Brevet FR2513459A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne un circuit de commande et de filtrage destiné à être utilisé dans un équipement de ligne téléphonique, plus particulièrement un circuit de commande et de filtrage comportant au moins un filtre passe-bas pourvu d'au moins une sortie et un moyen de commande permettant de connecter à cette sortie et à travers ce filtre l'une ou l'autre de deux tensions prédéterminées, et de déconnecter pratiquement simultanément de ladite sortie l'autre desdites deux tensions prédéterminées. On connait un circuit de commande et de filtrage de ce type d'après le brevet britannique nO 1 206 187. Ce circuit est utilisé dans un équipement de ligne téléphonique afin d'éliminer les bruits parasites provoqués sur la ligne par le fonctionnement des éléments de commande réalisés sous la forme de contacts de relais. Dans ce circuit connu, le filtre passe-bas présente deux entrées susceptibles d'être connectées chacune à l'une ou à l'autre des deux tensions d'alimentation ainsi qu'à deux sorties reliées aux conducteurs correspondants de la ligne téléphonique. Un inconvénient de ce circuit connu et que les filtres passe-bas comportent des bobines relativement importantes et qu'ils ne peuvent de ce fait être réalisés sous la forme de composants semi-conducteurs intégrés. Un objet de la présente invention est de prévoir un filtre passe-bas du type précité qui ne présente pas l'inconvénient sus-mentionné. Conformément à l'invention, cet objet est atteint du fait que le filtre est réalisé sous la forme d'un montage en cascade comprenant un intégrateur, un étage intermédiaire et un circuit de filtrage passe-bas. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait que ledit circuit de filtrage passe-bas est un circuit RC. De cette manière, le circuit de filtrage de l'invention peut être réalisé sous la forme d'un circuit à semi-conducteurs intégrés. 'inventior, sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, fait à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, le diagramme partiel d'un équipement de ligne appartenant à un système de télécommunication et comportant deux circuits de commande et de filtrage identiques conformes à la présente invention - la figure 2, des courbes montrant les vari,ations de tension survenant à chacune des sorties des deux circuits de commande et de filtrage de l'invention en fonction des variations de la tension d'entrée à - la figure 3, le circuit détaillé de l'un des circuits de commande et de filtrage de la figure 1 - la figure 4, une partie des courbes de la figure 2 à une échelle différente En se reportant à la figure 1, la partie d'équipement de ligne qu'elle représente comporte principalement un circuit de référence batterie BR fournissant des tensions de référence à des circuits de commande et de filtrage identiques CF et CF', un circuit hybride H et des amplificateurs opérationnels DAl et OA2. L'équipement de ligne est relié par l'intermédiaire d'une ligne de télécommunication L à un poste d'abonné téléphonique S équipé d'un crochet commutateur h. Les circuits CF et CF' comportent respectivement des circuits intégrateurs identiques I et I', des circuits de filtrage passe-bas RC2 et R'C'2 ainsi que des étages intermédiaires SU et BU'. La borne H1 du condensateur C2 et la borne H'1 du condensateur C'2 des circuits de filtrage passe-bas sont chacune connectées à la terre à travers une faible impédance de valeur négligeable dans le circuit hybride H, ainsi qu'il sera expliqué plus loin. Les points J et J' de jonction des résistances R et R' respectivement avec les condensateurs C2 et C'2 sont reliés aux entrées suiveuses respectives d'amplificateurs opérationrlels à gain unité UA1 et OA2. Ces amplificateurs sont capables de fournir le courant continu de ligne dans l'un ou l'autre sens à partir de leur source de tension d'alimentation lorsqu'ils sont polarisés de manière appropriée au niveau de leur entrée