Brevet FR2509555A1 — publié le 19830114

'5 La présente invention concerne les équipements de ligne de centraux téléphoniques et, plus particulière- ment, un circuit d'interface entre une ligne d'abonné à deux fils et une source à deux fils de signaux téléphoniques intégrés. Dans les centraux téléphoniques relativement modernes, la fonction de sonnerie est habituellement assurée par commutation des fils de ligne sur une source commune de signal de sonnerie qui, au moins en ce qui concerne les systèmes téléphoniques, est une source de tension élevée, soit jusqu'à 120 volts efficaces La commutation de ce signal sur la ligne est accomplie au moyen de relais qui servent essentiellement à isoler certains signaux de la ligne, notamment les signaux de parole, pendant l'application de la tension de sonnerie, et vice-versa L'avènement des circuits de commutation intégrés dans les systèmes téléphoniques a permis la réalisation de systèmes de commutation très compacts, fiables et relativement peu coûteux qui sont commandés par ordinateur et ne comportent plus les grands bancs de relais et autres dispositifs électromécaniques des anciens centraux On constate cependant un progrès plus lent dans les perfectionnements apportés aux circuits d'interface des lignes d'abonnés et des joncteurs à deux fils entre centraux téléphoniques Le brevet des E U A no 4 161 633 intitulé "Subscriber line/trunk circuit" décrit certains de ces perfectionnements Notamment, il concerne un circuit d'interface commandé par microprocesseur qui assure la jonction entre une ligne téléphonique analogique à deux fils et un système de commutation numérique Le traitement des signaux analogiques entrants est accompli totalement par un circuit de ligne y compris les signaux de mesure, de supervision,de test et de parole Ce brevet indique également la génération d'un signal à courant continu pour l'alimentation du microphone d'un poste d'abonné ainsi que du signal de sonnerie et d'autres tonalités. Plus particulièrement, certains sous-systèmes inclus dans le système complet de la présente invention sont décrits dnas le précédent brevet des E U A N O 4 161 633, une forme du générateur de signaux programmables utilisé par l'invention constituent l'un d'entre eux. Un des principaux objectifs poursuivis par l'invention est d'éliminer les commutateurs de haute tension alternative (contacts de relais) qui sont habituellement utilisés pour l'application du signal de sonnerie. Cet objectif est atteint par l'utilisation d'une source de basse tension fournissant une référence à bas niveau de signal de sonnerie, qui est commutée par des circuits à l'état solide dans un amplificateur intégré à haute tension Cet amplificateur est en réalité constitué par deux amplificateurs opérationnels, un pour chaque fil de ligne Les signaux de parole et le courant continu d'alimentation sont également appliqués par les mêmes amplificateurs opérationnels, ainsi que d'autres signaux tels que des impulsions de comptage et de taxation. Le circuit d'interface de ligne conforme à l'invention comprend trois sous-ensembles, l'amplificateur à haute tension et ses composants, un générateur de signaux programmable (GSP) et un circuit d'alimentation de la ligne et de supervision de la fonction de sonnerie (ALS). Le signal de sonnerie est produit indépendamment par chaque circuit d'interface et appliqué à la seule ligne d'abonné associée. Un convertisseur de courant continu fournit l'isolation de la source d'alimentation (batterie) et l'amplitude de la tension continue d'alimentation des amplificateurs est commandée pour obtenir un décalage minimal en courant continu qui garantit la linéarité de l'amplification (notamment l'amplification des signaux de parole) La tension du convertisseur est également minimisée pour réduire la dissipation d'énergie dans les circuits des amplificateurs à haute tension et dans certains autres composants du circuit d'interface de ligne pendant la phase de sonnerie. