Brevet FR2835121A1 — publié le 20030725

L'invention concerne un étage différentiel d'entrée d'équipement électronique, comportant des moyens pour réduire les perturLations causées par une tension ou un courant appliqué en mode commun à deux entrées de cet étage. Elle concerne en particulier les cartes d'abonné utilisses dans les centraux télaphoniques, et les terminaux d'abonné. Une carte d'abonné est reliée au terminal d'un abonné par une ligne comportant au moins deux conducteurs utilisés pour transmettre des signaux de voix ou de données dans les deux directions, et une tension continue pour télé-alimenter le terminal. Ces signaux sont transmis en mode différentiel, c'est à dire sous la forme d'une l O différence de tension entre les deux conducteurs. Les circuits électroniques d'une carte d'abonné ou d'un terminal d'abonné sont soumis à des perturbations, causoss par des signaux parasites appliqués en mode commun. Ces perturbations, dites de mode commun, apparaissent sous forme de tensions et de courant d'égales valeurs sur les deux conducteurs de la ligne d'abonné. Les origines de ces tensions et courants sont multiples. Citons la proximité des lignes du réseau d'alimentation à moyenne ou haute tension, et les commutations sur les caténaires d'alimentation de train électrique, au moment du passage d'un train. Plus généralement tout équipement électrique qui induit un courant électrique dans les lignes d'abonné crée des tensions et des courants de mode commun dans cette ligne. Si une carte d'abonné ou un terminal est sensible aux tensions et courants de mode commun, des perturbations s'ajoutent au signal différentiel utile et peuvent ainsi altérer la transmission du signal utile. Dans le cas de liaisons télophoniques numériques, le problème est particulièrement grave car une communication peut être gravement altérée voire même interrompue par ces perturbations. Pour se prémunir contre de telles perturbations, des moyens de protection sont mis en oeuvre du coté du central, dans les cartes d'abonné, et du côté des abonnés, dans les terminaux. Pour réduire ces perturbations, dans une carte d'abonné, on utilise classiquement un transformateur et une inductance. L'inductance atténue considérablement la transmission des perturbations dues aux tensions et courants de mode commun, vers le générateur de télé-alimentation. Le transformateur arrête la composante continue du courant de téléalimentation, et atténue considérablement la transmission des perturLations dues aux tensions et courants de mode commun, vers les circuits électroniques qui traitent les signaux de voix et de données. Grâce au transformateur, 2 2835121 I'atténuation des perturbations de mode commun atteint aisément 60 dB. Un tel dispositif présente des inconvénients liés à l'utilisation de circuits magnétiques: encombrement et poids, ne permettant aucune perspective d'intégration des composants. Le but de l'invention est de proposer un étage différentiel d'entrée permettant de réduire les perturbations de mode commun, sans utiliser de transformateur, ni d'inductance. L'objet de l'invention est un étage différentiel d'entrée d'équipement électronique, comportant des moyens pour rébuire les perturbations causoes lO par une tension ou un courant appliqué en mode commun à deux entrées de cet étage; cet étage comportant deux voies reliant chacune une entrée à une sortie; caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens pour réduire les perturbations, comportant, sur chacune des voies, des moyens pour a jouter à la tension d'entrée de la voie considérée une première tension de contre-récction, et des moyens pour fournir une première tension de contre-récction qui est égale à la demi somme des tensions respectivement présentes sur les entrées, avec un signe opposé. L'étage ainsi caractérisé permet de réduire les perturbations de mode commun sur chaque voie parce qu'il soustrait, à la tension correspondant à cette voie, une tension qui est égale à la tension de mode commun (aux imperfections des composants près) puisque la demi somme des tensions respectivement présentes sur les entrées est égale à la tension de mode commun. Selon un second mode de réclisation, I'étage différentiel selon l'invention est caractérisé en ce que, pour rébuire l'effet d'un retard introduit par les composants des moyens pour fournir la première tension de contre récction cet étage comporte en outre