JPS59500345A - 波形クリッピング回路 - 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】 波形クリッピング回路 この発明は、通話信号の処理に関するものであ仏特に加入者電話機中の電子回路 網用のソフトクリッピング回路に関するものである。

通常の電気機械的電話回路網は固有的に低速でちシ、過負荷状態でありてもほん の小量の高論波出力を発生させるに過ぎない。これに対して、新しい電子的回路 網は高速であシ、過負荷となシ、その結果通話音声波形のクリッピングが生じた 時にそれらは音声バンド（典型的には３００　Ｈｚ乃至３．４　ｋＨｚ　）の外 側にある過剰な高調波部分を発生させる。これらの高調波は音声バンド中の信号 を除去するように同調されているハイブリッド平衡回路網を通って僅かの減衰を 受けるだけで受信機器に伝送され、したがって側音特性の劣化を生じる。さらに 大抵の電話管理機関で要求されているようにハイブリッドを平衡されたままに保 持し、反射損失を−１４ｄｂよ）も大きく保持するために２イン側から「見た」 装置のインピーダンスは信号の振幅にかかわシなく６００Ω（米国では９０００ ）でなけれはならない。現在使用されている電子的サブセットがクリッピングを 生じるような過負荷にされた一合には出力トランジスタ段は飽和に駆動され得る 。これが生じた時、ラインから見たインピーダンスは飽和されたトランジスタの それまで、すなわち僅か数Ωまで低下する。そこでクリッピングダイオードを使 用して出力トランジスタの飽オロを阻止することか試みられた。しかしながらそ の場合ダイオードのインピーダンスが６０００の出力インピーダンスと連列に接 続されて前述のインピーダンス変化、ハイブリッドの不平衡およびバンド外の高 調波の発生の諸問題を生じる。

高調波発生の問題は例えはダイオード回路のようなハードクリッピングを生じる 回路に対して通話波形をソフトクリップする回路を使用することによって克服す ることができる。ソフトクリッピング回路は鋭いカットオフレベルを持つのでは なく、予め定められたしきい値振幅を越える全体の音声チャンネルの利得を漸進 的に減少させる。これは高い利得から低い利得ヘスムースな転移を行わせ、した がってスプラッタ（５ｐｒａｔｔｅｒ　）が阻止される。ソフトクリッピングが 信号に適用される時には実質上全電力は基本阪および低次尚調阪に集中され、後 者の低次高調波に音声周波数バンド中或はそれに近接して位置している。した刀 へって、ハイブリッド回路による受信戦略に対する除去は依然として得られる。

しかしながら、ソフトクリッピングたけではラインに対する出力インピーダンス の変化、特に出力段の飽和によって生じるインピーダンスの低下の主喪間踊を克 服することにはならない。後者の影響は波形が常に飽和が生じる振幅よシ下にあ ることが確保される回路動作ノ４ラメータの適切な選択によって克服されること ができる。しかしながら、利得変換に関係するインピーダンス変化の問題は、利 得調整のために負帰還を使用し、したがって利得が減少されるときインピーダン ス低下で被害を受ける通常の電話回路と相互作用し得ることが判明した。

この発明の一面によれば通話波形のソフトクリッピングが行われることのできる 可変利得素子と、回路出力と可変利得菓子との間に結合された負帰還手段とを具 備し、前記菓子の利得は、回路の出力インピーダンスが実質上入力通話信号振幅 に無関係に保持される如く制御される例えば電子電話機用の通話処理回路が提供 される。

この発明の別の面によれは連続酷に利得が変化できる入力段と、この入力段に帖 合芒れた信号増幅器と、この増幅器に粘合された出力段と、出力段と入力反との 間に結合された整流帰還手段と勿具伽し、出力段の飽和レベル以内の予め定めら れた正および負の出力信号しきい値レベルにおいて前記帰還手段が＃還信号を発 生してそれによって前記入力段の利得が漸進的に減少される如（構成されている 例えは電子電話機用の通話処理回路が提供される。

この発明のさらに別の面によれは、通話信号がソフトクリップされる比１および 第２の長い尾をＭするトランジスタ対と、前記長い尾を有する対に結合された出 力増幅段と、出力段と長い尾を有する対との間に結合された負帰還手段とを具備 し、前記対のトランジスタは前記対の最高利得点が通話信号のゼロレベルの両側 に対称に位置され、ソフトクリッピングの開始に対応する電圧だけそのレベルか ら離隔しており、前記負帰還手段は前記長い尾を有する対の尾の回路にそれぞれ 第１および第２の電流を供給する如く構成きれ、それによって長い尾を有する対 の組合された出力インピーダンスが実質上一定に保持されている例えは電子電話 用の通話処理回路が提供される。

