Brevet FR2538661A1 — publié le 19840629

CIRCUIT ELECTRIQUE ASSURANT LES FONCTIONS DE BASE D'UN POSTE TELEPHONIQUE D'ABONNE La présente invention concerne les postes téléphoniques d'abonné. Les sociétés ou administrations responsables des communications te le phoniques imposent des contraintes strictes et treks différentes selon les pays en ce qui concerne le comportement des circuits électriques composant ces postes vis à vis des lignes téléphoniques qui y aboutissent. Plus précisément, on souhaite que l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement des postes d'abonne soit intégralement fournie par la ligne téléphonique elle-meme (alimentee en courant continu à cet effet), et ceci aussi bien en ce qui concerne les fonctions de base du poste (circuit de numérotation, amPlificateurs de microphone, d'écouteur, et amplificateur de sortie vers la ligne téléphonique), que pour des fonctions auxiliaires éventuellement prévues (amplificateur et haut-parleur d'écoute amplifiée, circuit spécifique pour téléphone mains libres', circuit d'affichage automatique du numéro compose, etc..). Les spécifications des réseaux de communication étant très variables, il se trouve que dans certains cas on impose aux postes de se comporter en continu comme des diodes Zener vis-à-vis de la ligne (c'est à dire que le poste impose une tension continue maximale à ses bornes indépendamment du courant continu qui le traverse) > tandis que dans d'autres cas on impose qu'ils se comportent comme -des limiteurs de courant (fixant un courant maximal dans la ligne). De plus, tout en respectant ces contraintes, certains utilisateurs souhaitent pouvoir disposer des fonctions auxiliaires déjà mentionnées, tandis que d'autres souhaitent ne pas en disposer mais profiter de l'énergie disponible essentiellement pour pouvoir installer des lignes téléphoniques plus longues entre centraux téléphoniques et postes d'abonné. Pourtant, il serait extrêmement souhaitable de pouvoir réaliser un circuit intégré unique formant le coeur du poste d'abonné notamment en ce qui concerne les fonctions de base déjà mentionnées, ce circuit intégré étant couplé à quelques composants extérieurs et étant capable, moyennant éventuellement quelques petites modifications des composants extérieurs, de repondre aux spécifications plus ou moins contradictoires indiquées ci-dessus. La raison pour laquelle on souhaite un circuit intégré unique, et non un circuit spécial pour chaque type de specificatione est évidemment la nécessite de diminuer les coatis de fabrication en produisant un plus grand nombre de circuits identiques. Le but de l'invention est donc de concevoir un circuit assurant les fonctions de base d'un poste téléphonique d'abonné, ce circuit étant constitué de telle sorte qu'il permette d'utiliser un circuit intégré unique formant le coeur d'un poste téléphonique et remplissant les fonctions de bases essentielles dans ce poste (nusérotation, amplification de microphone, d'ecouteur et de ligne), et ce circuit pouvant Entre adapte à des spécifications de réseaux très différentes en présence ou en l'absence de fonctions supplémentaires dans le poste. Dans sa constitution minimale, le circuit intégré formant le coeur du poste téléphonique comprend globalement les fonctions de base de commande de numérotation, d'amplification de microphone, d'amplification d'écouteur et d'amplification de sortie vers la ligne avec en outre a) une diode Zener essentiellement en parallèle entre deux bornes de connexion extérieure pour l'alimentation des fonctions de base, b) un moyen de détection du courant continu dans la diode Zener, c) un amplificateur à seuil pour détecter la différence entre ce courant et une valeur de référence. La diode Zener est de préférence formée à partir d'au moins un transistor, ce qui permet notamment de recopier le courant dans ce transistor et de réaliser une source de courant commandée, alimentée par la ligne et fournissant un courant proportionnel au courant dans la diode Zener, en vue de l'alimentation en courant de fonctions auxiliaires du poste (écoute amplifiée par exemple). Un élément de régulation extérieur au circuit intégré peut être connecté à la sortie de l'amplificateur à seuil, cet elément permettant de limiter le courant transmis par la ligne téléphonique vers la diode Zener. On montrera dans la description détaillée qui suit comment le circuit intégré selon l'invention et le circuit de régulation