Brevet FR2107932A1 — publié le 19720512

La présente invention concerne un répéteur assurant l'amplification des signaux à fréquence vocale d'un système de transmission téléphonique à deux fils. Dans les systèmes téléphoniques à deux fils, il est connu d'amplifier les signaux à fréquence vocale en utilisant le principe du répéteur à transformateur différentiel ou des techniques d'impédance négative. Pour obtenir l'adaptation précise à l'impédance de ligne nécessaire à un fonctionnement stable, ces s deux techniques nécessitent généralement une multitude de réseaux d'équilibrage de précision et de sections de ligne supplémentaires. Le codt et la complexité de ces systèmes démontrent clairement que de telles solutions doivent être dépassées pour résoudre le problème du gain en deux fils. Las systèmes téléponiques à deux fils assurent généralement une transmission bidirectionnelle. Dans de tels systèmes, les amplificateurs doivent présenter une impédance qui soit aussi voisine que possible de la caractéristique de ligne. Cette impédance doit être maintenue sur toute une gamme de fréquences, même si la caractéristique de ligne n'est pas constante. De plus, il existe une grande variété de réponses et de conditions qui doivent être remplies pour que le répéteur puisse avoir une application générale. Pour vaincre ces difficultés, il est prévu un système dans lequel des signaux parasites d'une voie de transmission sont annulés par l'adjonction de signaux déphasés de 1800 par rapport aux signaux parasites. La méthode préférentielle permettant de réaliser ce système consiste à prévoir une paire d'amplificateurs adaptés (un dans chaque voie de transmission), et à assurer que le transformateur de ligne et d'autres composants de circuit nécessaires aient une action sur les signaux d'entrée et de sortie des amplificateurs, afin de produire un déphasage conduisant à la discrimination bidirectionnelle décrite. C'est pourquoi, un premier objet de l'invention consiste à prévoir un nouveau répéteur à deux fils bidirectionnel, perfectionné pour signaux à fréquence vocale, destiné à être utilisé sur des boucles d'abonnés. Un deuxième objet de l'invention consiste à prévoir un répéteur à fréquence vocale utilisant le principe d'annulation de signaux parasites par l'inversion du signal parasite et l'application à ce dernier du signal inversé. Un troisième objet de l'invention consiste à réaliser un répéteur à fréquence vocale perfectionné pouvant etre monté sur une carte de circuits imprimés. Un dernier objet de l'invention consiste à prévoir un répéteur à fréquence vocale à deux fils comportant des amplificateurs adaptés pour chaque direction de transmission et utilisant le transformateur de ligne à chaque extrémité de transmission conne élément majeur de l'inversion de phase des signaux à annuler. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, un schéma simplifié d'un répéteur à fréquence vocale bidirectionnel à deux fils conforme à la présente invention ; - la figure 2, un diagralrme fonctionnel d'un répéteur d'usage général, plus oamplexe, utilisant le principe de la figure 1 - la figure 3, un plan de raccordement des figures 3a et 3b - les figures 3a et 3b, les circuits détaillés d'un répéteur utilisant le principe de l'invention ; - les figures 4a à 4d, des schémas simplifiés d'un couplage par transformateur indiquant le principe de base utilisé dans cette invention. On va commencer la description en se reportant à la figure 1 qui représente un répéteur à fréquence vocale, bidirectionnel, à deux fils, 10, comportant deux bornes 12 et 14 à l'extréinité de gauche W. Une résistance 18 est connectez entre les bornes 12 et 14 afin de représenter l'impédance d'une charge 20 correspondant à un équipement de poste d'abonné connecté à la ligne. L'enroulement primaire 30 d'un transformateur de ligne 32 est connecté entre les bornes 12 et 14. L'enroulement secondaire 34 du transformateur de ligne a le même nombre de spires que l'enroulement primaire, comne cela est bien connu dans la technique des transmissions téléphoniques. L'entrée d'un amplificateur 40 est connectée à une borne 36 de l'enroulement secondaire du transformateur. Cet amplificateur étudié de façon plus détaillée subsequennent sert d'adaptateur d'impédance et d'inverseur ayant une faible résistance d'entrée et une résistance de sortie approximativement égale à la résistance 18. La borne de sortie 42 de l'amplificateur 40 est connectée a un extrémité d'une résistance 44, l'amplificateur 40 et la résistance 44 constituant un circuit série shuntant l'enroulement secondaire 34 du transformateur 32. La résistance 44 doit être beaucoup plus grande que la résistance de charge 18. La prise 46 est