Brevet FR2558024A1 — publié le 19850712

-1 - CLAVIER DE NILEROTATION TEIEPHONIQUE PROTEGE CONTRE IES SURChARGES La présente invention concerne les postes téléphoni- ques, et plus particulièrement les ensembles appelés claviers pour la commutation et la numérotation téléphoniqueo Lors de la numérotation téléphonique, le clavier assure plusieurs fonctions: il court-circuite le combiné téléphonique, il court-circuite le circuit de sonnerie, et il assure le bouclage et le débouclage répétitif de la ligne pour produire les impulsions de numé- rotation dans le cas des claviers de type décimal, ou la génération des signaux bifréquence de numérotation dans le cas des claviers de type multifréquenceo Les postes téléphoniques habituellement utilisés com- prennent un fond de poste qui se connecte entre les fils de ligne L1 et IL2 et qui comporte quatre bornes de connexion I1 II, III, IV pour le dispositif de numérotation non représenté sur la figure 1. La bor- ne I est connectée au fil de ligne L1 par l'itermédiaire d'une résis- tance à coefficient de température positif 1 en série avec un premier contact V de crochet, et à la borne III par l'intermédiaire d'une ré- sistance et d'un condensateur connectés en série. La résistance à-coef- ficient de température positif 1 est en outre connectée, sur les pos- tes classiques en parallèle sur un contact de court-circuit VII. Le circuit de sonnerie 2 est connecté entre la borne III et le fil de li- gne L2, la borne IV étant connectée au fil de ligne I2 par l'intermé- diaire d'un second contact VI de crochet. Le combiné téléphonique 3 est connecté entre la borne IV et la borne II. Le dispositif de numérotation, cadran téléphonique ou clavier, établit lors de la numérotation des connexions entre certai- nes des bornes If IIl III et IV, pour éviter les tintements de sonne- rie et atténuer les signaux acoustiques transmis par le combiné 3o Il assure en outre soit les ouvertures et fermetures en forme d'impulsions entre les bornes I et II pour produire la numérotation décimale, soit la génération entre ces mêmes bornes des signaux bifréquence de numé- rotation pour produire la numérotation multifréquence. Un premier inconvénient de ces dispositifs consiste dans le fait que la résistance 1 à coefficient de température positif, dont le rIôle est d'assurer une régulation du courant de ligne, présente à ses bornes une tension non négligeable de l'ordre de trois volts en moyenneo Cette tension se retranche à celle de la lignes de sorte que - 2 - le combiné 3 travaille sous une tension inférieure, qui limite le fonctionnement du poste téléphonique à des lignes de longueurs rela- tivement faibles. Un autre problème consiste dans le fait que la résis- tance 1 est un composant très vulnérable aux surcharges électriques, et qu'en particulier les nouvelles normes très sévères exigées pour les postes téléphoniques ne peuvent pas être respectées par cette technique. Ainsi la norme ST/IAA/RIM 88 de l'Administration Française des Postes et Télécommunications exige notamment que le poste télé- phonique puisse tenir, sans aucune détérioration de composant, des ondes électriques reçues sur les fils de ligne L1 et L2 telles que les formes d'onde suivantes: une tension de 48 volts superposée à une tension alternative de 100 volts efficaces pendant plus d'une heure; une onde de tension de valeur crête 1500 volts avec un temps de montée de 0,5 microseconde et un temps de descente de 700 microsecondes; un train d'impulsions alternatives de 200 volts efficaces; un signal alternatif permanent de 100 volts efficaces pendant au moins un quart dtheure. En outre on admet la destruction d'un seul composant jusqu'à des tensions nettement supérieures à ces valeurs. la présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des postes connus, en proposant un nouveau type de claviers connectable entre les mêmes bornes I, II, III et IV des postes téléphoniques classiques, et qui assure par lui-même la protection du poste entier contre les surcharges. Le clavier de la présente invention permet de tenir complètement les spécifications demandées aux postes téléphoniques, alors qu'actuellement aucun dispositif ne le permet. Ainsi la mise en conformité des postes téléphoniques installés selon les nouvelles normes, peut être réalisée en remplaçant simplement le cadran ou clavier existant par un clavier de la présente invention, et en court-circuitant la résistance à coefficient de température po- sitif 1 par le contact de court-circuit VIIo Aucune modification n'est donc nécessaire sur le reste du poste. Selon un autre objet de l'invention, la protection est assurée sans nécessiter de conserver la résistance 1 à coefficient de température positif, de sorte que l'insertion du clavier ne réduise pas de manière significative la longueur maximale possible de ligne, pour les postes à micro au charbon. Selon un autre objet de l'inventions le clavier comporte -3- un minimum de composants devant supporter des tensions élevées, de sorte que le dispositif peut être pour sa plus grande partie réalisé sous forme de circuit intégré basse tension. Pour atteindre ces objets, ainsi que d'autres la