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent la figure 1, un schéma fonctionnel indiquant la division en sous-ensembles du circuit d'interface de ligne conforme à l'invention et les relations entre ces sous-ensembles et d'autres circuits de transmission et de modulation par impulsions et codage des signaux téléphoniques; la figure 2, un schéma plus détaillé des éléments du circuit d'interface de ligne de la figure 1; la figure 3, des formes d'ondes de signaux de parole et de signaux continus sur les fils de ligne a et b; la figure 4, la superposition de signaux de taxation aux niveaux continus des fils a et b en présence de signaux de parole la figure 5, les formes d'ondes des signaux continus et d'une tension de sonnerie dissymétrique sur les fils de ligne avec les signaux de sortie correspondants du générateur de signaux programmable la figure 6, les formes d'ondes dues à une tension de sonnerie symétrique et les tensions de sortie (avec décalage) du générateur de signaux programmable, pendant la phase de sonnerie; la figure 7, un schéma fonctionnel d'un générateur de signaux programmable (GSP); la figure 8, un circuit détaillé des moyens d'amplification intégrés à haute tension (CHT) et du générateur de signaux programmable (GSP). On va commencer la description en se reportant à la figure 1 dans laquelle le circuit d'interface de ligne conforme à l'invention est représenté par les éléments fonctionnels inclus dans le cadre 100 Ce circuit est fondamentalement une interface de transmission entre une entree a oeux tils et une sortie à quatre fils, les fils 101 et 102 constituant la ligne de réception des signaux provenant d'un circuit intégré de transmission 105 qui coopère avec la combinaison de circuits constituant l'invention mais est par lui-même bien connu On peut en dire autant du circuit de commande de ligne 106 et du codec 107 (circuits de codage, décodage et filtrage) traitant les signaux entrants ou sortants d'une voie de transmission en modulation par impulsions et codage, par exemple Des informations de base sur ces blocs 105, 106 et 107, y compris la conversion 2 fils-4 fils qui est effectuée dans le bloc 105, peuvent être obtenues dans le brevet des E U A cité dans le préambule, ainsi que dans de nombreux traités de la littérature technique courante Les fils portant respectivement les références 103 et 104 peuvent être considérés comme les fils a et b d'une ligne téléphonique d'abonné et les circuits de % protection 108 et de test-109 sont entièrement classiques. Les circuits intégrés constituant les moyens d-'amplification à haute tension (CHT) du bloc-110 effectuent l'intégration des signaux de parole, de taxation, de sonnerie et des caractéristiques d'alimenta- tion en courant continu, par un nouveau système dans lequel deux fils de tensions continues d'alimentation VH 1 et VH 2 sont sous la seule dépendance d'un générateur de signaux programmable 111 (GSP) L'alimentation de la ligne et la supervision de sonnerie sont effectuées par un circuit 112 plus ou moins classique (ALS) qui fournit un signal de référence de sonnerie à bas niveau sur le fil 113 L'application de ce signal de référence est commandée par le GSP 111 d'une manière qui sera détaillée ultérieurement au cours de cette description. -On va décrire maintenant les principes et les composants de base de cette invention en se reportant à la figure 2 et aux formes d'ondes associées des figures 3 à 6 Il est à noter que les fils 101, 102 et 103, 104 correspondent respectivement à l'entrée dans l'interface des signaux issus du circuit de transmission 105 et à la ligne téléphonique d'abonné, comme sur la figure 1 Le bloc supérieur 110 de la figure 2 correspond aux circuits à haute tension CHT dans lesquels une paire d'amplificateurs opérationnels 201 et 202 sont de type classique et construits selon les techniques de l'état solide La sortie de l'amplificateur 201 est connectée aux signaux de parole, de caractéristiques d'alimentation en courant continu et de sonnerie, respectivement via les résistances Rl, R 2 et R 3 Tous ces signaux d'entrée sont à bas niveau et les valeurs des résistances correspondantes et de la résistance de rétro-action RO sont calculées pour obtenir les amplitudes de sortie requises Les fils d'entrée 101 et 102 comportent des condensateurs Cl et C 2, de façon que les niveaux continus appliqués aux amplificateurs 201 et 202 ne soient pas une fonction de ceux des fils 101 et 102 mais soient entièrement déterminés dans le circuit ALS Ces considérations de niveaux continus concernent également la fixation du niveau du fil a au voisinage de zéro (terre) comme l'indique la figure 3, et celui du fil b à une tension négative, en fonction à la fois de la terminaison de ligne et des caractéristiques de courant continu requises Il est aussi possible que les polarités des fils a et b soient inversées par rapport à celles qui sont représentées figure 3, ce qui est effectué par un circuit classique 203 (bistable ou composant analogue) qui fixe ses tensions de sortie sur les fils 204, 205 en fonction des polarités requises. 