(57)【要約】      （修正有）【課題】容量が変化しない過電圧保護デバイスおよび回路を提供する。【解決手段】低容量過電圧保護回路８０が、通信線路１２、１４に保護を提供する。ダイオード・ブリッジ４６が、両極性の過電圧が過電圧保護デバイス４４を１方向に通過するように通信線路１２、１４に接続されている。バイアス電圧源４８が、過電圧保護デバイス４４の容量を通信線路電圧の変化に依存させないために絶縁抵抗器６４、６６を介して半導体過電圧保護デバイス４４にバイアス電圧を印加する。線間電圧がこのバイアス電圧の大きさを超えると、ブロッキング・ダイオード８２ａ，８２ｂが、電流がバイアス電圧源４８を逆方向に流れるのを阻止する。【選択図】図４
2008104346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオード・ブリッジと、
前記ダイオード・ブリッジの対向するノード間に接続された過電圧保護デバイスと、
前記過電圧保護デバイスの容量特性を線形化すべくバイアス電圧に接続されるように適合された過電圧保護回路の端子と、
前記バイアス電圧を提供するバイアス電圧源を通って電流が逆方向に流れるのを阻止するための、前記バイアス電圧端子と前記過電圧保護デバイスとの間に接続された少なくとも１つのブロッキング・ダイオードとを備える過電圧保護回路。
【請求項２】
前記過電圧保護回路が、通信線路に接続されるように適合され、前記ブロッキング・ダイオードが、前記過電圧保護デバイスのブレークオーバ電圧未満の、また前記バイアス電圧の大きさを超える通信線路電圧により、電流が前記バイアス電圧源に流れ込むのが阻止されるように接続された請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項３】
前記バイアス電圧端子と前記過電圧保護デバイス端子との間に接続された絶縁抵抗器をさらに備える請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項４】
前記バイアス電圧源が前記絶縁抵抗器を介して前記過電圧保護デバイスに接続されたプラス端子を含み、前記バイアス電圧源はマイナス端子が第２の絶縁抵抗器を介して前記過電圧保護デバイスの第２の端子に接続された請求項３に記載の過電圧保護回路。
【請求項５】
前記ダイオード・ブリッジが、前記ブロック・ダイオードを除いて少なくとも４個のダイオードを含む請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項６】
前記ダイオード・ブリッジが、前記ブロック・ダイオードを除いて少なくとも６個のダイオードを含む請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項７】
前記過電圧保護デバイスが前記ダイオード・ブリッジの対抗するノード間に接続され、前記バイアス電圧が前記対向するノード間に結合される請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項８】
前記ダイオード・ブリッジの第２のノードが通信線路のチップ導体に接続されるように適合され、前記ダイオード・ブリッジの第３のノードが前記通信線路のリング導体に接続されるように適合された請求項７に記載の過電圧保護回路。
【請求項９】
前記ダイオード・ブリッジの第４のノードが回路接地に接続されるように適合された請求項８に記載の過電圧保護回路。
【請求項１０】
前記過電圧保護回路が通信線路に接続されるように適合され、前記バイアス電圧が該通信線路に印加されない請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項１１】
前記過電圧保護回路の構成要素が搭載されており、バイアス電圧源の正電圧に接続されるように適合されたプラスのバイアス電圧端子と、前記バイアス電圧源の負電圧に接続されるように適合された負のバイアス電圧端子と、通信線路のチップ導体に接続されるように適合されたチップ端子と、前記通信線路のリング導体に接続されるように適合されたリング端子と、基準電圧に接続されるように適合された接地端子とを有する、パッケージ・モジュールをさらに備える請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項１２】
第１のブロッキング・ダイオードが電流が前記バイアス電圧源のプラス端子に流れ込むのを阻止するように配置され、第２のブロッキング・ダイオードが前記バイアス電圧源のマイナス端子から電流が流れるのを阻止するように配置された２個のブロッキング・ダイオードをさらに備える請求項１に記載の過電圧保護回路。
【請求項１３】
低電圧導電状態に駆動されるように過電圧に応答する過電圧保護デバイスと、
ＤＣバイアス電圧を前記過電圧保護デバイスに結合してその容量を低減させる導体と、
前記バイアス電圧導体内の、前記ＤＣバイアス電圧によって順方向にバイアス印加される少なくとも１つのブロッキング・ダイオードとを備える過電圧保護回路。
【請求項１４】
前記過電圧から生じる電流が前記過電圧保護デバイスを介して１方向に搬送されるように、前記過電圧保護デバイスが接続されたブリッジ整流器をさらに含む請求項１２に記載の過電圧保護回路。
【請求項１５】
前記過電圧保護デバイスからバイアス電圧源を絶縁する絶縁抵抗器をさらに含む請求項１３に記載の過電圧保護回路。
【請求項１６】
少なくとも４個のダイオードを有するブリッジ整流器（該ブリッジの第１および第２のダイオードはそのカソードが第１のノードに接続され、該ブリッジの第３および第４のダイオードはそのアノードが第２のノードに接続されている）と、
第１の通信線路導体に接続されるように適合された前記ブリッジの第３のノードに接続された、前記第１のダイオードのアノードおよび前記第３のダイオードのカソード、および、第２の通信線路導体に接続されるように適合された前記ブリッジの第４のノードに接続された、前記第２のダイオードのアノードおよび前記第４のダイオードのカソードと、
前記ブリッジの第１のノードと第２のノードとの間に接続された過電圧保護デバイスと、
間に接合と、第１の端子および第２の端子とを形成するように第１の絶縁抵抗器に直列接続された第１のブロッキング・ダイオードであり、該直列接続された第１のブロッキング・ダイオードおよび第１の絶縁抵抗器の第１の端子が前記ダイオード・ブリッジの第１のノードに接続されており、前記第１のブロッキング・ダイオードが前記ダイオード・ブリッジの前記第１のノードに電流を流すことを可能にするように配置されており、前記直列接続された第１のブロッキング・ダイオードおよび第１の絶縁抵抗器の前記第２の端子がバイアス電圧源の第１の端子に接続されるように適合された、第１のブロッキング・ダイオードと、
間に接合と、第３の端子および第４の端子とを形成するように第２の絶縁抵抗器に直列接続された第２のブロッキング・ダイオードであり、該直列接続された第２のブロッキング・ダイオードおよび第２の絶縁抵抗器の第３の端子が前記ダイオード・ブリッジの第２のノードに接続されており、前記第２のブロッキング・ダイオードが前記ダイオード・ブリッジの第２のノードから電流が流れ出ることを可能にするように配置されており、前記直列接続された第２のブロッキング・ダイオードおよび第２の絶縁抵抗器の前記第４の端子が前記バイアス電圧源の第２の端子に接続されるように適合された、第２のブロッキング・ダイオードとを備える過電圧保護回路。
【請求項１７】
カソードが前記ダイオード・ブリッジの前記第１のノードに接続された前記ブリッジの第５のダイオードと、
アノードが前記ダイオード・ブリッジの第２のノードに接続された前記ブリッジの第６のダイオードと、
基準電圧に接続されるように適合された前記第５のブリッジ・ダイオードのアノードと、
前記基準電圧に接続されるように適合された前記第６のブリッジ・ダイオードのダイオードのカソードとをさらに含む請求項１６に記載の過電圧保護回路。
【請求項１８】
