KR100950785B1 - 전전자 교환기의 가입자 정합 회로 - Google Patents

Abstract

기존의 전전자 교환기의 가입자 정합 회로는 트랜지스터를 통해 가입자 단말기에 통화를 위한 전류를 공급하는 역할과 아울러 통화 전류에 수신된 음성 신호를 중첩하는 두 가지 역할을 수행하였기 때문에, 전화 선로 상에 공급되는 전류가 저항기를 거쳐 트랜지스터의 베이스 단에서 커패시터에서 출력되는 음성 신호와 혼합되어 전화 선로 상으로 공급되었다. 이는 음성 신호에 대한 임피던스를 감소시켜 음성 신호가 손실되는 결과를 낳게 되며, 최종 전화 선로 상으로 공급되는 음성 신호가 잡음 등의 외부 간섭에 취약하게 되어 회로 특성이 악화될 수 있다. 이에 본 발명은, 가입자 정합 회로에서의 음성 공급과 전류 공급을 별개의 독립 회로로 구성하여 음성 신호의 손실을 최소화하면서 저주파에 대한 특성을 개선할 수 있는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로를 제공하고자 한다. 본 발명에 의하면, 전전자 교환기의 가입자 정합 회로에서 저주파 대역의 임피던스 균형이 매우 우수하여 선로 상에 전원 잡음에 대한 감쇄 효과가 뛰어나다는 효과가 있다.

가입자 정합 회로, 임피던스, 달링턴(Darlington)

Description

전전자 교환기의 가입자 정합 회로{SUBSCRIBER INTERFACE CIRCUIT OF FULL ELECTRONIC SWITCHING SYSTEM}

본 발명은 전전자 교환기(full electronic switching system)의 가입자 정합 회로(subscriber interface circuit)에 관한 것으로, 특히 음성 임피던스(Impedance)를 증가시키는데 적합한 전전자 교환기의 가입자 정합 회로에 관한 것이다.

가입자 정합 회로는 전화기 발명 이래로 지금까지 그 기본 기능 및 개념이 그대로 유지되어온 가장 고전적인 기술 분야에 속한다.

특히, 아날로그 가입자 정합 회로는, 가입자 전화기 및 이와 유사한 팩스 및 모뎀 등이 동작할 수 있도록 하는 전류를 공급하는 기능을 제공한다. 이밖에 가입자가 송수화기를 전화기에 올려놓았는지(후크 온(hook on)) 또는 통화를 시도하려고 송수화기를 들었는지(후크 오프(hook off))를 판별하는 가입자 감시 기능을 제공하며, 가입자에게 호출 링 신호를 송출하고 호출 중에 송수화기를 후크 오프 하였는지를 판단하여 송수신을 가능하게 하는 오토 링 트립(auto ring trip) 기능을 제공한다. 또한 가입자 정합 회로는, 전화기에서 전달된 2선식 음성 신호를 4선식 신호로 변환하여 교환기 내부로 제공하고 통화 상대측으로부터 수신된 교환기 내부의 4선식 신호를 2선식 신호로 변환하여 가입자의 전화기로 전달하는 2선/4선 상호 변환 기능 등을 기본 기능으로 제공한다.

종래에는 이러한 기본 기능을 구현하기 위하여 가장 개념적이고 기본 원리에 충실하도록 트랜스(transformer)를 사용했다. 또는 트랜스의 단점을 극복하고자 반도체 소자로 구성된 SLIC(Subscriber Line Interface Circuit) 집적 회로(Integrated Circuit : IC)를 사용하여 가입자 정합 회로를 구성하였다.

상기 트랜스는 가장 쉽고 간편하게 가입자 정합 회로를 구성 할 수는 있으나 2선 측과 4선 측간의 충실한 결합을 보장하기 위해서는 높은 결합률과 큰 인덕턴스(inductance)를 가져야만 한다. 통화 전류를 트랜스를 통해서 공급하여야 하기 때문에 통화 전류에 의한 자기 포화가 될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 트랜스의 부피가 커질 수밖에 없다. 또한, 트랜스는 1차 측과 2차 측이 절연되어 있으므로 음성 신호를 상호 전달하는 과정에서 음성 대역에서 고른 주파수 응답을 얻기가 매우 어렵다. 그리고 종래의 트랜스를 이용한 가입자 정합 회로에서는 가입자에게 공급하는 통화 전류가 최대 120mA까지 공급되었다. 이는 실제 전화기가 동작하는데 필요한 전류에 비하여 지나치게 큰 전류를 공급하여 교환기의 전력 소모를 크게 한다. 과다한 통화 전류를 제한하면 트랜스의 크기를 줄일 수 있으나 최대 통화 전류 공급량을 제한하는 회로가 필요하게 되어 회로가 복잡해진다. 따라서, 트랜스의 크기를 줄이는데는 한계가 있으므로 오늘날의 고집적화 된 교환기에는 적 합하지 않다.

