JPS581876B2 - ライン回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、通信線に並列に接続して使用するボタン電話
用ライン回路インタフェースに関するものである。

アール・ジエー・アングナ他に１９７５年１２月９日付
与された米国特許第３，９２５，６２５号において、交
換機と加入者電話機との間を結ぶ通信路のチップ線とリ
ング線との間に接続され、電話機の保留、話中および空
き状態を制御し、また電話機に必要な可視および可聴信
号を与える、ボタン電話用ライン回路が発表されている
。

先に示した特許で発表されているライン回路は、呼出し
信号制御のために交流電流を検出するように動作すると
ともに、また一方保留および復旧制御のためにシステム
の過渡応答を検出する。

遷移信号はオン・フックからオフ・フックあるいはオフ
・フックからオン・フックへの回路の遷移によって生じ
る。

分路制御方式にはいくつかの利点があるが、そのうちの
最も重要な点は、チップおよびリング回路が常に完全に
平衡しているという点である。

その他の利点としては、音楽や信号音を保留信号に用い
ることの容易さ、および保留あるいは呼出し以外のいか
なる状態においても加入者へのサービスを中断すること
なく回路を保守のために切り離すことが可能である点を
挙げることができる。

保留／復旧検出の分路原理は以下のようである。

ボタン電話機がオン・フックになると、２つの事が引き
続いて生じる。

（１）電話機で、チップおよびリングが切り離され、通
信線間に遷移信号が発生する。

そして、（２）保留ボタンの接点によって電話機側でＡ
線が切れる。

回線を保留状態にすると、電話機でチップとリングが切
り離される以前に、Ａ線が切れる。

従って、保留／復旧の識別はＡ線が切れる以前にチップ
及びリング線上の電流（遷移信号）の存在を検出するこ
とによってなされる。

また分流ライン回路は呼出し信号を検出し、ライン回路
が保留状態にある場合に通信路間に保留インピーダンス
を与えるように動作しなければならない。

このような信号を雑音、押ボタンダイヤル信号、ダイヤ
ル・パルスあるいはまた電話回線に周期的にあらわれる
その他の未知の擾乱信号と区別する能力は、ライン回路
が呼出し信号を検出する能力に含まれる。

この分路原理を用いることにより空き、呼出しあるいは
話中状態の通信回線間には常にライン回路インピーダン
スがあるから、ライン回路を正しく動作させるためには
、満たすべき多くの制約がある。

空き状態では、通信線インタフェースは交換局（ＣＯ）
あるいはＰＢＸによって行なわれる試験を妨げることは
あってはならない。

このような試験は少なくとも一つの電話ベル回路、した
がって少なくとも一つの電話機が回線に接続されている
ことを確認するため定期的に行なわれる。

他の試験は線路の絶縁が正常かどうかを確認するために
行なわれる。

話中状態には、電話機と交換機との間にかわされる信号
がインタフェースによってひずまないように、また逆に
通信線上の音声伝送に影響を受けることのないように注
意しなければならない。

従って、本発明の目的は、通信路間に固定接続可能であ
り通信期間中の制約のみならず通信前の期間の制約をも
満足し得るような通信路インタフース回路を持つボタン
電話ライン回路を構成することである。

さらに、本発明の目的は、インタフェース回路に誘導性
素子を用いずしかも同時に交換機の通信前におけるベル
回路試験を満足するような分路形ライン回路を構成する
ことである。

本発明のもう一つの目的は、ライン回路が空き、話中、
呼出し、および保留状態中に通信線間に固定接続可能で
、また回線定数にばらつきがあっても呼出し信号の検出
および保留放棄検出が可能なボタン電話ライン回路を構
成することである。