des moyens pour ajouter en outre à la tension d'entrce de chaque voie une seconde tension de contrerécction, et des moyens pour fournir une seconde tension de contrerécction qui est fonction de la tension sur l'entrée correspondant à cette voie, avec un signe opposé, et avec un retard identique à celui provoqué par les composants des moyens pour fournir la première tension de contre-récction. L'étage ainsi caractérisé permet de réduire encore plus les pertu rÉations de mode com mun su r chaque voie, pa rce qu 'i l permet de 3 2835121 compenser l'effet du retard provoqué par les composants des moyens pour fournir une première tension de contre-récction. Selon un troisième mode de réclisation, I'étage différentiel selon l'invention comporte en outre, en amont des premiers moyens pour réduire les perturbations, des seconds moyens pour réduire les perturbations de mode commun, comportant, sur chacune des voies, des moyens pour ajouter à la tension d'entrce de la voie considérce une troisième tension de contrerécction et des moyens pour fournir une troisième tension de contreréaction qui est égale à k fois la demi somme des tensions respectivement présentes sur les lO entrses de l'étage différentiel, avec un signe opposé; k étant un coefficient positif et inférieur ou égal à 1. Ce troisième mode de réclisation permet de réduire la consommation d'énergie électrique par rapport au deuxième mode de réclisation, parce que: - les seconds moyens pour réduire les perturbations opèrent une réduction de la tension de mode commun appliquée aux premiers moyens de rébuction (situés en aval), ce qui permet d'alimenter ces premiers moyens avec une tension d'alimentation beaucoup plus faible que dans le deuxième mode de réulisation; - et d'autre part, ces seconds moyens pour rébuire les perturbations n'entranent pas eux-mêmes une augmentation sensible de consommation parce que les moyens pour ajouter la troisième tension de contre-récction comportent: -- deux additionneurs qui peuvent être constitués de composants passifs seulement, -- et un inverseur unique, consommant moins que les moyens pour fournir la seconde tension de contrerécction dans le second mode de réalisation (comportant typiquement trois inverseurs), pour une même valeur de tension d'alimentation. D'autre part, si on prend k sensiblement inférieur 1, on peut réduire aussi la consommation de cet inverseur unique. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appara'^tront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant: - La figure l représente le schéma synoptique d'un exemple de réclisation de l'étage différentiel selon l'invention. 4 2835121 - La figure 2 représente le schéma synoptique d'un deuxième exemple de réclisation de l'étage différentiel selon l'invention, présentant une meilleure réduction des perturbations de mode commun. - La figure 3 représente le schéma synoptique d'un troisième exemple de réclisation de 1'étage différentiel selon 1'invention, présentant une consommation électrique nettement plus faible que celle du mode de réclisation représenté sur la figure 2. L'exemple de réclisation, représenté sur la figure 1, est utilisé comme étage d'entrce-sortie dans une carte d'abonné. Il comporte: - deux bornes A et B destinées à étre reliée à une ligne d'abonné; - deux bornes de sortie, a et b, relices respectivement aux entrées de deux amplificateurs AMP2 et AMP3 de ia carte d'abonné; - deux bornes d'entrées c et d reliées respectivement aux sorties de deux amplificateurs AMP1 et AMP4 de la carte d'abonné, et reliées respectivement aux bornes d'entrce-sortie A et B; un pont constitué de deux résistances R1 et R2, de valeurs égales, placées entre les bornes A et B; - un inverseur 13 ayant une entrce relice au point milieu du pont R1 R2; - un additionneur S3 ayant: une entrse relise aux bornes c et A, une entrée relice à la sortie de 1'inverseur 13, et une sortie reliée à la borne de sortie a; - un additionneur S4 ayant: une entrce reliée aux bornes d et B. une entrée reliée à la sortie de l'inverseur 13, et une sortie relice à la borne de sortie b. Deux tensions VA et VB sont présentes respectivement sur les bornes d'entrce- sortieAet B: VA = VdA + Vmc VB = VdB + Vmc avec VdA = -VdB o VdA est la tension du signal différentiel sur la borne A, VdB est la tension du signal différentiel sur la borne B. et Vmc est la tension de mode commun sur les bornes A et B. Le point