒ
３および増幅器Ｇｍ２，Ｇｍ３の利得比によって決定さ
れ； （ｂ）線に与えられる交流インピーダンスが、抵抗Ｒ
０，Ｒ１，Ｒ２ならびに抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびコ
ンデンサＣ３によって形成されるネットワークによって
決定され； （ｃ）混成平衡インピーダンスが、線に与えられる交流
インピーダンスと実質的に等しく、 （ｄ）入力インピーダンスが線に整合されている時、送
信および受信利得が、周波数から実質的に独立してい
る； インターフェース回路を提供するものである。

【００５３】本発明によるインターフェース回路の一実
施例のみを詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱す
ることなく、種々の変更や改良が可能であることは当業
者には明白であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】電話線インターフェース回路の概略図を示す
図。

【符号の説明】 １ ダイオード・ブリッジ ２ 電話線 Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ６ 演算増幅器 Ｒ０，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７ 抵抗 Ｚ１ ツエナー・ダイオード Ｃ３，Ｃ４ 蓄積コンデンサ Ａ４ 平衡電圧増幅器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電話線に結合するための送信経路と、前記
   電話線（２）に結合するための受信経路とを有する、電
   話線インターフェース回路であって：前記送信経路は、
   前記電話線（２）に結合するための出力と、送信信号を
   受信するための第１入力と、交流および直流線電圧信号
   と交流および直流線電流信号とから成る第１加算信号を
   受信するための第２入力とを有する第１増幅手段（Ａ
   １）と、前記第１増幅手段（Ａ１）の出力と前記増幅器
   の第２入力との間に前記電話線（２）を介して結合さ
   れ、前記第１加算信号を前記第１入力における信号と実
   質的に等しくなるように制限するフィードバック手段
   （Ｑ１，Ｑ２，Ｒ０，Ｒ２）とを備え；前記受信経路
   は、前記第１加算信号を受信するための第１入力と、前
   記交流および直流線電流信号と前記直流線電圧信号とか
   ら成る第２加算信号を実質的に２倍したものを受信する
   第２入力と、受信信号を供給する出力とを有する第２増
   幅手段（Ａ４）を備え；前記電話線（２）に対して所定
   のインピーダンスを与え、前記線のインピーダンスが前
   記所定のインピーダンスに実質的に等しい時、混成平衡
   を与えることを特徴とする電話線インターフェース回
   路。
2. 【請求項２】請求項１において、前記交流線電流信号
   は、前記所定インピーダンスが複素数となるように、前
   記電話線（２）から得られることを特徴とする電話線イ
   ンターフェース回路。
3. 【請求項３】請求項２において、前記ネットワークは、
   各々交流線電流信号の経路に切り替え可能な複数のネッ
   トワークの１つであり、これにより、前記ネットワーク
   の各々が異なる所定インピーダンスを前記電話線（２）
   に与えることを特徴とする電話線インターフェース回
   路。
4. 【請求項４】請求項１において、前記直流線電圧信号
   は、前記インターフェース回路が所定の非線形直流特性
   を前記電話線（２）に対して与えるように、非線形処理
   回路手段を通じて前記電話線（２）から得られることを
   特徴とする電話線インターフェース回路。
5. 【請求項５】請求項４において、前記非線形処理回路手
   段は、前記電話線（２）に与えられる所定の非線形直流
   特性が可変となるように、プログラマブルであることを
   特徴とする電話線インターフェース回路。