装置は予め定められたしきい値か近付くに従って漸進的に波形を減衰させるよう に動作する。これはバンド外の高調波の発生を実質上阻止するのみならずまた通 常のハードクリッピングによって生成さ扛るよシもずりと尚い前書品質を与える ものでるる。◆笑、人間の耳は波形のゼロ交叉の割合に１次的に応召することが 認められている。したがって、可聴周仮叡信号のソフトクリッピングはラウドネ スの旗少の主叡的印象を与えることが非常に少い。δらに信号のソフトクリッピ ングは例えは補聴器に利用する場合に可ｌＦ！ｋ　’ｉ与えるために必要な増幅 器の電力を減少させる。

ことに説明した装置は従来の電話回路の欠点を克服し、それにおいては回路の出 力インピーダンス、すなわちラインから「見た」インピーダンスが全入力信号レ ベルに対して実質上一定に保持される手段が設けられている。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照に説明する。それらの図面において： 第１図はここで説明した技術を使用するソフトクリッピング回路の概略回路図で ある。

第２図は第１図の回路で使用される帰還増幅器の特性を示す。

第３図はソフトクリッピング回路装置の１形態を示す。

第４図は第３図の回路の変形を示す。

第５図は別のソフトクリッピング回路の回路図を示す。

第６ａ図および第６ｂ図は第５図の回路の可変利得素子の利得特性を示す。

第７図は第５図の回路の信号処理％性を示す。

第１図を蚕照すると、図示の概略回路はここで使用されるソフトクリッピング技 術を示している。１次的には電話機中で使用することが意図されているその回路 は、利得が制御可能な、典型的には利得がｌより小さい通話信号入力段Ｉ／Ｐ　 ｔ−備えている。この入力段の出力は入力増幅器ＡＭＰＩに供給され、その出力 は出カド２ンジスタＴＲＩのベースを駆動する。増幅器ＡＭＰ１の他方の端子は 例えは抵抗回路ｍＲＪ、Ｒ２およびＲ３を介して出力トランジスタのエミッタ回 路に結合されている。ラインへの出力はＴＲＩのコレクタから取）出され、ライ ンインピーダンスに対する正確な整合を確保するためにインピーダンスＺＪ（典 型的には６００Ω）がコレクタと回路接地点間に並列に接続されている。

あらゆる入力信号レベル状態で２インに対してインピーダンス整合を行うために ＴＲＩのベースに対する入力駆動はトランジスタがインピーダンスｚ１の並列接 続の結果として飽和に駆ｊＩＩ］テれるレベルよシ下に保持されることが本質的 に必要なことである。これは回路出力部、すなわちＴＲＪのコレクタに結合され た整流増幅器ＡＭ２を紅て行われる。この増幅器の特性は第２図に示されている 。正のしきい値以下或は負のしきい値以上の入力電圧に対しては増１陽器の出力 はゼロである。し７Ｑ島シながらもしもこれらのしきい値が超過されると急激に 増加する正の出力信号電圧が虫取される。この信号は利得が制御可能な入力段の 制御入力部に供給さｎてその段の利得を減少させる。整流増幅器入力しきい値は トランジスタの飽和が生じるレベルよシ下のレベルに設定され、したがってＴＲ Ｉのベースの駆動が適当に制限されることが確保される。

もちろん入力段の利得は高い利得から低い利得におよびその逆にスムースに変洪 されて入力信号のノ・−ドクリッピングが阻止されることが必要である。

もちろんここで使用される利得という用語は１よシ小さい増幅率を含み、場合に よっては増幅度ゼロをも含むものとして理解すべきものである。

ソフトクリッピングを行い出力段の飽和を阻止する回路は第３図に示される。こ の回路において利得の制御可能な入力段はカレントミラーＣＭ３１から供給され る長い尾を有する特性の第１と第２のトランジスタ対ＴＲ３１、ＴＲ３２および ＴＲＪＪ、ＴＲ３４を備えている。定電流諒ｃ　ｃ　ｓ　１およびＣＣ３２はそ れぞれ電流工３１および１３２を発生し、それぞれ共通エミッタ回路の１つに結 合されている。０ｐＴＲ３３のベースは接地されている。すなわち第２の対はゼ ロ信号を受ける。２組の対の出力部すなわちＴＲ３２およびＴｆｔ３４のコレク タな共通に接続され、増幅器ＡＭＰ３１を経て出力トランジスタＴＲ３５のベー スに結合され、その出力トランジスタのコレクタは使用時に２インへ結合される ｄラインに対するインピーダンス整合はシャントインピーダンスＺ３１によつて 行われる。インピーダンスＺ３１は成る用途ではりアクタンス素子を含んでいて もよいことに注意すべきである。

