(57)【要約】信号処理電子機器等の付随補助電気装置に電力を供給するためにアクティブなＰＯＴＳツイストペアの線から電力を取り出す装置および方法は、調整されたＤＣ電圧および電流を提供するための電源と、ツイストペアを流れる電流を、正常な信号伝達および電話機回路の動作を中断させない所定値に制限する電流レギュレータとを備える。電源における第２電流レギュレータは、電力サージ中のツイストペアからの入力電流を、フック状態における線のラッチを防止する別の所定値に制限する。共有電力構成は、複数のツイストペアから電力を引き出し、並行して、別の複数の補助電気装置に電力を供給し、それによって、いずれか１つのツイストペアの線電流を、電話機回路の正常な動作を中断させない値に制限する。
2009512341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助電気装置に電力を供給するための電話線のツイストペアから電力を取り出す装置であって、
電話局と加入者施設との間の位置で前記ツイストペアに接続するための第１および第２端子を有する電源であって、前記ツイストペアの第１線からの入力電圧および入力電流を前記第１端子で受け、前記入力電圧および入力電流を前記補助電気装置に電力を供給するための予め選択された出力電圧に変換して、前記第２端子から前記ツイストペアの第２線に帰還電流を供給する電源と、
前記ツイストペアの第２線に配置され、前記加入者施設から前記電話局への前記第２線を流れる帰還電流を受け取るように構成された電流レギュレータであって、前記第２線に帰還された前記電源の第２端子からの電流を受け、前記電話局に対して前記第２線を流れる合計電流が所定値よりも低くなるように前記加入者施設からの前記帰還電流を調整および制限する電流レギュレータと、
を備える装置。
【請求項２】
前記電源は、
調整された電圧を提供する電圧レギュレータと、
前記調整された電圧を前記予め選択された出力電圧に対応するＤＣ電圧に変換する変換器と、
を備えている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電源は、一時的事象によって発生した前記ツイストペアからの入力電力サージを、前記電源を保護する所定の最大電圧に制限する高電圧保護装置を更に備えている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記電圧レギュレータの出力線において前記変換器に接続された別の電流レギュレータを更に備え、前記別の電流レギュレータは、前記変換器に供給された電流を前記ツイストペアにおけるオフ・フック電流未満のプリセット値に制限する、請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記別の電流レギュレータは第１半導体装置を備え、
前記第１半導体装置は、前記電流が前記プリセット値に達したとき、前記変換器に前記電流を供給する前記電圧レギュレータ内の第２半導体装置を制御して、前記変換器に供給される電流を制限する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記第１および第２半導体装置は、第１および第２トランジスタをそれぞれ備え、
前記供給された電流が前記プリセット値よりも低いとき、前記第１トランジスタは非導電状態にあるとともに、前記第２トランジスタは導電状態にあり、
前記第１トランジスタは、前記供給された電流に応答して、前記供給された電流を前記プリセット値に制限するように前記第２トランジスタを制御する、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記電流レギュレータは、
前記加入者施設からの前記第２線における前記帰還電流用の前記電流レギュレータへの入力に配置された第１半導体装置と、
前記電話局への前記第２線を流れる前記合計電流に応答し、前記第１半導体装置を制御するように接続された第２半導体装置であって、前記第２線を流れる前記合計電流が前記所定値よりも低くなるように前記第１半導体装置を制御して、前記加入者施設からの前記帰還電流を制限する第２半導体装置と、
を備えている、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２半導体装置は、それぞれ第１および第２トランジスタを備え、
前記合計電流が前記所定値よりも低いとき、前記第１トランジスタは導電状態にバイアスされるとともに、前記第２トランジスタは非導電状態にバイアスされ、
前記第２トランジスタは、前記合計電流が前記所定値を超えたときに前記第１トランジスタを非導電状態にするように前記第１トランジスタに接続されている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記所定値は、前記加入者施設からの前記帰還電流がない状態の値を含み、前記電話局に対して前記第２線を流れる合計電流は、オフ・フック電流よりも低い、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記電流レギュレータはＡＣ電流バイパスを含み、前記電流レギュレータは、前記第２線を流れるＤＣ電流を制限するとともに、前記加入者施設からの前記帰還電流をオフ・フック電流よりも低い値に制限する、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
電話線の複数のツイストペアから、共有構成で、一つまたは複数の前記ツイストペアにそれぞれ付随する一つまたは複数の補助電気装置に電力を供給する装置であって、前記複数のツイストペアの各々に対して、
