Brevet FR2795269A1 — publié le 20001222

DISPOSITIF DE LIMITATION DE PUISSANCE POUR CIRCUIT TELEPHONIQUE. L'invention concerne un dispositif de limitation de puissance pour circuit téléphonique. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif permettant de limiter la puissance transmise dans la cadre du fonctionnement d'un circuit téléphonique entre la carte du commutateur téléphonique et le terminal bande étroite du client. On va rappeler dans la suite un certain nombre de définitions qui vont permettre de mieux comprendre et de mieux situer le domaine de l'invention. On entend par terminal bande étroite un poste téléphonique, un modem, un fax, un répondeur ou tout type d'équipement analogique ou numérique. On désigne habituellement par TBE un terminal bande étroite. On entend par terminal large bande ou TLB typiquement un modem indépendant, un micro-ordinateur de type PC, ou tout autre matériel équipé d'une carte large bande d'accès à des services large bande définis ci-après. On entend par service large bande, tout service transmis dans une bande spectrale située au dessus des services bande étroite (c'est à dire de la téléphonie ou RNIS). Typiquement, ce sont les services délivrés en xBSL par le réseau téléphonique filaire, ou bien reposant sur des systèmes purement privatifs dits Home PNA, par exemple. On rappelle également que l'on désigne par xDSL les services large bande regroupant toutes les familles technologiques telles que SDSL, ADSL, ADSL-Lite. Home PNA est un consortium créé en 1998 en vue de fédérer les spécifications de services de transmission sur paires téléphoniques : Home Phoneline Networking Alliance. Et enfin, on rappelle en outre que l'on entend par installation privative, une infrastructure privative client (IPC ou CPN, Customer Premise Network). Elle démarre à la réglette du domicile (NID, Network Interface Demarcation), et comprend l'ensemble des câbles, paires de cuivres et prises téléphoniques. Elle est raccordée (via éventuellement un équipement actif tel qu'un PABX) à un réseau d'accès à des services bande étroite et à des services bande large. Il s'agit en pratique d'une installation téléphonique et télé informatique raccordée au réseau téléphonique comprenant un ou plusieurs terminaux bande étroite tels que les postes téléphoniques et un ou plusieurs terminaux large bande basés sur la technologie DSL ou Home PNA. Le problème posé et résolu par la présente invention concerne le courant d'alimentation des terminaux téléphoniques des installations privatives. Le courant nécessaire au fonctionnement d'un circuit téléphonique dépend en particulier de la distance entre les équipements d'extrémité, c'est à dire entre la carte du commutateur téléphonique et l'installation du client. En France, les cartes des commutateurs des centraux téléphoniques ne régulent pas le courant débité sur la ligne d'abonné. A l'heure actuelle, ce sont les terminaux bande étroite agréés par l'administration française qui réalisent cette fonction. A cette fin les terminaux sont équipés de circuits régulateurs à base de transitors. La valeur maximale du courant débité sur la ligne est de 60 milliampères (typiquement sur 48 volts). Dans un avenir proche, le réseau téléphonique commuté (RTC) devra accepter des terminaux clients non régulés. Lorsque la liaison est courte, un courant trop élevé est susceptible de perturber le fonctionnement du circuit téléphonique (altérer la qualité de service, endommager voire détruire le TBE ou la carte d'abonné du commutateur téléphonique...). I1 devient donc nécessaire de limiter le courant ou la puissance électrique émise par des lignes courtes. Ce problème est donc nouveau dans le cadre de la limitation de puissance d'un circuit téléphonique. La présente invention permet de résoudre ce problème sans pour autant atténuer le signal dans la bande vocale ou présenter des contraintes en terme d'adaptation d'impédance. La présente invention a donc plus particulièrement pour objet un dispositif de limitation de puissance pour circuit téléphonique, principalement caractérisé en ce qu'il comprend des diodes tête-bêche sur chaque fil d'une paire téléphonique, ledit dispositif étant placé en amont de l'infrastructure privative d'un client. Selon une autre caractéristique, la tension de seuil globale des diodes est choisie de manière à obtenir une dissipation de la puissance désirée. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif comprend une paire de diodes tête-bêche disposées sur chacun des fils de la ligne, les diodes étant des diodes Zener. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend des diodes tête-bêche disposées en parallèle, chaque fil de la paire téléphonique comprenant un pont de diodes. Avantageusement, chaque pont de diode comprend une ou plusieurs diodes de commutation en série. Selon une variante de réalisation, le dispositif comporte en outre au moins un circuit de correction d'impédance connecté en parallèle sur la ligne téléphonique pour modifier l'impédance vue par un terminal auto-régulant. Avantageusement, le circuit de correction d'impédance comprend au moins un dipôle de type RC connecté en parallèle sur la ligne de manière à être isolé de la ligne lorsque le ou les terminaux de l'infrastructure sont raccrochés. Dans le cas d'un dispositif à base de diodes Zener, le dipôle (RC') est connecté entre les points milieux des deux diodes Zener (Z) placées sur chaque fil (F1, F2) de la ligne. Dans le cas ou le dispositif comporte des ponts de diodes à commutation, le circuit de correction d'impédance comprend deux dipôles de type connectés entre les deux points milieux de deux diodes de commutation en série, quelconques, de manière à joindre les branches de polarité inverse de chacun des deux ponts de diodes. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre une capacité insérée en parallèle sur chacun des fils. Avantageusement, le dispositif est disposé en sortie de la carte d'abonné côté central téléphonique. Le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants - Le dispositif ne perturbe pas les signaux bande étroite, en particulier il n'atténue ou n'altère pas les niveaux de leur signaux ; - L'impédance du dispositif est adaptée à celle des équipements auxquels il est raccordé. Son insertion dans le circuit de communication est aussi transparente que possible ; - Avantageusement, le dispositif est également transparent aux services large bande. Cette caractéristique lui permet alors d'être inséré n'importe où entre la carte d'abonné et la tête de câble, et de ne pas imposer son retrait lorsque le client modifie son type d'abonnement (accès au RTC au RNIS ou avec ou sans ADSL...) ; - Le dispositif est simple à réaliser et peu coûteux ce qui est un avantage certain compte tenu des quantités à déployer dans le réseau car il est compatible avec toutes les lignes de longueur inférieure à une distance donnée, telle qu'au delà il n'est plus nécessaire d'insérer un limiteur de courant. - Sa conception permet d'éviter d'avoir à envisager d'utiliser plusieurs variantes de dispositifs selon les configurations de lignes d'abonnés. Les opérateurs tels que le déposant disposent d'outils de qualification du réseau d'accès. Ces outils permettent de renseigner les bases de données du système d'information de l'opérateur sur la constitution des lignes, de déceler des anomalies et pannes, et d'établir le cas échéant un diagnostic du dysfonctionnement ( typiquement estimation de longueurs par échométrie, mesure de résistance d'isolement, de capacité des paires téléphoniques...). L'insertion de tout dispositif sur la ligne doit donc rester compatible avec l'usage de tels outils de qualification, et si possible ne pas remettre en cause les bases de données du système d'information. La présente invention s'avère compatible avec les outils de qualification du déposant et son impact vis à vis du système d'information est très inférieur à tout autre dispositif susceptible d'apporter une limitation de puissance. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple non limitatif et qui est faite en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente le schéma d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente une variante de réalisation conforme au deuxième mode de réalisation, - la figure 4 représente une variante de réalisation dans le cas du premier mode, - la figure 5 représente une variante de réalisation dans le cas du deuxième mode, - la figure 6 représente, une réalisation pratique ; - la figure 7 représente des courbes de variations du courant en ligne en fonction de la longueur de la ligne avec dispositif limiteur et sans dispositif limiteur, - la figure 8 représente le schéma d'un dispositif de mesure d'affaiblissement d'adaptation. - la figure 9 représente une variante de réalisation du dispositif de limitation appliquée à variante du premier mode de réalisation du dispositif, - la figure 10, représente cette variante du dispositif de limitation appliquée à une variante du deuxième mode de réalisation. Selon l'invention, le dispositif de limitation