suiveuse et lorsque le crochet commutateur h du poste d'abonné S est en position fermée (combiné décroché). L'objet de la partie d'équipement de ligne représentée par la figure 1 est d'éliminer les bruits de déclic quand, au cours d'une conversation et pour des pesoins de signalisation, le sens du courant circulant dans la ligne est inversé, par inversion de la polarité de la tension qui est appliquée à cette ligne. Le circuit de référence batterie BR comprend un montage en série, entre la terre et le pôle négatif de la batterie, des diodes Zener en parallèle Z1, Z2 - elles-mêmes en série avec leur commutateur associé respectif SW1, SW2 - de la résistance R1 et des diodes Zener en parallèle Z'1, Z'2 - elles-mêmes en série avec leur commutateur associé respectif SW'1, SW'2. En choisissant des tensions de référence différentes pour les paires de diodes Zener Z1, Z'1 et Z2, Z'2 et en fermant la paire de commutateurs SW1, SW'1 ou SW2, SW'2, on applique des tensions de référence différentes aux bornes d'entrée IN, IN' des circuits intégrateurs I et I'.Les commutateurs SW1, SW2, SW'1, SW'2 représentés schématiquement sur la figure peuvent être des transistors par exemple, mais il n'en n'est pas donné de détails du fait qu'ils sont d'une importance secondaire pour l'invention. Le circuit intégrateur I, identique au circuit intégrateur 1' , comprend une source de courant formée de deux parties égales CS1 et CS2 (CS'1 et CS'2 pour le circuit intégrateur I'). Lorsque l'une de ces deux parties est conductrice, l'autre est bloquée, l'une des deux parties, déterminée à l'avance, étant rendue conductrice en appliquant une tension d'excitation appropriée à l'entrée commune de commande IC. Les circuits d'excitation sont schématiquement indiqués au moyen de traits interrompus, de flèches et du circuit inverseur IV2 (1U'2 pour le circuit intégrateur I') près des symboles de source de courant. Ces circuits et leur fonctionnement seront décrits en détail plus loin. Lorsque par exemple une tension négative par rapport à la terre est appliquée à la borne de commande IC, les sources de courant CS2 dans I et CS'1 dans I' s'excitent, tandis que les sources de courant CS1 et CS'2 reviennent au repos par suite de la présence des inverseurs IV1, IV2 et IV'2. De manière analogue, lorsqu'un potentiel terre est appliqué à la borne de commande IC, les sources de courant CS1, CS'2 et CS2, CS'1 s'excitent et retombent respectivement.Puisque la source de courant CS2 est excitée et isolée de la tension de déblocage base-émetteur du transistor Q1, le condensateur C1 ge charge négativement et se verrouille à une tension sensiblement égale à la tension présente sur la borne d'entrée IN' car le transistor Q1 devient alors conducteur, son courant de base étant fourni par le circuit de référence batterie BR par l'intermédiaire de la borne IN'. Grace à la source de courant CS2, le courant de charge est constant, de sorte que la tension aux bornes de C1 décroit linéairement dans le temps. Au départ, alors que le condensateur C'1 de la partie symétrique est entièrement déchargé, il se charge à une tension sensiblement égale à celle qui est présente sur la borne d'entrée IN. En fonctionnement normal, alors que le condensateur C1 se charge négativement, le condensateur C'1 se décharge depuis une tension négative jusqu'a la tension ci-dessus, ceci étant dû au fait que le transistor Q'2 devient conducteur. La tension aux.bornes du condensateur C'1 varie également de façon linéaire en fonction du temps. De manière analogue, quand les sources de courant CS1 et CS'2 sont excitées, le condensateur C1 se décharge et le condensateur C'1 se charge. Les étages intermédiaires BU et BU' qui seront décrits en détail plus loin ont des impédances d'entrée élevées et jouent par conséquent le râle d'étages séparateurs entre les circuits intégrateurs I et I' et, respectivement, les filtres passe-bas RC2 et R'C'2. Comme il sera aussi décrit de manière plus