電話局と加入者施設との間の位置で前記ツイストペアに接続するための第１および第２端子を有する電源であって、前記ツイストペアの第１線からの入力電圧および入力電流を前記第１端子で受け、前記入力電圧および入力電流を、付随する補助電気装置に電力を供給するための予め選択された出力電圧に変換して、前記第２端子から前記ツイストペアの第２線に帰還電流を供給する電源と、
前記ツイストペアの第２線に配置され、前記加入者施設から前記電話局への前記第２線を流れる帰還電流を受け取るように構成された第１電流レギュレータであって、前記第２線に帰還された前記電源の第２端子からの電流を受け取り、前記電話局に対し前記第２線を流れる合計電流が第１所定値よりも低くなるように前記加入者施設からの前記帰還電流を調整および制限する第１電流レギュレータと、
前記付随する補助電気装置から前記電源への帰還線に配置され、前記付随する補助電気装置から前記電源への帰還電流を第２所定値に制限する第２電流レギュレータと、を備えており、
前記複数のツイストペアの複数の電源は、前記複数のツイストペアを流れる前記電話局への合計帰還電流が第３所定値を超えないように、一つまたは複数の前記補助電気装置に動作電流を分配して供給すべく並列接続された、対応する出力端子を有する、装置。
【請求項１２】
前記電源は、
前記入力電圧および電流を受け取る電圧レギュレータであって、調整された電圧および電流を変換器に供給するための出力線を有する電圧レギュレータと、
前記出力線に配置され、前記変換器に供給される電流を、前記加入者施設から前記付随するツイストペアの第２線に流れるオフ・フック電流の値よりも低い値に制限する第３電流レギュレータと、
を備えている、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
電話線のツイストペアから補助電気装置に電力を供給する方法であって、
電話局と加入者施設との間の位置で、前記ツイストペアの第１線から入力電圧および入力電流を受け取ること、
前記入力電圧および入力電流を、前記補助電気装置に電力を供給するための出力電圧および出力電流に変換すること、
前記ツイストペアの第２線に帰還電流用の帰還経路を設けること、
前記第２線を流れる前記帰還経路からの前記帰還電流と、前記加入者施設から前記電話局への前記第２線を流れる別の電流との合計を検出すること、
前記第２線の合計電流が所定値よりも低くなるように、前記第２線を流れる前記加入者施設からの前記別の電流を調整すること、
を備える方法。
【請求項１４】
前記調整することは、前記別の電流を、前記電話局にてプリセットされたオフ・フック電流値よりも低い値に制限することを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記補助電気装置への電力供給から帰還電流を検出すること、
前記帰還電流を、前記プリセットされたオフ・フック電流値よりも低い値に制限すること、
をさらに備える請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
共有電力構成における線の別のツイストペアから前記補助電気装置に電力を供給することをさらに含み、
前記受け取ること、前記変換すること、前記検出すること、および前記調整することは、別の出力電圧および出力電流を提供するために前記別のツイストペアに対して繰り返され、前記出力電圧および出力電流と、前記補助電気装置に電力を供給するために組み合わせられる、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、従来のアナログ電話ツイストペア線を通じた広帯域ＤＳＬデータおよびテレビジョン信号の送信に関する。
【背景技術】
【０００２】
殆どの今日の電話会社は、電話番号ごとに単一のツイストペア（ＴＰ）ワイヤを備えた古いインフラストラクチャを使用して加入者にアナログ電話および他のサービスを提供している。従来のアナログ電話サービスは、多くの場合、簡素な旧式の電話サービス（ＰＯＴＳ）と呼ばれ、ツイストペアは、ＰＯＴＳ線対、または単にＰＯＴＳ＿ＴＰと呼ばれている。幾つかの例では、サービス・プロバイダの電話局（ＣＯ）または加入者施設（ＣＰ）のいずれか以外の位置で、ツイストペアに付随した補助電子装置または設備の位置を特定することが望ましい。これは、特に、電話会社が加入者に広帯域データ・サービス（たとえば、ＤＳＬサービス）のような他の種類のサービスを提供する場合であり、ＴＰ線上の中途位置で、たとえば、増幅器、線路等化器、または、信号ブースタのような信号処理電子機器を利用することが望ましいことがある。特に、リモート位置では、現場におけるそのような電子機器に動作電力を供給することが困難で難問になることがある。ＡＣ送電網がリモート位置でアクセス可能な場合には、それは、電子機器に動作電力を供給するために取り出されることが可能である。しかしながら、これは、必ずしも便利またはオプションであるとは限らない。それは、現場の技術者が高電圧配線を取り扱うことを要し、電力会社は、彼らの人員以外の技術者が送電網にアクセスすることを許可しないことがある。
【０００３】
第１ツイストペア線に付随したリモート装置に電力を供給する別のアプローチは、リモート装置に電力を伝えるために、アクティブではない電話局（つまり、それは、音声、データ、または加入者に対する他のサービスを提供するためには使用されない）からの一つまたは複数の他のツイストペア線を使用することである。幾つかの場合には、ＣＯからの複数の線は、１つのアクティブなツイストペアに付随した電子機器に電力を供給するために、共に結束（接合）されることが可能である。これは不都合である。なぜならば、電力を供給するために非アクティブな線を使用することは、貴重な資源を使用し、それらを利用不可能にし、多大な量の電力を消費することがあり、コスト効率は良くない。