上記およびその他の目的は、通信路インタフェースを周
波数および振幅依存性のものとし一般的に非線形な形で
構成することによって達成される。

発光ダイオード（ＬＥＤ）に接続されたバリスタは、小
振幅信号に対して本来抵抗および容量の直列接続からな
るインピーダンスを与えるために用いられる。

振幅が増大するにつれ、発光ダイオードは、ライン回路
に与えるインピーダンスを減少させ回路に非線形性をも
たらしつつ導通しはじめる。

呼出し信号期間の大部分や他の交流期間においてバリス
タが導通しはじめた時、効果はより一層顕著になる。

信号振幅の増大とともに、直列の容量と抵抗のインピー
ダンスに近づく。

このライン回路によってライン絶縁試験やケーブル圧カ
モニタ装置が妨害を受けないようにするため、チップあ
るいはリングと地気間を結ぶ直流電流路あるいは（回路
が保留状態の場合のホールド・ブリッジ以外の）ライン
間の抵抗素子はない。

ライン間および（または）地気へ漏れる唯一の可能性は
、リング・アップ・コンデンサを通してか、または光ア
イソレータ分路検出器とホールド・ブリッジリレーの接
点とを通してかのいづれかの場合である。

話中状態には呼出し検出器はラインに接続されたままで
あるから、容量がいくらかでも増大すればダイヤルパル
スのブレーク率を減少させ、また一方呼出し検出器の直
列抵抗がいくらかでも増大すればブレーク率を増大させ
る。

バリスタと発光ダイオードの組合せの順方向電圧特性と
比較するとダイヤルパルスの電圧振幅は大きいので、回
路の時定数すなわちダイヤルパルスのブレーク率特性を
決める主要な素子は、直列の抵抗および容量であって、
これらはともに大きく互いに平衡しており、適切なダイ
ヤル・パルス信号を与える。

多周波（ＭＦ）信号の場合には、実際の信号電圧レベル
がバリスタあるいは発光ダイオードを導通させる信号レ
ベルより小さく、従って回路は多周波数信号に対しては
線形なインピーダンスを与え、適当な減衰を生じない。

従って、このボタン電話ライン回路は、呼出し試験、イ
ンピーダンス試験、および接続され動作中の通信状態で
あっても通信路に接続されたままであるという通信回路
条件を満足するような形で、非線形回路素子を介してラ
インに接続される直列の容量および抵抗素子を用いて構
成されることが本発明の一つの特徴である。

このボタン電話ライン回路は、線形および非線形回路素
子の組合せ、つまり通信線上の音声および信号通信に全
く影響を与えないよう（トランスパレント）に接続され
た素子の組合せによって通信線対間に常時接続されると
いう形をとり、また通信線対上を送信された回路の状態
信号情報を検出する働きを持つということが本発明のも
う一つの特徴である。

本発明の原理ならびにそれに伴なう目的および特徴は、
ライン回路の図面に示された説明用の実施例によってよ
り完全に認められることと考えられる。

概論 図面に示されたライン回路のボタン電話における動作は
ここでは取扱わない。

ライン回路の全般的な動作およびそれをボタン電話機お
よび交換機にとりつけた場合の動作は周知のことであり
、ここでは繰り返さない。

このような全般的な動作の例としては、アール・イー・
バーベイト他に１９６９年４月１日付与された米国特許
第３，４３６，４８０号を参照していただきたい。

ライン回路の分路動作の例としては、前述のアングナー
他の特許を参照していただきたい。

図面に示されたライン回路ＬＣ１は制御回路ＩＣ１と記
された制御回路とともに動作するよう設計されている。

ライン回路ＬＣ１の動作ならびに制御回路ＩＣ１はボタ
ン電話回路の代表的なものであり、適当な方法、例えば
、同時に提出されたアール・ジエー・アングナらの出願
中の特許出願第７０８，８５７号（アングナー）に述べ
られている方法で構成される。

従って前記のアール・ジエー・アングナの特許出願をこ
こで利用することとし、その一部を完全に再録する。

詳細な説明 今まで論じてきたように、ライン回路のチップ・リング
・インタフェースのインピーダンスは周波数および振幅
の双方に依存し、一般的に非線形である。

従来のライン回路とは異なり、ここで述べるライン回路
通話路インタフェースは、ライン回路が空き、呼出しお
よび話中状態の場合に、通信回線上に置かれる。

一方、チップ・リング検出器は話中状態では従来と同様
切り離さない。

分路検出器１０３内のバリスタ１Ｖ１あるいは発光ダイ
オード１Ｄ１および１Ｄ２を導通させないようなライン
上の小振幅信号に対しては、ライン間の全インピーダン
スは単にコンデンサ１Ｃ１（およそ１．１μＦ）と抵抗
１Ｒ２（およそ７．５キロオーム）および１Ｒ３（およ
そ３．８３キロオーム）との直列インピーダンスである
。

