Brevet FR2488087A1 — publié le 19820205

i La présente invention a pour objet un circuit de téléalimentation pour liaison bifilaire analogique. Elle trouve une application notamment en téléphonie, par exem- ple dans la réalisation d'autocommutateurs et plus généra- lement dans la téléalimentation de sondes ou de capteurs. Un circuit de téléalimentation pour liaison bifilaire analogique comprend, de manière connue et selon le schéma de la figure 1, une source 10 de tension e, cette tension représentant une information à transmettre à une charge 20, deux amplificateurs de tension 11 et 12 de gains respectifs -1 et +1 et deux impédances identiques 13 et 14, ces amplificateurs et impédances étant insérés entre la charge 20 et chacun des fils 15 et 16 de la liai- son. Ce montage assure une protection contre les pa- rasites. En effet, l'information analogique et transmise sous la forme d'une différence de tensions entre les 2 fils 15 et 16 qui présentent chacun une même impédance vis-à-vis de la terre. Dans ces conditions, un milieu per- turbateur introduit sur les tensions e et e2 de ces fils des erreurs sensiblement identiques qui s'éliminent lors du calcul de la différence e1-e2. Quant à la téléalimen- tation continue, elle est fournie par le courant continu qui est transporté par la liaison bifilaire. En pratique, le transformateur est le composant le plus utilisé dans ce montage, conformément au schéma de la figure 2. Sur cette figure le transformateur 22 com- prend un enroulement primaire 22/1, relié à la source 10 et un secondaire 22/2, constitué par deux demi-enroule- ments reliés d'une part à une source 30 de tension conti- nue E fournissant la téléalimentation continue et d'autre part, aux fils 15 et 16. Le transformateur est un composant qui, dans cette application, présente de nombreux avantages: - il s'agit d'un composant unique et non d'un assemblage; - il est très robuste vis-à-vis des surcharges - la résistance pure de ses enroulements peut-être réduite; - il réalise un bon isolement galvanique. En revanche, il présente les inconvénients sui- vants - son volume est une fonction croissante du courant de téléalimentation (le circuit ma- gnétique ne doit pas être saturé); - pour que les deux demi-enroulements secondai- res présentent des impédances les plus voi- sines possibles, ils doivent être bobinés ensemble (bobinage dit "deux fils en main"); - son volume est une fonction croissante de la fréquence de coupure basse (plus celle-ci est basse, plus les inductances doivent être élevées); - son volume est également d'autant plus gros que la résistance d'enroulement est faible; - et enfin, son prix est élevé. En définitive, ces inconvénients l'emportent sur les avantages, de sorte que des montages entièrement électroniques ont été étudiés pour tenter d'éviter l'em- ploi du transformateur. Selon les types de circuits imaginés, l'isolement galvanique est réalisé au moyen d'optocoupleurs, ou bien à l'aide de condensateurs. Dans certains cas, cet isolement n'est pas assuré si l'on con- naît les tensions extrêmes susceptibles de se trouver sur les fils de ligne. C'est le cas, par exemple, lorsque les fils de ligne possèdent des protections telles que diodes zener, éclateurs ou autres. La figure 3 illustre une solution de ce genre. Le circuit représenté comprend deux amplifi- cateurs 31 et 32, deux résistances 33, 34 de valeur R1, les résistances de ligne étant symbolisées par deux résistances 35, 36 de valeur R2. Les. amplifi- cateurs 31 et 32 délivrent des signaux de la forme: E1 = El0 + e/2 E2 = E20 e/2 La différence E0 = El0 - E20 représente la tension continue de téléalimentation, tandis que e représente le signal analogique transmis. Par ail- leurs, si l'on note 10 et UO, le courant et la ten- sion continus nécessaires au dispositif 20 téléa- limenté, i et u le courant et la tension variables qui constituent le support de l'information analogique transmise à ce même dispositif, on a: U = U0 + u I = I0 + i Dans ces conditions on peut écrire: E1 - E2 = U + 2R2I + 2R1I d'o E0 + e = U0 + 2R2I0 + 2R1I0 + u + 2Rli + 2R2i Cette équation peutêtre séparée en 2 équations: une équation de téléalimentation: E0 = U0 + 2R120 + 2RI0 (1) et une équation de transmission: e = u + 2Rli + 2R2i (2) L'équation de téléalimentation révèle l'inconvénient que présente le montage de la figure 3: la chute de tension 2RI10 ampute en pure perte la tension de téléalimentation E0. Pour réduire cet effet, il faut réduire le courant de téléalimentation, ce qui n'est pas toujours possible. La présente invention a justement pour but d'éviter cet inconvénient tout en proposant encore un circuit du genre des circuits électroniques il- lustré sur la figure 3. L'idée à la base de l'invention est de modifier le schéma de la figure 3 en lui adjoignant deux sources de courant supplémentaires qui, sur le schéma de la figure 4, portent les références 37, 38 et qui délivrent des courants de sens inverses et d'intensité Ii. Avec les mêmes notations que précédem- ment, les équations de ce montage s'écrivent alors: E0= U0 + 2R2I0 + 2R1 (I -I) (3) e = u + 2R1i + 2R2i (4) L'équation (3) montre que si I est égal à I., la tension de téléalimentation E0 n'est pas amputée comme c'était le cas précédemment et prend la valeur U0 + 2R2Io. La mise en application de ce principe pose en pratique des problèmes d'équilibrage, d'asser- vissement et de stabilité, qui sont résolus par le montage proposé par l'invention. Tout d'abord, une transformation connue sous le nom de transformation Thevenin-Norton permet de passer du schéma de la figure 4 à celui de la figure 5. Le circuit qui y est représenté comprend deux sources de courant 41, 42 de valeurs respectives EjO/Rl et E20/RI, deux sour- ces de courant 43, 44 de valeur 2. e/R1 deux résis- tances 33, 34 de valeur R1 et deux sources de cou- rant 45, 46 de valeur Ion Un courant t circule dans les fils 15 et 16, le sens des différents courants est porté sur la figure. Si l'on accepte la présence d'une fré- quence de coupure basse dans l'équation de transmis- sion, on peut adopter- un montage un peu plus simple qui est celui de la figure 6 qui utilise, en série avec les résistances 33 et 34, deux condensateurs 47, 48 et qui permet d'éliminer les 2 sources de courant 41 et 42 dont les valeurs sont liées à la résistance de ligne R2 (conséquence de l'équation (3)). On aboutit ainsi à une téléalimentation en courant (I.) et non en tension (EO) comme dans l'art antérieur. Toutefois, un inconvénient de ce montage est son instabilité. En effet, les tensions de ligne U1 et U2 sont indéterminées, ce qui se traduit en pratique par la saturation des étages qui réalisent les sources de courant. Pour fixer le potentiel moyen des fils de ligne, il est nécessaire d'ajouter un dispositif d'asservissement apte à fixer à la masse le potentiel moyen des fils de la ligne. C'est finalement le circuit qui est retenu selon l'inven- tion. De façon précise, l'invention a donc pour objet un circuit de téléalimentation pour liaison bifilaire analogique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de courant insérée entre la masse et chacun des deux fils de la liai- son, deux dipôles série RC insérés chacun entre la masse et les deuxdits fils et un circuit apte à fixer à la masse le potentiel moyen desdits fils. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette descrip- tion se réfère à des dessins qui font suite aux figures 1 à 6 déjà décrites et sur lesquelles: - la figure 7 représente le schéma synoptique du circuit de l'invention; - la figure 8 représente un mode particulier de réalisation de ce circuit; - la figure 9 représente une variante de circuit de fixation du potentiel moyen des lignes. Le circuit représenté sur la figure 7 com- prend une double source de courant 50 formée d'une source 51 de courant continu de téléalimentation I0 et d'une source 52 de courant variable de transmis- sion i, deux dipôles série RC, respectivement 61 et 62 et un circuit 70 apte à fixer à la masse le poten- tiel moyen des fils 15 et 16 de la liaison. Tel est le schéma général du circuit de l'invention. Des modes particuliers de réalisation des différents blocs fonctionnels utilisés vont maintenant être décrits en liaison avec les figures suivantes 8 et 9. Dans le circuit illustré sur la figure 8, le circuit 50 est formé d'une source de tension 53 de valeur continue E et d'une source de tension 54 de valeur variable e. E est la tension de commande du courant de téléalimentation et e celle du courant de transmission. Ces sources sont reliées aux bases de deux transistors T1 et T2 dont les émetteurs sont reliés par une résistance R8 et dont les collecteurs sont réunis à deux circuits d'amplification consti- tués d'un amplificateur différentiel (A1, A2) dont la sortie attaque la base d'un transistor (T3, T4) dont le collecteur est relié à l'un des deux fils de la ligne. L'alimentation des transistors T1, T3 et T2, T4 et des amplificateurs A, et A2, s'effectue par deux lignes 55, 56 portées à des tensions conti- nues +V et -V. Ces lignes 55, 56 sont reliées aux transistors T1, T2, par des résistances R7, aux am- plificateurs A1, A2 par des diodes Zener Zl, Z2' et aux transistors T V T4 par des résistances R.. Par ailleurs, les diodes Zl, Z2, sont reliées entre elles par une résistance R 9 Les dipôles RC (61, 62) sont réalisés à l'aide de deux résistances R1 et R5, réunies pas un amplificateur (A4, A5) et par un condensateur Cl. Ce montage présente l'avantage de réduire la valeur, donc la taille, du condensateur C1, pour une cons- tante de temps donnée. Le calcul montre en effet que le dipôle ainsi synthétisé équivaut à une résistance de valeur R5/R1 en série avec un condensateur de valeur (1 + R5/Rl)C1. Le circuit d'asservissement 70, qui permet de fixer le potentiel moyen des fils de ligne à la masse, comprend, dans la variante illustrée, un amplificateur différentiel A3 dont l'entrée négative est reliée au point millieu de deux résistances de valeur R3, l'entrée positive est reliée à la masse et dont la sortie est reliée au point milieu de deux résistances R4, ces résistances étant réunies par ailleurs aux deux fils 15 et 16 de la ligne. Ce circuit rend très faible l'impédance en mode