【０００４】
別のアプローチ（それもまた問題があり、一般には成功とは言い難い）は、電子回路に電力を供給するために、線のアクティブなツイストペアから電力を取り出すことを試みる。電話会社は、ＰＯＴＳサービスの線信号伝達および制御のためにＤＣおよびＡＣ電流を使用している。ツイストペアから電力を取り出す手法は、これらのＤＣおよびＡＣ電流によって提供される正常な信号伝達および制御機能と干渉することがあり、ＰＯＴＳサービスを中断させるか、または、線上の他の問題を生じさせる。したがって、そのようなアプローチは、限定された状況でしか実現可能ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知のアプローチについての上述のおよび他の不都合に対処する、電話線のアクティブなツイストペアに付随した遠隔の電子機器に電力を供給する柔軟で便利なアプローチの必要性がある。特に、これらのサービスを中断せずに、または、これらのサービスに干渉せずに、加入者にサービスを提供するためにサービス・プロバイダによって使用されている電話線のアクティブなツイストペアから、遠隔の電子機器に電力を供給するシステムおよび方法を提供することが望ましく、また、それが本発明の目的でもある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、サービス・プロバイダがサービスを提供する電話線のアクティブなツイストペアと共に使用される、信号処理装置および他の種類の電子機器のような補助電気装置用の動作電力を、線の正常なサービス動作を中断させたり、またはそのサービス動作に干渉したりすることなしに、線のアクティブなペアから引き出すことを可能にする。具体的には、本発明は、アクティブな電話線上を伝達する一つまたは複数の信号から電力を取り出し、この電力を、線の同一のツイストペア上の信号を処理する補助装置に適した動作電力に変換する装置および方法を提供する。
【０００７】
１つの態様では、本発明は、電話局と加入者の施設との間の位置でツイストペアに接続されるように構成された電源を提供する。電源は、線のうちの１つから電圧および電流を受け取り、補助電気装置に予め選択された出力電圧を供給するとともに、第２線に帰還電流を供給する。第２線に配置されるように構成された電流レギュレータは、この帰還電流を受け取り、電話局に流れる合計電流が所定値よりも低くなるように、加入者施設から第２線を流れる電流を調整および制限する。
【０００８】
別の態様では、本発明は、共有電力構成での複数のツイストペアから、補助電気装置に電力を供給するための装置を提供する。複数のツイストペアの各々は、線のうちの１つからの電圧および電流を受け取り、付随した補助電気装置に予め選択された出力電圧を供給するとともに、第２線に帰還電流を供給する電源を備えている。第２線に配置されるように構成された第１電流レギュレータは、この帰還電流を受け取り、電話局に流れる合計電流が第１所定値よりも低くなるように、加入者施設からの第２線を流れる電流を調整および制限する。補助装置から電源への帰還線における第２電流レギュレータは、電源への帰還電流を第２所定値に制限する。複数のツイストペアの複数の電源は、複数のツイストペアに流れる合計帰還電流が第３所定値を超えないように、一つまたは複数の補助電気装置に電力を分配すべく並列に接続された出力端子を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、従来のＰＯＴＳツイストペア電話線から電力を取り出して、高速データ提供が可能となる線の帯域幅および／または距離を増大させる信号処理電子機器に動作電力を供給するのに特に好適な装置および方法を提供する。しかし、当然のことながら、これは本発明の１つの実用性の例示であり、本発明は、他の種類の電子回路および装置に、ならびに他の状況において電力を取り出すのに使用することも可能である。
【００１０】
図１は、ＰＯＴＳツイストペア電話線システム用の一般化された等価回路を模式的に示し、補助信号処理電子機器２２に電力を供給するためにＰＯＴＳツイストペアから電力を取り出す本発明の電力取出装置２０をブロック図の形態で示している。図１に示すように、ツイストペア（ＴＰ）は、電話局（central office: ＣＯ）から延びる「チップ（ＴＩＰ）」線２４および「リング（ＲＩＮＧ）」線２６と、加入者の施設（ＣＰ）に位置する、電話機３４のような加入者施設設備（ＣＰＥ）にサービスを提供するサービス・プロバイダ・スイッチ２８とを備える。ＣＯスイッチ２８は、２つのＰＯＴＳ＿ＴＰ線２４，２６上に加入者のための複数のサービスを多重化させることが可能である。サービスの例としては、音声、データ、ダイアルアップ、ビデオ、オーディオなどがある。ＰＯＴＳ線２４，２６のツイストペアが延びるＣＯとＣＰとの間の距離は、数万フィートである場合がある。ツイストペアは、ＣＯとＣＰとの間の連続したツイストペア線経路を形成するために、介在する回路および／またはスイッチに接続された、種々のゲージ（gauge）の多数の導電体の非シールド・ツイストペア（例えば銅線など）を種々の長さや部位で含み得る。ツイストペアは、ＣＯとＣＰとの間でＤＣ電流およびＡＣ電流を伝える。ＤＣ電流および低周波ＡＣ電流は、電話会社による制御および信号伝達の目的に使用され、たとえば、最大で約１〜２ＭＨｚである可聴周波数領域からのより高い周波数のＡＣ電流は、通常の電話、データ、さらには、たとえばＤＳＬ（デジタル加入者線）サービスを含む他の種類のサービスのために使用される。電力取出装置２０および信号処理電子機器２２は、ＣＯとＣＰとの間のＴＰ上の中途位置に配置される１つのアセンブリ２９か、または別個のユニットを備えることが可能である。ＣＰでは、ハイブリッドのまたは他のそのような装置３０は、ＴＰからの電話音声および他のサービスを逆多重化することが可能である。