前記基準電圧が接地電位を含む請求項１７に記載の過電圧保護回路。
【請求項１９】
サイリスタを用いて通信線路に過電圧保護を提供するステップと、
前記サイリスタの容量を線形化するためおよび前記通信線路によって搬送される電圧の変化に伴う容量変化を低減させるために、前記サイリスタをバイアス電圧でバイアスするステップと、
前記通信線路上の電圧が前記バイアス電圧源の電圧の大きさを超えるときに、前記サイリスタの容量負荷をさらに線形化するために、電流が前記バイアス電圧源を介して逆方向に流れるのを阻止するステップとを含む通信線路を過電圧から保護する方法。
【請求項２０】
１方向性導電性サイリスタおよびダイオード・ブリッジを用いるステップをさらに含み、両極性の過電圧に応答して前記サイリスタが一方向に導電することを可能にするために、
ブリッジ・ダイオードが通信線路に接続されている請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記サイリスタの容量を前記サイリスタが被る電圧および温度の変化により依存させないようにするためにバイアス電圧で前記サイリスタをバイアス印加するステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、過電圧保護デバイスおよび回路に関し、さらに具体的には、通信線路に低容量保護を提供する過電圧保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この非仮特許出願は、２００６年１０月１９日出願の「Ｌｉｎｅａｒ  Ｌｏｗ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ」と題する係属仮特許出願シリアル番号第６０／８５２８９５号の利益を主張する。この仮特許出願の全開示を参照により本願に援用する。本願は２００５年１０月１９日出願の係属出願シリアル番号第１１２５４１６２号に関連するものである。
【０００３】
電子機器における多数の回路は、過電圧、過電流等の有害作用からの保護を提供する。これらの保護回路は汎用電子回路の一体部分として設計されることが多いが、補助的なデバイスまたは回路としてそれに加えられてもよい。
【０００４】
保護回路は多くの場合、バイポーラ型のトランジスタ、ダイオードまたはサイリスタなどのシリコン基板上に形成され得る。シリコン・バイポーラ・デバイスは大きな電流を運ぶことができ、故に過電圧および過電流による損傷から電子回路を保護するのに使用されるように十分に適合されている。接合部を有して形成された固体バイポーラ・デバイスは、空乏領域の幅の関数である固有容量を有する。半導体接合部における空乏領域は、コンデンサの「誘電」層として機能する。空乏領域の幅は接合部両端に印加される電圧に伴って変化するので、バイポーラ半導体接合部の容量は接合部両端に印加される電圧の関数として変化する。電圧と共に値が変化するコンデンサは本来非線形デバイスである。すなわち、保護されるべき回路両端に設置されたバイポーラ型過電圧保護デバイスは、過電圧保護デバイスがそのオフ状態のままであっても、回路の動作に影響を及ぼし得る。この非線形性は準最適なチャネル性能および相互変調ひずみをもたらすこともある。
【０００５】
上記の有害作用は、通信線路に不注意に結合されることもある高電圧から送信回路および受信回路を保護するのに過電圧保護回路が一般に用いられる通信線路を含む多数の用途で経験される。サイリスタ系の多くのデバイスを用いれば、過電圧状態に応答することもできるし、通信線路と接地との間に低インピーダンス経路を提供することもできるし、エネルギーが安全に放散される他の経路を提供することもできる。
【０００６】
シリコン・バイポーラ型過電圧保護デバイスを使用することの悪影響は、そういったデバイスが固有の容量を有しているという事実から生じるのではなく、むしろ、そのような容量はそういったデバイスがさらされる電圧周波数、温度の関数として変化するという特性から生じる可能性がある。一例として、ＡＤＳＬ、Ｔ１、Ｅ１、ＡＤＳＡＬ２＋、ＡＤＳＬ２＋＋、１０ＢａｓｅＴ、ＶＤＳＬ、ＶＤＳＬ２、Ｔ３、１００ＢａｓｅＴ等の多数の通信線路は種々のプロトコルの高速デジタル信号を搬送するように適合されている。これらのプロトコルの多くはモデムまたは他の送受信回路により離れた目的地間で搬送される。高速データの送信を最適化するために、線路およびこの線路に関連する回路の周波数応答によって許容される最高速でデジタル信号を送信できるように、多数のモデムは適切な等化構成要素を選択する最初の工程を利用する。モデムによって選択される等化パラメータは、等化テストが実行されるときに存在するものである。これは通常、モデムが稼動されるときおよび最初の動作後のモデムのリブート毎に１回である。線路の電気的状態が均等化セッション後に変わる場合、送信データ速度は最適化されないこともあり、ひいては伝送エラーが起こることもあることが理解されよう。
【０００７】
送信の非効率性の一例は、以下の例に関連して生じることもある。線路に設置されたか作動するようにブートされたモデムは、高速データ送信を最適化すべく作動にスイッチングされるべき最良の電気的パラメータを決定するための等化工程を自動的に実行するようにプログラムされる。モデムはＶＤＳＬまたは他のデータ信号を搬送するように適合された電話ＤＳＬ線路などの通信線路に接続されることになる。デジタル信号を搬送するＤＳＬ線路の（電話機の）オン・フック状態は一般に４８Ｖである。モデムが等化工程を完了すると、等化工程中に存在したＤＳＬ通信線路の電気特性に基づいて、モデムはＶＤＳＬ信号を最適に送信するような状態にされる。典型的には、最も低い電力レベルを達成しながら送信データのエラー率も最小化するように、モデムはデジタル信号の電圧の大きさを通信線路の長さの関数として適合させることになる。
【０００８】
ＶＤＳＬ信号が高速で送信されているユーザによる実際の通信セッション中に、同じＤＳＬ通信線路に接続されているユーザの電話機がオン・フック状態に置かれると仮定する。つまり電話機での通信およびモデムを用いたデータ通信の両方にユーザがＤＳＬ通信線路を同時に用いている。このオフ・フック状態は異なるセットの電圧をその通信線路に置く。通信線路は４８Ｖのオン・フック状態から約１０Ｖのオフ・フック状態に移る。こうして、過電圧保護デバイスおよび恐らくは他のデバイスの容量は電圧の変化と共に変化し、これによってモデムが等化されている線路の電気特性が変えられる。ここで異なる電気特性を有する通信線路の場合、実効送信レートは低下されるかもしれないが、モデムは等化セッション中に最適化された速度で送信を続ける。その結果、通信線路の受信端にあるデータ受信機またはモデムは、通信線路がオフ・フック状態で確実に搬送することのできる速度よりも高速でのデータ送信から生ずるエラーを検出し得る。この過剰な誤り率はモデムをリトレインさせるかもしれず、この結果リトレイン・セッション中のサービスが一時的に損なわれ、これは一般的には許容できないし、ユーザにとって迷惑である。
【特許文献１】係属仮特許出願シリアル番号第６０／８５２８９５号