milieu du pont R1 R2 fournit une tension (VA+VB)/2 égale à la tension Vmc appliquce en mode commun sur la ligne d'abonné. Si l'inverseur 13 est un inverseur parfait, sans retard entre le signal d'entrée et le signal de sortie, sa 2835121 fonction de transfert est simplement-l. La sortie de l'inverseur 13 fournit une tension de contre-récction V1 =-(VA+VB)/2=-Vmc L'additionneur S3 additionne V1 à la tension d'entrée VA pour annuler la tension de mode commun Vmc. Il fournit donc à la borne de sortie a une tension: VA = VdA De méme, la sortie de l'additionneur S3 fournit alors à la borne de sortie b une tension: Vb = VdB La tension VA du signal différentiel fourni à l'amplificateur AMP2 est indépendante de la tension de mode commun Vmc, dans la mesure o les composants R1, R2, 13 sont parfaits. La perturLation constituse par cette tension de mode commun est donc éliminée. Il en est de même pour la tension Vb fournie à l'amplificateur AMP3. Cet étage différentiel réclise donc une annulation des perturbations causoes par la tension en mode commun Vmc. Dans la réclité, un inverseur n'est jamais parfait et entrane un retard de phase sur le signal inversé. Ce retard diminue l'efficacité de l'annulation des perturbations causoes par la tension en mode commun. En effet, considérons un retard non nul: La fonction de transfert de l'inverseur 13 dans le domaine des fréquences devient: -e -iP o -i Dans le domaine des fréquences, les équations représentant les tensions aux bornes A, B. a, b deviennent: VA = VdA + Vmc VB = VdB + Vmc V1 = Vmc. (1 - ei'P) Va = VdA +V1 = VdA + Vmc.(1 - ei'PJ Vb = VdB +V1 = VdB + Vmc. (1 - e i'P) Ces équations montrent que les tensions VA et VB dépendent de la tension en mode commun Vmc. L'annulation des perturbations n'est donc pas complète. La figure 2 représente le schéma synoptique d'un deuxième exemple de réalisation procurant une meilleure réduction des perturbations de mode commun, lorsque l'inverseur 13 n'est pas parfait. Ce second exemple comporte notamment des moyens identiques aux moyens constituant 1'exemple de 6 2835121 réclisation précédent, sauf que les sorties des additionneurs S3 et S4 ne sont plus reliées directement aux bornes a et b respectivement. Il comporte donc: - deux bornes A et B destinées à étre reliées à une ligne d'abonné; - deux bornes de sortie a et b reliées respectivement aux entrces de deux amplificateurs AMP2 et AMP3 des circuits d'abonné; - deux bornes d'entrées c et d reliées respectivement aux sorties de deux amplificateurs AMP1 et AMP4, et reliées respectivement aux bornes d'entrée-sortie A et B; - un pont de deux résistances R1 et R2, de valeurs égales, placé entre les bornes A et B; - un inverseur 13 ayant une entrse reliée au point milieu du pont R1 R2; - un additionneur S3 ayant une entrée reliée aux bornes c et A, une entrce relice à la sortie de l'inverseur 13, et une sortie a2; - un additionneur S4 ayant une entrce relice aux bornes d et B. une entrée reliée à la sortie de 1'inverseur 13, et une sortie b2. Il comporte les moyens supplémentaires suivant: - un inverseur 11 ayant une entrée reliée aux bornes A et c, et une sortie; - un inverseur 12 ayant une entrée reliée aux bornes B et d, et une sortie; - un additionneur S1 ayant deux entrses reliées respectivement au point milieu du pont R1 R2 et à la sortie de 1'inverseur 11, et ayant une sortie a 1; un additionneur S2 ayant deux entréss reliéss respectivement au point milieu du pont R1 R2 et à la sortie de 1'inverseur 12, et ayant une sortie a2; - un additionneur S5 ayant: une entrée inversante relice à la sortie al de l'additionneur S1, une entrée non inversante reliée à la sortie a2 de l'additionneur S3, et une sortie reliée à la borne de sortie a; - un additionneur S6 ayant: une entrée inversante relice à la sortie bl de l'additionneur S2, une entrée non inversante reliée à la sortie b2 de I'additionneur S4, et une sortie reliée à la borne de sortie b. Les inverseurs 11, 12, 13 ont respectivement des fonctions de transfert: ei'P, _ e-iP2 _ e-irp3 L'amélioration du dispositif consiste à ajouter en outre à la tension d'entrée de chaque voie une seconde tension de contre-récction, qui neutralise la perturbation résiduelle dont la tension est égale à Vmc.