correspondant peuvent être montes pour résoudre les différents problèmes évoqués ci-dessus. La description qui suit est faite en réference au dessin annexé qui représente le circuit intégré selon l'invention dans une configuration particulière de connexion à la ligne téléphonique et à des fonctions auxiliaires. Dans tout ce qui suit, on ne parlera pas de la constitution des circuits remplissant les fonctions de base ou les fonctions auxiliaires : ces circuits peuvent être classiques. On cqnsidèrera simplement que les fonctions de base se comportent glóbalement comme un circuit absorbant un courant sensiblement constant en fonctionnement normal, ce courant étant par exemple de l'ordre de 6 milliampères, pour assurer la commande de numérotation, l'amplification de microphone, l'amplification d'écouteur de combine et l'amplification de sortie vers la ligne téléphonique pour assurer une rémission de signal de parole. L'ensemble des fonctions de base a donc été représenté symboliquement par un rectangle 10 avec à l'intérieur une source de courant Imin correspondant au courant minimum qui doit être pressent sur la ligne téléphonique pour assurer le fonctionnement du poste téléphonique. Le coeur du poste est constitue par un circuit intégré représenté dans un cadre tireté 12, ce circuit incorporant les fonctions de base 10 et ayant un certain nombre de bornes de connexion extérieure dont certaines correspondent à des sorties des fonctions de base (vers l'écouteur et le microphone du combiné, vers la ligne téléphonique, etc), et d'autres correspondent à des fonctions de régulation ou d'alimentation qui seront détaillées ci-après. Les bornes de connexion issues des fonctions de base ont été représentées au nombre de quatre à titre d'exemple et désignées par les références B1, B2, B3, B4. Les fonctions de base sont alimentées à partir de deux bornes B5 et B10. B5 peut être considérée comme une borne de masse reliée à l'un des conducteurs 14 de la ligne téléphonique l'autre conducteur de la ligne téléphonique ast désigné par la référence 16. Les éléments de protection et un pont de diodes, extérieurs au circuit intégré, ne sont pas représentés. Le circuit intégré comprend encore une diode Zener Z constituée par exemple à partir d'un transstor NPN T1 et de deux résistances R1, R2 formant un pont diviseur de valeur relativement élevée dont les extrémités sont connectes entre collecteur et émetteur du transistor T1 et dont le point milieu est connecte à la base de ce transistor. Un tel montage de transistor pressente sensiblement une caractéristique de diode Zener, c'est-à-dire une faible conduction pour une tension à ses bornes inférieure à une valeur Vz sensiblement régale à Vbe(Rl+R2)/R2 ou Vbe est la chute de tension normale (0,6 à 0,8 volts) entre base et émetteur d'un transistor non bloque.La résistance R1 doit être choisie aussi élevée que possible mais telle que Vz/Rl corresponde à un courant de polarisation suffisant pour que le transistor T1 puisse conduire un courant appréciable (par exemple 15 milliampères). La diode Zener est en série avec une petite résistance R3, l'ensemble étant connecté entre la borne B10 et la borne B5 donc en parallèle sur l'alimentation des fonctions de base. La résistance R3 sert de détecteur du courant Iz traversant la diode Zener. Elle produit à ses bornes une tension proportionnelle à ce courant et est suffisamment petite pour que cette tension soit faible devant Vz. Le circuit intégré 12 comprend encore un amplificateur à seuil 18 recevant d'une part une tension de référence Vref définissant le seuil et d'autre part la tewsion.prélevée au point de jonction de la résistance R3 et de la diode Zener. Cet amplificateur 18 fournit donc un signal fonction de l'écart entre le courant Iz et une valeur déterminée (par exemple environ 15 milliampères). Sa sortie est appliquée à une borne de connexion extérieure B8 en vue d'une régulation se faisant par des éléments extérieurs. Le circuit intégré comprend encore un transistor NPN T2 dont l'émetteur est relié à la masse, le collecteur à une borne de connexion extérieure B7 et la base à un circuit de commande non représente pouvant faire partie des fonctions de base de l'ensemble 10. On verra que ce transistor a pour fonction une commande d'ouverture de ligne par laquelle le poste peut se comporter vis-à-vis de la ligne comme un circuit de haute impedance (notamment en vue de la numerotation ou de l'appel du