11 est à noter que les tensions d'alimentation des amplificateurs, VH 1 et VH 2, ont un décalage constant par rapport aux niveaux continus des fils a et b (figure 3) et que ce décalage est suffisant pour assurer la i D linéarité de l'amplification des signaux de parole traversant les condensateurs Cl et C 2 et arrivant sous forme amplifiée en 103 et 104. On se reporte maintenant à la figure 4 qui représente des trains d'impulsions de taxation, 401 sur le fil a et 402 sur le fil b, superposés aux niveaux continus et à la modulation de parole Pour éviter l'écrêtage des impulsions de taxation 401 à 402 par le fait que leurs valeurs instantanées "traversent" les niveaux positif et négatif VH 1 et VH 2, des variations positive et négative 403 et 404 des niveaux respectifs sont introduites pendant la durée des trains d'impulsions De même, les figures 5 et 6 indiquent des variations similaires des niveaux continus VH 1 et VH 2 en fonction de l'amplitude maximale du signal de sonnerie aux bornes de sortie 103 et 104 (fils a et b) La génération de tensions variables selon ce principe pour l'alimentation des amplificateurs 201 et 202 sera décrite de façon plus précise dans ce qui suit. En ce qui concerne la commande des caractéristiques de courant continu, il est à noter que le circuit de détection de courant et de tension 206 répond aux signaux de sortie u 1 et u 2 des amplificateurs respectifs 201, 202 (figure 2) ainsi qu'à la chute de tension dans la résistance RF de chaque fil de ligne. Ainsi, la valeur instantanée du courant sur les fils a et b est obtenue en fonction des chutes de tension aux bornes de ces résistances RF. On a vu que les tensions continues VH 1 et VH 2 alimentant les amplificateurs 201 et 202 sont produites spécifiquement par le GSP 111 Les signaux u 1 et u 2 ont une composante continue essentiellement constante, à l'exception des "pointes" 403 et 404, comme on l'a décrit en se reportant à la figure 4 Cependant, les figures 5 et 6 montrent que les variations d'amplitude beaucoup plus importantes du signal de sonnerie exigeraient que les amplificateurs 201, 202 et d'autres composants associés dissipent-une énergie excessive, si les tensions V Hl et VH 2 étaient maintenues constantes à des niveaux suffisamment élevés, en valeur absolue, pour éviter l'écrêtage du signal de sonnerie. C'est pourquoi une importante caractéristique de la présente invention consiste à prévoir une boucle de poursuite de l'amplitude instantanée des signaux u 1 et u 2 pour fournir des tensions VH 1, VH 2 de valeur variable en fonction de la valeur instantanée du signal de sonnerie plus un certain décalage de tension, de sorte que la dissipation des amplificateurs et de leurs composants associés soit limitée La tension de décalage peut être vue comme une polarisation introduite de façon classique dans une boucle de régulation de tension. Les signaux u 1, u 2, VHI et VH 2 sont appliqués à un circuit de détection de tension et d'amplification d'erreur 207 qui comprend le circuit de commande de décalage Cela facilite la commande d'un modulateur de largeur d'impulsions 209 en fonction d'une valeur requise de VH 1 et VH 2 (y compris le décalage) Le générateur de signaux programmable 111 est fondamentalement un régulateur de tension flottant (isolé) Il est représenté par la figure 8 comme un régulateur à commutation, mais un certain nombre d'autres circuits classiques pourraient être utilisés pour le concevoir. D'autres fonctions de courant continu, comme l'inversionde polarité des fils de ligne 103 et 104, sont fournies à partir d'un signal relatif au courant de ligne que délivre le circuit de détection 206 Ce signal est appliqué à un circuit d'attaque 210 fournissant les informations appropriées au bloc de commande 212 par l'intermédiaire de filtres passebas et de circuits à seuils Ces derniers permettent la reconnaissance des changements d'état de la ligne d'abonné comme la commutation entre les phases de sonnerie et de parole, pour régler le signal continu du circuit d'attaque de manière appropriée. Le signal de sonnerie ou signal de référence produit à bas niveau par le bloc 211 est appliqué sur la ligne par le commutateur 213 qui est commandé par un ordre de sonnerie provenant du bloc 212 Cet ordre de sonnerie est l'un des signaux obtenus par l'intermédiaire du circuit d'attaque 210 et des filtres et circuits à seuils associés