이러한 트랜스의 단점을 해결하기 위해 오늘날에는 반도체 설계 기술을 이용하여 집적화 된 SLIC 집적 회로를 사용해서 고집적화 및 각종 부가 기능을 제공하고 있다. 그러나 SLIC 집적 회로는 제한된 크기의 반도체에 저 전력 신호 회로와 전력 증폭 회로 등이 집적화 되어 있어 회로가 복잡하다. 상기 SLIC 집적 회로를 사용하는 가입자 정합 회로는 외부 선로에 직접 접속되므로 외부의 각종 충격, 예컨대, 써어지(surge), 낙뢰, 및 상전 혼촉 등의 영향을 받는다. 따라서, 트랜스로 구현하였을 경우에 비하여 상대적으로 취약한 보호 성능 때문에 낙뢰가 많은 여름철에는 고장이 다량 발생하는 등 외부 충격에 취약하다. SLIC 집적 회로는 하나의 반도체 소자 안에 모든 회로가 구성되기 때문에, 이러한 파괴로 인한 고장 시 수리가 불가능하여 고가의 부품을 교체 할 수밖에 없다.

작은 반도체에서 최대 통화 전류를 제한하기 위하여 전류 제한 회로를 대체로 내장하는데 전류 제한 회로에는 시리즈 레귤레이터(series regulator) 또는 스위칭 모드 레귤레이터(switching mode regulator) 등을 사용한다. 상기 시리즈 레귤레이터는 SLIC 집적 회로에서 제한된 전류만큼 전력을 열로 소비해야 하므로 열 발생과 전력 소모가 크다. 상기 스위칭 모드 레귤레이터는 복잡한 회로를 필요로 하고 안정된 동작을 얻기가 어려우며, 스위칭 노이즈(switching noise)를 해결하여야 하는 등의 어려움이 따른다. 따라서, SLIC 집적 회로는 작은 크기와 다양한 기능을 자랑하지만 반도체 기술로 집적하기 어려운 소자 때문에 주변 부품을 요구하는 단점과 외부 충격에 약하여 강력한 보호 회로를 필요로 하는 등의 불리한 점들 이 있다.

이러한 단점들을 보완하기 위해 트랜스의 장점인 내 충격성과 SLIC 집적 회로의 고집적화 등의 장점을 모두 수용하는 전전자식 교환기의 가입자 정합 회로가 제안된 바 있으며, 이를 도 1의 회로도를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 종래 전전자 교환기의 가입자 정합 회로의 일 형태를 나타낸 회로도로, 다수의 트랜지스터, 다수의 저항기, 다수의 커패시터, 및 반전 증폭기(U1A, U1B)로 구성된다.

동 도면에 있어서, 전원은 상단 그라운드(ground)(BGND P6)가 0V의 전위를 갖고 하단 P16으로 표시된 단자가 -48V 전위를 가지므로 결국 48V 전원을 사용하는 것과 동일하다. 교환기 및 전송 장비는 대부분 +48V가 아니라 -48V 전원을 사용한다.

먼저, 전류 공급에 대해 살펴보면 다음과 같다.

상단 그라운드에서 들어온 전류는 트랜지스터(Q8, Q12)를 통하여 저항기(R1)를 지나 팁 단(TIP P5)으로 공급된다. 이때 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4) 사이에는 전화기(0 ohm 내지 2000 ohm)가 연결된다. 트랜지스터(Q8, Q12)의 구성은 달링턴(Darlington) 구성이며 NPN 트랜지스터이다.

트랜지스터(Q8, Q12)는 저항기(R20)에 의하여 트랜지스터(Q12)의 베이스로 전류를 공급해서 트랜지스터(Q8)를 턴 온(turn on) 시키고 다시 트랜지스터(Q12)의 출력 단인 이미터(emitter)를 트랜지스터(Q8)의 베이스로 연결하여 트랜지스터(Q8)를 턴 온 시킨다.(이 경우 음성 신호인 교류 신호가 전달될 수 있도록 트랜지스 터(Q8)의 증폭 마진을 약 2V정도로 유지한다.) 이때, 전류는 트랜지스터(Q8) 및 저항기(R1)를 거쳐 팁 단(TIP P5)으로 흐르게 된다.

상단에 표시된 저항기(R42)는 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)의 음성 교류 신호의 임피던스 평형을 맞추기 위한 것이며, 마찬가지로 커패시터(C2) 및 저항기(R3)도 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)의 음성 교류 신호의 임피던스 평형을 맞추기 위한 부품이다.

저항기(R4, R5, R6, R7)는 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)에 전류가 흐를 때 저항기(R1)(R2)의 전위 차를 이용하여 특정 전류 이상이 흐르는 경우를 검출하도록 구성된다.

링 단(RING P4)을 통하여 들어온 전류는 저항기(R2)를 거쳐 PNP 트랜지스터(Q3, Q13)로 들어온다. 이때, PNP 트랜지스터(Q3, Q13)도 상기 팁 단(TIP P5)과 같이 달링턴 구성이다.