commun des fils de ligne vis-à-vis de la masse et n'agit pas sur le mode différentiel symétrique. Une variante de ce montage est donnée par la figure 9 qui utilise deux transistors T6, T7. L'injection des courants d'asservissement peut d'ailleurs être faite non sur les fils de ligne, mais directement en amont,-en parallèle sur les sources de courant T1, T2. Le schéma de la figure 8 contient d'autres éléments dont le rôle est le suivant. Un circuit 80 comprend un amplificateur A6, deux résistances reliées aux fils de ligne, et deux résistances reliées à A4 et A5. L'amplificateur A6 est monté en différentiel et a pour rôle d'ex- traire le signal différentiel de ligne et de suppri- mer la composante continue. Grâce à la synthèse des dipôles RC par les circuits 61 et 62, ce circuitl peut être réalisé sans condensateurs. Un circuit 82 comprend essentiellement un amplificateur A7 monté en sommateur qui a pour rôle de soustraire du signal différentiel de la ligne, le signal différentiel émis afin que la tension s qu'il délivre ne soit l'image que du signal différentiel reçu du dispositif téléalimenté 20. Dans ce but, le circuit représenté comprend un circuit de compensa- tion du signal émis 84, associé à un amplificateur A8 qui a pour rôle de synthétiser la fonction de transfert nécessaire, laquelle dépend de l'impé- dance Z du dispositif téléalimenté, dans la bande utile. Le calcul montre en effet que l'équation de transmission s'écrit en première approximation: u = e x 7 x [2R,/(2R2+Z)j R8 RF6 o R7 et R. sont les résistances des sources de cou- rant du circuit 50, R1 la résistance des dipôles 61 et 62 et R2 la résistance de ligne. Si Z est réel, alors la fonction de trans- fert associée l'est aussi. Enfin, un amplificateur A monté en compa- rateur et un transistor T9 en sortie ont pour rôle de déterminer si le transistor T3 est ou non saturé. Ils permettent ainsi de savoir si le dispositif té- léalimenté est ou non dans de bonnes conditions de fonctionnement, et également de détecter la présence ou l'absence de ce dispositif - (si la ligne est ouverte, T4 est en effet saturé). Le circuit illustré se complète par quel- ques éléments non essentiels comme deux diodes Dlf D2 disposées entre les lignes d'alimentation 55, 56 et les fils de ligne 15, 16 et deux diodes Zener Z3, Z4 entre lesdits fils et la masse. avantages On voit après cette description que les du circuit de l'invention sont nombreux: - les commandes du courant de téléali- mentation et du courant de transmission sont séparées; - les caractéristiques de transmission et de téléalimentation sont indépendantes des alimentations +V et -V. La seule condition sur +V et -V est la saturation des transistors T3 et T4, ce qui permet d'utiliser des alimentations à découpage commandées par microprocesseur, qui s'ajustent automatiquement à la va- leur optimale quels que soient le terminal connecté et la résistance de ligne R2; - l'absence de condensateur de forte va- leur permet de réaliser le montage en technologie hybride, seuls 2 condensa- teurs C1 de l'ordre de lnF sont nécessai- fes dans le cas d'un dispositif téléali- menté à impédance à peu près résistive, ou bien dans le cas d'une liaison analogique unilatérale sonde vers appareil de mesu- re; - tous les amplificateurs (sauf A4 et A5) sont à basse tension et à bas courant, donc peur coûteux, A4 et A5 sont tout de même à bas courant; - le courant de téléalimentation peut être facilement commandé par un micropro- cesseur; - la fonction de transfert qui sert de compensation peut également être ajustée par microprocesseur par synthèse numéri- que. R E V E N D I C A T I O N S 1. Circuit de téléalimentation pour liai- son bifilaire analogique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une source de courant (50) insérée entre la masse et chacun des deux fils (15, 16) de la liaison, deux dipôles série RC (61, 62) insérés chacun entre la masse et les deux dits fils et un circuit (70) apte à fixer à la masse le potentiel moyen desdits fils. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de courant (50) com- prend une source de tension de téléalimentation (53) reliée à la base d'un premier transistor (T1) et une source de tension de transmission (54) reliée à la base d'un second transistor (T2), les émetteurs de ces deux transistors étant reliés entre eux par une résistance (R8) et les collecteurs aux deux fils de ligne (15, 16) par l'intermédiaire d'un amplifica- teur (A1, A2) réuni à la base d'un transistor (T3, T4). 3. Circuit selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le circuit (70) apte à fixer à la masse le potentiel moyen des deux fils de ligne (15, 16) comprend un amplificateur différentiel (A3) ayant une entrée négative reliée aux deux fils par deux résistances égales (R3) et une entrée positive reliée à la masse et ayant une sortie reliée aux deux dits fils par deux résistances égales (R4). 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dipôle RC (61, 62) est synthétisé au moyen de deux résistances (R1, R5) réunies par un amplificateur (A4, A5), l'ensemble étant en série avec un condensateur (Cl).