第３図の回路はソフトクリッピングが屍始しようとするしきい値レベルよシ下の 入力信号に対して、２すなわちゼロ信号の第２の対は出力信号に小さな影響を有 するだけで、その段はしたがってずつと高い利得状態にある。

ラインに対する出力信号が整流増幅器ＡＭＰ３２のしきい値を超過する時、その 増幅器は出力電流を発生し、その大きさはしきい値よシ上の信号レベルに対応し て増加する。この電流は第１の長い尾を有する対の尾の回路に供給され、したが ってその対を通る電流を減少させる。同時にインバーター　ＮＶ　３１によって 発生された実質上等しくかつ反対の電流が第２の長い尾を有する対の尾の回路か ら流れる。これは第２の対のトランジスタを流れる゛電流を増加させる。正味の 効果は第１の長い尾を有する対による段の出力の割合に！少させ、第２の対によ る出力を増加させ、したかって段の利得の実効Ｂ′：Ｊ減少を生じさせることで りる。増幅器ＡＭＰ３２のスロープ特性は利得に−一けるこの減少かスムースに 行われ、したがって通話波形のンフトクリップが効果的に行われることを確実に する。

第４図は第２図のソフトクリッピング回路の変形を示す。この装置に２いては前 と同様に可変利得段は第１および第２の長い尾を有するトランジスタ対ＴＲ４１ 、ＴＲ（４；ＴＲ４２、ＴＲ４３よシ成り、その第１の対は入力通話信号を受信 する。この第１の対の尾の回路は定電流発生器ＣＣ４１を備え、それによってそ の対の信号伝送特性が決定される。第２の対ＴＲ４２、ＴＲ４３の入力部はゼロ 出力を生じるように接地される。増幅器ＡＭＰ４１への段出力はしたがって前の 例と同様に各対の出力の重み付けをした組合せであ多、重みは選択的な尾の電流 によって決定される。利得制御およびしたがってソフトクリッピングｔｒｉｍ　 ２図および第３図を参照に説明したように整流増幅器−４２からの帰還電流によ って行われ、それはトランジスタＴＲ４５のコレクタにおける出力信号が予め足 められたしきい値を超過すると常にインバータＩＮＶ４１を経て第２の対に対し て定電流を与える。これは増幅器ＡＭＰ４Ｊへの組合された出力中の巣２の対の 取分すなわちゼロ信号の１；９−を増加させ、したがってスムースなン７トクリ ッピング作用を与える０この場合にも増幅器ＡＭＰ４２のしきい値はｍ刀トラン ジスタＴＲ４５が決して飽和まで駆動されないような値である。

当業者にはトランジスタの長い尾を有する対の利得特性が信号振幅と共に変化し 、用途によっては利得特性を線形化することが所望されることは明らかであろう ＠この線形化を行う回路の１例かぁ５図に示されている。

さて第５図を参照すると、第５図に示された回路は可変利得入力段を備え、それ を経て通話信号は出力増幅器および帰還増幅器に供給されておシ、それによシ入 力段の利得が制御されている。可変利得段はカレントミラーＣＭから給電される 第１および第２のトランジスタの長い尾を有する対ＴＲ５１、ＴＲ５４およびＴ Ｒ５２、ＴＲ５３よシ成）、そのそれぞれは対の尾に結合された定電流源Ｓ１　 、Ｓ２を備えている。

各対のトランジスタＴＲ５１、ＴＲ５４およびＴＲ５Ｊ、ＴＲ５，？はそれらが 比ｘ：１でエミッタ面積の一致しないように設計されている。第６ａ図から判る ようにこの不一致は２つの対の信号対利倚特性をこでｋは？ルッマン定数、ｔは 絶対温度、ｑは電子の電荷でめる。第６ｂ図に２つの長い丸【有する対の合成利 得特性を示す。この特性は信号ゼロの交叉点の両側の’ＡＶの範囲の実質上−足 オｌｌ得部分を有する。この−足オリ得領域を越えると特性吹スムースにゼロｌ で落ちて行く。したがってとのｋＢソフトクリッピングしきい値よシ下の入力信 号に対して動作は線形でるる。

可変利得段の出力は出力段へ供給され、それは典型的には出力トランジスタＴＲ ５５を駆動する増幅器ＡＭＰ５１よＩＯｌそのトランジスタＴＲ５５のコレクタ 負荷はラインに対して所要のイン−ピーダンスを与える。典型的にはこのインピ ーダンスは６００Ω（或はアメリカ合衆国においては９００Ω）である。