détaillée par la suite, ces filtres atténuent les discontinuités dans les formes d'onde des tensions qui apparaissent sur les sorties des circuits intégrateurs. Ces discontinuités se produisent quand le courant de ligne est inversé à des fins de signalisation. Elles donnent lieu à des bruits de déclic dans le récepteur du poste d'abonné S. Les signaux de sortie des filtres passe-bas apparaissant aux points de jonction J et J' sont fournis respectivement aux entrées suiveuses à haute impédance des amplificateurs opérationnels OAl et OA2. Ces amplificateurs sont montés en suiveurs de tension (amplificateurs à gain unité) de sorte que ces valeurs de tension d'entrée apparaissent à leur sortie basse impédance respective A et B. Dans le cas où la tension présente au point J est plus haute que la tension présente au point J', il y a circulation de courant dans la ligne L depuis le point A connecté au fil a vers le point B connecté au fil b, et quand la polarité de ces tensions s'inverse, le courant circule dans le sens contraire.Ce courant de ligne circule toujours de la terre au pôle négatif de la batterie à travers les étages de sortie de classe B des amplificateurs opérationnels OA1 et OA2. Les amplificateurs opérationnels à étages de sortie de classe B ont déjà été décrits, par exemple dans l'ouvrage de P.R.Gray et R.G.Meyer édité par John Wiley & Sons sous le titre "Analysis and design of analog integrated circuits ; à la section 5.5. Page 303 est représenté le schéma simplifié de l'amplificateur opérationnel 741 à étage de sortie "Push-pull" de classe B. Dans le cas ou la tension présente au point de connexion A du fil a est plus élevée que la tension présente à l'extrémité B du fil b, le courant de ligne circule depuis la terre de l'amplificateur opérationnel OAl vers le pôle négatif de l'amplificateur opérationnel OA2. La figure 2 montre la courbe d'une telle inversion de tension se produisant à l'instant t. La tension au point A passe doucement d'une faible valeur négative V1, définie par la chute de tension aux borures de la diode Zener Z1, à une tension négative V2 définie par la diode Zener Z'1 quand les commutateurs SW1 et SW'1 sont présumés fermés. En même temps, la tension présente au point B passe également doucement de la valeur V2 à la valeur V1.Dans le mode conversation, c'est-à-dire de transmission de la parole, ces tensions sont approximativement égales à V1 = 4 volts et V2 = 44 volts. A la place des tensions S1 et V2, il est possible d'imposer des tensions V3 et V4 (définies par les diodes Zener Z2 et Z'2) ainsi que la fermeture de leurs commutateurs respectifs associés SW2 et SW'2, ceci afin de procurer une marge suffisante de tension dans les étages de sortie des amplificateurs opérationnels chaque fois qu'en signal de taxation (16 kHz) est superposé aux tensions de ligne continues. Comme il a été mentionné précédemment, les condensateurs C2 et C'2 sont connectés à la terre à travers une faible impédance, par exemple l'impédance de sortie d'un amplificateur opérationnel non représenté et contenu dans le circuit hybride H, tandis que l'impédance alternative entre les bornes H1 et H'1 de ce circuit est relativement élevée de façon que les signaux de fréquences vocales émis par ou vers la ligne bidirectionnelle puissent être transmis ou reçus dans la branche d'émission ou de réception du circuit hybride H. I1 n'est pas donné d'autres détails sur ce circuit hybride puisqu'il est d'importance secondaire pour le propos de l'invention. Les signaux à fréquences vocales sont envoyés sur la ligne, ou reçus de celle-ci, par l'intermédiaire des condensateurs C2 et C'2. Sur la figure 3, seul le circuit intégrateur I est représenté et il sera seul décrit à l'aide de cette figure car les circuits intégrateurs I et I' sont identiques. Le circuit intégrateur I comprend la source de courant indiquée sur la figure 1 par les références CS1, CS2. Les deux parties CS1 et CS2 de la source sont principalement