qui fournissent au bloc 212 des informations d'état de la ligne d'abonné (fonctionnement en mode de parole ou de sonnerie). Le générateur de signaux programmable (GSP) fournissant les tensions d'alimentation asservies VH 1 et VH 2 est représenté figure 7 sous forme de schéma fonctionnel Le bloc 701 constitué par un circuit de détection et un amplificateur d'erreur produit deux signaux d'erreur, E 1 et ElL qui servent à déterminer respectivement les tensions VH 1, VH 2 et la tension de mode commun Le circuit de commande 701 est relativement classique et sera décrit ultérieurement en se reportant à la figure 8 Il suffit d'indiquer ici qu'il effectue descomparaisons, d'une part entre les tensions u 1 et VH 1 et, d'autre part, entre u 2 et VH 2 L'erreur ET est caractéristique du différentiel d'asservissement de tension ou décalage de tension sur une base instantanée. Recevant ce signal ET, le modulateur de largeur d'impulsions (MLI) et le filtre 702 fournissent deux signaux correspondants modulés en largeur d'impulsions en fonction du signe et de l'amplitude du signal d'erreur ET Comme l'opération d'asservissement des tensions VH 1 et VH 2 aux valeurs instantanées des tensions u 1 et u 2 est essentiellement une fonction de rétro-action, la stabilité peut être assurée par un filtrage approprié selon les critères classiques de cette technique Le modulateur MLI reçoit un signal rectangulaire externe sur son entrée 702 b et un signal en dents de scie synchronisé avec le premier sur son entrée 702 a Dans le bloc 702, un comparateur fixe en fonction de ET le point de commande d'un circuit logique synchronisé par le même train d'impulsions d'horloge que celui qui sert à produire les dents de scie et le signal rectangulaire en 702 a et b. Le convertisseur continu-continu 703 peut être un régulateur de tension à commutation, excité par la batterie de 48 V du système téléphonique Les impulsions de largeur variable provenant du bloc 702 commandent des interrupteurs électriques de façon qu'un couplage par transformateur puisse être employé pour produire les tensions flottantes nécessaires Vl Hl et VH 2. Le bloc 704 sert à r 4 gler la tension de mode commun, c'est-à-dire le niveau de VH 1 et VH 2 par rapport à la terre Dans ce but, un signal d'erreur de mode commun EL est produit par le bloc 701 et appliqué au bloc 704 d'une manière qui sera décrite ci-après en se reportant à la figure 8. Les circuits générateurs de signal d'erreur de mode commun EL et de signal d'erreur de la fonction d'asservissement ET sont en effet représentés de façon plus détaillée sur la figure 8 On voit que trois diodes, indiquées par la référence globale 803, sont connectées de manière à comparer les tensions u 1 et u 2 à la terre et qu'elles appliquent le signal résultant à l'ampli- ficateur opérationnel 801, via des étages d'amplification intermédiaires L'amplificateur opérationnel 801 fournit une sortie constituée par le signal d'erreur EL qui est appliqué à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel 802 du bloc de réglage 704, dont l'autre entrée est reliée à la terre L'amplificateur opérationnel 802 applique effectivement une tension de terre entre les deux tensions VH 1 et VH 2 pour commander la tension de mode commun des fils de ligne, d'une manière classique en téléphonie. Le groupe de trois diodes 804 compare de manière analogue u L et u 2 avec VH 2 et commande les amplificateurs 805 et 806 pour produire le signal d'erreur ET qui est appliqué au régulateur à commutation par l'intermédiaire d'un filtre et d'un autre amplificateur 807 Comme déjà mentionné, le régulateur fournit l'asservissement requis entre J Hl et VH 2 et u 1 et u 2 de la manière décrite en se référant à la figure 3 et, plus particulièrement, aux figures 5 et 6. Les impulsions de taxation 401 et 402 qui peuvent être présentes dans le signal reçu sur les fils 101 et 102 (figures 2 et 3) peuvent être encadrées par des impulsions plus larges, respectivement d'amplitude V Bet -V, dans le bloc de supervision 112 des figures 1 et 2 Cela produit les crêtes positive 403 et négative 404 des tensions respectives VH 1 et VH 2, qui sont indiquées figure 4 En effet, les circuits d'asservissement qui viennent d'être décrits ne peuvent pas suivre les variations à haute fréquence des impulsions de taxation comme ils le font pour le signal de sonnerie. En d'autres mots, la bande passante de la boucle d'asservissement n'est pas assez large pour produire les décalages instantanés (crêtes) 403 et 404, alors qu'une paire d'impulsions (VB et -VB) peut être produite extérieurement pour remplir cette fonction. 