(1 - ei'P). Cette seconde tension de contre- récction est obtenue notamment à partir de la tension 7 2835121 d'entrée correspondant à cette voie, en inversant cette tension par un second inverseur provoquant un retard identique à celui provoqué par le premier inverseur 13. Les tensions sur les bornes d'entrce-sortie A et B sont: VA = VdA + Vmc VB = VdB + Vmc Vl = -Vmc. ei'P3 La tension à la sortie al de l'additionneur Sl est: Val =-ei'P.(VdA+Vmc) + (VA+VB)/2 =-VdA. ei'Pi+ Vmc. (l - e-i'P') La tension à la sortie bl de l'additionneur S2 est: V bl = e-i'P2.(VdB+Vmc) + (VA+VB)/2 =-Vd B. e-i'P2+ Vmc.(l - ei'P2) La tension à la sortie a2 de l'additionneur S3 est: V a2 = VdA + Vmc - Vmc. ei3 =VdA + Vmc.(1 - ei'P3) La tension à la sortie b2 de l'additionneur S4 est: V b2 = VdB + Vmc - Vmc. ei3=VdB + Vmc.(1 - ei'P3) La tension à la sortie a de l'additionneur S5 est: Va = Va2 - Val = VdA.(1 + ei'Pi) + Vmc.(e iP,_ ei'P3) La tension à la sortie b de l'additionneur S6 est: Vb = Vb2 - Vbl = Vd B.(l + ei'P2) + Vmc.(ei'P2- ei'P3) Comme les inverseurs 11, 12, 13 sont réclisés suivant le méme schéma électrique, il est possible de considérer en première approximation que leurs fonctions de transfert sont toutes égales à - ei'P. Alors: V a VdA. ( l + ei'P) 2 VdA VbVdB.(l + ei'P)2VdB On constate que la tension Va et la tension Vb sont indépendantes de la valeur de la tension de mode commun Vmc, bien que le retard des inverseurs ne soit pas nul. Il y a donc élimination des perturbations causées par la tension de mode commun Vmc. Il en est de même pour un courant de mode commun. Avec ce second exemple de réclisation, on a obtenu des affaiblissements de 50 dB pour des tensions et courants de mode commun. La figure 3 représente le schéma synoptique d'un troisième exemple de réclisation de l'étage différentiel selon l'invention, présentant une meilleure rébuction des perturbations que l'exemple de réclisation représenté sur la figure 1, et une consommation électrique nettement plus faible que celle de I'exemple de réclisation représenté sur la figure 2. Il comporte notamment un circuit D2 identique à l'exemple de réclisation représenté sur la figure 2, sauf 8 2835121 que les bornes A et B ne sont plus les bornes d'entrce-sortie de l'étage différentiel. Les bornes d'entrée-sortie sont des bornes A' et B' relise respectivement aux bornes d'entrce c et d de l'étage différentiel, et à un dispositif supplémentaire de réduction des perturbations. Ce dispositif supplémentaire est placé en amont du circuit D2, et il a une structure analogue à celle de l'étage différentiel représenté sur la figure 1, pour récliser une première réduction de la tension de mode commun. Ce dispositif supplémentaire comporte: - deux bornes A' et B' destinées à étre relises à une ligne d'abonné; - deux bornes de sortie relices respectivement aux entrées A et B du circuit D 2; - deux bornes d'entrée c et d relices respectivement aux sorties de deux amplificateurs AMP1 et AMP4 de la carte d'abonné, et relices respectivement aux bornes d'entrce-sortie A' et B'; - un pont constitué de deux résistances R1' et R2', de valeurs égales, placées entre les bornes A' et B'; - un inverseur 13' ayant une entrce relice au point milieu du pont R1'R2'; - un additionneur S3' ayant: une entrce relice aux bornes c et A', une entrse reliée à la sortie de 1'inverseur 13', et une sortie reliée à la borne A; - un additionneur S4' ayant: une entrée relise aux bornes d et B', une entrée relice à la sortie de l'inverseur 13', et une sortie relice à la borne B. Deux tensions VA' et VB' sont présentes respectivement sur les bornes d'entrée sortie A' et B': VA' = VdA' + Vmc VB' = VdB' + Vmc avec VdA' = -VdB' o VdA' est la tension du signal différentiel sur la borne A', VdB' est la tension du signal différentiel sur la borne B', et Vmc est la tension de mode commun sur les bornes A' et B'. Le point milieu du pont R1'R2' fournit une tension (VA'+VB')/2 égale à la tension Vmc appliquce en mode commun sur la ligne d'abonné. Si l'inverseur 13' est un inverseur parfait, sans retard entre le signal d'entrée et le signal de sortie, sa fonction de transfert est simplement- 1. La sortie de l'inverseur 13' fournit une tension de contre-récction V3=-(VA'+VB')/2=-Vmc 9 2835121 L'additionneur S3' additionne V3 à la tension d'entrce VA' pour annuler la tension de mode commun Vmc. Il fournit donc à la borne A une tension: VA = VdA' De même, la sortie de l'additionneur S4'fournit alors à la borne B une tension: VB = VdB' La tension VA du signal différentiel fourni au circuit D2 est indépendante de la tension de mode commun