ラインに印加される信号の振幅に応じて、光アイソレー
タ分路検出器１０３の発光ダイオードが導通しはじめ、
ラインに与えるインピーダンスを減少させ、全体の負荷
に関し非線形性を生じる。

交流期間においてバリスタ１Ｖ１が導通しはじめると効
果は一層顕著になる。

信号振幅が増大するにつれて、このインピーダンスはコ
ンデンサ１Ｃ１と抵抗１Ｒ２とを直列にしたものに近付
く。

バリスタ１Ｖ１は３個のダイオードに相当する電圧降下
をもつシリコンバリスタである。

空きおよび呼出し状態において、ライン回路は、交換機
に対して電話ベル回路として見える負荷を通信回線に与
えなければならない。

これは、交流信号に対しては６００オームの負荷、直流
信号に対しては２００オームの負荷ということで満足さ
れるインピーダンス試験を通過する必要がある。

共通可聴信号を用いたシステムではライン回路負荷はラ
イン間の実際のベル回路の負荷の代りとなる。

従来から用いられたＲ−Ｌ−Ｃ回路網の代りに単に直列
Ｒ−Ｃ回路を用いただけであるから、すべての交換局お
よびＰＢＸがあらゆる正常なライン状態において負荷と
正しく整合するようにするために素子の値の選択には、
注意を払わなければならない。

ライン回路がライン絶縁試験やケーブル圧力モニタ装置
を妨害しないようにするため、チップあるいはリングと
地気との間の直流電流路または（回路が保留状態の場合
のホールド・ブリッジ以外の）ライン間の抵抗素子はな
い。

呼出し信号電流試験 呼出し信号電流試験は交換局呼出し信号を印加中にライ
ン上にベル回路（すなわち電話機）があることを試験す
るために交換局およびＰＢＸによって行なわれる。

共通可聴システムでは、ライン回路の呼出し検出器は実
際のベル回路とみなされなければならないので、呼出し
検出器のインピーダンスは十分に小さく、交換機の電流
検出回路が検知するよう十分な大きさの交流ループ電流
を流さなければならない。

通信路インタフェースは呼出し信号発生器に対し１１．
３キロオーム、位相−４０．０°の最大インピーダンス
を与え、その結果、２０ヘルツ、７５ボルトＲＭＳに対
し６．６ミリアンペアＲＭＳの最小電流を流すので、こ
の要件を満たしている。

ライン状態確認試験 ライン状態確認試験はライン上に電話ベル回路のあるこ
とを試験するために行なわれる。

前に説明したとおり、ライン回路の呼出し検出器はボタ
ン電話システムでは実際のベル回路の代りとなるもので
ある。

試験装置はラインに小振幅交流信号を印加し、電流波形
をモニタする。

もし回路の実効的な交流抵抗が１．０５マイクロファラ
ッド以上の容量値に対し６５００オームから１３０００
オームの間に入れば、呼出し検出器の直列Ｒ−Ｃ終端を
ベル回路と認める。

現在設計されている装置では光アイソレータ分路検出器
１０３のバリスタ１Ｖ１あるいは発光ダイオード１Ｄ１
および１Ｄ２を導通させるのには足りない振幅の信号を
印加する。

それ故実効抵抗は直列の抵抗１Ｒ２および１Ｒ３である
。

印加信号振幅が大きくなると、分路検出器１０３の非線
形素子１Ｄ１および１Ｄ２を導通させ、抵抗１Ｒ３は短
絡されて通信路間の交流抵抗を小さくするが、常に上記
の規定の範囲内に入っている。