pré- sente invention prévoit d'utiliser un clavier comportant au moins un transistor de protection, connecté en série avec les moyens dtalimen- tation du clavier et avec les moyens générateurs destinés à assurer soit le débouclage de la ligne pour produire les impulsions de numéro- tation décimale soit l'émission de signaux bifréquence pour produire la numérotation multifréquence. Le transistor de protection est commandé par un circuit de commande pour réaliser une limitation de courant à rabattement. Un composant suppresseur de surtensions est connecté en parallèle sur l'ensemble transistor de protection - moyens générateurs - moyens d'alimentation. Une résistance fusible est connectée en série avec l'ensemble formé par les moyens générateurs les moyens d'alimen- tation, le transistor de protection et le composant suppresseur de surtensions. Lors de l'adaptation sur un poste actuel, on court-cir- cuite la résistance à coefficient de température positif. De façon préférée, le circuit de commande et le transis- tor produisent une caractéristique tension-courant dont la forme com- prend une première zone à caractéristique de type Zener à forte pente, une seconde et troisième zones de limitation de courant à faible pente, et une quatrième zone à rabattement progressif de courant. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens générateurs sont constitués par le transistor de protection et le circuit de commande eux-mêmes qui seront conçus pour réaliser simultanément ses fonctions. Selon une autre caractéristique de l'invention, le transistor de protection a sa base commandée par un interface dtadap- tation d'impédance lui-même commandé en injection de courant par le circuit de commandeo Seuls les interfaces doivent être réalisés en composants tenant une tension élevée, le circuit de commande pouvant être intégré selon les technologies basse tension. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: -4 - - la figure 1 représente le circuit de base habituel d'un poste télé- phonique français; - la figure 2 représente schématiquement les moyens de protection selon l'invention; - la figure 3 représente le schéma électrique de l'ensemble de protec- tion du clavier selon la présente invention; et - la figure 4 illustre les zones de fonctionnement des dispositifs de protection. Le clavier selon la présente invention est destiné à être connecté entre les bornes I, II, III et IV d'un circuit de poste téléphonique tel que représenté sar la figure 1. Lors de la construc- tion d'un tel poste téléphonique devant comprendre le clavier de la présente inventions on peut supprimer la résistance à coefficient de température positif 1, et la remplacer par un court-circuit. Lors de l'adaptation du clavier selon la présente invention sur un poste déjà équipé d'une résistance 1, il convient de court-circuiter cette résis- tance à l'aide du contact de court-circuit VIIo Comme le représente la figure 2, le clavier selon la présente invention comporte un ensemble de touches 4 connecté à un ci- cuit de commande 5. le circuit 5 a pour fonction de commander les or- ganes assurant la protection du clavier et du poste et la production des numéros téléphoniques correspondant aux touches 4 enfoncées par l'utilisateur. Le clavier comprend des moyens générateurs 8a assurant soit le débouclage de la ligne pour produire les impulsions décimales dans le cas des claviers décimaux, soit l'émission de signaux bifré- quence pour produire la numérotation multifréquence. Un transistor 8, commandé par le circuit de commande 5, participe à la protection de l'ensemble. Le transistor 8 est connecté électriquement en série avec les moyens générateurs 8a et les moyens d'alimentation 11 du clavier en énergie électrique, l'ensemble étant limité par une borne positive 12 et une borne négative 10 de clavier. Une résistance fusible 6 est connectée en série avec un composant suppresseur de surtensions 7 entre les bornes I et IV. Ia résistance fusible 6 est destinée à couper le circuit lorsque le courant dépasse une certaine valeur pendant un temps supérieur à un temps pré- déterminé. Le composant suppresseur de surtensions 7 est un composant -5de type Diac ctest à dire présentant une impédance faible équivalent à un court-circuit lorsque la tension à ses bornes atteint un seuil prédéterminé, et présentant une résistance très grande, équivalent à un circuit ouvert, tant que la tension à ses bornes n'a pas atteint ce seuil. Les autres éléments du clavier de la présente invention sont connectés aux bornes du composant suppresseur de surtensions 7, comme le représentent les figures 2 et 3o Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les moyens générateurs 8a sont constitués par le transistor 8 et le circuit de commande 5 eux-mêmes qui assurent ses fonctions. Le tran- sistor 8 est de type NPNq sa base est commandée par un interface d'adap- tation d'impédance 9 lui-même commandé en injection de courant par le circuit de commande 5. Le transistor 8 a son émetteur connecté à la borne négative 10 du clavier, son collecteur étant connecté à l'anode d'une diode Zener 11 dont la cathode est connectée à la borne positive 12 du