Brevet FR2703866A1 — publié le 19941014

La présente invention concerne les dispositifs de réception de signaux analogiques du type téléphonique, et en particulier un dispositif de couplage par opto-coupleur entre un circuit d'entrée de signal analogique du type signal de ligne téléphonique et un appareil de traitement de signal analogique du type modem. La transmission des informations se fait de plus en plus au moyen de lignes téléphoniques du réseau public sur lesquelles on envoie les données numériques après les avoir converties sous forme analogique au moyen d'un appareil de traitement du type modem Du côté réception, les signaux analogiques en provenance de la ligne téléphonique sont convertis en données numériques au moyen d'un autre modem. Les modems sont des dispositifs relativement complexes qui nécessitent une alimentation propre qui est l'alimentation alternative du secteur Ceci peut présenter un danger en cas de mauvais contact pour la ligne téléphonique qui elle, est alimentée à partir du central téléphonique par une source de tension continue (de 48 volts en général) modulée par les signaux analogiques transmis C'est pourquoi les normes actuelles imposent d'effectuer un couplage sans contact métallique entre la ligne téléphonique et l'appareil de traitement tel qu'un modem qui se trouve sous tension secteur. La solution classique consiste alors à réaliser l'interface entre la ligne téléphonique et le modem grâce à un transformateur Mais il est très difficile de réaliser des transformateurs de petite taille ou miniaturisés adaptés au reste des circuits qui se sont de plus en plus miniaturisés au cours des progrès technologiques accomplis durant les dix dernières années, le but ultime étant d'intégrer tous les circuits d'interface de ligne dans un ensemble ayant le format d'une carte conforme au standard PCMCIA (personal Computer Memory card international Association) correspondant à la taille d'une carte à mémoire ou carte de crédit. On a donc envisagé d'utiliser un dispositif opto- coupleur dans lequel les variations de courant du signal analogique sont appliquées à une diode électroluminescente (LED) qui les transforme en une émission lumineuse variable Cette émission lumineuse commande alors un phototransistor dont le courant de sortie est variable en fonction du flux lumineux reçu et donc fonction des variations du signal analogique. Malheureusement, l'emploi d'une diode du type LED directement connectée aux bornes du circuit d'entrée du signal analogique s'avère impossible En effet, la diode présente une basse impédance et sa connexion directement aux bornes du circuit d'entrée ferait chuter l'impédance d'entrée de la ligne téléphonique qui doit, pour des raisons d'adaptation, conserver une valeur constante, généralement égale à 600 ohms ou toute autre valeur selon les normes en vigueur actuellement dans chaque pays. C'est pourquoi le but de l'invention est de réaliser le couplage entre le circuit d'entrée d'une ligne téléphonique et un appareil de traitement de ce signal au moyen d'un opto-coupleur tout en conservant une impédance d'entrée élevée conforme aux normes imposées. Un autre but de l'invention est également de réaliser le couplage entre le circuit d'entrée d'une ligne téléphonique et un appareil de traitement tel qu'un modem au moyen d'un dispositif opto-coupleur dans lequel les variations du courant qui traverse la diode électroluminescente sont fonction des variations de tension du signal analogique aux bornes du circuit d'entrée de la ligne téléphonique. L'objet principal de l'invention est donc un dispositif de couplage par opto-coupleur entre un circuit d'entrée de signal analogique du type signal de ligne téléphonique et un appareil de traitement dudit signal analogique tel qu'un modem, comprenant un circuit de grande impédance relativement à l'impédance d'entrée de circuit d'entrée de signal analogique, le circuit de grande impédance étant composé d'un circuit de conversion tension/courant traversé par un courant dont les variations sont commandées directement par les variations de tension du signal analogique monté en série avec une source de courant constant et étant connecté aux bornes du circuit d'entrée du signal analogique, les bornes d'entrée du dispositif opto-coupleur étant connectées en parallèle aux bornes du circuit de conversion tension/courant. Ainsi, du fait que la source de courant impose un courant total constant dans le circuit de grande impédance, les variations de courant à l'entrée du dispositif opto-coupleur sont égales au signe près aux variations de courant dans le circuit de conversion tension/courant et sont donc fonction directe des variations de tension du signal analogique aux bornes du circuit d'entrée. Les buts, objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif de couplage selon l'invention, et la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation préféré du dispositif de couplage selon l'invention. Comme illustré sur la figure 1, l'entrée de la ligne téléphonique fournit une tension d'entrée VA Cette tension d'entrée résulte de la tension continue fournie par le central ( 48 volts) après transfert sur la ligne jusqu'au circuit d'entrée représenté sur la figure 1. Cette tension VA est modulée par le signal analogique résultant par exemple de données numériques transmises par un modulateur-démodulateur (modem) éloigné à l'origine de la transmission. Du fait que la polarité de chacune des bornes de la ligne téléphonique n'est pas distinguée de la polarité de l'autre borne, un pont de diodes 10 permet d'obtenir un redressement de la tension d'entrée au cas o le branchement serait inversé, et d'avoir toujours une tension VB positive à la sortie du pont de diodes 10. Entre la tension VB et la masse, un circuit comportant en série une résistance Ri d'environ 600 ohms et une capacité C de valeur élevée (environ l ORF) permet l'obtention d'une impédance de 600 ohms à l'entrée de la ligne téléphonique répondant aux normes en vigueur Ce circuit absorbe un courant maximum d'environ lm A alors que le courant continu reçu à l'entrée de la ligne téléphonique a une intensité totale comprise entre environ m A et environ 100 m A, cette valeur étant fonction de la longueur de la ligne reliant le dispositif au central téléphonique La tension Vcc située à la connexion entre la résistance Ri et la capacité C sert généralement à alimenter en tension les circuits actifs tels que les amplificateurs utilisés dans le dispositif. Une impédance (Z) 12 illustrée en pointillés sur la figure 1 de valeur très importante vis à vis de 600 ohms (par exemple 20 kohms) sert à la régulation en absorbant la composante continue de la tension VB tout en n'ayant que peu d'influence vis à vis de l'impédance d'entrée de 600 ohms. Enfin, la tension VB alimente également un circuit comprenant en série un transistor à effet de champ 14 et une source de courant 16 La source de courant 16 présente une grande impédance représentée par la résistance en parallèle R 2, et fournit un courant constant I Sc En fait, lorsque la liaison est établie avec la ligne téléphonique, le courant reçu de la ligne s'établit à une valeur donnée entre 20 m A et 100 m A, (par exemple à 60 m A) et la source de courant 16 fournit alors un courant ISC constant fonction du courant de la ligne téléphonique mais pouvant être différent selon la valeur de ce courant de ligne. L'impédance de grande valeur 12 absorbe une grande partie de ce courant, et un courant ISC d'une valeur d'environ l Om A est absorbé par la source de courant 16. Aux bornes du transistor à effet de champ 14 est connectée une diode électroluminescente 22 faisant partie d'un dispositif opto-coupleur 20 Le flux lumineux émis par la diode électroluminescente 22 active les grilles de deux phototransistors 24 et 26 Les variations de courant traversant la diode électroluminescente 22 sont donc transformées en variations de courant traversant le phototransistor 26 dont le rôle sera expliqué plus en détail ci-après Le courant fourni aux bornes du phototransistor 24 sert de signal d'entrée à un modem (non représenté) ou autre équipement de traitement du signal, ce qui permet ainsi de réaliser un opto-couplage entre le circuit d'entrée de la ligne téléphonique et le modem. Le courant constant I Sc fourni par la source de courant est la somme de la composante I traversant le transistor à effet de champ 14 et de la composante Il traversant la diode électroluminescente 22, soit I Sc = Io + Il Par conséquent les variations de Io et de Il sont telles que A Io + Ai 1 = O Il suffit alors de commander la grille 28 du transistor à effet de champ 14 par les variations de la tension VB pour obtenir des variations proportionnelles du courant Io (le transistor à effet de champ agissant comme un simple circuit de conversion tension/courant), et donc des variations proportionnelles du courant Il puisque AI 1 = Aio Comme représenté sur la figure 1, la tension VB n'est pas appliquée directement à la grille 28 du transistor à effet de champ 14, mais par l'intermédiaire d'un amplificateur 30 et d'un circuit de servo-commande 32 Le circuit de servo-commande est par ailleurs contrôlé par un signal de réaction fourni par le phototransistor 26 du dispositif opto- coupleur 20 qui est influencé par le même flux lumineux que le phototransistor 24, c'est à dire le flux lumineux produit par la diode électroluminescente 22 reflétant les variations de la tension de signal VB. L'impédance de grande valeur 12 a été représentée en pointillés sur la figure 12 parce que cette impédance n'est pas absolument obligatoire