【００１１】
図１に示すように、チップ線２４は、通常はＣＯで接地され、０Ｖに維持されている。ＣＯの４８Ｖバッテリ３２は、リング線２６に−４８ボルトＤＣを印加する。ＣＰの電話機３４が「オン・フック」である（使用中ではない）ときには、電話機のフック・スイッチ３６は開いており、実質的に、ＤＣ電流は、ツイストペアを通じてＣＯからＣＰまでの回路を流れない。電話機が「オフ・フック」である（つまり、ユーザが送受話器を拾い上げるか、または、電話機を使用するためにスピーカ／通話ボタンを押したときのように、使用中であるか、もしくは、ビジーである）ときには、フック・スイッチは閉じており、ＤＣ電流が回路を流れる。このＤＣ電流の主要機能は、いつ電話機がオフ・フックであるかをＣＯに判断可能とさせることである。ＡＣ電流は、電話機を鳴らすこと、ダイヤルすること、および音声または他のサービスのために使用される。電話機を鳴らすために、ＣＯは、約９０ボルトＲＭＳの低周波ＡＣリング電圧をリング信号発生器３８からリング線２６に印加する。ＡＣリング電流は、ツイストペアを通じて、入来するコールを信号伝達するためのコンデンサ３９によってＴＰに接続された電話機内のリンガ３７に流れる。ダイヤル信号伝達、音声、およびデータのＡＣ電圧は、典型的には、数ボルト以下程度である。電話機の「オフ・フック」状態は、ダイヤリングおよび音声伝送を可能にする状態である。
【００１２】
電話機３４がオフ・フックであるとき、電話機３４は、チップおよびリングのＴＰ線を通じた３００Ω程度の抵抗Ｒｐを示し、この抵抗Ｒｐを通じた６ボルトＤＣ程度の電圧を有する。これは、電話機回路を通じた２０ｍＡ程度のＤＣ電流の流れをもたらす。チップおよびリングのＴＰ線は、実質的な分布抵抗を有している。図１では、この抵抗は、チップ線における抵抗器ＲＴ１，ＲＴ２と、リング線における抵抗器ＲＲ１，ＲＲ２とによって表わされている。これらの抵抗器の値は、とりわけ、ＣＯとＣＰとの間の距離、電力取出装置の中途位置、およびツイストペア経路を構成するワイヤの種類およびゲージに依存している。たとえば、２６ゲージのＡＷＧ銅製ツイストペアの抵抗は、１ｋｍ当たり約２８６Ω程度である。電話機がフックから外れたとき、ＴＰの分布抵抗は、線を通じたＤＣ電流によって、ＣＯでの４８Ｖからの実質的な電圧降下を生じさせる。電話機回路を流れるＤＣ電流が予め選択された値を超えるとき（たとえば、典型的には２０〜２４ｍＡ）には、ＣＯにおけるオフ・フック電流センサまたは検出器（図示せず）は、電話機がオフ・フックであることをＣＯに示す。
【００１３】
本発明によれば、電力取出装置２０は、ＣＯとＣＰとの間の中途位置で、チップおよびリング線２４，２６に亘って挿入される。電力取出装置は、線からＤＣ電力を取り出し、動作電力を、信号処理電子機器２２、または、ツイストペア上の一つまたは複数のサービス信号を処理することが可能な他の補助電子機器装置に供給する。信号処理電子機器は、たとえば、ツイストペア上の損失を補償する信号利得／線等化回路を備え、それによって、高速データ提供が可能となる距離を増大させるか、または、ＤＳＬのようなより高速のデータ送信用の線の帯域幅を増大させる。以下に、より詳細に説明するように、電力取出装置２０は、正常なＰＯＴＳ電話機回路の性能または動作に悪影響を及ぼさない方法で、ツイストペア２４，２６からＤＣ電力を取り出し、安定した一定のソースの動作電力を信号処理電子機器または他の装置に供給する。電力取出装置２０および信号処理電子機器２２は、上述したように、単一のアセンブリ２９から構成されるか、または、実質的に同一の位置にまたは互いに分離されてツイストペア線に挿入された別個のユニットでもよい。
【００１４】
図２は、本発明にかかる電力取出装置２０の第１実施形態のブロック図である。図示するように、また、より詳細に説明するように、電力取出装置は、電源プリレギュレータ／保護器５０と、ＤＣ−ＤＣ変換器５２と、電流レギュレータ５４とを含む電源４８を備える。図２に示すように、電源プリレギュレータ／保護器５０は、チップ線に直接的に接続されるとともに、電流レギュレータ５４を通じてリング線に接続可能である。電源プリレギュレータ／保護器は、ＤＣ−ＤＣ変換器を保護し、チップおよびリング線の電圧が、リングまたは他の信号によって、または、稲妻のような一時的事象によって生じる電圧スパイクによって、または、環境条件によって変化するときでさえ、変換器が比較的一定の入力電圧を受け取ることを保証する。さらに、電源プリレギュレータ／保護器は、信号処理電子機器２２からの不所望な電気的雑音（もしあれば）が電源４８を通じてサービス経路に導入されないことを保証する。電流レギュレータ５４は、ツイストペアを通じたＤＣ電流の流れを調整および制限することにより、電源および信号処理電子機器がそれらの動作のために必要とする十分な電流を受けることを保証する一方で、ＣＰからの電話機電流の量を制限することにより、チップおよびリング線上の正常な制御信号が悪影響を受けないことや、正常なＰＯＴＳサービスが中断されないことを保証する。
【００１５】
さらに以下により詳細に説明するように、ＤＣ−ＤＣ変換器５２は、好ましくは、電源プリレギュレータ／保護器５０から受けた、より高い電圧でより低い電流の電力を、信号処理電子機器２２用の安定した、より低い電圧でより高い電流の電力に変換する。たとえば、ＤＣ−ＤＣ変換器は、１２〜９５ボルトＤＣの範囲の入力電圧を受け、２．５〜１０ボルトＤＣの範囲の出力電圧を生じさせる。
【００１６】