Vmc, dans la mesure o les composants R1', R2', 13' sont parfaits. La perturbation constituée par cette tension de mode commun est donc éliminée (ou au moins rébuite). Il en est de même pour la tension VB. Ce dispositif supplémentaire réclise donc une première réduction des perturbations causées par la tension en mode commun Vmc; mais en outre il permet de concevoir le circuit D2 de manière à ce qu'ii consomme moins d'énergie électrique. En effet, puisque la tension de mode commun est annulée (ou au moins fortement réduite) sur les bornes A et B. les tensions appliquées aux entrées des inverseurs 11, 12, 13 sont réduites. Il est alors possible de les alimenter avec une tension plus faible, sans risquer une saturation. Cependant, I'inverseur 13' doit pouvoir travailler avec un tension de mode commun élevoe. 11 1ui faut donc une tension d'alimentation élevoe. Globalement il y a une économie d'énergie puisque l'inverseur 13' est le seul à devoir être alimenté avec une tension élevée, alors que dans le mode de réclisation représenté sur la figure 2, trois inverseurs 11, 12, 13 doivent être alimentés avec une tension élevoe. Ce troisième mode de réclisation peut être modifié pour réduire la consommation de l'inverseur 13'. Cette modification consiste à utiliser un inverseur 13' ayant un gain k supérieur à zéro et inférieur à 1. Alors: VA = VdA + Vmc. (1 - k) VB = VdB + Vmc. (1 - k) La neutralisation de la tension de mode commun Vmc par cet inverseur 13' n'est donc pas complète, mais elle sera complétée dans 1'étage suivant comprenant les inverseurs 11, 12, 13. Par contre, I'inverseur 13' nécessite alors une tension d'alimentation plus faible, ce qui réduit la consommation d'énergie électrique de l'inverseur 13'. La valeur de k est choisie en tenant compte des conditions d'amplitude des tensions et courants de mode commun, et de la consommation globale souhaitée. 1 0 2835121 REVEN DICATIONS: 1) Etage différentiel (1) d'entrce d'équipement électronique, comportant des moyens pour réduire les perturbations causoes par une tension ou un courant appliqué en mode commun à deux entrées (A; B) de cet étage; cet étage comportant deux voies reliant chacune une entrée (A; B) à une sortie (a; b); caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens pour réduire les perturbations, comportant, sur chacune des voies, des moyens (S3; S4) pour ajouter à la tension d'entrce de la voie considérce une première tension de contre-récction (V1), et des moyens (R1, R2, 13) pour fournir une première tension de contre-récction qui est égale à la demi somme des tensions (VA; VB) respectivement présentes sur les entrées (A; B), avec un signe opposé. 2) Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour réduire l'effet d'un retard introduit par les composants des moyens (R1, R2, 13) pour fournir la première tension de contre-récction (V1), cet étage comporte en outre des moyens (S5; S6) pour a jouter en outre à la tension d'entrée de chaque voie une seconde tension de contre-récction (Val; Vbl), et des moyens (R1, R2,; I1, S1; 12, S2) pour fournir une seconde tension de contre-récction (Val; Vbl) qui est fonction de la tension (VA; VB) sur l'entrée correspondant à cette voie, avec un signe opposé, et avec un retard identique à celui provoqué par les composants des moyens (R1, R2, 13) pour fournir la première tension de contre récction (V1). 3) Etage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, en amont des premiers moyens pour réduire les perturbations, des seconds moyens pour rébuire les perturbations de mode commun, comportant, sur chacune des voies, des moyens (S3'; S4') pour a jouter à la tension d'entrée de la voie considérse une troisième tension de contre-récction (V3), et des moyens (R1', R2', 13') pour fournir une troisième tension de contre-récction qui est égale à k fois la demi somme des tensions (VA'; VB') respectivement présentes sur les entrées (A'; B') de l'étage différentiel, avec un signe opposé; k étant un coefficient positif et inférieur ou égal à 1. 1 1 2835121 4) Etage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (R1', R2', 13'J pour fournir une troisième tension de contre-récction (V3) comportent un pont de deux résistances (R1', R2'), branché sur les entrces (A', B') de l'étage différentiel, et un inverseur (13') ayant une entrée reliée au point milieu du pont et ayant une sortie fournissant la troisième tension de contre