【特許文献２】係属出願シリアル番号第１１２５４１６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記から、電圧の関数として容量が変化し難く、これによって線路に接続されたデバイスまたは回路の電気特性の変化を低減する過電圧保護デバイスおよび回路を製造する技法の必要性があることがわかる。デバイス両端に印加される電圧の関数として容量の変化を最小化するために過電圧保護デバイスに印加されるバイアス電圧を含み、バイアス電圧の大きさが保護されるべき線路が受ける線間電圧を超えなくてもよい過電圧保護回路の別の必要性もある。バイアス電圧を過電圧保護デバイスに印加して同デバイスに印加される電圧および周波数両方の関数として、また過電圧保護デバイスの温度の関数としても容量の変化を最小化する過電圧保護回路のさらに別の必要性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の過電圧保護回路のある重要な特徴によれば、バイポーラ過電圧保護デバイスが、当該デバイスに印加される電圧の関数として容量の変化を低減させるために、ある電圧でバイアスされる。また、少なくとも１つのブロッキング・ダイオードが、電流がそこを逆方向に流れるのを阻止するためにバイアス電圧源と直列に設けられる。この構成によって、保護されるべき線路上で通常生じる高電圧が存在するとき、バイアス電圧源を通る電流経路が回避され、そうでない場合には、回路の容量に寄与する。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、ダイオード・ブリッジとこのダイオード・ブリッジの対向する両端のノード間に接続された過電圧保護デバイスとを備える過電圧保護回路が開示される。この過電圧保護回路の端子は過電圧保護デバイスの容量特性を線形化するために結合されるバイアス電圧に接続されるように適合されている。少なくとも１つのブロッキング・ダイオードが、電流がバイアス電圧を提供するバイアス電圧源を逆方向に流れるのを阻止するために、そのバイアス電圧端子と過電圧保護デバイスとの間に接続されている。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、低電圧導電状態に駆動されるように過電圧に応答する過電圧保護デバイスを備える過電圧保護回路が開示される。ＤＣバイアス電圧を過電圧保護デバイスに結合してその容量を低減させる導体が設けられる。少なくとも１つのブロッキング・ダイオードがこのバイアス電圧導体に設けられ、このブロッキング・ダイオードはＤＣバイアス電圧によって順方向にバイアス印加される。
【００１３】
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも４個のダイオードを有するブリッジ整流器（ブリッジの第１および第２のダイオードはそのカソードが第１のノードに接続され、ブリッジの第３および第４のダイオードはそのアノードが第２のノードに接続されている）を備える過電圧保護回路が開示される。第１のダイオードのアノードおよび第３のダイオードのカソードはブリッジの第３のノードに接続されており、ブリッジの第３のノードは第１の通信線路導体に接続されるように適合されている。第２のダイオードのアノードおよび第４のダイオードのカソードはブリッジの第４のノードに接続されており、ブリッジの第４のノードは第２の通信線路導体に接続されるように適合されている。過電圧保護デバイスがブリッジの第１のノードと第２のノードとの間に接続されている。第１のブロッキング・ダイオードが、間に接合部と、第１の端子および第２の端子とを形成するように第１の絶縁抵抗器と直列接続されている。この直列接続された第１のブロッキング・ダイオードおよび第１の絶縁抵抗器の第１の端子は、ダイオード・ブリッジの第１のノードに接続されており、第１のブロッキング・ダイオードは電流をダイオード・ブリッジの第１のノードに流れ込ませるような構成になっている。直列接続された第１のブロッキング・ダイオードおよび第１の絶縁抵抗器の第２の端子はバイアス電圧源の第１の端子に接続されるように適合されている。第２のブロッキング・ダイオードが、間に接合部と、第３の端子および第４の端子とを形成するように第２の絶縁抵抗器と直列接続されている。この直列接続された第２のブロッキング・ダイオードおよび第２の絶縁抵抗器の第３の端子はダイオード・ブリッジの第２のノードに接続されており、第２のブロッキング・ダイオードはダイオード・ブリッジの第２のノードから電流を流れ出させるような構成になっている。この直列接続された第２のブロッキング・ダイオードおよび第２の絶縁抵抗器の第４の端子は、バイアス電圧源の第２の端子に接続されるように適合されている。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態によれば、通信線路を過電圧から保護する方法が開示される。この方法は、サイリスタを用いて通信線路に過電圧保護を提供するステップと、サイリスタにバイアス電圧でバイアスしてサイリスタの容量を線形化し、通信線路によって搬送される電圧の変化に伴う容量の変化を低減させるステップとを含む。バイアス電圧源に電流が逆方向に流れるのを阻止して、通信線路上の電圧がバイアス電圧源の大きさを超えるときにサイリスタの容量負荷をさらに線形化する。
【００１５】
さらなる特徴および利点は、添付図面に示すように、本発明の好適な実施形態および他の実施形態の以下のさらに具体的な記載から明らかとなろう。全図面中、同様の参照符号は全体的に同じパーツ、機能または要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照すると、ＡＤＳＬ、Ｔ１、Ｅ１、ＡＤＳＬ２＋、ＡＤＳＬ２＋＋、１０ＢａｓｅＴ、ＶＤＳＬ、ＶＤＳＬ２、Ｔ３、１００ＢａｓｅＴ等の低電圧通信線路を保護するように適合された過電圧保護回路１０が示されている。この過電圧保護回路１０は、２００５年１０月１９日出願であり代理人整理番号ＴＣＣＲ−１０００ＵＳを保持している米国特許係属出願第１１／２５４１６２号に詳細に記載されている。この過電圧保護回路１０は、チップ導体１２およびリング導体１４を有する電話回線などの通信線路に接続され得る。過電圧デバイス４４のブレークオーバ電圧（ＶＢＯ）を超える電圧が通信線路導体１２または１４の一方または両方に結合される場合、過電圧デバイス４４はダイオード・ブリッジ４６に導通させられ、電流を接地５０に短絡させる。この過電圧は通信線路導体１２と１４との間、導体１２と接地５０との間、導体１４と接地５０との間、あるいは両導体１２および１４と接地５０との間に存在することもある。ブリッジ４６によって一方向性の過電圧デバイス４４が用いられていずれかの極性の過電圧を接地５０に結合させる。
【００１７】
この回路１０のある重要な特徴によれば、バイアス電圧４８が、過電圧保護デバイス４４両端に印加される。このデバイス４４はテキサス州アーヴィング所在のＬｉｔｔｌｅｅｆｕｓｅ社から商標Ｔｅｃｃｏｒで入手可能な一方向性のＳｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイスであってよい。過電圧保護デバイス４４両端に印加されるバイアス電圧を利用することによって、回路１０の容量特性が線形化される。このことは回路１０が受ける電圧および周波数の関数としての容量の変化（Δｃ）が低減されることを意味する。また、この電圧保護デバイスの動作温度が変化することから生じる容量の変化が低減される。したがって、電圧、周波数および温度の変化の関数であるΔｃ特性がより線形になり、そういったパラメータの変化により依存しなくなる。ギガビットのイーサネット用途では、過電圧保護デバイスのバイアス印加は、温度が変化するか上昇したレベルのままである環境においてエラーを低減させることを著しく改善した。実際、バイアス電圧が上昇するほど、電圧、周波数および温度の関数としての回路の容量はあまり変化しなくなる。
【００１８】
図２は従来のバイポーラか電圧保護デバイスの容量／周波数特性を該デバイス両端に印加される異なる電圧の関数としてグラフで示している。水平方向の周波数軸は対数目盛であることに留意されたい。特に、このグラフはＴｅｃｃｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されているＳｉｄａｃｔｏｒ（登録商標）過電圧保護デバイス、パーツ番号Ｐ３１００ＳＣＭＣの電気特性を示している。ライン３０は０ボルトが両端に印加されたデバイスの容量／周波数特性を示す。ライン３２は１ボルトが両端に印加されたデバイスの容量／周波数特性を示す。ライン３４は２ボルトが両端に印加されたデバイスの容量／周波数特性を示す。ライン３６は５ボルトが両端に印加されたデバイスの容量／周波数特性を示す。ライン３８は１５ボルトが両端に印加されたデバイスの容量／周波数特性を示す。ライン４０は４０ボルトが両端に印加されたデバイスの容量／周波数特性を示す。これらの電気特性は、試験用回路で、他の通信線路をデバイスに一切接続してないデバイスのものである。