central). Enfin, on voit sur la figure que le circuit intégré 12 comprend encore un transistor NPN T3 de recopie du courant dans le transistor T1 de la diode Zener Ce transistor T3 a sa base et son émetteur reliés à la base et à l'émetteur du transistor T1. I1 sert de moyen de mesure du courant de la diode Zener dans sa zone de régulation. Tant que le transistor T1 ne conduit pas (en dessous du seuil Vz), le transistor T3 ne conduit pas non plus. Au-dessus, le courant Iz qui traverse la diode Zener passe essentieliement à travers le transistor Tl ; le courant traversant le transistor T3 est alors essentiellement iciz où k dépend des surfaces d'émetteur respectives de T1 et T3. Le collecteur du transistor T3 est relié å une borne de connexion extérieure B9. De manière générale, un condensateur C1 sera connecte extérieurement entre la borne BS et une borne B6 reliée à la base du transistor T1 pour éviter toute amplification et transmission de signaux alternatifs par le transistor Tl. Le transistor T1 se comportera donc comme une diode Zener en continu mais comme une haute impédance pour le courant alternatif. De plus, les bornes B1 à B4 seront évidemment raccordées aux éléments qu'elles doivent commander dans le cadre des fonctions de base. Ces raccordements ne sont pas représentés et peuvent être classiques. Le circuit intégré ayant ainsi été décrit dans son ensemble, on va expliquer quels sont les autres composants extérieurs auxquels il doit éventuellement être raccordé, selon les cas d'utilisation, pour remplir une fonction de régulation appropriée aux différents types de spécifications pouvant être imposées. 10) On suppose que les spécifications prévoient - que le poste téléphonique se comporte globalement comme une diode Zener de tension de seuil Vz, vu de l'extrémité de la ligne (régulation en tension) - qutil ntest pas nécessaire de prévoir une commande d'ouverture de ligne. Dans ce cas, le conducteur 16 est raccorde directement à la borne B10 pour que la ligne téléphonique alimente directement les fonctions de base. Les bornes B7 et B8 ne sont pas raccordes à des éléments extérieurs. La borne B9 est utilisée Si des fonctions auxiliaires (symbolisées par un rectangle 20) doivent être utilisées. Si c'est le cas, le conducteur 16 est relie à la borne B9 par l'intermédiaire d'une diode Dl polarisée en direct (ou d'un transistor PNP dont le collecteur est relié à a base) en série avec une résistance R4. Un transistor PNP T4 sert à recopier avec un facteur de multiplication k' le courant dans la diode D1. Pour cela, l'émetteur du transistor T4 est relie par une résistance R5 au conducteur 16 et sa base est reliée par une résistance R6 à l'extremite de l'ensemble R4, D1 dont l'autre extrémité est reliée au conducteur 16.Un transistor PNP T'4 peut être prévu pour éviter la saturation du transistor T4 ; sa base est reliée à la borne B9, son émetteur au collecteur du transistor T4 et son collecteur a la masse. Le transistor T4 fournit un courant qui sert à l'alimentation des fonctions auxiliaires de l'ensemble 20 qui est relié par ailleurs à l'autre conducteur 14 de la ligne téléphonique. Le courant disponible pour ces fonctions est kk'Iz, c'est-à-dire le résultat d'une double recopie, avec les coefficients k et k' (par les transistors T3 et T4), du courant dans le transistor T1. Les résistances R4 et R5 permettent d'ajuster le coefficient k'. Ainsi, le montage qui vient d'être décrit est adapté pour les réseaux exigeant que le poste téléphonique se conduise globalement comme une diode Zener pour le courant continu : dès lors que la ligne est capable de fournir un courant I au moins égal à Imin, le poste fonctionne avec ses fonctions de base. Si la tension fournie par la ligne est susceptible de dépasser Vz pour un courant supérieur à Imin, la diode Zener limite cette tension à Vz et consomme l'excès de courant 1-Imin s'il n'y a pas de fonctions auxiliaires (borne B9 reliée à la borne B10). Mais, s'il y a des fonctions auxiliaires dans le poste, cet excès de courant se repartira pour une fraction l/(l+kakk') dans la diode Zener et pour le reste (k+kk')/(l+k+kk') dans le transistor T3 et dans le transistor T4 vers les fonctions auxiliaires.On remarque que le poste se comporte comme une diode Zener aussi bien en présence qu'en l'absence de fonctions auxiliaires. De plus, si le-courant fourni par- la ligne est proche de Imin, les fonctions de base resteront alimentees en priorité sur les fonctions auxiliaires car c'est uniquement dans la mesure où un exces de courant est present dans la- diode Zener que des courants kIz et kk'Iz peuvent être engendrés. 