connectée à l'entrée d'un amplificateur principal 50 tandis que la borne 48 est reliée à la sortie d'un amplificateur 52 adapté à l'amplificateur 50 mais monté en sens inverse. L'amplificateur 50 sert à amplifier les signaux dirigés de la gauche vers la droite (W-E) tandis que I 'amplificateur 52 amplifie les signaux dirigés de la droite vers la gauche (E-W). La borne d'entrée de l'amplificateur principal 52 est connectée à une prise au à un étant variable 60 d'une résistance 62 bectée entre les deux fils par les bornes 64 et 66. La borne 66 est connectée à la sortie d'un amplificateur 70 de la voie principale EsR, utilisé pour le changement d'impédance et l'inversion des signaux. Les caractéristiques et la fonction de oet amplificateur sont similaires à celles de l'amplificateur 40 de la voie W-E. L'enroulement secondaire 80 d'un transformateur de ligne 82 a une borne connectée à l'entrée de l'amplificateur 70 et son autre borne est connectée à la borne 64.L'enroulement primaire 84 du transformateur 82 est connecté à la résistance 88 représentant l'impédance d'une charge 91 connectée entre les bornes 90 et 92 de l'extrémité E du système. Le principe de fonctionnement du système l'invention dépend de certaines relations simples évidentes à la lecture des figures 4a, 4b, 4c et 4d. On peut voir sur ces figures qu'une charge RA est adaptée à une paire de résistances RB et RC au moyen d'un transformateur idéal 1/1. Les figures 4a et 4b indiquent que, si la source de tension est appliquée aux deux emplacements représentés, il y a un changement de polarité entre les tensions existant aux bornes de RB et Les figures 4c et 4d représentent le cas de l'insertion d'un amplificateur inverseur A, les conditions du circuit étant rapportées à un potentiel de terre commun à la jonction des résistances et R. Avec le facteur d'amplification relié au rapport des résistances de la manière indiquée, on peut voir que la tension existant aux bornes de la résistance RB peut être rendue égale en amplitude à celle existant aux bornes de la résistance Ainsi, dans le cas de la figure 4c, les tensions ont le même signe, tandis que sur la figure 4d elles ont un signe oppose. I1 est possible de prévoir un circuit d'annulation permettant la différenciation entre les signaux dérivés des deux côtés du transformateur, ce qui conduit à un myen d'isoler le gain bidirectionnel dans un système à deux fils. Oorrme le montre la figure 1, l'amplificateur 40 a une très faible i-an d'entrée Ze' remplissant la fonction de la résistance RB sur les figures 4a-4d. L'impdace de sortie est approximativement égale à celle de la charge 20, mne celle de l'amplificateur 52, ce qui assure des conditions de symétrie aux bornes de la résistance de corbinaison 44 qui est beaucoup plus grande que la résistance 18. L'impédance d'entrée de l'amplificateur 50 est également grande pour empêcher 1 l'atténuation du signal aux bornes de la résistance 44. L'irrpacce de sortie de l'amplificateur 52 remplit la fonction de la résistance RC sur les figures 4a-4d. L'équivalent de la jonction des résistarees et RC, figure 1, est fourni par les fils de retour à la terre des amplificateurs 40 et 52. Les signaux d'entrée apparaissent non amortis à la borne 48, trais sous une forme atténuée à la borne d'entrée 36 de l'amplificateur 40. Cet amplificateur remplit la fonction d'un amplificateur A (figures 4c et 4d), ce -ui assure que les tensions présentes aux bornes 42 et 48 de la résistance 44 sont conformes aux conditions décrites sur la figure 4c, et qu'ainsi une tension sera présente 1 la prise 46 de la résistance 44.Pour les signaux provenant de l'amplificateur 52, le transformateur 32 transfère la puissance a la charge 'O. De plus, ces signaux apparaissent sous une forme atténuée sur I' l'impédance d'entrée de l'amplificateur 40. Dans ce cas, les conditions décrites sur la figure 4d s'appliquent et les tensions aux .bornes 42 et 48 ont un signe opposé. Si les niveaux de tension sont compatibles, déterminés par le réglage précis de la prise 46 sur la résistance 44, l'annulation a lieu et aucun signal n'apparaît à l'entrée de l'amplificateur 50. Des processus similaires ont lieu dans le transformateur 82, ce qui conduit a une situation où des signaux parasites sont annulés dans les deux directions et où le gain bidirectionnel est possible. De plus, il n'est pas nécessaire que l'impédance de la charge 20 ou 91 ait une forme similaire et que les @ains des amplificateurs 50 et 52 soient identiques. Finalement, on xeut voir sur la figure 1 que l'amplificateur 52 sert d'inverseur dans une voie de contre-réaction de l'amplificateur principal de boucle 50, comportant la résistance 52, l'amplificateur 52 et la