이 경우, 바이어스 저항기(R8)를 통해 트랜지스터(Q13)가 턴 온 되고 다시 트랜지스터(Q3)를 턴 온 시킨다. 이 경우 음성 신호인 교류 신호가 전달될 수 있도록 트랜지스터(Q3)의 증폭 마진을 약 2V로 유지한다. 전류는 트랜지스터(Q3)를 거쳐 저항기(R10)로 들러오게 된다. 이때 저항기(R10)에 전류가 흐르면서 저항기(R10) 양단에 전압이 발생한다. 전류가 일정 전류 이상이 되면 저항기(R10) 양단에 전압이 트랜지스터(Q2)의 베이스와 이미터간에 통전 전압까지 도달한다. 이렇게 되면 트랜지스터(Q2)는 턴 온 되게 된다. 여기서 일단 트랜지스터(Q1, Q14)는 전류 제한 회로이다. 그러나 트랜지스터(Q3, Q13)와 마찬가지로 트랜지스 터(Q2)가 턴 온 되기 전에는 트랜지스터(Q1)가 턴 온 되어 있다. 그러나 전류가 계속 증가하여 저항기(R10) 양단에 전압이 트랜지스터(Q2)의 베이스와 이미터간에 통전 전압까지 되면 트랜지스터(Q14)의 베이스 단의 전위가 상승하여 트랜지스터(Q14)의 턴 온 전류를 감소시키고 트랜지스터(Q14)는 다시 트랜지스터(Q1)의 턴 온 전류를 감소시켜 일정 전류만 흐르도록 제한하게 된다. 트랜지스터의 이미터와 베이스는 보통 0.7V 정도의 전위 차가 발생하여야 트랜지스터가 동작할 수 있는 조건이 된다. 트랜지스터(Q4)는 파워 오프(power off) 제어 신호가 들어오면 턴 온 되어 트랜지스터(Q14)의 베이스 전위를 상승시켜서 트랜지스터(Q14)를 턴 오프(turn off)시켜 전류를 차단하는 기능이다.

다음으로, 음성 신호 송신에 대해 살펴보면 다음과 같다.

저항기(R15)를 통해 교류 신호인 음성 신호가 입력된다. 이때, U1B는 반전 증폭기인 연산 증폭기이다.(반전 증폭기의 신호 이득은 저항기(R19,R16)에 의하여 결정된다.)

반전 증폭기(U1B)를 거친 음성 신호는 커패시터(C3)에서 직류 전류가 차단되고 순수 교류 신호만 다음 단인 트랜지스터(Q13)의 베이스 단으로 넘어간다. 이 경우 트랜지스터(Q13)의 베이스 전류를 변화시켜 음성 신호를 링 단(RING P4)에 추가할 수 있게 된다.

U1A도 반전 증폭기인 연산 증폭기이다. 반전 증폭기(U1B)와 마찬가지로 반전 증폭기(U1A)의 출력 신호를 저항기(R17)를 통해 받아 단위 이득을 가지고 위상만 180도 바꾸어 커패시터(C1)를 통하여 트랜지스터(Q12)의 베이스 단으로 음성 신 호를 보내어 팁 단(TIP P5)에 신호를 추가한다.

트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)는 가입자 단말기에 통화를 위한 전류를 공급하는 역할과 아울러, 통화 전류에 수신된 음성 신호를 중첩하는 역할을 수행한다. 즉, 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)는 저항기(R3, R8, R20)와 더불어 이미터 플로워(emitter flower) 전력 증폭 회로를 구성하여 전력 증폭한다. 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)가 구성하는 이미터 플로워 전력 증폭 회로는 일정한 직류 바이어스를 갖지를 못한다. 왜냐하면, 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)는 각각의 이미터를 거쳐 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)으로 전류를 공급하여야 하고 선로의 부하 상태에 따라 그 전류의 크기가 달라지므로 고정된 바이어스를 갖지를 못하기 때문에 회로의 동작을 모든 부하 영역에서 안정되게 보장하려면 바이어스의 적절한 설계가 필요하다.

저항기(R20, R8)는 변화되는 직류 부하 상황에 따라 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)의 베이스 전류를 증감하여 항상 안정된 바이어스 영역에서 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)가 동작하도록 보장하는 역할을 한다. 저항기(R20, R8)는 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)의 베이스 바이어스 전류를 공급함과 동시에 전압 귀환 저항으로서, 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)사이의 부하 저항이 증가하여 전류가 감소하였을 때 트랜지스터(Q8, Q12)의 이미터 전위는 그라운드 단자(BGND P6) 쪽으로, 트랜지스터(Q3, Q13)의 이미터 전위는 P16 단자 쪽으로 접근하게 된다. 점차적으로 부하 저항이 커져서 전류가 0에 가까워지면 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)가 포화되지만 저항기(R20, R8)에 의해 전압 귀환되어 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)의 베이스 전류가 감소하게 되어, 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)가 포화되는 것을 방지한다. 그러나, 극단적인 부하 즉, 무 부하 상태가 되면 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)가 차단 영역에 들어가게 되므로 이를 방지하기 위한 부하 저항기의 역할을 저항기(R3)가 하게 된다.

저항기(R3)는 직류 및 교류 부하로 작용하지만 가입자 정합 회로와 선로의 특성 임피던스는 600옴(Ohm) 정도의 값을 가지므로 저항기(R3)를 무조건 작은 값을 선택할 수가 없다. 저항기(R3)를 지나치게 작은 값을 선택하면 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4) 사이에 존재하는 가입자 단말기를 포함한 선로 저항으로 공급되는 통화 전류의 감소를 초래하고 또한 선로의 특성 임피던스와의 정합에 영향을 주게 되므로 저항기(R3)는 수십 킬로 오옴(KOhm) 단위의 값이 적당한 값이 된다.