20) On suppose maintenant - que le poste te le phonique doit se comporter comme une diode Zener en courant continu, - qu'il est nécessaire de prévoir une commande d'ouverture de ligne. Dans ce cas, on ne connecte pas le conducteur 16 directement à la borne B10 mais on le connecte par l'intermédiaire d'un transistor PNP T5, ou, mieux d'un ensemble Darlington a deux transistors PNP T5 et T6. L'émetteur du transistor T5 est relie au conducteur 16, son collecteur à la borne B10, une capacité C2 étant reliée à l'émetteur et au collecteur pour que le montage Darlington se comporte comme un court-circuit vis-à-vis du signal alternatif présent sur la ligne téléphonique. La base du transistor T5 est reliée à l'émetteur du transistor T6 dont le collecteur est relié à celui du transistor T5. La base du transistor T6 est commandée par la sortie d'un étage amplificateur, en l'occurrence par le collecteur d'un transistor NPN T7 dont l'émetteur est raccordé à la borne BS (masse), et dont la base est reliée à la borne B7 pour que la conduction du transistor T7 soit contrôlée par le signal présent sur cette borne. Un condensateur C3 entre base et émetteur du transistor T7 évite la transmission aux transistors T6 et T5 d'un signal alternatif modulant leur conduction. Enfin, une résistance R7 de forte valeur (1 Mégohm environ) et ne consommant donc pratiquement pas de courant est reliée entre le conducteur 16 et la base du transistor T7 pour polariser celui-ci convenablement. La borne B8 reste non connectée dans cet exemple. La borne B9 est connectée exactement comme dans l'exemple précédent si des fonctions auxiliaires sont à alimenter. On retrouve alors les éléments R4, D1, R5, R6, T4, T'4 pour alimenter ces fonctions auxiliaires avec un courant proportionnel à l'excès de courant 1-Imin disponible sur la ligne téléphonique une fois que les fonctions de base sont correctement alimentées par Imin. S'il n9y a pas de fonctions auxiliaires, les bornes B9 et B10 sont réunies. La différencie de fonctionnement avec le cas préce.dent réside uniquement dans le fait que si une mise en haute impédance doit être effectuée à partir de l'lntérieur du circuit intégré, ce transistor est mis dans un état conducteur pour mettre prati- quement à la masse la borne B7 et bloquer ainsi le transistor T7 et donc les transistors T6 et T5. Dans ces conditions, aucun courant n'est plus amené à la borne B10 ; la diode Zener n'est plus alimentée et Iz = O ; par recopie, le transistor T3 ne laisse plus circuler de courant dans la borne B9 (kIz = 0) ; et de meme, toujours par recopie > le transistor T4 ne laisse plus passer de courant (kk'Iz = O). Vu de la ligne, l'ensemble du circuit est bien en haute impédance ; seule R7 laisse passer un faible courant. Au contraire, en l'absence du signal de coupure de ligne sur la base du transistor T2, le transistor T7 est polarisé par la résistance R7 de telle manière qu'il conduise un courant suffisant pour rendre les transistors T5 et T6 fortement conducteurs. 30) On suppose que - le poste téléphonique doit se comporter comme un limiteur de courant, empêchant que la ligne ne débite dans ce poste plus qu'une valeur déterminée Imax, par exemple 20 milliampères. Dans ce cas, les transistors T5, T6, T7, les capacités C2 et C3, la résistance R7 sont montés exactement comme cela a été indique dans l'exemple précedent mais la base du transistor T7 est reliée à la borne B8 et non à la borne B7 de manière que la conduction de l'ensemble Darlington T5, T6 soit contrlée à travers l'étage R7, T7 par la sortie de l'amplificateur à seuil 18. Ainsi, lorsque le courant I fourni par la ligne est compris entre Imin et Imax, avec une tension au moins.