交換局呼出し信号のプリントリップと範囲呼出し信号は
チップ及びリング線間のインピーダンスが低いとトリッ
プされる。

ここで留意すべきことは、インピーダンスが余りに低く
なると長いループの終端にある装置まで十分な呼出し信
号電圧を与えることができなくなるのでチップ及びリン
グ線間に余り多くのベル回路を並列に設けないことであ
る。

このような状態を避けるために、ライン上に設置できる
ベル回路および（あるいは）呼出し検出器の最大数に制
限を置いた。

ライン回路の呼出し検出器のインピーダンスは代表的な
電話ベル回路の２０から３０ヘルツにおけるインピーダ
ンスより大きく、ライン呼出し検出器の使用により呼出
し信号のプリトリップや範囲に関する問題を生じない大
きさである。

ダイヤル・パルスへの影響 呼出し検出器は話中状態にラインから切り離されないの
で、ベル回路の場合と同様にしてダイヤル・パルスに歪
を生じる。

一般的には、ベル回路あるいは呼出し検出器の直列容量
の増大につれ、ダイヤル・パルスのブレーク率が下がり
、直列抵抗の増大につれて、ブレーク率が増す。

ここで述べるライン回路の７５００オームと１．１マイ
クロフアラツドに対し、代表的なベル回路は３６５０オ
ームの全直列抵抗と０．４５マイクロファラッドの直列
容量を持つダイヤル・パルスの振幅は分路検出器１０３
のバリスタ１Ｖ１と発光ダイオード１Ｄ１および１Ｄ２
の順方向電圧特性に比較して十分大きく、抵抗１Ｒ２と
コンデンサ１Ｃ１とがライン回路の主要な素子となる。

呼出し検出器のより大きな容量と抵抗とは互いに打消す
働きをし、並列に挿入される呼出し検出器は、実際のベ
ル回路ほどには大きなダイヤル・パルスの歪を生じない
。

例として、ベル回路検出器のない場合のブレーク率が５
５．６パーセントとした場合を考える。

４つの代表的なベル回路をラインに挿入すると、ブレー
ク時間は７．１パーセントふえて６２．７パーセントに
なる。

４つのベル回路のうちの１つをここで述べたライン回路
の呼出し検出器に置き換えると、ブレーク時間は６３．
０パーセントであり、０．３パーセントの違いである。

多周波（ＭＦ）ダイヤル・パルス信号の減衰多周波信号
に関して周波数対毎の最大レベルは＋４ｄＢｍであり、
これは９００オームに対して１．５ボルトＲＭＳに相当
する。

これは、抵抗１Ｒ２と比べると分路検出器１０３のバリ
スタ１Ｖ１あるいは発光ダイオードに十分な電流を流さ
せる信号レベルよりは小さい。

従って、多周波発生器に加えられる余分の負荷は線形で
コンデンサ１Ｃ１および直列の抵抗１Ｒ２と１Ｒ３とか
らなるものである。

呼出し信号の検出 周期的信号がＴおよびＲ端子に印加されると、同じ周期
の交流電流がコンデンサ１Ｃ１、抵抗１Ｒ２、および１
Ｒ３とバリスタ１Ｖ１と抵抗１Ｒ４に直列につながる発
光ダイオード１Ｄ１および１Ｄ２との並列回路からなる
直列回路に流れる。

信号がある程度の振幅を持つ時、十分な電流が光アイソ
レータの発光ダイオードに流れ、ダーリントン・ホトト
ランジスタ１Ｑ１および１Ｑ２を飽和させる。

このダーリントン接続のコレクタはＶ−に接続されてお
り、ホトトランジスタ１Ｑ１のエミツタは直列抵抗１Ｒ
７を通して制御回路へＤＩＮ入力を駆動する。

実際の呼出し信号に対しては、十分な電流が発光ダイオ
ード１Ｄ１および１Ｄ２を流れ、交流期間の大部分にお
いて出力トランジスタ１Ｑ１を飽和に保つ。

コンデンサ１Ｃ１を流れる電流の極性が反転すると、発
光ダイオードを流れる電流は瞬間的に出力トランジスタ
を飽和させるのに必要な値以下に落ちる。

ＤＩＮの入力回路の並列の抵抗１Ｒ１２と１Ｃ５とから
成るＲ−Ｃ回路の時定数はこの短かい間隔より十分大き
い。

従って、回路に実際の呼出し信号が印加されたとき、Ｄ
ＩＮ入力での電圧が負方向閾値（Ｖ−に対して０．８ボ
ルト）より低下することはなく、論理回路に論理１の値
を安定して与え続ける。