dans le contexte de l'invention dans la mesure o le circuit comportant le transistor à effet de champ 14 et la source de courant 16 présente une forte impédance et est donc équivalent à l'impédance 12 Cette impédance est fournie par l'impédance parasite de la source de courant elle-même représentée par R 2 sur la figure 1 Une telle impédance présente une valeur d'environ 20 kohms. On voit donc que le dispositif qui vient d'être décrit réalise le couplage entre le circuit d'entrée de la ligne téléphonique et un appareil de traitement du signal analogique reçu sur la ligne téléphonique au moyen d'un opto-coupleur, donc sans liaison conductrice, tout en conservant une impédance d'entrée conforme aux normes. La figure 2 représente un exemple de réalisation pratique du dispositif selon l'invention Comme on le voit sur cette figure, la tension VB obtenue après redressement éventuel par le pont de diodes 10 (voir figure 1), est fournie à l'entrée de l'amplificateur 30 par l'intermédiaire du condensateur CI Le condensateur C 1 qui peut par exemple avoir une valeur de 470 n F sert à ne laisser passer que la composante alternative de la tension VB fournie à l'entrée + de l'amplificateur 30. L'amplificateur 30 comporte une boucle de réaction composée du condensateur C 2 (de valeur approximative 100 p F) en parallèle avec la résistance R 3 (pouvant avoir une valeur de 56 kohms) Il fournit à sa sortie un signal amplifié VC. La tension VC est ensuite appliquée, au moyen de la résistance R 4, à l'entrée du circuit de servo-commande 32 qui est, dans le mode de réalisation préféré, un amplificateur opérationnel alimenté par la tension Vcc et comportant un condensateur C 3 (de valeur 100 pf) entre la tension d'alimentation Vcc et l'entrée + reliée à la masse de façon à éviter les oscillations On doit noter que l'amplificateur 30 comporte le même circuit d'alimentation et le même type de circuit anti- oscillations, bien que non représentés sur la figure. La sortie VD du circuit de servo-commande 32 est appliquée à la grille 28 du transistor à effet de champ 14 qui est connectée, d'une part à la tension VB et d'autre part à la source de courant 16 qui est ici un transistor à effet de champ dont la source et le substrat sont connectés à la masse et qui présente une impédance parasite d'environ 20 kohms. Le transistor à effet de champ composant la source de courant 16 est polarisé par les résistances R 5, R 6, R 7 et le condensateur C 4 de la façon suivante L'ensemble des résistances R 6 et R 7 en série, respectivement de valeur 220 kohms et 100 kohms, joue le rôle de diviseur de tension entre VB et la masse La résistance R 5 a une valeur élevée de approximativement 1 Mohm et la capacité C 4 a également une valeur élevée d'environ 470 n F, ce qui fait que le circuit R 5 C 4 a une grande constante de temps En conséquence, seule la composante continue du signal présent au point de connexion des résistances R 5, R 6 et R 7 est fournie à la grille du transistor à effet de champ ou source de courant 16 On obtient donc un courant constant I Sc s'écoulant entre le drain et la source du transistor à effet de champ puisque la composante continue de la tension fournie à la grille est constante. Comme on le voit sur la figure 2, la diode électroluminescente du dispositif opto-coupleur 20 représentée en pointillés sur la figure, est connectée aux bornes du transistor à effet de champ 14, de sorte que les variations de courant Il à travers la diode électroluminescente 22 correspondent aux variations de courant Io dans le transistor à effet de champ 14, du fait que la somme de ces courants est le courant constant ISC traversant la source de courant 16 On notera qu'un dispositif opto-coupleur pouvant être utilisé en tant qu'opto- coupleur 20 de la figure 2 est vendu par SIEMENS sous la référence "IL 300 Linear Coupler". Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le courant 'Sc constant fourni par la source de courant 16 pourrait être de 60 m A, le courant Io traversant le transistor à effet de champ 14 ayant alors une valeur moyenne de 50 m A et le courant Il traversant la diode électroluminescente 22 ayant une valeur moyenne de m A. Le contrôle exercé par le circuit de servo- commande 32 est expliqué comme suit en référence à la figure 2. Lorsque la tension VC appliquée à l'entrée de l'amplificateur 32 augmente, la tension VD à la sortie diminue du fait que la différence de tension entre les deux entrées diminue La tension VD en diminution étant appliquée sur la grille 28 du transistor à effet de champ 14, ce dernier laisse passer moins de courant et Io diminue Comme on vient de le voir, la diminution de IO entraîne une augmentation de Il de même amplitude Par conséquent, le courant traversant la diode électroluminescente 22 augmentant, le flux lumineux