【００１９】
より高い電圧を上記バイポーラ過電圧保護デバイス両端に印加すれば、周波数の関数としての容量はあまり変化しないことに留意されたい。これは大半のバイポーラ過電圧保護デバイスに概ね当てはまる。しかし、遭遇する問題は、過電圧保護デバイス両端の電圧は一般に、知ることができないか、通信回路または通信線路に接続されるときに常に予測することができないということである。このため、そういったデバイス両端の電圧が低い場合、他の通信回路は過電圧保護デバイスの容量の変化を伴って動作しなければならない。ＶＤＳＬおよび他の高速デジタル信号をＤＳＬ線路を用いて伝送する際、これは過電圧保護デバイスの増大された容量に対応するのに、すなわちより高い誤り率を受容するのに必要となるであろう速度未満に伝送速度を低減させることを意味する。これら解決策のいずれも通信プロバイダまたはユーザには受け入れられない。
【００２０】
再び図２を参照すると、過電圧保護デバイス両端の電圧が低い場合、すなわち約１Ｖ〜５Ｖでは、デバイスの容量はデバイス両端の電圧がより高い場合に変化する以上に実質的に変化することに留意されたい。この例の特定のデバイスに関し、および該デバイス両端に印加される電圧が１Ｖの場合、デバイスの容量は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲において約４０ｐｆから約３５ｐｆまで約５ｐｆ変化する。これはデバイスの容量が約１２．５％変化することを表している。１Ｖの電位をデバイス両端に印加すると、１００ＭＨｚにおける容量は約３３ｐｆである。同じ過電圧保護デバイスに４０Ｖの電圧を印加した場合を考えると、１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚまでの容量の変化は約１ｐｆ（２８ｐｆ−２７ｐｆ）、すなわち容量の変化は３．６％であることに留意されたい。１００ＭＨｚでは、４０Ｖのバイアスが両端に印加されたデバイスによって示される容量は約２４ｐｆである。このように容量変化の程度が小さいことは図２の線形の４０Ｖのラインからわかる。デバイスにより低い電圧を印加し場合を表す他のグラフのラインは、さらに非線形的である。デバイス両端に通常印加されるよりも高い電圧が存在することを保証することによって、それに応じてデバイス内の容量変化が低減されることもわかる。上記のように、バイポーラ半導体接合両端により高い電圧が印加されると、デバイスの導電性領域（コンデンサ・プレート）間の空乏領域が広くなり、ひいては容量が小さくなる。
【００２１】
本発明のある重要な特徴によれば、より低い容量で当該デバイスが連続的に動作するように、バイアス電圧が過電圧保護デバイス４４に印加され、これによって通信線路が最適な速度および帯域で動作することが可能となる。過電圧保護デバイス両端に少なくともある所定電圧が常に存在することを保証することによって、それに接続された通信線路が最小の程度の容量変化、すなわち少なくとも過電圧保護デバイスによって提供される容量を受けることが保証される。過電圧保護デバイスが周波数および温度の変化を被る場合に上記利点も実現される。
【００２２】
図１は浮動バイアス供給電圧（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｂｉａｓ  ｓｕｐｐｌｙ  ｖｏｌｔａｇｅ）を用いた過電圧保護デバイス１０を示している。この図では、Ｓｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス４４は、チップ導体１２およびリング導体１４を含んだ通信線路に接続された一方向性バイポーラ・デバイスである。チップ導体１２およびリング導体１４はブリッジ４６の個々のダイオード対によって過電圧保護デバイス４４のノード６８および６９に接続されている。チップ導体１２はダイオード対５２および５４を介して過電圧保護デバイス４４に接続されており、一方、リング導体１４はダイオード対５６および５８を介して過電圧保護デバイス４４に接続されている。過電圧保護デバイス４４はダイオード対６０および６２によってノード６８および６９を介して接地５０に接続されている。特に、ダイオード６２のカソードは接地５０に接続され、ダイオード６０のアノードは接地５０に接続されている。いずれかの極性の過電圧がチップ導体１２またはリング導体あるいはその両方からブリッジ４６の種々のダイオードを介して接地５０へ従来の様式で伝導され得る。図示のように、過電圧保護デバイス４４を通る種々の電流経路は、第１のダイオード、過電圧保護デバイス４４、次いで第２のダイオードを含む。この３つの構成要素はすべて直列であるので、過電圧保護回路１０によって通信線路１２および１４に提供される実効キャパシタンスは低減される。
【００２３】
供給源４８のバイアス電圧は過電圧保護デバイス４４の端子両端に印加される。このバイアス電圧はＤＣ電圧であることが好ましく、過電圧保護デバイス４４に継続的に印加される。あるいは、このバイアス電圧は通信線路１２および１４が通信信号を伝送する動作中にのみ印加されてもよい。
【００２４】
バイアス電圧は、浮動バイアス供給源実施例の少なくとも１つの絶縁抵抗器６４を介して、好ましくは２つの絶縁抵抗器（任意の絶縁抵抗器６６として１つを示す）を介して、バイアス電圧源４８によって過電圧保護デバイス４４に印加される。この絶縁抵抗器６４および６６は、過電圧保護デバイス４８が過電圧に応答して導電状態にされるときに電圧源４８と過電圧保護デバイス４４との間を絶縁するように十分に高い抵抗である。実際、絶縁抵抗器６４および６６は各々約１メガオーム以上であり得る。しかし、ある種の用途では、抵抗器６３および６６各々の値は、数百Ωほどに低くてもよい。通信線路１２および１４上の過電圧が過電圧保護デバイス４４を導電状態にトリガするときの期間中、このバイアス電圧の存在は過電圧保護デバイス４４のブレークオーバ電圧または他の電気特性に影響を及ぼさない。
【００２５】
バイアス電圧源４８の極性は、ブリッジ４６のダイオードが通信線路１２および１４の正常動作中に逆にバイアスされるように選択される。バイアス電圧源４８は接地に対して基準電圧でない状態、すなわち浮動で示しているが、他の通信線路の状況では過電圧保護回路は異なる構成であってもよい。バイアス電圧源の種々の構成では、バイアス電圧源のプラス端子は接地に対してマイナスであるべきではなく、マイナス端子は接地に対してプラスであるべきではないことに留意することが重要である。
【００２６】
図１の過電圧保護回路の動作中、バイアス電圧源４８のバイアス電圧は、ａ）通信線路の最大動作電圧より大きく、ｂ）過電圧保護デバイス４４のブレークオーバ電圧よりも低いことが仮定されている。以下に記載のように、上記制限ａ）はバイアス電圧源４８と直列でブロッキング・ダイオードを用いるときには不要である。過電圧保護デバイス４４の容量はデバイス４４両端に印加されるバイアス電圧が一定であるために比較的変化しないままである。ダイオード両端の電圧は線間電圧と共に変化するので、線間電圧が変化すればブリッジ・ダイオードの容量が変化する。上記のように、高いデータ率で動作するとき、または回路容量の変化が危機的で好ましくない他の環境では、過電圧保護デバイス４４をバイアスすることによって通信線路の性能が改善され、データ伝送エラーが低減され得る。
【００２７】