図３は、本発明にかかる電源４８の電源プリレギュレータ／保護器５０の好ましい実施形態を示している。図示するように、電源プリレギュレータ／保護器は、高電圧保護装置６０と、環状変圧器のようなフィルタ変圧器６２と、整流器ブリッジ６４と、電圧レギュレータ６６とを含み得る。高電圧保護装置６０は、ＴＰのチップ線２４と電流レギュレータ５４のバランス（ＢＡＬ）線とにそれぞれ接続された入力／帰還線６８，７０を有し得る。これらの線は、物理的環境から保護されていない場合がある。したがって、たとえば標準ＭＯＶ（金属酸化膜バリスタ）サージ保護器を備える高電圧保護器６０は、たとえば、稲妻によるランダムな一時的な高電圧によって引き起こされる電源プリレギュレータ／保護器への電力サージを制限する。高電圧保護装置は、３００Ｖのような所望の最大電圧に出力電圧を制限するように選択される。この電圧は、ＣＯからのリング信号との干渉を回避するように十分に高く、２５０Ｖ程度のピーク・ツー・ピーク値を有する一方で、過度に高電圧のスパイクからの好適な保護を提供する。高電圧保護装置からの出力７２，７３は、フィルタ変圧器６２に接続される。このフィルタ変圧器６２は、たとえば巻き環状変圧器として反位相で磁気的に結合されたコイルを備える。フィルタ変圧器は、高電圧保護装置６０を通じたフィード・バックからの、そして、ツイストペア上への音声品質のようなサービス品質に影響することがある雑音を防止する。
【００１７】
フィルタ変圧器６２からの出力７４，７５は、全波整流器ブリッジのような整流器ブリッジ６４に接続される。この整流器ブリッジは、その入力線７４，７５上のＤＣ電圧およびＡＣ電圧を、帰還線７８上の接地などの基準電圧に対し、出力７６線上の正の供給電圧に変換する。線７６上の整流器ブリッジ出力電圧は、或る動作状態（たとえば、リングまたは点灯動作中）において、９０〜１００Ｖよりも大きくなり得る。このため、電圧レギュレータ６６は、整流器ブリッジからの線７６上の電圧を、出力線８０上の実質的に一定な安定したＤＣ電圧に変換する。このＤＣ電圧の値は、ＤＣ−ＤＣ変換器の損傷を防止するとともに、該ＤＣ−ＤＣ変換器が信号処理電子機器に動作電力を供給できる値に選択される。
【００１８】
図３に示すように、電圧レギュレータ６６は、抵抗器８６を通じてブリッジ整流器の出力７６に接続されたコレクタと、ツェナー・ダイオード８８等の電圧基準装置に接続されたベースと、出力線８０に接続されたエミッタとを有するＮＰＮトランジスタ８４を備える。抵抗器８６は、整流器ブリッジからトランジスタに流れる電流を制限する。トランジスタのコレクタとベースとの間に接続された第２抵抗器８７は、ツェナー・ダイオード８８を介して流れる電流を供給し、ツェナー破壊電圧でトランジスタのベースにバイアスをかける。８０におけるトランジスタのエミッタ上の出力電圧は、ツェナー破壊電圧からトランジスタのベース−エミッタ間のｐｎ接合電圧を引いたものと等しく、それは、典型的には約０．７Ｖである。したがって、５１Ｖの破壊電圧を有するツェナー・ダイオード８８を選択することによって、８０でのレギュレータの出力電圧は、約＋５０ボルトＤＣに保持される。図示されるように、フィルタ・コンデンサ９０は、電圧レギュレータの出力線７８，８０を通じて接続される。リング電圧を提供するために、トランジスタ８４は、好ましくは、４００Ｖ程度の破壊電圧を有している。
【００１９】
ＤＣ−ＤＣ変換器５２は、電圧レギュレータ６６の出力８０でのＤＣ電圧を、信号処理電子機器用の適切な実質的に一定で安定した動作電圧に変換する。ＤＣ−ＤＣ変換器は、ナショナル・セミコンダクター社（National Semiconductor, Inc.）から入手可能なＬＭ５００８型の集積回路のような標準で市販のＤＣ−ＤＣ集積回路降圧型スイッチングレギュレータであることが可能である。この集積回路は、１２〜９５ボルトＤＣの範囲の入力電圧を受け入れ、２．５〜１０ボルトＤＣの範囲の選択された出力電圧を生じさせることができる。ＬＭ５００８用の製品用途パンフレットは、様々な所望の出力電圧用の回路素子の回路構成および代表値を示している。好ましくは、ＤＣ−ＤＣ変換器は、１０ｍＡの電流での４８ボルトＤＣ程度の入力と、５０ｍＡでの４ボルトＤＣ程度の出力に設定される。この出力は、信号処理電子機器２２用の安定したＤＣ電源として作用する。
【００２０】
電話機がオン・フックであるとき、ＤＣ電流は、ＴＰ線上の電話機を通じて流れず、電力取出装置２０の中途位置での電圧は、ＣＯによってチップおよびリング線に供給される４８Ｖと、ＣＯから電力取出装置への分布線抵抗を通じて流れる電流による電圧降下との差になる。この電流は、好ましくは、約１０〜１４ｍＡであるように選択される。電話機がオフ・フックであるとき、該電話機は、チップおよびリングのＴＰ線間の３００Ωの抵抗器として作用し、該抵抗器を通じた約６Ｖを有する。結果として、前述したように、２０ｍＡ程度のオフ・フック電流の流れを生じさせる。合成されたオフ・フック電流とＴＰ線を流れる電力取出装置への電流とは、電力取出装置２０の位置での実質的な電圧降下をもたらし、それは、電圧レギュレータ６６の出力８０からＤＣ−ＤＣ変換器への、期待される入力電圧をより低いものとして反映する。これらの条件下では、ＤＣ−ＤＣ変換器は、プリセット出力電圧を維持しようとするとき、通常よりも多くの電流量を消費し、より大きい電圧降下を生じさせる。この電圧があまりに低く低下すると、ＤＣ−ＤＣ変換器は適切に作動しないことがある。さらに、この電圧降下は、電話がオン・フックに戻ったとき、ＣＯでのオフ・フック電流検出器のプリセット値よりも多くの電流をＤＣ−ＤＣ変換器が引き込み続けるため、電話機がオン・フックに戻ったということをＣＯが認識することができなくなり、電話線が事実上「ビジー」状態に保持されてしまう。