de puissance va dissiper une partie de la puissance électrique émise sur la ligne tout en étant transparent du point de vue de l'impédance. Ce dispositif est inséré dans le circuit téléphonique, par exemple, à proximité de la carte joncteur d'abonné J du central téléphonique CT. Le dispositif de limitation de puissance conforme à l'invention, repose sur l'utilisation de diodes disposées tête-bêche. I1 porte selon les différents modes de réalisation les références D1, D2, D11, D221. Dans un premier mode de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif D1 est constitué de paires de diodes Z disposées tête-bêche, placées sur chaque fil F1, F2 de la paire téléphonique (la ligne). Dans ce cas, les diodes peuvent être disposées anode contre anode ou cathode contre cathode, indépendamment sur chacun des fils. Les diodes sont typiquement des diodes Zener. Pour des raisons de symétrie, il est préférable de placer les diodes anode contre anode pour un fil et cathode contre cathode pour l'autre fil. Selon un second mode de réalisation représenté sur la figure 2, il peut être constitué de diodes tête- bêche S disposées en parallèle, chaque fil Fl, F2 de la paire téléphonique comportant un pont de diodes PS . Dans ce cas, chaque pont de diodes comprend une ou plusieurs diodes de commutation S en série suivant la tension de seuil désirée, le cas ou l'on a plusieurs diodes en série étant illustré par le schéma de la figure 3. L'insertion du dispositif D1 ou D2 dans le circuit téléphonique, induit une chute de tension qui est fonction des tensions de seuil des diodes considérées. La puissance dissipée par le dispositif permet de réduire le courant débité sur la ligne d'abonné. Suivant les caractéristiques des diodes (tensions de seuil), l'insertion du dispositif est équivalente à la perte de puissance occasionnée par une longueur donnée de câble. L'insertion du dispositif ne modifie pas l'impédance résultante des éléments de réseau auxquels il est raccordé. En d'autres termes, il reste transparent du point de vue de l'adaptation d'impédance entre le joncteur d'abonné et la ligne quelles que soient les impédances considérées complexes ou résistives. Certains services tels que l'identification ou la notification d'appel, reposent sur des signaux V23- CCITT par exemple,. Ils ont la particularité d'être transmis vers le TBE du client, alors que celui-ci est raccroché, et présentent une amplitude en tension inférieure aux tensions de seuil considérées pour les diodes du dispositif. Ces dernières ne sont pas polarisées par de tels signaux et sont donc bloquantes. Une troisième variante du dispositif permet de rester transparent à de tels signaux. Selon cette variante, une capacité C est insérée en parallèle sur chacun des fils de la paire. La valeur de cette capacité est calculée de façon à rester transparente aux signaux considérés (V23-CCITT). L'insertion des capacités peut être réalisée indifféremment sur l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment tel que cela est illustré par les dispositifs D11 et D22 représentés sur les figures 4 et 5. Ces modes de réalisation possèdent tous les avantages énumérés précédemment. On va donner dans la suite des exemples pratiques préférés de réalisation Dispositif D11 Selon le premier mode de réalisation, les diodes utilisées sont des diodes Zener de type BZX 85C. Lorsque les diodes Zener ont une tension de seuil de 8.2 V, la dissipation de puissance est équivalente en première approximation à l'insertion de 1500 m de câble 4/10. La capacité C utilisée est de 1 uF. La figure 4 donne une illustration de ce mode de réalisation du dispositif. Les diodes Zener pourraient, pour des raisons de symétrie comme cela a été dit, être placées anode contre anode sur le fil F2. Dispositif D221: Selon le deuxième mode de réalisation, les diodes utilisées sont des diodes de commutation de tension de seuil 0.6V. Sur chacun des ponts, deux séries de cinq diodes ont été disposées de façon à obtenir une tension de seuil résultante de 3V (analogue au schéma de la figure 3). La dissipation de puissance est alors équivalente en première approximation à l'insertion de 1000 m de câble 4/10. La capacité C utilisée est de luF. La figure 6 donne une illustration de cette réalisation pratique. Les résultats obtenus sont les suivants: La figure 7 donne une évolution du courant mesuré au niveau d'un poste client non régulé, en fonction de la longueur de ligne, et selon 3 cas de figure - la courbe A correspond au cas sans limiteur de courant, - la courbe