constituées, respectivement, par les transistors Q7, Q8 et Q10, Qll, les transistors Ulu et Ull formant un miroir de courant. Les transistors connectés par la base Q4, US et les transistors Q6 et Q9 appartiennent à la fois à CS1 et CS2.Si l'on néglige les courants de base des transistors Q6 et Q7, les courants de collecteur des transistors connectés par la base Q3 (dans le circuit séparateur BU), Q4 et Q5 sont chacun égaux au courant de collecteur du transistor Q9. Ce courant de collecteur est déterminé par le gain en courant et le courant de base du transistor Q9, ledit courant de base étant lui-même déterminé par la valeur de la tension appliquée sur la borne B et par la valeur respective des résistances R6 et R7.Les courants de base des transistors Q3,.U4 et Q5 circulent vers la batterie par l'intermédiaire du circuit émetteur-collecteur du transistor Q6. Le courant de collecteur du transistor Q5 circule soit dans le circuit émetteur-collecteur du transistor Q7, soit dans le circuit émetteur-collecteur du transistor Q8 et le transistor Pull, dont le collecteur est shunté, suivant que le transistor US est bloqué ou rendu conducteur par application d'une tension de valeur correspondante appropriée sur la borne d'entrée de commande IC.Quand le transistor US est conducteur, le courant circule vers la batterie dans la branche contenant le transistor US et le transistor au collecteur shunté Ull, et un courant égal circule dans l'autre branche du miroir contenant le transistor Q10 et la résistance R3. Dans ce cas, le condensateur C1 est négativement chargé à travers R3 et Q10 jusqu'à ce que le transistor Q1 devienne conducteur, comme il a été expliqué précédemment. Lorsque ceci se produit, le courant circulant dans le circuit collecteur émetteur du transistor W10 est délivré par l'intermédiaire du circuit collecteur-émetteur du transistor Q1. A l'inverse, lorsque le transistor Q8 est bloqué par l'application du potentiel terre sur la borne d'entrée IC, le courant de collecteur du transistor Q5 circule dans le circuit émetteur-collecteur du transistor Q7, la résistance R2 et le condensateur C1 qui se décharge jusqu'à ce que le transistor Q2 devienne conducteur.Au moment où cela se produit, le courant de collecteur du transistor Q7 est dévié à la batterie à travers la diode D2 et le circuit émetteur-collecteur du transistor Q2. Les diodes D1 et D2 sont des diodes de protection, respectivement pour les jonctions base-émetteur des transistors Q1 et Q2. L'étage séparateur BU comporte le transistor précité Q3, le transistor d'entrée Q16 et un étage de sortie de classe B comportant les transistors Q14 et Q15 dont' les jonctions base-émetteur en série sont shuntées par les diodes en série Q12 et Q13. Un étage de sortie de classe B de ce type a été décrit pages 291 à 308 de l'ouvrage précité. Brièvement, l'étage séparateur BU fonctionne comme suit. Le courant de collecteur du transistor Q3 est égal au courant constant circulant dans les parties CS1, CS2 de la source de courant ; il circule vers la batterie à travers la liaison parallèle formée de chacune des diodes en série Q12, Q13 et des circuits base-émetteur des transistors Q14 et Q15, puis à travers le circuit émetteur-collecteur du transistor Q16 monté en émetteur suiveur. Par conséquent, la chute de tension aux bornes des diodes en série reste constante quelle que soit la tension présente aux bornes du condensateur C1 et appliquée à ,la base de l'émetteur suiveur Q16.Quand la tension du condensateur décroît, par exemple, l'émetteur du transistor Q16 suit et le transistor Q15 devient de plus en plus conducteur tandis que le transistor Q14 se bloque. De plus, la tension présente sur l'émetteur du transistor Q15 suit celle de l'émetteur du transistor Q16. De même, quand la tension aux bornes du condensateur C1 s'élève, le transistor Q14 devient conducteur tandis que Q15 se bloque et la tension émetteur du transistor Q14 suit celle de I'émetteur du