résistance 44, le signe de la contre-réaction étant négatif. L'instabilité dans le système devient improbable à moins que la contribution de l'amplificateur 70 devienne prédominante et qu'une voie de contre-réaction soit établie par l'amplificateur 60, le transformateur 82, l'amplificateur 70, la résistance 62, l'amplificateur 32 et la résistance 44. Ces commentaires s'appliquent également à la direction de transmission opposée. Le système décrit offre une solution générale au problème du gain @idirectionnel en deux fils. et l'approche d'une situation où l'impédance d'une charge 20 est une impédance variable complexe est maintenant étudiée. Dans le cas pratique, l'impédance de charge 20 se compose d'une impédance présentée par n'importe quel type de ligne généralement connue. Les conditions des déphasages exacts de 0 et de 180 présentés sur le transformater ne s'appliquent plus et, de lus, la ligna peut avoir une réponse en fréquence décroissante dans le cas d'une ligne non-chargée et non-égalisée, ou une réponse 3 peu près plate lorsqu'il s'agit c'une ligne charge. Dans les conditions mentionnées précédemment, le résultat principal d'un état de déséquilibre est un mauvais facteur d'atténuation en retour. par exarcple, un déséquilibre du transformateur 82 cause une mauvaise annulation du signal aux bornes de la résistance 62, ce qui entranne l'apparition d'une composante réfléchie dans le transformateur 32, sur laquelle le gain de boucle total du dispositif s'est exercé. Cependant, la réponse en fréquence de l'amplificateur 50 n'est pas affectée essentiellement par ce déséquilibre. Ainsi, toute approche des problèmes causés par les variations dans l'impédance de charge doit prendre en considération les exigences d'atnuation en retour dans les conditions pratiques des boucles d'abonnés. La figure 2 représente le diagrarrrre fonctionnel d'un répéteur 110 prévu pour des applicaticns générales. Ce répéteur sprend les élé'rents essentiels représentés sur la figure 1 et chaque élément est indiqué par un même numéro précédé par le chiffre 1 ; par exemple, l'amplificateur 40 de la figure 1 devient l'amplificateur 140 de la figure 2 mais, de plus, il fournit une adaptation d'dance et, éventuellement, une mise en forme de la réponse en fréquence. On swse que le système représenté sur la figure 2 est utilisé dans une application où il est terminé à gauche (extrémité W) par une charge 120 dont la composante résistive est dominante, et à droite (extrémité E) par une impédance 188 représentant une ligne complexe. Son rôle consiste à fournir un gain bidirectionnel, une réponse en fréquence essentiellement plate et une grande atténuation en retour mesurée aux bornes d'extrémité.Ceci est obtenu par l'introduction d'un réseau en T d'impédances complexes aux bornes du transforu, de telle sorte que la variation de l'impédance de ligne 188 est adaptée de façon précise en chaque point du spectre de fréquences. Ceci assure que le signal provenant de l'amplificateur 170 a un rapport correct avec celui présent à la sortie de l'amplificateur 150, ce qui permet à l'annulation d'avoir lieu sur toute la bande. De plus, les réponses en fréquence des amplificateurs 150 et 152 sont corrigées selon les besoins ; elles scnt essentiellement plates pour les lignes ayant une bonne caractéristique de bande passante et égalisées pour les lignes ayant une caractéristique décroissante.Les impédances Z1, Z2 et Z3 se réduisent dans la pratique à une seule section en T se composant d'éléments essentiellement résistifs dans les branches en série, et inductifs dans la branche parallèle. Pour s'adapter à une variété de différentes lignes et de sections terminales, une comutation peut être introduite pour permettre la modification rapide des iaaadances pour chaque ensemble particulier de conditions. L'équilibrage final est obtenu dans chaque cas par la position de la prise 160 sur la résistance 162. A ce stade, il faudrait mentionner que le type général de solution fourni par le répéteur est maintenu en dépit de l'adaptation nécessaire, étant donné que les réseaux peuvent être calculés pour compléter toutes les caractéristiques de ligne sans invalider le principe de l'annulation des signaux. Cette approche peut s'étendre au cas intermédiaire ou l'adaptation est nécessaire aux deux extrémités du dispositif ou a une situation de deux/quatre fils dans laquelle les principaux amplificateurs 150 et 152 sont simplement connectés dans une seule direction aux deux transformateurs de ligne. Un schéma détaillé du répéteur d'usage général est représenté sur les figures 3a et 3b. Ce répéteur ccoprend les circuits nécessaires pour remplir les différentes fonctions décrites précédemment. L'ensemble