정상적인 통화 상태인 경우 통화 전류가 흐르게 되고 통화 전류에 의해 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)가 동작 영역에서 동작하게 되지만 가입자 정합 회로는 직류 무 부하 상태 즉, 온 후크 상태에서도 신호의 전송이 가능해야 한다. 따라서 온 후크 상태에서도 오프 후크 상태와 동일한 교류 특성을 가져야 한다. 온 후크 상태에서는 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)의 직류 및 교류 부하 임피던스가 감소하게 되는데 커패시터(C2)는 교류 부하로써 작용하여 안정된 동작을 보장한다.

트랜지스터(Q1, Q14)는 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4) 사이의 최대 부하 즉, 단락 상태에서 흐르는 전류를 제한하는 역할을 수행한다. 통화 전류는 저항기(R10)로 흐르게 되고 저항기(R10) 양단에 전위 차가 형성되는데 전류가 증가하여 양단에 형성된 전위 차가 트랜지스터(Q2)의 VBE와 같아지는 전류에서 전류는 제한 되게 된다.

트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)는 각각 반전 증폭기(U1A)(U1B)의 출력이 베이스 전류로 입력되어 이미터로 출력되는 이미터 플로워 전력 증폭 회로를 구성한다. 이미터 플로워 전력 증폭 회로는 낮은 출력 임피던스를 제공하여 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4) 사이에 연결되는 부하를 구동한다. 부하는 선로의 특성 임피던스가 되며, 최종적으로는 단말기에 전달된다.

반전 증폭기(U1A)(U1B)는 상호 반전된 신호를 출력하여 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)에서는 서로 위상이 반전된 신호를 출력하게 된다.

저항기(R1, R2)는 선로의 직류 전류를 감시하기 위한 전류 검출 기능을 제공한다. 저항기(R1, R2)를 거쳐 흐르는 통화 전류는 저항에 전위 차를 형성하게 한다.

한편, 전전자 교환기의 가입자 정합 회로의 일부로, 선로 측의 2선 신호를 4선 신호로 변환하는 회로를 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가입자로부터 전송되어진 음성 신호를 상대측으로 전송하기 위해서는 2선 음성 신호를 4선 신호로 변환하기 위한 비교기(U2B)와, 비교기(U2B)를 차동 증폭 모드로 동작하기 위한 저항기(R28, R31, R29, R30)와, 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)의 직류 전위를 차단하고 교류 신호를 차동 증폭기로 입력하기 위한 직류 차단 커패시터(C5, C6)가 구비된다.

동 도면에 있어서, 차동 증폭 회로는 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)으로 입력되는 음성 신호의 차분을 검출하여 다음 단계인 코덱(code/decode converter) 등으로 신호를 제공한다. 커패시터(C5, C6)는 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)의 직류 전위를 제거하는 역할을 한다.

전압 비교기로서 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)의 음성 신호의 차이를 단일 신호로 만든다. 커패시터(C5, C6)는 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)에 실린 직류 전압을 차단하고 순수한 교류 신호만 전압 비교기로 들어오게 한다. 비교기(U2B)에서 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)의 전압을 비교한 후 교류 음성 신호만 출력하는데, 이때의 출력 이득은 저항기(R28, R31, R29, R30)에 의하여 조정되고 팁 단(TIP P5) 및 링 단(RING P4)의 각각 이득을 조정할 수 있다.

다른 한편, 전전자 교환기의 가입자 정합 회로의 일부로, 가입자가 송수화기를 들고 통화를 시도할 때 후크 오프를 검출하고, 다이얼링을 할 때 다이얼 펄스를 검출하며, 링 신호 공급 중 후크 오프를 할 때 이를 검출하는 회로를 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 출력되는 전위를 비교하여 +5V 또는 -5V를 출력하는 비교기(U2A)와, 팁 단(TIP P5)과 링 단(RING P4)의 직류 전위 사이에 존재하는 전위를 비교기(U2A)의 전원 전압 범위로 강하시키는 저항기(R24, R25, R34, R35)와, 비교기(U2A)에서의 비교 결과 출력 전압을 TTL(Transistor-Transistor Logic) 전압 레벨로 변환하는 트랜지스터(Q10)와, 트랜지스터(Q10)가 오프 상태일 때 후크 오프 검출 신호를 논리 '1'로 유지하기 위한 풀업 저항기(R23)로 구성된다.

이상과 같이, 기존의 전전자 교환기의 가입자 정합 회로는 트랜지스터(Q8, Q12)(Q3, Q13)를 통해 가입자 단말기에 통화를 위한 전류를 공급하는 역할과 아울러, 통화 전류에 수신된 음성 신호를 중첩하는 두 가지 역할을 수행하였다. 즉, 전화 선로 상에 공급되는 전류가 저항기(R43)를 거쳐 트랜지스터(Q12)의 베이스 단에서 커패시터(C1)에서 출력되는 음성 신호와 혼합되어 전화 선로 상으로 공급된다.