transistor Q16. De cette manière, les impédances de sortie et d'entrée du circuit intégrateur d'une part, et du filtre passe-bas d'autre part, ne peuvent s'influencer mutuellement. Un va maintenant se reporter à la figure 4 sur laquelle la courbe en trait continu A représente la tension présente à la sortie du circuit de filtrage RC2 ou bien à la sortie A de l'amplificateur suiveur de tension OA1 lorsque le condensateur C1 est négativement chargé en partant d'une tension V1 jusqu'à une tension V2. Du fait que le courant de charge ou de décharge du condensateur C1 est constant, la tension aux bornes de ce condensateur varie linéairement avec le temps pendant un intervalle de temps D. En effet, la tension VC1 aux bornes du condensateur C1 est, en fonction du temps, égale à où I est le courant constant chargeant le condensateur pour l'amener d'une tension de valeur V1 à une tension de valeur V2 au cours d'un intervalle de temps D. Ainsi, VCl = It + V1 (3) 0 # t # D Cl 't UC1 = V2 pour t ; D, I1 étant la rampe Ra représentée en trait interrompu. La tension VC1 aux bornes du condensateur C1 est représentée en trait continu fin. Pour trouver la réponse du filtre suivant à un tel signal d'entrée en tension, on remarque que pour t # D It I(t-D) (4) VC1 = V2 = V1 + Cl Cl dans laquelle I(t-D) est la rampe R'a obtenue en retardant Cl Ra de l'intervalle de temps D. Du fait que la tension continue V1 traverse le filtre presque sans atténuation, la réponse du filtre sera trouvée en superposant à V1 la réponse à la différence It I(t-D) v = Cl - Cl (5) La réponse à la différence v est la différence des réponses aux rampes Ra et R'a. Ces réponses sont représentées par les fonctions Al et A2. A représente la différence (5) superposée à V1. A2 est égal à Al retardé de la valeur de D. La réponse Al du filtre à la rampe Ra est-donnée par t K Al = K(t-T+Te K) (6) où K est la pente de la rampe Ra, K étant égal à C1. T est la constante de temps RC2 du filtre passe-bas. On trouve l'expression (6) dans la littérature technique, par exemple à la page 48 de l'ouvrage de Hillman et Taub "Pulse, Digital and Switching Waveforms", édité par la McGraw-Hill Book Company. I1 est bien évient'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. HE'1LNDlCATIONS 1. Circuit de commande et de filtrage pour équipement de ligne téléphonique, comportant un ou plusieurs filtres passe-bas pourvus chacun d'au moins une sortie et un moyen de commande permettant pratiquement simultanément de connecter l'une ou l'autre de deux tensions prédéterminées à ladite sortie par l'intermédiaire dudit filtre passe-bas et de déconnecter l'autre desdites deux tensions de ladite sortie du filtre, caractérisé par le fait que lesdits filtres comprennent chacun un montage en cascade d'un circuit intégrateur (I, I'), d'un étage séparateur (BU, BU') et d'un circuit de filtrage passe-bas (RC2, R'C'2). Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits circuits intégrateurs (I, I') comprennent des éléments de source de courant (CS1, CS2 ; CS'1, CS'2) et des éléments d'impédance capacitive (C1, C'1) susceptibles d'être connectés par lesdits moyens de commande à un circuit de charge (CS2, C1 ; CS'2, C'1) pour se charger à l'une desdites tensions prédéterminées, ou bien à un circuit de décharge (CS1, C1 ; CS'1, C'1) pour se décharger jusqu'à l'autre desdites tensions prédéterminées. 3. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits éléments de source de courant (CS1, CS2 ; CS'1, CS'2) forment une première (CS1, CS'1) et une deuxième (CS2, CS'2) source de courant toutes deux connectées en série avec lesdits éléments d'impédance capacitive (C1, C'1) et faisant partie respectivement dudit circuit de décharge (CS1, C1 CS'1, C'1) et dudit circuit de charge (CS2, C1 ;CS'2, C'1), la jonction desdites sources de courant (CS1, CS'1 ; CS2, CS't et desdits éléments d'impédance capacitive (Cl ; C'1) étant couplée à ladite sortie par l'intermédiaire dudit étage séparateur (BU ; BU') et du circuit de filtrage passe-bas (RC2 ; RC'2). 