B est obtenue en insérant côté Central téléphonique, le dispositif D11 (Z802V), - la courbe C est obtenue en insérant côté Central téléphonique le dispositif D221 (5D3V). La puissance consommée par l'insertion du dispositif peut être évaluée pour un courant donné Pconsommée = Vs x I (où Vs représente la tension de seuil totale du dispositif, et I le courant considéré). Dispositif D11 - Vs = 2 x 8.2 V - Lorsque le courant mesuré sans limiteur est de 40 mA, l'insertion du dispositif permet de consommer (6 x 0.04 ) Watt, soit 0.65 W. - Cette valeur correspond en première approximation à la puissance consommée en ligne par une longueur de câble de 1800m. Dispositif D221: - Vs = 2 x 3 V - Lorsque le courant mesuré sans limiteur est de 40 mA, l'insertion du dispositif permet de consommer (6 x 0.04) Watt, soit 0.24 W. - Cette valeur correspond en première approximation à la puissance consommée en ligne par une longueur de câble de 1000m. On note que le dispositif D11 permet de garantir le fait que le courant débité ne dépassera pas les 50 mA quelle que soit la longueur de ligne du client. Il suffira de choisir la tension de seuil globale (et donc le nombre de diodes suffisant sur chaque fil) pour obtenir une dissipation de la puissance désirée. Transparence en terme d'impédance L'affaiblissement d'adaptation dans la bande 300 Hz - 3400 Hz a été testé lors de l'insertion des dispositifs suivants - dispositif D11 décrit ci-dessus, - dispositif D1 utilisant des diodes Zener BZX 85C identiques à celles du dispositif D11. Les mesures d'affaiblissement d'adaptation (côté client) ont été effectuées dans les conditions suivantes - ligne de calibre 6/10 de longueur 150 m - d'un côté, la carte d'abonné J du Central (600 Ohms) - de l'autre un analyseur AN (PCM4 de Wandel- Gotherman) présentant une impédance de 600 Ohms. La figure 8, illustre le schéma du circuit de mesure. Le tableau suivant donne le résultat des mesures obtenues . Fréquence Sans Dispositif Dispositif (Hz) dispositif D11 D1 300 20.8 20.2 20.2 500 19.4 19.0 19.0 1000 16.3 16.2 16.2 2000 12.9 13.0 13.0 2500 12.2 12.3 12.3 3400 11.4 11.5 11.5 On remarque à partir de ces deux exemples que l'insertion des dispositifs conforme à l'invention reste transparente en terme d'affaiblissement d'adaptation puisque les résultats sont similaires au cas sans dispositif. Dans la suite de la description on propose une variante de réalisation du dispositif de limitation permettant d'incorporer aux dispositifs limiteurs qui viennent d'être décrits un circuit de correction d'impédance COR, vue du terminal TBE ou des terminaux TBE de l'infrastructure privative IPC d'un client. A cette fin le circuit de correction COR, est connecté en parallèle sur la ligne téléphonique constituée par les fils F1-F2. Afin que ledit circuit de connexion COR, soit isolé de la ligne lorsque tous les terminaux TBE du client sont raccrochés, le circuit est connecté entre les points milieux Pl, P2 de deux diodes série sur chaque ligne. En effet, certains terminaux téléphoniques auto- régulants disposent en interne d'une fonction d'adaptation d'impédance. Cette fonction leur permet de maintenir un effet local faible quelle que soit la longueur de ligne depuis le central téléphonique : pour cela un correctif est apporté à l'impédance du terminal, en fonction de l'intensité du courant incident. Les modes de réalisation décrits précédemment permettent de réduire la puissance, donc le courant, sans pour autant modifier l'impédance vue par le terminal pour une longueur donnée de ligne. Les terminaux auto-régulants évoqués ci-dessus risquent alors de corriger leur impédance (courant réduit) alors que les caractéristiques de la ligne n'ont pas été modifiées par l'insertion du dispositif. Sans la variante du dispositif décrite dans la suite, cette correction se traduirait alors par une légère altération de la qualité phonique de ces terminaux. Une variante de réalisation supplémentaire à chacun des deux modes de réalisation précédemment décrits permet par conséquent de pallier à ce problème. Cette variante constitue une option supplémentaire compatible avec tous les types de terminaux, qu'ils soient non- régulants avec ou sans fonction d'adaptation d'impédance. Dans le cas du premier mode de réalisation décrit, cette variante consiste à insérer un dipôle RC comprenant une capacité et une résistance en série, entre les points milieux de deux diodes Zener en série et montées tête-bêche. Le schéma de la figure 9 représente cette variante. Lorsque tous les TBE du client sont