出力信号の一部は第１および第２の電流出力を有する２人力増幅器ＡＭＰ５２の 一方の入力端子に与えられる。増幅器ＡＭＰ５２の他方の入力端子は基準電位例 えば回路の接地電位に接続される。増幅器の出力、すなわち電流Ｉ＆およびより はそれぞれ長い尾を有する対ＴＲ５１，ＴＲ５４およびＴＲ，５２，ＴＲ５，？ の尾の回路に供給される。２つの電流ＩａおよびＩＩ、の和は実質上一定に保持 されることに注意しなけ７しはならない。

したがって、一方の対の尾の回路で加算された（減算された）電流は他方の対の 尾の回路において減算（加算）され、組合せた２つの対を通る全電流は一足のま まである。このようにして、帰還ループを含む全回路の２インに対する出力イン ピーダンスは実質上−足値に維持される。

主要な利得調整が生じるソフトクリップ電圧しきい値は利得（ｇｍ）％性（第６ 　ａ−図）のピークが生じ、対応する長い尾の対が平衡状態にある電圧レベル（ 正または負）に実質上等しくなるようにＩＦｊ＆されている。

これが生じる時、ループ中の帰還は第７図の負帰還利得曲線に示されるようにノ ツチ（切勺込み）が付けられる０したがって対応する長い尾の対中の電流は秋少 されることかでき、したがって出力インピーダンスに変化を生じることなしに順 方向利得を減少させる。

回路の設計は端末使用者、例えは電話管ｈｉｈ関の仕様の要求によって決定され 、その場合ソフトクリッピングの開始のための出力信号レベルが次足される。

その信号レベルから長い尾の対のトランジスタのエミツタ面積比が決定できる。

帰還特性もｌた決定され、それ故帰還のノツチは第７図に示したようにこのソフ トクリップレベルと一致する。含まれた回路パラメータの計算は当業者には明白 であろう。

ここに説明した装置は集積回路で偶成し、取は集積回路の一部として形成すると よい。特にそのような装置は高調波の発生しないで入力通話のクリップを行うた めに加入者電話機中で使用でれることができる。

その装置！′Ｘ、またソフトクリップした成彩は比軟釣低い電力の入力と共に高 屈の可聡絢阪九覚を与えるので、補聴器用回路の一部として使用することもでさ る。

国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　通話波形のソフトクリッピングが行われることのできる可変利得菓子と 、回路出力と可変利得素子との間に結合された負帰還手段とを具備し、前記菓子 の利得は、回路の出力インピーダンスが実質上入力通話信号振幅に無関係に保持 される如く制御される例えは電子電話機用の通話処理回路。
2. （２）　連続的に利得が変化できる入力段と、この入力段に結合された信号増幅 器と、この増幅器に結合された出力段と、出力段と入力段との間に結合された整 流帰還手段とを具備し、出力段の飽和レベル以同の予め定められた正および負の 出力信号しきい値レベルにおいて前記帰還手段が帰還信号を発生してそれによっ て前記入力段の利得が漸進的に減少される如く構成されている例えは電子電話機 用の通話処理回路。
3. （３）　通話信号がソフトクリップされる第１および亮２の長い尾を有するトラ ンジスタ対と、前記長い尾を有する対に結合された出力増幅段と、出力まと長い 尾を有する対との間に結合された負帰還手段と葡具備し、＠Ｌ対のトランジスタ は前記対の最尚利得点か通話信号のゼロレベルの両側に対称に位置され、ソフト クリッピングの囲始に対応する電圧だけそのレベルから離隔しておシ、前記負帰 還手段は前記長い尾を刹する対の尾の回路にそれぞれ脂１および第２の電流を供 粘す４ る如く構成され、それによって長い尾を有する対の組合された出力インピーダン スが実質上−足に保持されている例えは電子電話用の通話処理回路。
4. （４）　前記負帰還手段は予め定められたしきい値レベルよシ上の信号に対して のみ出力を発生する如く構成された整流増幅器を具備している請求の範囲第３項 記載の回路。
5. （５）　ノツチ特性を備えた帰還手段を具備し、その特性のノツチの位置は回路 のソフトクリッピングレベルに対応している請求の範囲第３項または第４項記載 の回路。
6. （６）　集積回路の形態である請求の範囲泥１項乃至第５項の何れかに記載の回 路。
7. （７）　実質上添付図面を参照にここに記載したとおシの通話処理回路。
8. （８）　請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載された通話処理回路を備え た電話機。
9. （９）　実質上添付図面を参照にここに記載したとおシの通話信号の処理方法。