【００２１】
これらの問題を回避するために、本発明は、リング線に電流レギュレータ５４を採用している。この電流レギュレータ５４は、オフ・フックであるときに、電話機を通じて流れる電流を調整し、この電話機の電流を予め選択された値（たとえば、１０ｍＡ）に制限する。これは、オフ・フック状態時にＴＰ回路を流れる合計電流を制限することで、電源が被る電圧降下を低減する。オフ・フック状態の電話機の電流を１０ｍＡに制限することにより、電話機がオフ・フックであるときでさえ、所望の電流量（たとえば、１０〜１４ｍＡ）が、信号処理電子機器２２に対して電源から供給される。従って、電話機がオン・フックに戻ったとき、線の電流は、ＣＯでのオフ・フック電流検出器のプリセット・レベルよりも低下し、その結果、電話サービスは、正常に動作する。
【００２２】
図４は、チップおよびリングのＴＰ線を通じて流れる電話機の電流を自動的に調整および制限する本発明にかかる電流レギュレータ５４の好ましい実施形態を示している。図２および図４に示すように、電流レギュレータは、好ましくはリング線２６に挿入される。図４に示すように、電流レギュレータは、リング線におけるＣＯへの合計電流の流れを監視し、合計電流が所定値に達したときにＣＰからの電流の流れを制限するように、逆並列接続されたＮＰＮトランジスタ等の一対の半導体装置１００，１０２を備える。
【００２３】
図４に示すように、トランジスタ１００，１０２と、付随した一対の抵抗器１０４，１０６とは、共に接続されている。すなわち、トランジスタ１００のベースは、抵抗器１０４に接続されるとともにトランジスタ１０２のコレクタに接続され、トランジスタ１００のエミッタは、トランジスタ１０２のベースに接続されるとともに、ノード１０８において抵抗器１０６の一側に接続されている。トランジスタ１００のコレクタと抵抗器１０４の他側とは、ノード１１０においてＴＰから来るリング線２６に接続されており、トランジスタ１０２のエミッタと抵抗器１０６とは、別のノード１１２においてＣＯに向かうリング線に接続されている。オフ・フック状態において、電話機からノード１１０に流れる電流の一部分は、抵抗器１０４を通じてトランジスタ１００のベースに流れ、トランジスタをオンにする。このため、電話機の電流が、トランジスタ１００のエミッタから抵抗器１０６およびリング線２６を通じてＣＯに流れる。電源プリレギュレータ／保護器５０（図３参照）の高電圧保護装置６０のバランス（ＢＡＬ）端子７０からの電流は、ノード１０８において電流レギュレータに入り、抵抗器１０６を通じてノード１１２およびＣＯに流れる。従って、抵抗器１０６を通じて流れる合計電流は、ノード１１０に入り、トランジスタ１００のエミッタから流れる電話機の電流と、ノード１０８で電流レギュレータに入る高電圧保護装置のＢＡＬ端子７０からの電流との合計である。この組み合わせ電流による抵抗器１０６での電圧降下が、トランジスタ１０２のベース−エミッタ間のＰＮ接合を順方向バイアスするのに必要な電圧（約０．７Ｖ）よりも低い限り、トランジスタ１０２はオフのままであり、ノード１１０に入る電流は制限されない。しかしながら、抵抗器１０６を通じた電流が増大すると、この電圧降下が増大し、トランジスタ１０２のベース−エミッタ接合を順方向バイアスし始め、その結果、トランジスタがオンし始める。トランジスタ１０２がオンになると、トランジスタ１００のベース−エミッタ間電圧が低下し、その結果、トランジスタ１００がオフし始める。従って、ＣＰの電話機を通じてノード１１０に流れる電流が低減する。したがって、抵抗器１０６の値を適切に選択することによって、電流レギュレータ５４は、ツイストペアを通じて流れるオフ・フック時のＤＣ電話機電流を目標値に自動的に調整および制限することができる。
【００２４】
１０〜１４ｍＡ程度の電流の流れが電源に対しては望ましい。この電流が、電流レギュレータでのノード１０８に流れると仮定すれば、抵抗器１０６の値が３３Ωであるように選択されている場合、電流レギュレータは、オフ・フック状態中の電話機電流を１０ｍＡ程度の値に制限する。このように、電流レギュレータは、オフ・フック状態時にＤＣ−ＤＣ変換器が信号処理電子機器に対して所望の一定で安定したＤＣ電圧を供給可能となるように電源に十分な電流を流すことを保証する一方、電話機がオン・フックに戻ったときには、電源の電流がＣＯでのオフ・フック電流検出器のプリセット値よりも小さくなるように、合計電流を制限する。その結果、電話機がオン・フックに戻ったときに、電話機回路が正常に動作可能となる。ノード１１０，１１２間の電流レギュレータを通じて接続されたコンデンサ１１６は、音声、リング、および他のＡＣ信号に対するＡＣバイパスを提供し、電流レギュレータが、リング線を通じてＣＯに流れ戻るＤＣ電話機電流のみを調整するようにする。
【００２５】
図４の電流レギュレータ５４は、オフ・フック状態中に、および、電力取出装置が信号処理電子機器に所望の範囲内の電流を提供するときに、電話機を流れる電流を調整および制限するために良好に作動する。電流レギュレータ５４は、高電圧保護装置６０のＢＡＬ端子７０からノード１０８に流れ、ＣＯに戻る電流を制限しない。上述したように、たとえば、電源位置での顕著な電圧降下や、またはＴＰ上の過渡的状態によって引き起こされる高電圧スパイクが起きているような或る動作状態下では、ＤＣ−ＤＣ変換器の電流消費は、プリセット出力電圧を維持しようとするため増大する。電流がＣＯでのオフ・フック電流検出器のプリセット値よりも大きいレベルに増大した場合、電話線は、たとえ電話機がオン・フックであっても、過度の電流の流れにより「ラッチする（latch up）」ことがある。この状況を防止するために、さらに好ましくは、本発明は、ＤＣ−ＤＣ変換器に流れる電流を調整し、電流を、ＣＯでのオフ・フック電流検出器のプリセット値よりも小さい予め選択された値（たとえば、約２０ｍＡ未満）に制限する。好ましくは、以下に説明するように、ＤＣ−ＤＣ変換器への電流は、１４ｍＡ程度の値に制限される。