이는 음성 신호에 대한 임피던스를 감소시켜 음성 신호가 손실되는 결과를 낳게 된다. 즉, 최종 전화 선로 상으로 공급되는 음성 신호가 잡음 등의 외부 간섭에 취약하게 되어 회로 특성이 악화될 수 있다.

이에 본 발명은, 가입자 정합 회로에서의 음성 공급과 전류 공급을 별개의 독립 회로로 구성하여 음성 신호의 손실을 최소화할 수 있는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은, 음성 공급부와 전류 공급부를 별개로 배치하여 저주파에 대한 특성을 개선할 수 있는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로를 제공하고자 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 전전자 교환기의 가입자 정합 회로에 있어서, 상기 가입자 정합 회로로 입력되는 음성 신호를 반 전 증폭하는 제 1 증폭기와, 상기 가입자 정합 회로로 입력되는 음성 신호를 반전 증폭하되, 상기 제 1 증폭기와 상호 반전된 신호를 출력하는 제 2 증폭기와, 상기 제 1 증폭기 및 제 2 증폭기를 거친 음성 신호에 대한 임피던스를 기설정 레벨로 증가시키는 음성 공급부와, 상기 음성 공급부와 연결되며 상기 가입자 정합 회로의 그라운드 단자를 통해 입력되는 전류에 대한 레벨을 일정 레벨로 제한하는 제 1 전류 공급부와, 상기 음성 공급부와 연결되며 기설정 전위의 전원 단자를 통해 입력되는 전류에 대한 레벨을 일정 레벨로 제한하되, 상기 제 1 전류 공급부의 전압 극성과 서로 반대되는 전압 극성을 갖는 제 2 전류 공급부를 포함하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로를 제공한다.

본 발명에 의하면, 전전자 교환기의 가입자 정합 회로에서 저주파 대역의 임피던스 균형이 매우 우수하여 선로 상에 전원 잡음에 대한 감쇄 효과가 뛰어나다는 효과가 있다. 또한, 증폭기가 가상 접지로 동작하기 때문에 일정 크기의 동상 잡음(실제 전화 선로 상의 대부분의 잡음) 입력에 대한 흡수 능력이 뛰어나 실제 음성 신호인 차상 신호만을 전달할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전전자식 교환기의 가입자 정합 회로의 일 형태를 나타낸 회로도로서, 크게 다수의 트랜지스터, 다수의 저항기, 다수의 커패시터, 및 반전 증폭기(U2A, U2B)로 구성되며, 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 음성 공급부(100), 제 1 전류 공급부(102), 제 2 전류 공급부(104), 잡음 감쇄부(106)를 포함한다.

동 도면에 있어서, 전원은 상단 그라운드(ground)(BGND P5, P20)가 0V의 전위를 갖고 하단 P16으로 표시된 단자가 -48V 전위를 가지므로 결국 48V 전원을 사용하는 것과 동일하다. 교환기 및 전송 장비는 대부분 +48V가 아니라 -48V 전원을 사용한다.

먼저, 전류 공급에 대해 살펴보면 다음과 같다.

상단 그라운드(BGND P5, P20)를 통해 입력된 전류는 제 1 전류 공급부(102)를 통해 저항기(R1)를 지나 팁 단(TIP_A P2)으로 공급된다.

이때, 제 1 전류 공급부(102)는 저항(RA2, RA3, RA4, RA5, RA6, RA7, RA8), 커패시터(CA2, CA3) 및 트랜지스터(QA1, QA2, QA3, QA4)로 구성되며, 각각의 트랜지스터(QA1, QA2, QA3, QA4)는 달링턴(Darlington) 구성의 PNP 트랜지스터이다.

제 1 전류 공급부(102)의 저항(RA3)의 일 단은 트랜지스터(QA1)의 이미터(emitter) 단자에 연결되며, 트랜지스터(QA1)의 컬렉터(collector) 단자에는 트랜지스터(QA2)의 이미터 단자가 각각 연결된다. 또한, 트랜지스터(QA3)의 이미터 단자에는 트랜지스터(QA2)의 베이스 단자와 함께 저항(RA6)의 일 단이 연결되며, 트랜지스터(QA3)의 베이스 단자에는 저항(RA7)의 일 단이 각각 연결된다. 그리고 상기 저항(RA7)의 타 단에는 트랜지스터(QA4)의 컬렉터 단자가 병렬로 연결되며, 트랜지스터(QA4)의 베이스 단자에는 저항(RA3)의 일 단이 병렬로 각각 연결된다.

이하, 본 실시예에 따른 제 1 전류 공급부(102)의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

제 1 전류 공급부(102)로 제공되는 전류는 저항(RA3)을 거쳐 트랜지스터(QA1, QA2)를 통과하여 저항(RA2)에서 음성 신호와 만나게 된다. 이때, 저항(RA3)의 전위가 트랜지스터(QA4)의 통전 전압 이상으로 상승하게 되면 트랜지스터(QA4)가 통전되어 달링턴 구조의 트랜지스터(QA3)의 베이스 단자 전압을 상승시키게 되며, 결과적으로 트랜지스터(QA2)의 전류량을 감소시키게 된다.