1 l est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1 Circuit de ligne téléphonique connecté entre une ligne téléphonique à deux fils et une source à deux fils de signaux téléphoniques intégrés, caractérisé par le fait qu'il comprend une source de référence de sonnerie ( 211) fournissant un signal de référence de sonnerie ( 113) à faible niveau d'amplitude, des moyens d'amplification à l'état solide ( 110) connectés pour alimenter en courant les deux fils de ladite ligne ( 103, 104) et excités sélectivement par lesdits signaux téléphoniques intégrés, des signaux d'alimentation à tension variable (VH 1, VH 2) et ledit signal de référence de sonnerie ( 113), un générateur de signaux programmable ( 111) comprenant des moyens d'asservissement ( 207) sensibles à l'amplitude instantanée (ul, u 2) du signal de sortie desdits moyens d'amplification ( 110) pour générer lesdits signaux d'alimentation à tension variable (VH 1, VH 2) et les coupler auxdits moyens d'amplification, la génération desdits signaux d'alimentation étant effectuée avec une tension de décalage instantanée par rapport à la valeur instantanée du signal amplifié correspondant auxdits signaux téléphoniques intégrés et audit signal de référence de sonnerie couplés auxdits moyens d'amplification, afin d'assurer la linéarité de l'amplification. 2 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 1, dans lequel lesdits moyens d'ampli- fication ( 110) comprennent un amplificateur opérationnel intégré séparé pour chaque fil de ligne (respectivement 201 et 202 pour les fils 103 et 104). 3 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 1, dans lequel le signal ( 113) fourni par la source de référence de sonnerie ( 211) est couplé à l'entrée desdits moyens d'amplification ( 110) par un moyen dc cc =utctî:r- ( 12 ctrcn:que ( 13). 4 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits signaux téléphoniques intégrés comprennent une première caractéristique d'entrée corr espondant à un ordre serroné du signal de sonnerie, et ledit signal de référence de sonnerie ( 113) est couplé par un moyen de commutation électronique ( 213) de ladite source de référence ( 211) à l'entrée de l'un desdits amplificateurs opérationnels intégrés ( 201) correspondant à l'un des fils de ligne ( 103), pendant l'existence de ladite première caractéristique d'entrée. 5 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 1, dans lequel des moyens de détection ( 206) des conditions des fils de ligne ( 103, 104) en courant continu sont utilisés pour commander la polarité et la valeur des niveaux continus fournis par lesdits moyens d'amplification ( 110), en fonction desdites conditions détectées. 6 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 1 ou 5, dans lequel lesdits moyens d'asservissement ( 207, 701) produisent un premier signal d'erreur (ET) qui est une fonction de la variation de ladite tension de décalage par rapport à une valeur fixée, et ledit générateur de signaux programmable ( 111) comprend un régulateur continu-continu à commutation ( 212, 703) qui modifie continuellement le niveau desdits signaux d'alimentation (VH 1, VH 2) des moyens d'amplification ( 110) en fonction dudit premier signal d'erreur. 7 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 6, dans lequel ledit générateur de signaux programmable ( 111) comprend un modulateur de largeur d'impulsions ( 209, 702) qui répond audit premier signal d'erreur (ET) pour faire varier le cycle de travail dudit régulateur à commutation ( 212, 703) de manière à produire lesdits signaux d'alimentation asservis (VH 1, VH 2) en fonction dudit premier signal d'erreur. 8 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 2, dans lequel lesdits amplificateurs opérationnels intégrés ( 201, 202) sont des amplificateurs différentiels. 9 Circuit de ligne téléphonique conforme à la revendication 6, dans lequel lesdits moyens d'asservisse- ment ( 207, 701) produisent un second signal d'erreur (EL) qui est une fonction de la variation de la tension de mode commun entre lesdits signaux d'alimentation (VH 1, VH 2) des moyens d'amplification ( 110), et ledit générateur de signaux programmable ( 111) comprend un circuit de correction de mode commun ( 208, 704) qui répond audit second signal d'erreur pour régler la tension de mode commun à une valeur déterminée par rapport à la terre.