【００２６】
図５は、本発明の代替の実施形態を示しており、この代替実施形態は、ＤＣ−ＤＣ変換器に電力を供給する電圧レギュレータ６６の出力線８０内に配置された電源電流レギュレータ１２０を備えている。図５に示すように、電源電流レギュレータは、ＮＰＮトランジスタ１２２と、電源電圧レギュレータ６６に接続された抵抗器１２４とを備えている。トランジスタ１２２のベースと抵抗器１２４の一側は、電圧レギュレータのトランジスタ８４のエミッタに接続され、トランジスタ１２２のコレクタは、トランジスタ８４のベースに接続され、トランジスタ１２２のエミッタと抵抗器１２４の他側は、ＤＣ−ＤＣ変換器への出力線８０に接続されている。
【００２７】
正常な動作条件下では、電圧レギュレータのトランジスタ８４は、電源電流レギュレータ１２０の抵抗器１２４を通じてＤＣ―ＤＣ変換器に所望の電流量（たとえば、１０〜１４ｍＡ）を供給する。抵抗器１２４の値は、正常な電流の流れによって生じた該抵抗器１２４での電圧降下が、トランジスタ１２２のベース−エミッタ間のＰＮ接合を順方向バイアスするのに要求される電圧よりも低くなるように選択される。従って、トランジスタ１２２はオフにされたままである。しかしながら、ＤＣ−ＤＣ変換器への電流の流れが増大すると、抵抗器１２４での電圧降下が増大する。この電流の流れが、抵抗器１２４での電圧降下がトランジスタ１２２のベース−エミッタ接合を順方向バイアスし始めるような値に達すると、トランジスタがオンし始める。トランジスタ１２２がオンになると、トランジスタ８４のベース−エミッタＰＮ接合電圧が低減し、トランジスタ８４がオフし始める。したがって、トランジスタ８４がオフになると、抵抗器１２４を通じてＤＣ−ＤＣ変換器に流れる電流が低減される。
【００２８】
従って、電流レギュレータ１２０は、ＤＣ−ＤＣ変換器への電流を所望の最大値に調整および制限する。抵抗器１２４の値を適切に選択することにより、電源４８を通じリング線２６に流れてＣＯに戻る合計電流が、ＣＯでのオフ・フック検出器のプリセット電流値よりも小さくなることを保証するように、ＤＣ−ＤＣ変換器によって引き出される電流の最大値を設定することができる。好ましくは、抵抗器１２４の値は、ＤＣ−ＤＣ変換器への最大電流がＤＣ−ＤＣ変換器の正常な入力電流動作範囲内の値（たとえば、１４ｍＡ）に設定されるように選択される。このように、オフ・フック状態中に生じる過度の電流の流れを生じさせる一時的なまたは他の異常な状態であれば、電源電流レギュレータ１２０は、ＴＰ回路を流れる電流を調整し、その結果、電話機がオン・フックに戻ったときに、電流の流れは、ＣＯでのオフ・フック検出器よりも下のレベルに低下する。これは、線のラッチが生じず、電話機回路の動作が中断しないことを保証する。
【００２９】
図６は、本発明にかかる電力取出装置の別の実施形態のブロック図であり、プール（pool）されるまたは共有されるＴＰ線構成において動作する。電話会社は、典型的には、線束が終了し、個々のＴＰ線が別個の加入者に分割される位置に、ＣＯからの２５本の線群のように、共に束にされた複数のＴＰ線を提供する。線は、典型的には、容器内のバインダで終了し、個々のＴＰ回路用の信号処理電子機器または他の装置から電力を供給するための束ねられた線から、共有電力構成で、電力を取り出すのに便利である。このプールする構成は、図６においてブロック図の形態で示されている。
【００３０】
図示されるように、複数のＴＰ線対ＴＰ−１，ＴＰ−２，…ＴＰ−Ｎの各々は、付随した電力取出装置２０−１，２０−２，．．．２０−Ｎを有し、これらは、上述したものと実質的に同一である。すなわち電力取出装置２０−１，２０−２，．．．２０−Ｎの各々は、付随したＤＣ−ＤＣ変換器への電流を制限するために、電源プリレギュレータ／保護器５０−１，５０−２，．．．５０−Ｎと、電話機電流レギュレータ５４−１，５４−２，．．．５４−Ｎと、電源電流レギュレータ１２０−１，１２０−２，．．．１２０−Ｎとを備えている。加えて、各電力取出装置は、さらに、図６に示すように、また、図７により詳細に示すように、ＤＣ−ＤＣ変換器からの負帰還線７８−１，７８−２，．．．７８−Ｎにおいて、電源プリレギュレータ／保護器５０−１，５０−２，．．．５０−Ｎの電圧レギュレータ６６に接続される別の電流レギュレータ１３０−１，１３０−２，．．．１３０−Ｎを有している。電源電流レギュレータ１２０−１，１２０−２，．．．１２０−Ｎは、先に記述したようなＤＣ−ＤＣ変換器に流れる電流を制限する。電流レギュレータ１３０−１，１３０−２，．．．１３０−Ｎは、たとえば、過度の電流の流れをもたらす電圧スパイクのような一時的または他の異常な状態の場合の、付随したＤＣ−ＤＣ変換器の電流消費をさらに制限する。そのような異常な状態下では、ＤＣ−ＤＣ変換器が信号処理電子機器へのプリセット出力電圧を維持しようとするので、先に記述したように、この過度の電流の流れは、線のラッチを引き起こすことがある。図６のプールされた実施形態は、プールされたＴＰ線からの電流共有を可能にすることによって、これを回避する。高電流状態を被らない線は、その線のＤＣ−ＤＣ変換器が、線のラッチを引き起こさずにその付随した信号処理電子機器への安定した出力電圧および電流を維持することができることを保証するそのような電流を要する線に必要な電流の流れ（ＣＯでのオフ・フック検出値よりも大きいことがある）の一部を供給するのに使用される。ＤＣ−ＤＣ変換器からの帰還線における電流レギュレータ１３０−１，１３０−２，．．．１３０−Ｎは、電源プリレギュレータ／保護器を通じて電流レギュレータ５４のバランス端子に流れる電流が、ＣＯでのオフ・フック検出器のプリセット電流値よりも小さいままであることを保証する。図６の共有電力構成は、複数の線が同時に高電流状態を被るという事においてより大きい安全性を提供する。なぜならば、超過電流要件がすべての線群中に分散されることを可能にするからである。