이에 따라 트랜지스터(QA3)의 전류 및 전위가 순차적으로 감소하면서 트랜지스터(QA4)가 단전되어 전류가 일정 전류로 제한되어 진다. 큰 음성 임피던스의 생성은 트랜지스터(QA1) 및 저항(RA4, RA5)에서 1차적으로 이루어진다.

커패시터(CA2)에 의하여 트랜지스터(QA1)의 베이스 단자 전위가 일정하게 유지하려는 특성을 가지므로, 선로 상에 음성이 전원 단자로 넘어가는 것을 방해하게 된다. 마찬가지로 트랜지스터(QA3)의 베이스 단자에 연결된 커패시터(CA3)에 의해서도 동일한 원리로 동작하여 음성에 대한 임피던스를 키우게 된다.

한편, 제 2 전류 공급부(104)는 저항(RB2, RB3, RB4, RB5, RB6, RB7, RB8), 커패시터(CB2, CB3) 및 트랜지스터(QB1, QB2, QB3, QB4)로 구성되며, 각각의 트랜지스터(QB1, QB2, QB3, QB4)는 달링턴(Darlington) 구성의 NPN 트랜지스터이다.

제 2 전류 공급부(104)의 저항(RB6)의 일 단은 트랜지스터(QB2)의 이미터 단 자에 연결되며, 트랜지스터(QB2)의 컬렉터 단자에는 트랜지스터(QB1)의 이미터 단자가 각각 연결된다. 또한, 트랜지스터(QB3)의 이미터 단자에는 트랜지스터(QB1)의 베이스 단자와 함께 저항(RB3)의 일 단이 연결되며, 트랜지스터(QB3)의 베이스 단자에는 저항(RB8)의 일 단이 연결된다. 그리고 상기 저항(RB8)의 타 단에는 트랜지스터(QB4)의 컬렉터 단자가 병렬로 연결되며, 트랜지스터(QB4)의 베이스 단자에는 상기 저항(RB6)의 일 단이 병렬로 각각 연결된다. 추가적으로 제 2 전류 공급부(104)는, 상기 트랜지스터(QB3)의 베이스 단자와 그 컬렉터 단자가 연결되는 트랜지스터(QB5)를 더 포함한다.

이하, 본 실시예에 따른 제 2 전류 공급부(104)의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

제 2 전류 공급부(104)로 제공되는 전류는 저항(RB6)을 거쳐 트랜지스터(QB2, QB1)를 통과하여 저항(RB2)에서 음성 신호와 만나게 된다. 이때, 저항(RB6)의 전위가 트랜지스터(QB4)의 통전 전압 이상으로 상승하게 되면 트랜지스터(QB4)가 통전되어 달링턴 구조의 트랜지스터(QB3)의 베이스 단자 전압을 상승시키게 되며, 결과적으로 트랜지스터(QB1)의 전류량을 감소시키게 된다.

이에 따라 트랜지스터(QB1)의 전류 및 전위가 순차적으로 감소하면서 트랜지스터(QB4)가 단전되어 전류가 일정 전류로 제한되어 진다. 큰 음성 임피던스의 생성은 트랜지스터(QB2) 및 저항(RB4, RB5)에서 1차적으로 이루어진다.

커패시터(CB2)에 의하여 트랜지스터(QB2)의 베이스 단자 전위가 일정하게 유지하려는 특성을 가지므로, 선로 상에 음성이 전원 단자로 넘어가는 것을 방해하게 된다. 마찬가지로 트랜지스터(QB3)의 베이스 단자에 연결된 커패시터(CB3)에 의해서도 동일한 원리로 동작하여 음성에 대한 임피던스를 키우게 된다.

이와 같은 제 2 전류 공급부(104)는, 상기 제 1 전류 공급부(102)와 동작원리가 동일하며, 다만 제 1 전류 공급부(102)가 PNP 트랜지스터인데 반해 제 2 전류 공급부(104)는 NPN 트랜지스터라는 구조적인 점과, 트랜지스터(QB5, QB6)에 의해 트랜지스터(QB3)의 베이스 단자 전위를 낮추어 트랜지스터(QB3)를 절단함으로써 선로 상의 전원 공급을 중단한다는 기능적인 점에서 차이가 있다.

다음으로, 음성 신호 송신에 대해 살펴보면 다음과 같다.

저항기(R15)를 통해 교류 신호인 음성 신호가 입력된다. 이때, U2B는 반전 증폭기인 연산 증폭기로서, 가상의 접지로 동작하여 일정 크기의 동상 잡음 입력을 흡수하고 실제 음성 신호인 차상 신호만을 전달하는 기능을 한다.

연산 증폭기(U2B)를 거친 음성 신호는 음성 공급부(100)로 제공된다.

본 실시예에 따른 음성 공급부(100)는, 제 1 전류 공급부(102) 및 제 2 전류 공급부(104)에서 공급되는 직류 전압을 차단하는 커패시터(CA1, CB1), 선로 상에 유입되는 임펄스 노이즈로부터 내부 회로를 보호하기 위한 다이오드(DA1, DA2, DB1, DB2), 음성 임피던스를 맞추기 위한 저항(RA1, RB1)을 포함한다.