raccrochés, ce dipôle RC est isolé de la ligne du fait des diodes Zener. Le dispositif est alors transparent aux mesures de capacité ou d'échométrie. Lorsqu'au moins un TBE du client est décroché, le dipôle est alors commuté à l'aide des diodes et s'insère en parallèle sur la ligne. I1 aura pour effet principal de corriger l'impédance vue par le terminal et d'améliorer ainsi l'effet local. L'insertion de cette variante du dispositif permet de répondre aux exigences formulées en début de description quelque soit le terminal utilisé: - le dispositif remplit la fonction désirée de limitation de puissance, - il reste transparent aux services analogiques et aux services large-bande, - il est compatible et avec les outils de qualification du déposant, et son impact vis à vis du système d'information est très inférieur à tout autre dispositif susceptible d'apporter une limitation de puissance. Une version telle que réalisée de cette variante appliquée au premier mode de réalisation comporte les composants suivants (voir figure 9) - Z diodes Zener de tension de seuil 5.6 V - C capacité de 3 g.f - R résisance de 1 KÇ2 - C' capacité de 20 nF Dans le cas du second mode de réalisation décrit, cette variante est comparable, mais doit tenir compte de l'existence de deux branches de polarité inverse sur chacun des deux ponts de diodes du dispositif. La variante consiste alors à insérer deux dipôles RC de valeurs identiques entre les points milieux Pl, P2, et P3, P4 de deux quelconques diodes de commutation en série, joignant ainsi les branches de polarité inverse de chacun des deux ponts de diodes comme on peut le voir sur la figure 10. La position de ce point de branchement du dipôle lui permet d'être isolé de la ligne lorsque les TBE du client sont raccrochés. Le fonctionnement de cette variante est semblable à celui décrit précédemment pour le premier mode de réalisation. Une telle variante ne peut s'envisager que pour des réalisations impliquant plusieurs diodes (au minimum 2) pour chacune des branches. REVENDICATIONS 1. Dispositif de limitation de puissance pour circuit téléphonique, caractérisé en ce qu'il comprend des diodes tête-bêche (Z ou S) sur chaque fil (F1, F2) d'une paire téléphonique, ledit dispositif étant placé en amont de l'infrastructure privative d'un client (IPC). 2. Dispositif de limitation de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de seuil globale des diodes (Z ou S), est choisie de manière à obtenir une dissipation de la puissance désirée. 3. Dispositif de limitation de puissance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de diode tête-bêche (Z) disposées sur chacun des fils de la ligne, les diodes étant des diodes Zener. 4. Dispositif de limitation de puissance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des diodes tête-bêche (S) disposées en parallèle, chaque fil de la paire téléphonique comprenant un pont de diodes (PS). 5. Dispositif de limitation de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque pont (PS) de diode comprend une ou plusieurs diodes de commutation en série. 6. Dispositif de limitation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un circuit de correction d'impédance (COR,) connecté en parallèle sur la ligne téléphonique T(Fl,F2)pour modifier l'impédance vue par un terminal auto-régulant. 7. Dispositif de limitation de puissance selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de correction d' impédance (COR,) comprend au moins un dipôle de type RC connecté en parallèle sur la ligne de manière à être isolé de la ligne lorsque le ou les terminaux (TRE) de l'infrastructure (IPC) sont raccrochés. 8. Dispositif de limitation de puissance selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que le dipôle (RC') est connecté entre les points milieux des deux diodes Zener (Z) placées sur chaque fil (F1, F2) de la ligne. 9. Dispositif de limitation de puissance selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le circuit de correction d'impédance (COR,) comprend deux dipôles de type (RC) connectés entre les deux points milieux (P1, P2) ; (P3, P4) de deux diodes de commutation en série, quelconques, de manière à joindre les branches de polarité inverse de chacun des deux ponts de diodes. 10. Dispositif de limitation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une capacité (C) insérée en parallèle sur chacun des fils. 11. Dispositif de limitation de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif est disposé en sortie de la carte d'abonné @(J) côté central téléphonique (CT).