clavier par l'intermédiaire de deux résistances de faible valeur 53 et 54 connectées en série. L'alimentation du circuit de commande 5 s'effectue aux bornes de la diode Zener 11, par les entrées 39 et 40 du circuit 5o L'ensemble, compris entre la borne positive 12 et la borne négative 10 est connecté en parallèle sur le composant suppresseur de surtensions 7 par l'intermédiaire d'un pont redresseur double alternance à quatre diodes 13, 14, 15 et 16 dont les deux branches connectées à l'une des deux bornes du composant suppresseur de surtensions 7, par exemple à la borne IV? compremnnent une diode connectée en série avec un transis- tor de commutation. Ainsi, la diode 16, dont l'anode est connectée à la borne négative 102 a sa cathode connectée au collecteur d'un tran- sistor de commutation 17 dont l'émetteur est connecté à la borne IV et dont la base est commandée par une sortie correspondante 18 du circuit de commande 5; la diode 15, dont la cathode est connectée à la borne positive 12, a son anode connectée au collecteur d'un transistor de commutation 19 dont l'émetteur est connecté à la borne IV et dont la base est commandée par une sortie correspondante 20 du circuit de commande 5o Les transistors de commutation 17 et 19 ont pour fonc- tion, pendant la numérotation, d'éliminer l'influence de l'impédance du combiné 3 et d'atténuer les signaux acoustiques transmis par ce -6combiné. Ce mode de réalisation de la fonction de commutation est adapté à des postes à micro charbon ou équivalent. Elle peut toutefois être réalisée par d'autres méthodes connues. Le transistors qui assure la fonction de générateur pour la numérotation, assure en outre une fonction de contrôle de la carac- téristique tensioncourant du poste téléphonique et une fonction de protection par limitation et rabattement de cour-ant. Cette caraetéris- tique tension-courant, représentée sur la figure 4, comprend une première zone 21 à caractéristique de type Zener, c'est à dire à forte pente du courant en fonction de la tension sur le diagrammes une se- conde et troisième zones 22-23 de limitation de courant à faible pente, et une quatrième zone 24 à pente négative pour rabattement progressif du courant. Dans les zones 21 et 22, ltimpédance dynamique du dis- positif est faible en dehors de la période de numérotation, de l'ordre d'une trentaine d'tohms, et égale à environ 600 ohms pendant la numéro- tationo Dans les zones 23 et 24, l'impédance dynamique est égale à 600 ohms environ. le passage entre les zones 22 et 23 s'effectue dans une zone de recouvrement 1 par une commutation à hystérésis représen- tée par les flèches, pour éviter, dans cette zone de recouvrement, les commutations multiples dues aux signaux à fréquence vocale transmis. Le transistor 8 assure en outre une limitation rapide de courant, re- présentée par la ligne 27, cette limitation s'effectuant à une valeur comprise entre cinquante et cent milli-ampères, et assurant la protec- tion en cas de surcharge impulsionnelleo Pour réaliser ces fonctions de caractéristique tension- courants le transistor 8 est commandé par le circuit de commande 5. Le circuit de commande 5 comporte une entrée 41 connec- tée à la borae négative 10 pour prendre l'image de la tension à la- quelle est soumis le circuit, et une entrée 37 connectée à la borne positive 12 pour prendre l'image du courant traversant le circuit. la borne 38p connectée au point milieu des résistances 53 et 54, donne l'image du courant pour la limitation impulsionnelle 27. Ces informa- tions sont transformées dans le circuit de commande 5 pour assurer la commande du transistor 8 et produire la caractéristique correspondant au diagramme de la figure 4o Le circuit de commande est réalisé par tout moyen -7 - connu dans la technique électronique basse tension, de sorte qu'il est inutile dans la présente description de décrire en détail la réa- lisation de ce circuit. Les zones de fonctionnement 21 à 26 précédemment dé- crites sont choisies pour être comprises dans les zones permises de fonctionnement, c'est à dire entre les zones interdites 28 et 29 du diagramme. De la sortes la protection du poste téléphonique est assu- rée conformément aux spécifications en vigueur. Comme le représente la figure 3, l'interface 9 du moyen générateur permet de commander le transistor 8, qui doit supporter des tensions élevées, par un circuit de commande 5 soumis à des tensions faibleso Le circuit 5 peut ainsi être intégré selon les technologies à faible tension. L'interface 9 comprend un premier transistor 30, de type PNP, dont l'émetteur est connecté au point milieu d'un pont de résistance-diode 31, 32, 42 lui-même connecté en parallèle sur la diode Zener 11 o La base du transistor 30 est connectée à la borne de sortie correspondante 33 du circuit de commande, la borne 33 fournis- sant le signal de commande pour le transistor 80 La base du transistor est en outre connectée au point milieu d'un pont de résistances 43-44 connecté entre la cathode de la diode Zener 11 et la borne néga- tive 10o Le collecteur du transistor 30 est connecté à la base dtun second transistor 34 de type NPN dont le collecteur est connecté à la