いくつかの事項を考慮すると、図１の過電圧保護回路１０はその企図された用途のために機能する。まず、上記のように、過電圧保護デバイス４４は、ブレークオーバ電圧がバッテリー電圧あるいは音声信号またはデータ信号よりも概ね大きい、シグナリング電圧またはリンギング電圧などの通信線路を通常伝送される高電圧よりも大きくなるように選択されることが好ましい。次に、バイアス電圧４８の大きさは通信線路で通常遭遇するどんな電圧よりも大きくなければならない。もしこれらの考慮が従来固執されていない場合、過電圧保護デバイス４４は通信線路に不用意に結合される過電圧よりも高い動作電圧によって導電性にされるか、または通信線路に結合された過電圧が存在しない場合であっても、ブリッジの種々のダイオードが順方向にバイアスされ得る。
【００２８】
図３のグラフは種々のサイリスタ・デバイスの容量特性を線間電圧の関数として示している。グラフのライン７３は２６０Ｖのブレークオーバ電圧を有する単一のＳｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス（Ｐ２６００ＳＣＭＣ）の容量特性を示す。ライン７５は１３５Ｖのブレークオーバ電圧を各々有する直列接続された２つのＳｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス（Ｐ２７０３ＡＣＭＣ）の容量特性を示す。ライン７７は７２Ｖのブレークオーバ電圧を各々有する直列接続された４つのＳｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス（Ｐ０７２０ＳＣＭＣ）の容量特性を示す。ライン７９は、１対の逆並列ＭＵＲダイオードに直列接続された別のＳｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス（Ｐ３１００ＳＣＭＣ）の容量特性を示す。ＶＤＳＬ２ラインの線間電圧は図３の水平軸によって表されていることに留意されたい。
【００２９】
図１に示したタイプなどの半導体過電圧保護回路１０がツイストペアになったチップおよびリング型の通信線路に結合される場合、そのような回路の容量／線間電圧特性は図３のライン７０および７２によって示したようになる。このグラフのライン７０は過電圧保護回路１０の容量は過電圧保護デバイス４４両端にゼロのバイアスが印加されるときに約１２ｐｆであることを示す。すなわち、図１に示したバイアス電圧４８は開回路になっている。過電圧保護回路１０のデバイス４４のバイアス電圧４８が約５３Ｖまで上昇すると、容量／線間電圧特性は図３のライン７２によって示したようになる。この場合、容量は約７ｐｆまで低減され、通信線路電圧が５３Ｖのバイアス電圧を超えるまで比較的線形であることがわかる。チップ導体１２またはリング導体１４いずれかの線間電圧がバイアス電圧源４８の電圧を超えると、グラフのライン７２の上昇部分７４により示すように、容量は突然上昇する。このように容量が急峻に上昇することは望ましくなく、通信線路の電気状態が不安定になることになり、ひいてはデータ伝送エラーを生じることになる。
【００３０】
過電圧保護回路にわたって経験される異なる電圧は、最も過酷な状態は線間電圧が低いときであり、種々の半導体保護回路は通信線路に大きな容量変化を与えることに留意することによって理解され得る。これは通信線路が乾燥状態中に生じ得、この場合、電話回線が集中されたトラフィックを搬送している時間中に個々の電話会話に比して効果的にアンパワーされる。電話回線のこの状態中の線間電圧は０Ｖ〜約４Ｖになり得る。通信線路のオフ・フック状態中、チップ導体およびリング導体の電圧は８Ｖ〜２０Ｖになり得る。オフ・フック中電話回線では電話の能動的な会話が実行される。電話機をオン・フック状態に置くと、チップ導体とリング導体との間の電圧は４８Ｖ〜５６Ｖになり得る。これらの電圧は公称値に過ぎない。実際、線間電圧は線間状態および他の環境に基づいて上記値と大きく異なり得る。データ信号を搬送するように適合された電話回線では、電話機は実際はオン・フックであってよいが、モデムは通信線路に接続されて、能動的にデータ信号を送信し得る。
【００３１】
上記データ伝送エラーは、例えば高速通信線路のユーザがモデムまたは他のデータ・インターフェースを介してデータを送信または受信し、その線路がリンギング電圧などの高電圧またはオフ・フック状態を通信線路で突然受けるときに発生する。線間電圧が５３Ｖを超える期間中、この実施例では、過電圧保護回路の容量は突然上昇する。このように通信線路に接続された容量が急激に上昇すると、設置またはその後のリブート中にデータ・モデムが最初に均一化される通信線路の電気的パラメータが乱れることになる。通信線路が異なる容量を示すとき、すなわち容量の上昇を示すとき、データ・モデムと通信線路との間の電気的適合が乱され、ひいては伝送エラーが生じることになる。
【００３２】
例として、１００Ｖの信号など、５３Ｖのバイアス電圧を超える電圧が図１の回路のチップ導体１２に印加されると仮定する。過電圧保護デバイス４４のブレークオーバ電圧が１００Ｖを超える場合、そういったデバイス４４は非導電状態のままである。しかし、ブリッジ４６のダイオード５２は順方向にバイアスされ、電流は絶縁抵抗器６４を通ってバイアス電圧源４８に（逆方向に）流れ込み、次いで、他方の絶縁抵抗器６６およびブリッジ・ダイオード５８を介してリング導体１４に流れ込む。あるいは、バイアス電圧源４８が接地されたタイプの場合、電流はバイアス電圧源４８から接地に流れ得る。電流がバイアス電圧源４８を逆方向に流れる場合、通信線路に与えられる容量は図３の上を向いたライン７４で示すように急峻に上昇し、データ伝送エラーが生じることもある。ブリッジ・ダイオードの１つまたは複数の接合部が順方向にバイアスされるとき、バイアス電圧源の容量が働き始め、過電圧保護回路１０の増大された容量に著しく貢献すると考えられる。
【００３３】
本発明のある重要な特徴によれば、通信線路電圧によって順方向にバイアスされたブリッジ・ダイオードを介してバイアス電圧源に電流が流れるのが阻止される。これは図４の過電圧保護回路８０に示したようなブロッキング・ダイオード８２ａを用いて阻止される。単一のブロッキング・ダイオード８２ａを用いてよいが、１対のブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを用いることが好ましい。図４の回路８０はブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂが加えられていることを除いて図１に示したものと実質的に同じであり、同じ低容量の利点の多くを含む。ブロッキング・ダイオード８２ａはバイアス電圧源４８からの漏れ電流が順方向にバイアスされたブロッキング・ダイオード８２ａを通って過電圧デバイス４４に流れるように分極している。しかし、通信線路上でリンギング電圧などの高電圧がチップ導体１２またはリング導体１４のいずれかに印加される場合、ブロッキング・ダイオード８２ａは逆にバイアスされる。すなわち、図４の過電圧保護回路８０に関し、電流経路各々は逆にバイアスされたブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを有しているので、通信線路上の高電圧に応答してバイアス電圧源４８に流れ込む電流が阻止される。
【００３４】
図４の本発明の好適な実施形態では、過電圧保護デバイス４４はダイオード・ブリッジ４６の対向するノード６８と６９との間に接続されている。絶縁抵抗器６４および任意の抵抗器６６も、個々のブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを介して個々のノード６８および６９に結合されている。絶縁抵抗器６４および６６はバイアス電圧源４８をダイオード・ブリッジのノード６８および６９から絶縁するように機能する。すなわち、通信線路の過電圧が過電圧保護デバイス４４を導電状態にするとき、バイアス電圧源４８は効果的に短絡されない。通信線路のチップ導体１２は、ダイオード５２のカソードおよびダイオード５４のアノードによって画定されたブリッジ４６のノード２０に接続されている。通信線路のリング導体１４は、ダイオード５６のアノードおよびダイオード５８のカソードによって画定されたブリッジ４６のノード２２に接続されている。回路接地５０または他の基準電位は、ダイオード６０のアノードおよびダイオード６２のカソードによって画定されたブリッジのノード２４に接続されている。