peut etre divisé en sections comprenant les deux amplificateurs inverseurs 140 et 170, deux combinateurs de signaux 122 et 124, les deux principaux amplificateurs 150 et 152 et le réseau d'adaptation de ligne désigné par la référence 171. Chacun de ces éléments est décrit de façon détaillée avant que les facteurs conplets de stabilité et d'amplification soient étudiés. L'amplificateur 140 se couse des transistors 201 et 202, de leurs résistances associées et du condensateur 206, et la configuration du circuit est identique a celle des transistors 211 et 212 des résistances et du condensateur 214 de l'anplificateur inverseur 170. Le transistor NPN 201 est monté en base commune afin de minimiser l'impédance d'entrée et il est couplé directement au transistor complémentaire PNP, 202, qui fonctionne comme étage à émetteur commun. Le gain nécessaire de l'amplificateur, déterminé par la perte aux bornes de l'enroulement du transformateur 132, est de l'ordre de 30 dB. L'impédance de sortie est d'environ 1000 ohms, afin d'assurer une symétrie d'impédance dans le circuit combinateur. La fonction du circuit corrbinateur de signaux 122 consiste a comparer les signaux présents aux sorties des transistors respectifs 202 de l'amplificateur 140 et 221 de l'amplificateur principal 152Ear l'intermédiaire d'un réseau comprenant une paire de résistances 231 et 232. En variante, les résistances fixes 231 et 232 peuvent être remplacées, comme le montre le circuit combinateur 124, par deux résistances de valeur fixe 233 et 234 et un potentiomètre 235 selon que l'on exige un équilibrage fixe ou variable.En plus de ces réistances, un transistor 240 monté en émetteur suiveur corrbiné. L'inverseur est nécessaire dans un amplificateur pour les raisons mentionnées précédemment. Les condensateurs 251 (dans le circuit oonibinateur 122) et 252 (dans le circuit combinateur 124) sont prévus pour limiter la réponse en haute fréquence du répéteur, tandis que la résistance 254 (dans le circuit combinateur 124) est utilisée pour empêcher au potentiel de base du transistor 244 d'atteindre un niveau inacceptable. Le transistor 244 fournit un léger gain afin de surmonter les pertes associées à la résistance 254. Les résistances du circuit émetteur des transistors 240 et 242 peuvent etre sélectionnées sir de fournir un contrôle de paire du système en intervalles discrets. L'amplificateur principal 150 comcrend le transistor 270 et ses circuits associés et il est identique à l'amplificateur principal 152 se composant du transistor 221 et de ses circuits associés. L'éqalisation en série dans l'amplificateur principal 150 est fournie par le réseau comcrenant le condensateur 275, la résistance 276 et le condensateur 277 et une autre égalisation est effectuée par le découplage partiel de la résistance @'émetteur. Un réseau semblable 279 est prévu pour l'amplificateur 152. @es valeurs de ces composants ont été choisies afin de fournir la compensation en fréquence nécessaire à la ligne non-chargée. L'am@lificateur 270 (et 221) lui-même est un étage conventionnel à émetteur commun fournissant le gain global @écessaire du répéteur. Etant donné qu'on a pris soin de minimiser les pertes des si@naux dans les sections précédentes du dispositif, le gain requis de l'amplificateur est essentielle ment dépendant de la perte dans le réseau d'adaptation. Si L1 @e réseau d'adaptation a une perte d'environ @ dE à ri-bande, le gain requis est de 9 @@ à 1 kHz, 13 à 3,5 kHz. Les varistors 294 et 296 sont des dispositifs de 20 volts qui protègent les transistors d'entrée et de sortie. Les condensateurs en série avec les enroulements primaires des transformateurs bloquent les courants continus de signalisation et permettent à la signalisation et à l'appel d'être réalisés autour des transformateurs au moyen d'un découpla@e par co@ine d'arrêt à fréquence vocale. En décrivant la stabilité en courant continu du système, il faut noter que les circuits de contre-réaction du transistor 221 au transistor 240, et du transistor 270 au transistor 244 sont couplés en courant continu, ce qui permet aux points de fonctionnement de ces transistors d'être dépendants du degré de stabilité incorporé. La zone critique se trouve dans les adaptateurs d'impédance où un gain en courant alternatif appréciable est requis. Les deux techniques de contre-réaction série et parallèle sont utilisées pour stabiliser les transistors 201 et 212 et les valeurs respectives des résistances de sortie et de polarisation sont maintenues fai@les pour éviter l'effet des variations des paramètres des transistors. On considère que la stabilité en courant continu des principaux amplificateurs est appropriée pour maintenir le potentiel du