여기서, 상기 커패시터(CA1)의 일 단은 저항(RA1) 및 다이오드(DA1)와 연결되며, 타 단은 제 1 전류 공급부(102)의 저항(RA2)과 연결된다. 또한, 커패시터(CB1)의 일 단은 저항(RB1) 및 다이오드(DB1)와 연결되며, 타 단은 제 2 전류 공급부(104)의 저항(RB2)과 연결된다.

즉, 본 실시예에서는 각각의 전류 공급부(102)(104)가 독립되어 있고, 음성 신호에 대한 임피던스를 높여주는 별도의 음성 공급부(100)를 마련하였기 때문에, 음성 공급부(100)에서 출력되는 음성 신호는 손실 없이 전화 선로 상으로 공급될 수 있다.

한편, U2A도 반전 증폭기인 연산 증폭기이다. 상기 연산 증폭기(U2B)와 마찬가지로 연산 증폭기(U2A)는 가상의 접지로 동작하여 일정 크기의 동상 잡음 입력을 흡수하고 실제 음성 신호인 차상 신호만을 전달하는 기능을 한다.

두 연산 증폭기(U2A)(U2B)는 상호 반전된 신호를 출력하여 팁 단(TIP_A P2)과 링 단(RING_A P3)에서는 서로 위상이 반전된 신호를 출력하게 된다.

본 실시예에 따른 잡음 감쇄부(106)는 전화 선로 상에서 유입되는 RFI(Radio Frequency Interference)를 감쇄하기 위한 부분으로서, 주로 AM/FM/VHF 등의 전파 주파수 대의 캐리어에 의한 잡음을 감쇄시켜 준다. 이와 같은 잡음 감쇄부(106)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 두 개의 커패시터(C41)(C42)로 이루어진다.

잡음 감쇄부(106)에 연결되는 저항기(R1, R2)는 선로의 직류 전류를 감시하기 위한 전류 검출 기능을 제공한다. 저항기(R1, R2)를 거쳐 흐르는 통화 전류는 저항에 전위 차를 형성하게 한다.

한편, 본 실시예에 따른 전전자 교환기의 가입자 정합 회로의 일부로, 선로 측의 2선 신호를 4선 신호로 변환하는 회로를 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 가입자로부터 전송되어진 음성 신호를 상대측으로 전송하기 위해서는 2선 음성 신호를 4선 신호로 변환하기 위한 비교기(U4A)와, 비 교기(U4A)를 차동 증폭 모드로 동작하기 위한 저항기(R28, R31, R29, R30)와, 팁 단(TIP_A P2) 및 링 단(RING_A P3)의 직류 전위를 차단하고 교류 신호를 차동 증폭기로 입력하기 위한 직류 차단 커패시터(C5, C6)가 구비된다.

동 도면에 있어서, 차동 증폭 회로는 팁 단(TIP_A P2)과 링 단(RING_A P3)으로 입력되는 음성 신호의 차분을 검출하여 다음 단계인 코덱(code/decode converter)등으로 신호를 제공한다. 커패시터(C5, C6)는 팁 단(TIP_A P2) 및 링 단(RING_A P3)의 직류 전위를 제거하는 역할을 한다.

전압 비교기로서 팁 단(TIP_A P2) 및 링 단(RING_A P3)의 음성 신호의 차이를 단일 신호로 만든다. 커패시터(C5, C6)는 팁 단(TIP_A P2) 및 링 단(RING_A P3)에 실린 직류 전압을 차단하고 순수한 교류 신호만 전압 비교기로 들어오게 한다. 비교기(U4A)에서 팁 단(TIP_A P2) 및 링 단(RING_A P3)의 전압을 비교한 후 교류 음성 신호만 출력하는데, 이때의 출력 이득은 저항기(R28, R31, R29, R30)에 의하여 조정되고 팁 단(TIP_A P2) 및 링 단(RING_A P3)의 각각 이득을 조정할 수 있다.

다른 한편, 전전자 교환기의 가입자 정합 회로의 일부로, 가입자가 송수화기를 들고 통화를 시도할 때 후크 오프를 검출하고, 다이얼링을 할 때 다이얼 펄스를 검출하며, 링 신호 공급 중 후크 오프를 할 때 이를 검출하는 회로를 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 출력되는 전위를 비교하여 +5V 또는 -5V를 출력하는 비교기(U4B)와, 팁 단(TIP_A P2)과 링 단(RING_A P3)의 직류 전위 사이에 존재하는 전위를 비 교기(U4B)의 전원 전압 범위로 강하시키는 저항기(R24, R25, R34, R35)와, 비교기(U4B)에서의 비교 결과 출력 전압을 TTL(Transistor-Transistor Logic) 전압 레벨로 변환하는 트랜지스터(Q10)와, 트랜지스터(Q10)가 오프 상태일 때 후크 오프 검출 신호를 논리 '1'로 유지하기 위한 풀업 저항기(R33)로 구성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전류와 음성 신호가 혼합된 상태로 전화 선로 상에 공급되는 기존의 가입자 정합 회로와는 달리, 음성 신호에 대한 임피던스를 높여주는 음성 공급부를 별도로 마련하고 각각 두 개의 전류 공급부를 독립되게 구성하여 음성 신호에 대한 손실을 최소화하도록 구현한 것이다. 즉, 두 개의 연산 증폭기를 연결하기 위해서는 두 개의 음성 및 전류 통합형 공급부가 필요했으나, 본 발명으로 인해 음성 신호만 별개로 통합하고 각각의 전류 공급부를 독립되게 구현한 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 전전자 교환기의 가입자 정합 회로를 예시한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전전자 교환기의 가입자 정합 회로를 예시한 도면.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