égale à Vz, les fonctions de base consomment Imin, et l'excès de courant est consomme soit par la diode Zener seule (absence de fonctions auxiliaires), soit pour une fraction (I-Imin)/l+k+kk' par la diode Zener et pour une fraction (I-Imin)(k+kk')/(l+kokk') par les fonctions auxiliaires et la borne B9. Si le courant fourni tend à de passer Imax du fait par exemple que le potentiel délivré à l'autre extrémité de la ligne par le central téléphonique est élevé ou du fait que la ligne est relativement courte et donc peu résistiveS l'amplificateur à seuil 18 détecte ce dépassement et agit sur les transistors T5, T6, T7 agissant en éléments de régulation de courant pour rendre ces transistors moins conducteurs, et réduire ainsi le courant Iz qui traverse la diode Zener La résistance R3 qui détecte le seuil de courant voit passer un courant Iz(l+k). Pour que le courant I ne dépasse par Imax, alors que I = Imin+Iz (l+k+kk'), il faut choisir une tension de seuil Vref égale a R3(l+k)(Imax-Imin)/(l+k+kk'). Tout dépassement de cette valeur entraine une réduction du courant à travers la borne B1Q donc du courant Iz à travers la diode Zener, donc du courant Iriez à travers le transistor T3 et du courant kk'1z transmis vers les fonctions auxiliaires 20. Le poste se comporte donc comme un limiteur de courant et ceci aussi bien en l'absence qu'en présence de fonctions auxiliaires. La limitation s'exerce bien sur le courant global consommé bien que la détection se fasse au niveau du courant dans la diode Zener, ceci parce que le courant consomme par les fonctions auxiliaires est proportionnel au courant dans la diode Zener. De plus, si on souhaite disposer de la possibilite de mettre le poste en haute impédance vu de la ligne (coupure de la ligne), il suffit de relier ia borne B8 à la borne B7 comme c'est le cas sur la figure représentee. Le transistor T2 est ou bien bloqué (et sans effet sur le circuit), ou bien en court cIrcuit, auquel cas il a priorité sur le signal issu de l'amplificateur à seuil et bloque complètement les transistors T7, T6 et T5. Les transistors T4, TS, T6, T7 doivent en principe pouvoir résister à des surtensions élevées et sont donc normalement extérieurs au circuit intégré, Dans les cas où cette tenue en tension ne serait pas nécessaire ou pourrait entre obtenue dans le circuit intégré, on pourrait incorporer ces transistors et les résistances de polarisation ou d'équilibrage correspondantes au circuit intégré. Celui-ci comporterait alors toujours la borne B10 mais plus la borne B9. I1 faudrait cependant prévoir une borne de connexion pour l'accès au collecteur du transistor T5 et une borne pour l'accès au collecteur du transistor T4. REVENDICATIONS. 1. Circuit integré pour poste téléphonique d'abonné, comportant des fonctions de base telles que la commande de numérotation, l'amplification de microphone, l'amplification d'écouteur du combiné, l'amplification de sortie vers la ligne pour le signal émis, caractérisé en ce qu'il comporte, essentiellement en parallèle entre deux bornes de connexion extérieure (B5, B10) d'alimentation, une diode Zener (Z), et un moyen de détection (R3) du courant continu traversant la diode Zener, un amplificateur à seuil (18) étant en outre prévu pour fournir un signal fonction de la différence entre le courant traversant la diode Zener et une valeur de référence. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur à seuil est appliquée à une borne de connexion extérieure (B8) du circuit intégre. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la diode Zener est réalisée à partir d'au moins un transistor (T1) et en ce qu'il est prévu un transistor (T3) de recopie du courant dans le transistor (T1) à partir duquel est formée la diode Zener. 4. Circuit selon la revendication 3, carartérisé en ce que le collecteur du transistor de recopie est relié à une borne (B9)de connexion extérieure du circuit intégre. 5. Circuit téléphonique incorporant le circuit intégré selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un élément de régulation de courant (T5, T6) est inséré en série entre les bornes de connexion extérieure d'alimentation (B5, B10) et des conducteurs de ligne téléphonique (14, 16), cet élément de régulation étant commandé par la sortie de l'amplificateur à seuil pour réduire le courant dans la diode Zener en cas de dépassement du seuil. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que ltélément de régulation comprend un montage Darlington PNP (T5, T6). 7. Circuit téléphonique incorporant le circuit intégré selon l'une des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une source de courant commandée alimentée par la ligne téléphonique et apte à fournir un courant proportionnel au courant dans la diode Zener, en vue d'alimenter des fonctions auxiliaires (20) du poste telephonique. 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source de courant comprend des étages (T3, R4, D1, PS > R6, T4) de recopie du courant circulant dans un transistor (T1) à partir duquel est formée la diode Zener.