émis par celle-ci augmente également Le flux lumineux agit d'une part sur le phototransistor 24 connecté à l'entrée du modem, et l'augmentation du flux lumineux entraîne donc une augmentation du courant d'entrée du modem en relation directe avec la variation du signal analogique reçue à l'entrée de la ligne téléphonique D'autre part le flux lumineux émis par la diode 22 agit également sur le phototransistor 26 qui, comme on l'a déjà mentionné a des caractéristiques identiques (il est par exemple situé dans la même tranche de silicium) au phototransistor 24 bien qu'il peut présenter une puissance moindre Comme le flux lumineux augmente du fait de l'augmentation de courant dans la diode 22, le courant traversant le phototransistor 26 augmente également La chute de tension dans la résistance R 4 devient donc plus importante et la tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur 32 diminue d'autant, ce qui tend alors à accroître la différence de potentiel à l'entrée de l'amplificateur 32 Par conséquent, l'amplificateur 32 joue bien la fonction d'un circuit de servocommande grâce au signal de réaction fourni par le phototransistor 26. Bien que le dispositif de couplage selon l'invention ait été illustré dans un mode de réalisation dans lequel le signal reçu de la ligne téléphonique alimente un modem, il va de soi que tout autre appareil de traitement du signal pourrait être utilisé à la place du modem, notamment un répondeur téléphonique ou un15 dispositif d'alarme. REVENDICATIONS 1 Dispositif de couplage par opto-coupleur entre un circuit d'entrée de signal analogique (VA) du type signal de ligne téléphonique et un appareil de traitement du signal analogique, comportant un dispositif opto- coupleur ( 20) dont l'entrée est connectée audit circuit d'entrée du signal analogique et dont la sortie est connectée audit appareil de traitement du signal; ledit dispositif de couplage étant caractérisé en ce qu'un circuit de grande impédance relativement à l'impédance d'entrée dudit circuit d'entrée du signal analogique, composé d'un circuit de conversion tension/courant ( 14) traversé par un courant (Io) dont les variations sont commandées par les variations de tension (VB) dudit signal analogique monté en série avec une source de courant constant ( 16), est connecté aux bornes dudit circuit d'entrée du signal analogique, et en ce que les bornes d'entrée dudit dispositif opto- coupleur sont connectées en parallèle aux bornes dudit circuit de conversion tension/courant, de sorte que les variations de courant (Il) à l'entrée dudit dispositif opto-coupleur étant égales au signe près aux variations de courant dans ledit circuit de conversion/courant, sont proportionnelles aux variations de tension du signal analogique aux bornes dudit circuit d'entrée. 2 Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit circuit de conversion tension/courant ( 14) est un transistor à effet de champ dont la tension de grille ( 28) est commandée par la tension recueillie aux bornes (VB) dudit circuit d'entrée de signal analogique. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2 comportant en outre un circuit de servo-commande ( 32) fournissant les variations de tension à l'entrée dudit circuit de conversion tension/courant, et dont l'entrée connectée aux bornes (VB) dudit circuit d'entrée de signal analogique est contrôlée par un signal de réaction variant il en fonction du signal fourni audit dispositif opto- coupleur ( 20). 4 Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ledit dispositif optocoupleur ( 20) comprend, outre un premier phototransistor ( 24) dont le courant de sortie est fonction du signal d'entrée fourni à l'entrée dudit dispositif opto-coupleur, un deuxième photo-transistor ( 26) fournissant ledit signal de réaction destiné à contrôler la tension d'entrée dudit circuit de servo- commande ( 32). Dispositif selon la revendication 3 ou 4 dans lequel ledit circuit de servo-commande ( 32) est un amplificateur dont l'une des entrées reçoit d'une part les variations de tension (VB) dudit signal analogique et drautre part ledit signal de réaction en provenance dudit dispositif opto-coupleur ( 20). 6 Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5 dans lequel ledit circuit de servo-commande ( 32) a son entrée connectée à la sortie d'un amplificateur ( 30) dont l'entrée est connectée au circuit d'entrée du signal analogique de façon à amplifier les variations dudit signal (VB) 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite source de courant ( 16) est un transistor à effet de champ à forte impédance (R 2) dont la grille ( 28) est alimentée par la composante de tension continue dudit signal analogique. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit appareil de traitement du signal analogique est un modem.