非呼出し信号および雑音の抑圧 ライン回路は、非呼出し信号がライン上にある時に起動
してはならない。

ライン回路が空きおよび呼出し状態にあるとき、次のよ
うな形の信号あるいは雑音を受ける可能性がある。

（１）Ａ線の制御なしに電話機が発生したダイヤルパル
ス、（２）Ａ線の制御なしに電話機が発生した押ボタン
ダイヤル信号、（３）交換局電池断あるいは反転、（４
）電源ラインや他の６０ヘルツ誘導源から払うハム、（
５）電話ケーブル内の他の回線からの漏話。

ライン回路の２つの特性により上記の種類の信号と雑音
を除くように制御される。

すなわち（１）の分路検出器の感度によってＤＩＮ入力
に連続的な論理１の値を発生するのに必要な信号の振幅
、波形、および周波数が決まる。

（２）空きおよび呼出し状態における起動遅延タイミン
グは空きから呼出し状態への遷移を生じるために少なく
とも１７０ミリ秒の間の連続的な論理１のＤＩＮ入力へ
の印加を必要とする。

そして呼出し状態になれば、ＤＩＮは呼出し時間切れタ
イマをリセットするのに少なくとも１１０ミリ秒の間高
レベル状態になければならない。

多周波信号に対しては周波数対毎の最大レベルは＋４ｄ
Ｂｍで、これは９００オームに対し１．５ボルトＲＭＳ
に相当する。

この値はライン回路を起動させるのに要する信号レベル
より十分小さい。

遷移の検出 オブ・フックおよびオン・フックの遷移が起ると、電話
機回路がラインに接続あるいはラインから切り離される
のに応答してライン間に電圧の遷移が起る。

論理回路で正しく状態遷移をおこすためにこれらの遷移
を検出しなければならない。

オン・フックへの遷移の検出誤りは誤まって保留する結
果となるので非常に重大である。

図面に示されたライン検出器回路をもう一度参照し、ラ
インの安定状態ではコンデンサ１Ｃ１にはラインの平均
直流電圧が充電されることに注意すべきである。

何らかの理由でライン間電圧が変化した場合、分路検出
器１０３から電流が流れ、コンデンサ１Ｃ１を新たなラ
イン電圧に充電する。

電圧変化が十分大きくしかも速いならば、充電電流は分
路検出器１０３の発光ダイオード１Ｄ１および１Ｄ２間
に十分な大きさの電圧低下を生じさせ、これらにホトト
ランジスタ１Ｑ１および１Ｑ２をオンにするのに十分な
電流を流すことになり、ＤＩＮ入力にパルスを生じる。

逆向きに並列の発光ダイオード１Ｄ１および１Ｄ２によ
って電源のいづれの極性の正方向および負方向への遷移
をも検出するということに注意すべきである。

分路検出器はライン間の６．０ボルトの電圧のステップ
変化に対して少なくとも１．０ミリ秒のパルスを発生す
るよう設計されている。

分路検出器の最小感度はＰＢＸと接続して動作する際に
フックスイッチ・フラッシュに正しく応答するよう６．
０ボルトにセットされている。

ホールド・ブリッジ電流検出 ライン回路が保留状態のとき、リレーＨが動作し、メー
ク接点Ｈ−１を動作させることによってホールド・ブリ
ッジ抵抗１Ｒ１（１２０オーム）および抵抗１Ｒ３とバ
リスタ１Ｖ１と抵抗１Ｒ４に直列の分路検出器の発光ダ
イオード１Ｄ１および１Ｄ２との並列回路を通って流れ
る電流路を作る。