100 : 음성 공급부 102 : 제 1 전류 공급부

104 : 제 2 전류 공급부 106 : 잡음 감쇄부

Claims (13)

1. 전전자 교환기의 가입자 정합 회로에 있어서,

   상기 가입자 정합 회로로 입력되는 음성 신호를 반전 증폭하는 제 1 증폭기와,

   상기 가입자 정합 회로로 입력되는 음성 신호를 반전 증폭하되, 상기 제 1 증폭기와 상호 반전된 신호를 출력하는 제 2 증폭기와,

   상기 제 1 증폭기 및 제 2 증폭기를 거친 음성 신호에 대한 임피던스를 기설정 레벨로 증가시키는 음성 공급부와,

   상기 음성 공급부와 연결되며 상기 가입자 정합 회로의 그라운드 단자를 통해 입력되는 전류에 대한 레벨을 일정 레벨로 제한하는 제 1 전류 공급부와,

   상기 음성 공급부와 연결되며 기설정 전위의 전원 단자를 통해 입력되는 전류에 대한 레벨을 일정 레벨로 제한하되, 상기 제 1 전류 공급부의 전압 극성과 서로 반대되는 전압 극성을 갖는 제 2 전류 공급부를 포함하며,

   상기 음성 공급부는,

   상기 제 1 전류 공급부의 저항을 통해 상기 제 1 전류 공급부와 연결되어 상기 제 1 전류 공급부에서 공급되는 직류 전압을 차단하는 제 1 커패시터와,

   상기 제 2 전류 공급부의 저항을 통해 상기 제 2 전류 공급부와 연결되어 상기 제 2 전류 공급부에서 공급되는 직류 전압을 차단하는 제 2 커패시터

   를 포함하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 증폭기 및 제 2 증폭기는,

   가상의 접지로 동작하여 일정 크기의 동상 잡음 입력을 흡수하고 실제 음성 신호인 차상 신호만을 전달하는 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 음성 공급부는,

   선로 상에 유입되는 임펄스 노이즈로부터 상기 가입자 정합 회로를 보호하기 위한 다이오드와,

   음성 임피던스를 맞추기 위한 저항

   을 더 포함하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 전류 공급부는,

   제 1 저항과,

   상기 제 1 저항의 일 단과 그 이미터 단자가 연결되는 제 1 트랜지스터와,

   상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터 단자와 그 이미터 단자가 연결되는 제 2 트랜지스터와,

   상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자와 그 이미터 단자가 연결되는 제 3 트랜지스터와,

   상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자와 그 일 단이 연결되는 제 2 저항과,

   상기 제 2 저항의 타 단과 그 컬렉터 단자가 병렬로 연결되는 제 4 트랜지스터

   를 포함하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 전류 공급부로 제공되는 전류는 상기 제 1 저항을 거쳐 상기 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 통과하여 상기 음성 공급부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 저항의 전위가 상기 제 4 트랜지스터의 통전 전압 이상으로 상승하게 되면, 상기 제 4 트랜지스터가 통전되어 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자 전압을 상승시켜 상기 제 2 트랜지스터의 전류량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터, 제 4 트랜지스터는, 각각 PNP 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 전류 공급부는,

   제 1 저항과,

   상기 제 1 저항의 일 단과 그 이미터 단자가 연결되는 제 1 트랜지스터와,

   상기 제 1 트랜지스터의 컬렉터 단자와 그 이미터 단자가 연결되는 제 2 트랜지스터와,

   상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자와 그 이미터 단자가 연결되는 제 3 트랜지스터와,

   상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자와 그 일 단이 연결되는 제 2 저항과,

   상기 제 2 저항의 타 단과 그 컬렉터 단자가 병렬로 연결되는 제 4 트랜지스터와,

   상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자와 그 컬렉터 단자가 연결되는 제 5 트랜지스터

   를 포함하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 전류 공급부로 제공되는 전류는 상기 제 1 저항을 거쳐 상기 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 통과하여 상기 음성 공급부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 저항의 전위가 상기 제 4 트랜지스터의 통전 전압 이상으로 상승하게 되면, 상기 제 4 트랜지스터가 통전되어 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자 전압을 상승시켜 상기 제 2 트랜지스터의 전류량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 5 트랜지스터는, 상기 제 3 트랜지스터의 베이스 단자 전위를 낮추어 상기 제 3 트랜지스터를 절단함으로써 선로 상의 전원 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터, 제 4 트랜지스터, 제 5 트랜지스터는, 각각 NPN 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 전전자 교환기의 가입자 정합 회로는,

    두 개의 커패시터로 구성되어 상기 제 1 전류 공급부 및 제 2 전류 공급부와 연결되는 선로 상의 무선 주파수 간섭(Radio Frequency Interference)을 감쇄하는 잡음 감쇄부를 더 포함하는 전전자 교환기의 가입자 정합 회로.

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