【００３５】
ブロッキング・ダイオード８２ａは、図４の過電圧保護回路８０に用いられる唯一のブロッキング・ダイオードであってもよい。同じく、ブロッキング・ダイオード８２ｂは、用いられる唯一のブロッキング・ダイオードであってもよく、バイアス電圧源４８のマイナス側に設けられてもよい。後者の場合、ブロッキング・ダイオード８２ｂは通信線路上の高電圧から生じる電流がブロッキング・ダイオードを通り、バイアス電圧源４８を通って流れるのが阻止されるように分極される。両ブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂは、絶縁抵抗器６４および６６のブリッジ側のプラスおよびマイナス両方の供給線路に設けられることが好ましい。ブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを個々の絶縁抵抗器６４および６６のいずれかの側に設けてもよいが、絶縁抵抗器６４および６６のブリッジ側にブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを設けることが好ましい。この理由は、ブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂが次いでブリッジ・ダイオードに沿って半導体チップ内に製造され得るからである。不所望の漏れ電流がバイアス電圧源４８を逆方向に流れないように、１つ以上のブロッキング・ダイオードが過電圧保護回路の多数の場所に設けられてもよい。実際、同様の漏れ電流経路が高い線間電圧に応答して存在し得ることが他の種類の過電圧保護回路においてみられる場合、そういった電流を阻止し、そういった過電圧保護回路の容量特性を比較的一定に維持するために、ブロッキング・ダイオードを用いてもよい。
【００３６】
図５は図４の過電圧保護回路８０の容量／線間電圧特性を示している。グラフのライン７３、７５、７７、７９および７０は、バイアス電圧が過電圧保護デバイス４４両端に印加されておらず、上記過電圧保護デバイスの種々の異なる構成を有する、過電圧保護回路８０の容量特性を示す。グラフのライン８４は、５３Ｖのバイアスが過電圧保護デバイス４４両端に印加された図４の過電圧保護回路８０の容量特性を示す。グラフのライン８４は通信線路の電圧範囲を通して概ね線形であるが、約５０Ｖの線間電圧からはじまって幾分上昇する。約５３Ｖでは、ライン８４は過電圧保護デバイス４４にゼロのバイアスが印加されたのを表すライン７０と一致しているように継続する。重要なのは、過電圧保護回路８０では、容量はゼロＶのバイアス電圧（ライン７０）が過電圧保護デバイス４４両端に印加された場合よりも決して大きくならないことである。図３のライン（ライン７２で示す）とは対照的に、図５のライン８４はバイアス電圧源４８を超える電圧が通信線路の導体１２または１４の一方または両方に印加されるときに容量がゼロを超えて上昇しない。過電圧保護回路８０は比較的一定の容量を呈し、データ送信エラーに遭遇することが少なくなる。
【００３７】
本発明のある重要な特徴によれば、通信線路で通常遭遇する線間電圧を超える、リング電圧をも超えるバイアス電圧をもはや提供する必要はない。ブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを用いれば、バイアス電圧は通信線路上で通常遭遇する電圧よりも非常に低くなり得、電圧保護回路８０に付加的な容量を課すであろうバイアス電圧源４８に電流が流れるのが阻止される。実質的に平坦な容量負荷特性により、過電圧保護回路８０を多数の異なるタイプおよび構成の通信線路に容易に組み込むことが可能である。実際、通信線路によって通常担持される線間電圧の大きさを憂慮せずに、１つまたは数個の一般的な過電圧保護回路が多様な通信線路と一緒に使用されるのに提供されてもよい。過電圧保護回路の容量負荷特性が信号周波数、データ速度、または線間電圧と概ね依存しないとき、データ・モデムおよび他のライン・インターフェース回路の設計はより容易になされ、単純化される。換言すれば、異なる通信線路用途において遭遇する線間電圧を考慮せずに、同じバイアス電圧源（大きさ）を用いてもよい。
【００３８】
図６は図４に関連して上述したものと同様な過電圧保護回路の一般的な容量特性を示すグラフである。グラフのライン１２０はデバイス４４にゼロのバイアス電圧を印加したときの、回路の容量特性を表す。グラフの横軸に示されるように、線路電圧が対数的に上昇するにつれて、容量は減少する。これは過電圧保護デバイス４４のバイポーラ接合の空乏領域が広がり、したがってコンデンサ・プレート間の有効ギャップが増大し、容量を減少させるからである。過電圧保護回路４４にバイアス電圧が印加されない場合は、容量は線路電圧で変わり続け、そのことは電気特性の好ましくない変化を表す。
【００３９】
図６のグラフのライン１２２は、３．３Ｖのバイアスが過電圧保護回路に印加された過電圧保護回路の容量特性を表している。この図では、この回路の容量特性は約１Ｖまで実質的にほぼ一定のままであり、次いで、ゼロＶのバイアスを表す値まで上昇し、その後、ライン１２０のゼロＶのバイアスの容量特性と一致したままになる。ライン１２２によって表された容量の上方へのブレークまたはターンならびにグラフの他のラインは、線間電圧によってダイオード・ブリッジを順方向にバイアスすることによってもたらされる容量であると考えられる。ライン１２４は５．０Ｖのバイアス電圧が印加された回路の容量特性を表している。ライン１２６は１２．０Ｖのバイアス電圧の関数として容量を表している。ライン１２８、１３０および１３２はバイアス電圧がそれぞれ２４．０Ｖ、３０．０Ｖおよび５０．０Ｖのときの容量を表している。図示のように、バイアス電圧が大きい場合、容量はより広い線間電圧範囲にわたって比較的平坦で、一定のままである。このバイアス回路に１つまたは複数のブロッキング・ダイオードを用いる場合、バイアス電圧がまったく用いられないときの容量を超えて容量が上昇することはない。
【００４０】
図７は本発明と一緒に用いられる過電圧保護デバイスの容量特性を温度の関数として示すグラフである。実線１４０はＬｉｔｔｌｅｆｕｓｅ社から商標Ｔｅｃｃｏｒで入手可能なＰ３００２ＳＢ  Ｓｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス用いた回路の容量特性である。ライン１４０はゼロのバイアスがＳｉｄａｃｔｏｒデバイスに印加された容量特性である。破線１４２もそのようなデバイスの容量特性を温度の関数として示しているが、１５．０Ｖのバイアス電圧が用いられたものである。バイアス電圧をこの過電圧保護デバイスに印加すると、容量の変化が低減され、温度の変化に比較的依存しなくなることがわかる。実線１４４および破線１４６はＳｉｄａｃｔｏｒ  Ｐ３１００ＳＣＭＣ過電圧保護デバイスを用いた本発明の過電圧保護回路の個々の容量特性を表す。ライン１４４はゼロ・バイアス電圧がＳｉｄａｃｔｏｒデバイスに印加されたときの容量特性を温度の関数として示す。ライン１４６は１５．０ＶのバイアスがＳｉｄａｃｔｏｒデバイスに印加されたときの容量特性を温度の関数として示す。また、あるバイアス電圧をこの過電圧保護デバイスに印加すると、温度の変化に伴う容量の変化ははるかに小さい。本発明のこの特徴は、バイアス電圧を使用することが温度の変化の関数として送信エラーを実質的に低減させることが認められたギガビットのイーサネット領域を含む多数の領域で有利であることが認められた。
【００４１】
上記のように、本発明の過電圧保護回路は浮動バイアス電圧源を用いて動作しなくてよい。むしろ、図８に示すように、接地基準バイアス電圧源を用いてもよい。この図では、バイアス電圧源４８のマイナス端子が接地されている。同じく、絶縁抵抗器６６も接地され、第２のブロッキング・ダイオード８２ｂと直列に設けられている。絶縁回路を維持するために、第２の絶縁抵抗器６６が必要である。他のあらゆる点において、図６の過電圧保護回路は上記と同じ利点を提供する。