ホールド・ブリッジ電流の大部分はバリスタ１Ｖ１（い
ずれの方向にも３個のダイオードの電圧降下に等しい）
を流れ、分路検出器１０３の発光ダイオードを流れる最
大電流を制限する。

回路が保留状態にあるとき、抵抗１Ｒ４は発光ダイオー
ド１Ｄ１および１Ｄ２に１から５ミリアンペアの電流を
流す。

ホトトランジスタは飽和しており、ＤＩＮ入力に安定に
論理１を与える。

交換局電池が断になると、ホールド・ブリッジ電流は零
に低下し、発光ダイオードは導通しなくなり、制御回路
１Ｃ１へのＤＩＮ入力は論理０となる。

ＤＩＮ入力電圧を高レベルにする最小ホールド・ブリッ
ジ電流は、主として分路検出器１０３の電流伝達率のバ
ラツキのため０．２５から０．６０ミリアンペアの範囲
となり得る。

【図面の簡単な説明】

図面は、ライン回路の構成を示す概略回路図である。 主要部分の符号の説明、ＬＣ１・・・・・・ライン回路
、１０３・・・・・・分路検出器、１Ｃ１・・・・・・
コンデンサ、１Ｒ１〜１Ｒ４・・・・・・抵抗、１Ｖ１
・・・・・・バリスタ、１Ｄ１，１Ｄ２・・・・・・発
光ダイオード、１Ｑ１・・・・・・トランジスタ、１Ｑ
２・・・・・・ホトトランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 呼出し前試験、インピーダンス試験およびライン状
   態確認試験を行なう電話交換機と電話機との間の通信機
   能を制御するのに使用され、該交換機と該電話機との間
   の通信導線対間に並列に常時接続されたライン回路にお
   いて、該ライン回路は、該電話機のオン・フックからオ
   フ・フックあるいはオフ・フックからオン・フックへの
   遷移信号と該交換機から該通信導線対に印加された呼出
   し信号の双方を該通信導線対において検出する手段を含
   み、 該検出手段は線形および非線形回路素子を含み、該線形
   回路素子は該通信線対間にあるコンデンサと抵抗の直列
   回路を含み、該非線形回路素子は該線形回路素子の該抵
   抗部分の両端に発光ダイオード対およびバリスタの並列
   回路を含むことを特徴とするライン回路。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のライン回路において
   、前記線形回路素子の抵抗部分は２つの異なる抵抗素子
   を含み、前記非線形回路素子は該抵抗回路素子の第一の
   ものと並列に接続されることを特徴とするライン回路。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のライン回路において
   、前記検出手段は、全直列抵抗２９１０オームを通し、
   該検出手段間の０．１４５マイクロファラッドの分路負
   荷で印加される２０ヘルツ、７５ボルトＲＭＳ信号によ
   って最小５．９ミリアンペアＲＭＳの電流を生じるよう
   な最大インピーダンスと、２０から３０ヘルツの間で８
   ０００オームの最小インピーダンスとを持つことを特徴
   とするライン回路。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載のライン回路において
   、前記検出手段は、最小６ボルトのステップ変化を持つ
   遷移信号に応動して出力信号を発生することを特徴とす
   るライン回路。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載のライン回路において
   、前記線形回路素子は、１．５ボルトＲＭＳ以下のライ
   ン信号振幅に対して、１．０４５から１．１５５マイク
   ロファラッドの間の容量値と１１．１０から１１．５６
   キロオームの間の抵抗値を持つことを特徴とするライン
   回路。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載のライン回路において
   、前記非線形回路素子の発光ダイオード対は１．５ボル
   トのピーク間電圧以下では導通せず、前記バリスタ回路
   素子は３．５ボルトのピーク間電圧以下では導通しない
   ことを特徴とするライン回路。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載のライン回路において
   、前記検出手段は電話交換機から流れる保持電流を検出
   するように構成されることを特徴とするライン回路。