4. Circuit de conmande et de filtrage conforme à la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit circuit de charge (CS2, C1 ; CS'2, C'1) est connecté entre deux tensions d'alimentation et qu'il comporte des moyens de verrouillage de tension (Q1, Z'1, Z'2, Q2, Z1, Z2 Q'1, Z'1, Z'2, Q'2, ZI, Z2) destinés à verrouiller la tension présente sur ladite jonction à la valeur de l'une ou de l'autre desdites tensions prédéterminées qui se situent entre celles desdites deux tensions d'alimentation. 5. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits éléments de source de courant comprennent une source commune de courant (Q4, Q5, Q6, Q9) qui fournit du courant à l'un ou à l'autre des émetteurs de deux transistors (Q7g Q8) connectés par leur émetteur, selon que l'un (QB) ou l'autre (Q7-3 de ces transistors est rendu conducteur, l'un et l'autre formant partie respectivement dudit circuit de charge et dudit circuit de décharge. 6. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit étage séparateur (BU) comprend un étage en émetteur suiveur de classe B qui est alimenté par lesdits éléments de source de courant. 7. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit circuit de filtrage passe-bas (RC2, RC'2) est un circuit RC de filtrage constitué par une résistance en série (R ; R'1) et un condensateur en parallèle (C2 ; le point de jonction de ladite résistance et d'un côté dudit condensateur formant une sortie (J ; J) dudit filtre passe-bas. 8. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier et un deuxième filtre passe-bas ayant respectivement une première et une deuxième sortie, lesdites première et deuxième sorties étant interconnectées par l'intermédiaire d'une impédance de sortie (L) et par le fait que lesdits moyens de commande sont capables de connecter pratiquement simultanément l'une et l'autre, ou l'autre et l'une, desdites tensions prédéterminées respectivement à la première et à la deuxième, ou à la deuxième et à la première, desdites sorties. 9. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite impédance de sortie comprend une ligne de télécommunication à deux conducteurs. 10. Circuit de commande et de filtrage conforme aux revendications 7 et 9, caractérisé par le fait que les autres bornes des condensateurs parallèles (C2, C'2) desdits circuits de filtrage passe-bas sont connectées aux première (H1) et deuxième (H'1) bornes d'un circuit hybride (H) capable de transmettre des signaux en courant alternatif vers ladite ligne (L) et de recevoir de tels signaux en provenance de cette ligne (L) à travers lesdits condensateurs (C2, C'2). 11. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 9, caractérisé par le fait que lesdites première et deuxième sorties sont connectées respectivement aux premier (a) et deuxième (b) conducteurs de la ligne par l'intermédiaire d'un premier (OAl) et d'un deuxième (OA2) amplificateur. 12. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 11, caractérisé par le fait que lesdits premier et deuxième amplificateurs (0A1, OA2) sont des amplificateurs opérationnels. 13. Circuit de commande et de filtrage conforme à la revendication 12, caractérisé par le fait que lesdits premier et deuxième amplificateurs opérationnels (OAl, OA2 sont des amplificateurs à gain unité ayant une entrée suiveuse connectée à la sortie respective desdits premier et deuxième filtres passe-bas et ayant une sortie reliée respectivement auxdits premier et deuxième conducteurs (a, b). 14. Circuit de commande et de filtrage conforme aux revendications 4 et 10, caractérisé par le fait que lesdits signaux en courant alternatif sont de différents types, par exemple des signaux de fréquence audible et des signaux de taxation, et par le fait que des moyens sont prévus (SW1, SW'1, SW2, SW'2) pour ajuster la valeur desdites tensions prédéterminées selon le type desdits signaux en courant alternatif.