【００３１】
図７は、電力取出装置中で使用されるＤＣ−ＤＣ変換器電流レギュレータ１３０の好ましい実施形態を示している。図示されるように、ＤＣ−ＤＣ変換器電流レギュレータ１３０は、ＤＣ−ＤＣ変換器から電圧レギュレータ６６および整流器ブリッジ６４への帰還線７８に挿入される。電流レギュレータ１３０は、図４の電流レギュレータ５４と同様の構成において共に接続された一対のＮＰＮトランジスタ１４０，１４２および一対の抵抗器１４４，１４６を備える。図示されるように、トランジスタ１４０，１４２は、トランジスタ１４２のベースおよび抵抗器１４６の一側に接続されたトランジスタ１４０のエミッタに逆並列接続され、トランジスタ１４２のコレクタは、トランジスタ１４０のベースおよび抵抗器１４４の一側に接続されている。抵抗器１４４の他側は、ＤＣ−ＤＣ変換器からの帰還線７８におけるノード１４８に接続され、トランジスタ１４２のエミッタと抵抗器１４６の他側は、整流器ブリッジへの帰還線７８におけるノード１５０に接続されている。加えて、図示されるように、電圧レギュレータ回路６６のツェナー・ダイオード８８の陽極は、さらに、ノード１５０に接続されている。
【００３２】
図７の実施形態の電圧レギュレータ６６および電流レギュレータ１２０は、図５に示された第２実施形態に関して先に記述したものと実質的に同一の方法で機能する。電圧レギュレータは、正常な動作条件下で電流レギュレータ１２０への実質的に一定の出力電圧を供給し、電流レギュレータ１２０は、変換器が過度の電流を消費する異常な動作状態下でＤＣ−ＤＣ変換器への電流の流れを制限する。電流レギュレータ１３０は、異常な状態下でＤＣ−ＤＣ変換器からの帰還電流を所望のプリセットされたレベルに調整および制限するようにさらに動作する。
【００３３】
図７に示すように、正常な状態下で、帰還線７８におけるノード１４８から抵抗器１４４を通じて流れる電流は、トランジスタ１４０のベース−エミッタ間のＰＮ接合を順方向バイアスし、トランジスタをオンにする。トランジスタ１４０のエミッタから抵抗器１４６を通じて、整流器ブリッジへの帰還線７８におけるノード１５０に流れる電流が、トランジスタ１４２を順方向バイアスするのに必要なベース−エミッタＰＮ接合電圧よりも小さい電圧降下（約０．７Ｖ）を生じさせる限り、トランジスタ１４２はオフされる。しかしながら、たとえば、抵抗器１４６を通じた電流が電圧スパイクのような異常状態の発生によって増大した場合には、その電圧降下により、トランジスタ１４２のベース−エミッタＰＮ接合が順方向にバイアスされ、トランジスタがオンされる。トランジスタ１４２がオンになると、トランジスタ１４０のベース−エミッタ電圧が低減し、トランジスタ１４０がオフし始める。従って、抵抗器１４６の値を適切に（たとえば、電流レギュレータ１２０の抵抗器１２４と同一に）選択することによって、電流レギュレータ１３０は、帰還線７８を流れる電流を目標値（たとえば、１４ｍＡ）に制限する。その結果、高電圧保護装置のＢＡＬ線７０から電流レギュレータ５４のノード１０８に流れ、そしてリング線２６を通じてＣＯに戻る電流が制限される。
【００３４】
図６に示すように、プールした構成でＤＣ−ＤＣ変換器の正電源線８０−１，８０−２，…８０−Ｎのすべて、および、帰還線７８−１，７８−２，．．．７８−Ｎのすべてを共に結ぶことによって、組み合わせた電流は、様々な電源の中から共有されることが可能である。したがって、プールした構成におけるＤＣ−ＤＣ変換器のすべては、プリセットしたオフ・フック検出器電流よりも多い任意の１つのＴＰ線を通じて引き出すことなしに、異常な状態中にそれらの付随した信号処理回路への実質的に安定した出力電圧および電流を維持することを可能とする。これは、線のラッチ、または、線のツイストペアのうちのいずれかの電話機回路の正常な動作を中断させないようにする。
【００３５】
上記実施形態は、本発明の好ましい実施形態であるが、当然のことながら、種々の変更が、本発明の思想および原理から逸脱することなく可能であり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】電話線のアクティブなツイストペアから信号処理電子機器用の動作電力を取り出す本発明の第１実施形態にかかる電力取出装置の線図である。
【図２】図１の電力取出装置をより詳細に示すブロック図である。
【図３】図２の装置の電源プリレギュレータ／保護器のブロック図である。
【図４】図２の装置のリング線電流レギュレータおよび制限器の模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる電源電圧レギュレータおよび電流レギュレータの模式図である。
【図６】プールされたツイストペア線から共有電力を取り出す本発明の第３実施形態のブロック図である。
【図７】図６に示された第３実施形態において利用される別の電流レギュレータの模式図である。
【図１】
2009512341.tif 000003
【図２】
2009512341.tif 000004
【図３】
2009512341.tif 000005
【図４】
2009512341.tif 000006
【図５】
2009512341.tif 000007
【図６】
2009512341.tif 000008
【図７】
2009512341.tif 000009