collecteur à environ la moitié de la tension d'alimentation pour des changements prévus dans les dispositifs et la température. Comme il en a été fait invention précéderanent, la fonction de la résistance 254 à la base du transistor 244 consiste à limiter le potentiel de base en cas de variations de niveau dues aux transistors précédents. Un réseau de compensation d'impédance 171 connecté à l'enroulement secondaire du transformateur 182 de l'extrémité E comprend une combinaison d'inductances, de condensateurs et de résistances commutés par plusieurs commutateurs figure 3b). Ce réseau permet le maintien d'une adaptation d'impédance et de phase pour des caractéristiques variées de lignes nonchargées et chargées, comprenant toutes les sections terminales susceptibles d'intervenir sur les lignes chargées. L'adaptation obtenue ntest au mieux qu'une approximation étant donné qu'il est difficile de simuler la nature dispersive d'une ligne de transmission utilisant des comptants discrets. Cependant, conjointement avec la résistance de comrande d'équilibrage, une bonne caractéristique de phase et d'amplitude peut être obtenue avec la plupart des conditions de ligne rencontrées dans la pratique. La figure 3b indique que l'opération de commutation nécessaire pour faire passer l'élément du cas de la ligne non-charqée dans le cas de la ligne chargée est réalisée par un certain nonibre de contacts commandés simultanément. Ainsi, ces contacts désignés sur la figure sous le norr de COM se composent d'un simple commutateur à plusieurs contacts. Finalernent, il faut noter que l'amplitude du signal apparaissant à l'entrée du transistor 212 de l'adaptateur d'impédance 170 dépend de la nature du réseau utilisé, ainsi le champ d'action de la résistance d'équilibrage doit être approprié pour compenser cette variation. I1 est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu' titre d'exemple non limitatif et que de narbreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de transmission à deux fils dans lequel les signaux transmis dans des directions opposées empruntent deux voies distinctes comportant chacune un moyen diamplification des signaux transmis dans la direction correspondante, caractérisé par le fait que chaque voie de transmission corporte des moyens fournissant des signaux de phase opposée aux entrées individuelles de chacun desdits moyens d'amplification en réponse à des signaux transmis à travers ces derniers, et des moyens pour équilibrer les impédances de voie afin de maintenir les relations de phase opposée. 2. Système tel que celui décrit dans la revendication 1, dans lequel les royens fournissant des signaux de phase opposée conprennent des transformateurs de lignes, dont un est disposé à chaque terminaison de ligne dudit systbne, et des moyens permettant d'équilibrer l'impédance de l'enroulement secondaire de chaque transformateur avec l'impédance de 1 'enroulement primaire du transformateur. 3. Système oonforme à la deuxième revendication, dans lequel chacun desdits moyens fournissant des signaux de phase opposée colrprend, en plus, un amplificateur inverseur de signaux. 4. Répéteur à fréquence vocale bidirectionnel à deux fils acmprenant un preder et un second amplificateurs d'impédance adaptée, chacun d'entre eux étant couplé pour une direction de transmission différente, des moyens connectés à l'entrée de chaque amplificateur pour inverser la phase des signaux appliqués à celui-ci afin de produire des signaux de phase opposée aux entrées des deux atrplificateurs, et des moyens permettant de compléter des circuits de contre- réaction dans chaque direction à travers les amplificateurs en série afin d'annuler les signaux parasites réfléchis en arrière sur chaque entrée d'amplificateur. 5. Système d'amplification à gain bidirectionnel en deux fils prévu pour une transmission de la parole dans les deux sens entre deux lignes téléphoniques, comportant un transformateur de ligneindividuel couplé aux deux fils terminant icaque ligne, des moyens connectés à des bornes opposées de chacun des transformateurs pour inverser les signaux qui les traversent dans un des sens de transmission, deux amplificateurs dont chacun est prévu sur un des fils pour chaque direction de transmission et inversés l'un par rapport à l'autre, des moyens couplant individuellement ces amplificateurs aux inverseurs de signaux respectifs, lesdits moyens de couplage étant variables de façon que chacun, en combinaison avec l'inverseur de signaux et le transformateur de ligne associés, puisse égaler et compenser l'impédance de la ligne téléphonique qui lui est connectée, afin d'annuler des signaux parasites par combinaison avec des signaux de phase opposée résultants.