【００４２】
図９は４ダイオード・ブリッジを用いた過電圧保護回路７６を示している。過電圧保護回路７６は通信線路の容量負荷を最小にするように十分に適合されている。この保護回路７６は、ノード７８および８０を有する４個のダイオードが通信線路のチップ導体１２およびリング導体１４にそれぞれ接続された構成のブリッジを含む。ダイオード・ブリッジのノード８２および８４は個々のブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂに接続されている。絶縁抵抗器６４および６６は個々のブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂに直列接続されており、他の閾値デバイスのツェナー・ダイオードまたはホストであってもよいＴＶＳデバイス８６などの閾値デバイス８６にバイアス電圧を印加するバイアス電圧源４８に結合されている。ＴＶＳデバイス８６は、関連する用途に適した逆の破壊電圧を提供するように選択されてもよい。バイアス電圧は上記図４の実施形態に関連して上で説明したのと同じ機能を提供する。また、ブリッジのダイオード５２、５４、５６および５８は低容量のために構成または選択されてもよい。すなわち、使用される過電圧保護デバイスのサージ電流能力の１００〜１５０％のみを収容する接合領域を含んでもよい。つまり、ブリッジ・ダイオードの容量はその能力を運ぶ電流を制御し、ダイオードの電流能力を必要以上に大きくしないことによって最小化される。
【００４３】
図４に示した過電圧保護回路８０は特定の利点を提供することができるが、本発明の特徴はそのような過電圧保護回路に限定されるものではない。図１０は本発明を用いるための別の用途を示している。この図では、いくつかの通信線路回路がそういう種類の保護のみを必要とするので、一方向性の保護が過電圧保護デバイス９０によってチップ導体１２およびリング導体１４に提供される。バイアス電圧源４８のプラス端子は絶縁抵抗器６４を介してブロッキング・ダイオード８２ａのアノードに接続されている。ブロッキング・ダイオード８２ａのカソードは一方向性過電圧保護デバイス９０の一端に接続されている。同様に、バイアス電圧源４８のマイナス端子は絶縁抵抗器６６に接続され、次にこの抵抗器６６は第２のブロッキング・ダイオード８２ｂのカソードに接続されている。ブロッキング・ダイオード８２ｂのアノードは一方向性過電圧保護デバイス９０の他の端子に接続されている。ダイオード９４のカソードはブロッキング・ダイオード８２ａのカソードに接続され、ダイオード９６のアノードは他のブロッキング・ダイオード８２ｂのアノードに接続されている。ダイオード９４のアノードはダイオード９２のカソードに接続されている他、リング導体１４にも接続されている。ダイオード９６のカソードはダイオード９２のアノードに接続されている他、リング導体１４にも接続されている。
【００４４】
理解されるように、一方向性過電圧保護デバイス９０はその容量特性を線形化するためにバイアス電圧４８によってバイアスされる。絶縁抵抗器６４および６６ならびにブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂは上で説明したのと同じ機能を提供する。ダイオード９４および９６は、バイアス電圧４８がチップ導体１２およびリング導体１４をバイアス印加するのを阻止する。動作中、正の過電圧がチップ導体１２に印加されると、過電圧保護デバイス９０は絶縁し、生じた電流を導通する。この過電圧から生じた電流はダイオード９４、過電圧保護デバイス９０およびダイオード９６を通ってチップ導体１２に流れる。チップ導体１２が正の過電圧である場合、生じた電流はダイオード９２を介してチップ導体１２に流れる。また、バイアス電圧源４８の大きさは、そのような通信線路上で通常遭遇する通信線路電圧よりも小さくなり得る。
【００４５】
１つまたは複数のブロッキング・ダイオードの実装では、当業者であれば、ブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂを同じチップ上に１つまたは複数のブリッジ・ダイオードと共に組み込んだ半導体チップを製造することが都合がよいことに気づくであろう。例えば、図４の実施形態のブロッキング・ダイオード８２ａは、全４個のダイオードのカソードが共通して接続された状態で、ブリッジ５２、５６および６０を製造するのに使用されるような同じチップに製造してもよい。この場合、ブロッキング・ダイオード８２ａはブリッジ・ノード６８と絶縁抵抗器６４との間に接続されることになる。同じく、ブロッキング・ダイオード８２ｂはマイナスのバイアス電圧源回路に設けられてもよく、ダイオードのアノード全部が共通して接続された、ブリッジ・ダイオード５４、５８および６２と同じチップに製造されてもよい。この場合、ブロッキング・ダイオードはブリッジ・ダイオード５４、５８のアノードおよび６２と絶縁抵抗器６６との間に接続される。ブリッジ・ダイオード６０および６２は、他のブリッジ・ダイオード約２倍の能力を搬送する電流を有するような構造になるのが好ましい。これは各ダイオード６０または６２がチップ導体１２およびリング導体１４上の双方で同時に発生する過電圧から生じる電流を運ぶ必要があるかもしれないからである。
【００４６】
本発明の概念によれば、過電圧保護回路の種々の実施形態は、当該分野で周知の保護回路に強化され優れた性能を提供する。本発明の回路をバイアスするいくつかのガイドラインを以下に記載する。バイアス電圧の正電圧は好ましくはゼロＶ以上であるべきである。バイアス電圧の負電圧はゼロＶ以下であるべきである。最後に、バイアス電圧は使用される過電圧保護デバイスのブレークオーバ電圧または閾値電圧未満であるべきである。上記ガイドラインの一部または全部によって遵守することなく本発明の原理および概念を用い得るような状況があり得るので、これらは単なるガイドラインであることを理解されたい。理解されるように、本発明を実施するのに、バイアス電圧が通信線路電圧を超える必要はもはやない。
【００４７】
図１１はモジュールにパッケージングされた過電圧保護回路１２０の一実施形態を示している。図１２はＱＦＮパッケージ１００のピン端子を示しており、過電圧保護回路１２０の構成要素が接続された導体経路および導体パッドも示す。このモジュールは電話線路インターフェース・ユニットおよび他の通信線路と一緒に使用されるのに十分に適合されたＱＦＮ表面実装パッケージ１００である。図からわかるように、この過電圧保護回路のチップ端子およびリング端子は、個々の通信線路１２および１４両端に架橋されている。接地導体が通信線路回路接地に接続されている。示されている通信線路は、個々の導体１２および４４ならびにそれに接続された回路に過電流保護を提供するための１対のフューズ１０１および１０３を備えている。正の温度係数抵抗器を含む他の過電流保護回路およびデバイスを用いてもよい。この実施形態では、通信線路はライン変圧器１０５の一次側に接続されている。ライン変圧器１０５の二次側は、通信線路によって搬送されるデジタル信号を処理するように適合されたチップセット１０７に接続されている。このチップセットはＤＳＬ信号を処理するタイプのＤＳＬドライバであってもよい。当然ながら、本発明の種々の過電圧保護回路は、他の多数のデジタル信号プロトコルおよびフォーマットを搬送するように適合されたチップセットと共に他の通信線路のホストに結合することもできる。
【００４８】
図１１の過電圧保護回路実施形態は、２個の外部の絶縁抵抗器６４および６６を経由してパッケージ１００に結合された外部浮動バイアス電圧源４８を用いている。バイアス電圧源４８のプラス端子は絶縁抵抗器６４に接続され、バイアス電圧源４８のマイナス端子は絶縁抵抗器６６に接続されている。絶縁抵抗器６４の他方の端子はパッケージ１００のピン７に接続されており、絶縁抵抗器６６の他方の端子はパッケージ１００のピン２に接続されている。パッケージ端子１および８は共に通信線路チップ導体１２に接続されている。パッケージ端子４および５は共に通信線路リング導体１４に接続されており、パッケージ端子３および６は共に回路接地に接続されている。