cathode de la diode Zener 11 et ont l'émetteur est connecté à la base du transistor 8 par l'intermédiaire d'une résistance 45. l'émetteur du transistor 34 est connecté en outre à sa base par une résistance 46 et à la borne négative 10 par une résistan- ce 47o Dans un autre mode de réalisation, on peut supprimer le transistor 34 et les résistances 45 et 46 en remplaçant le transistor NPIN 8 par un transistor de type V-M0OS dont la grille est connectée directement au collecteur du transistor 30 L'émetteur du transistor 30 est fixé à un potentiel pratiquement constant par le pont de résistances 31-32, de sorte que le potentiel de sa base est également relativement constant, et que le circuit de conmmande peut produire sur sa sortie 33 une eommande en courant dont le potentiel ne dépend pas des conditions de tension aux- quelles est soumis le transistor 8. -8 _ La borne II est connectée à l'anode d'une diode 35 dont la cathode est connectée à la borne positive 12, et est connectée à la cathode d'une diode 36 dont l'anode est connectée à la borne négative 10. > La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. -9- REVENDICATIONS 1 - Clavier de numérotation téléphonique, comprenant des moyens générateurs (8a) assurant soit le débouclage de la ligne pour produire les impulsions de numérotation décimale soit l'émission de signaux bifréquence pour produire la numérotation multifréquence, et des moyens pour atténuer les signaux acoustiques transmis par le combiné téléphonique et éviter le tintement de sonnerie pendant la numérotation, caractérisé en ce qu'il comprend: - un transistor (8) connecté en série avec les moyens générateurs (8a) et des moyens d'alimentation (11) du clavier et du poste, et commandé par un circuit de commande (5) pour réaliser une limitation de courant à rabattement; - un composant (7) suppresseur de surtensions connecté en parallèle sur l'ensemble transistor (8) - moyens générateurs - moyens d'alimen- tation (11); - une résistance fusible (6) connectée en série avec l'ensemble formé par les moyens d'alimentation (11), le transistor (8), les moyens gé- nérateurs (Sa) et le composant suppresseur de surtensions (7)o 2 - Clavier selon laievendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) commande le transistor (8) pour présen- ter une caractéristique tension - courant comprenant une première zone (21) à caractéristique de type Zener à forte pente, une seconde (22) et troisième (23) zones de limitation de courant à faible pente, et une quatrième zone (24) a rabattement progressif de courant. 3 - Clavier selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) produit en outre une limitation rapi- de de courant (27) comprise entre cinquante et cent milli-ampères en cas de surcharge impulsionnelleo 4 - Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens générateurs (8a) sont constitués par le transistor (8) et le circuit de commande (5) eux-mSmes qui assu- rent simultanément ses fonctions. - Clavier selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) produit, dans les première (21) et seconde (22) zones, une impédance dynamique de générateur égale à 600 ohms environ lors de la numérotation, et de lt' ordre de 30 ohms hors numérotations la troisième zone (23) présentant une impédance dynamique - 10 - égale à 600 ohms environ. 6 - Clavier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la base du transistor (8) est commandée par un interface d'adaptation d'impédance (9) lui-même commandé en injection de courant par le circuit de commande (5)o 7 - Clavier selon la revendication 6, caractérisé en ce que le transistor (8) est de type NPN et a son émetteur connecté à la borne négative (10) du clavier, son collecteur étant connecté à l'anode d'une diode Zener (11) dont la cathode est connectée à la borne positive (12) du clavier par l'intermédiaire de deux résistances (53, 54) de faible valeur en séries l'alimentation du circuit de com- mande s'effectuant aux bornes de la diode Zener (11)o 8 - Clavier selon la revendication 79 caractérisé en ce que l'interface (9) d'adaptation d'impédance comprend un premier transistor (30) de type PNP dont l'émetteur est connecté au point mi- lieu d'un pont de résistance (31, 32), lui-même connecté en parallèle sur la diode Zener (11), sa base étant connectée à la borne de sortie correspondante (33) du circuit de commande (5), son collecteur étant connecté à la base d'un second transistor (34) de type NPN dont le collecteur est connecté à la borne positive (12) des moyens interrup- teurs et dont l'émetteur est connecté à la base des transistors inter- rupteurs (8) 9 - Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de commutation (172 19) sont connectés en parallèle sur le composant suppresseur de surtensions (7) par l'intermédiaire dtun pont redresseur à diodes (13, 14, 15, 16) dont les deux branches connectées à l'une des bornes (IV) du composant comprennent une diode (15, 16) connectée en série avec un transistor de commutation (17, 19) dont l'émetteur est connecté à ladite borne (IV), le collecteur connec- té à la diode, et la base connectée à une sortie correspondante (18, ) du circuit de commande (5)