【００４９】
図１１の過電圧保護回路１２０は、６ダイオード・ブリッジ４６、２個のブロッキング・ダイオード８２ａおよび８２ｂ、およびイリノイ州デスプレーンズ所在のＬｉｔｔｌｅｆｕｓｅ社からＴｅｃｃｏｒの商標で入手可能なＳｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス４４を備える。Ｓｉｄａｃｔｏｒ過電圧保護デバイス４４は、イーサネット用途には５〜８Ｖもの低さのブレークオーバ電圧を提供し、ドライ・ループ用途には３０Ｖのブレークオーバ電圧を提供し、ＤＳＬ−ｏｖｅｒ−ＰＯＴＳ用途には２５０〜３５０Ｖのブレークオーバ電圧を提供するように選択されてよい。本発明の一実施形態によれば、過電圧保護回路を画定する回路およびデバイスは、４個のダイオード、すなわちダイオード５２、５６、６０および８２ａをその中に有して製造された１つのチップを備える。ダイオード５４、５８、６２および８２ｂをその中に組み込むように第２のチップが製造される。第３のチップが過電圧保護デバイス４４を含む。この３つの半導体チップは、図９のパッケージ１００の概要に示した回路を形成するように相互接続される。
【００５０】
パッケージ１００は図１０に全部示した種々の金属製導体の経路またはパッドと共に製造される。パッケージ１００はリング導体経路１０２、大型の接地導体経路１０４、チップ導体経路１０６、第１の絶縁抵抗器導体パッド１０８、および第２の絶縁抵抗器導体パッド１１０と共に構成される。ＱＦＮパッケージ１００は８ピン・パッケージであることが好ましい。上記のように、過電圧保護回路１２０は、どのような導体経路を破壊することも、干渉することもなく通信線路インターフェースを用いて容易に実施可能である。むしろ、過電圧保護回路１２０は線路インターフェースの既存のチップ導体回路、リング導体回路および接地導体回路に簡単に架橋される。同じく、過電圧保護回路１２０は通信線路インターフェース回路の新しいデザインに容易に組み組むことができる。リング導体経路１０２およびチップ導体経路１０６は、そういった導体の電流搬送能力に影響を及ぼすことなくこの経路が既存のリング導体およびチップ導体と直列で挿入されるように、重金属経路として構成される。
【００５１】
ダイオード・ブリッジ４６のノード２２は、パッケージ１００のピン４および５を画定するリング導体経路１０２に接続されている。ダイオード・ブリッジ４６のノード２０はパッケージ１００のピン１および８を画定するチップ導体経路１０６に接続されている。ダイオード・ブリッジ４６のノード２４はパッケージ１００のピン３および６を画定する接地導体経路１０４に接続されている。顧客によって提供される絶縁抵抗器６４の一端子は、パッケージ１００のピン７を画定する絶縁抵抗器導体パッド１０８に接続されている。他方の絶縁器６６の一端子は、パッケージのピン２を画定する抵抗器導体パッド１１０に接続されている。上記のように、絶縁抵抗器６４および６６は、過電圧保護デバイス４４が導電状態にされるときにバイアス電圧源４８と過電圧保護デバイス４４との間を電気的に絶縁するように大きな値であることが好ましい。
【００５２】
バイアス電圧源４８は、安定化、または非安定化の基準電源を含む従来のどのような種類のものであってもよい。関連する用途に応じて、種々の電圧のバイアス電圧源を用いてもよい。上記のように、本発明の原理を用いるとき、バイアス電圧源４８の電圧は通信線路上で通常遭遇する高電圧以上である必要はない。過電圧保護デバイス４４をバイアスして高速デジタル通信線と共に使用されるのに十分適合された低容量回路１０を達成するために、外部バイアス電圧源４６が用いられる。バイアス電圧源４８のプラス端子は絶縁抵抗器６４の端子に接続されている。バイアス電圧源４８のマイナス端子は第２の絶縁抵抗器６６に接続されている。
【００５３】
一実施形態をＱＦＮパッケージに組み込むことに関連して説明する。しかし、別個の部品がプリント基板に設けられた回路を含む多数の他の種類のパッケージを実現することができる。同じく、他のピン構成を有する他のパッケージを容易に得ることができる。同じく、同業者であれば、過電圧保護デバイスを含むソリッド・ステート構成要素全部を単一のチップに組み込むことができよう。さらに、絶縁抵抗器を含む過電圧保護回路全体を単一のモジュールに組み込むことが可能である。バイアス電圧源構成要素さえも過電圧保護回路と同じモジュールに組み込むことが可能である。
【００５４】
上記過電圧保護回路はＳｉｄａｖｔｏｒ過電圧保護デバイスの使用に関連して記載されているが、ゲート型または非ゲート型の他のサイリスタ・デバイスを用いてもよい。また、バイポーラ半導体技術を用いて構成されるツェナー・ダイオードおよびＴＶＳデバイスなどの閾値デバイス、および他のバイポーラ閾値デバイスを本発明と一緒に用い、動作容量を低減させることもできる。本明細書に記載の好適な実施形態は１対の導体を有する通信線路を用いる。本発明の概念および原理が単一の導体を有する通信線路に応用可能であるように、これは本発明の実施を制限するものではない。
【００５５】
本発明の好適な実施形態および他の実施形態を特定の保護電圧回路意を参照して開示してきたが、添付の特許請求の範囲に定められるように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、技術的選択事項として、細部に多数の変更がなされてよいことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】サイリスタ・デバイスの容量を線形化する過電圧保護回路を示す略図である。
【図２】バイポーラ・サイリスタ・デバイスの容量／周波数特性を種々の印加されるバイアス電圧の関数として示すグラフである。
【図３】通信線路の異なる条件中、および本発明のブロッキング・ダイオードを用いていない、種々の過電圧保護デバイスおよび図１の過電圧保護回路の容量／周波数特性を示すグラフである。
【図４】ブロッキング・ダイオードを組み込んだ過電圧保護回路を示す略図である。
【図５】図３に類似するが、通信線路電圧がバイアス電圧を超えたとき、本発明のブロッキング・ダイオードを備えた図４の過電圧保護回路の異なる特性を示すグラフである。
【図６】異なる大きさのバイアス電圧が過電圧保護デバイス両端に印加された本発明の過電圧保護回路の容量特性を示すグラフである。
【図７】２つの異なる過電圧保護デバイスに関する、本発明の過電圧保護回路の容量特性を温度の関数として示すグラフである。
【図８】接地されたバイアス電圧源を用いた本発明の別の実施形態を示す図である。
【図９】４個のダイオード・ブリッジおよびＴＶＳデバイスを用いた、本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図１０】バイアス電圧、ブロッキング・ダイオードおよび一方向性過電圧保護デバイスを組み込んだ別の過電圧保護回路を示す図である。
【図１１】本発明の過電圧保護回路を組み込んだモジュールを示す回路図である。
【図１２】本発明の過電圧保護回路を実施するＱＦＮパッケージのピン端子を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１２、１４  通信線路
４４  過電圧保護デバイス
４６  ダイオード・ブリッジ
４８  バイアス電圧源
６４、６６  絶縁抵抗器
８０  低容量過電圧保護回路
８２  ブロッキング・ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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