(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電界効果装置及び第２電界効果装置を具え、測定すべき電流に比例する出力電圧を供給する電流測定装置において、第１端子及び第２端子を有する電流検知抵抗を具え、第１電界効果装置のソース電極を電流検知抵抗の第１端子に結合し、第１電界効果装置のゲート電極を電流検知抵抗の第２端子に結合し、第１電界効果装置のドレイン電極を、第１電界効果装置のドレイン電流に依存する電流を第２電界効果装置のソース電極に流し込む電流結合装置に結合し、且つ電流結合装置の出力端子に結合されている出力結合装置であって、第２電界効果装置のゲート及びソース端子間の電圧から得られる出力電圧を出力端子に供給する出力結合装置を具えることを特徴とする電流測定装置。
【請求項２】
第１電界効果装置のゲート電圧を第１電界効果装置のソース電圧に対しオフセットさせ、第１電界効果装置のゲート端子に接続されている負端子を有するオフセット電圧源を具えていることを特徴とする請求項１記載の電流測定装置。
【請求項３】
当該電流測定装置の出力電圧を第２電界効果装置のゲート及びソース端子間の電圧に対しオフセットさせるために、電流結合装置と前記出力端子との間に接続されている他のオフセット電圧源を具えていることを特徴とする請求項２記載の電流測定装置。
【請求項４】
第１電界効果装置のドレイン端子と第２電界効果装置のソース端子との間に結合されたカスコード電界効果装置を具え、該カスコード電界効果装置のゲートが基準電源に接続されていることを特徴とする請求項１−３の何れかに記載の電流測定装置。
【請求項５】
第１及び第２入力端子間の電圧に比例する出力電圧を出力端子に供給する電圧測定装置であって、第１及び第２の電界効果装置を具え、第１電界効果装置のソース電極を第１入力端子に結合し、第１電界効果装置のゲート電極を第２入力端子に結合し、第１電界効果装置のドレイン電極を第２電界効果装置のソース電極に結合し、第２電界効果装置のドレイン及びゲート電極を基準電圧に結合し、第２電界効果装置のソース電極を出力端子に結合したことを特徴とする電圧測定装置。
【請求項６】
第１電界効果装置のゲート電圧を第１電界効果装置のソース電圧に対しオフセットさせるオフセット電圧源を具えていることを特徴とする請求項５記載の電圧測定装置。
【請求項７】
当該電流測定装置の出力電圧を第２電界効果装置のゲート及びソース端子間の電圧に対しオフセットさせる他のオフセット電圧源を具えていることを特徴とする請求項６記載の電圧測定装置。
【請求項８】
第１電界効果装置のドレイン端子と第２電界効果装置のソース端子との間に結合されたカスコード電界効果装置を具え、該カスコード電界効果装置のゲートが基準電源に接続されていることを特徴とする請求項５−７の何れかに記載の電圧測定装置。
【請求項９】
請求項１−４の何れかに記載された電流測定装置を具えることを特徴とする電話端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１電界効果デバイス及び第２電界効果デバイスを具え、測定すべき電流に比例する出力電圧を供給する電流測定装置に関するものである。
本発明は、電圧電圧測定装置及び該電圧測定装置を用いる電話端末にも関するものである。
【０００２】
このような電流測定装置は未審査の特開昭５９−２２１６７２号から既知である。
このような電流測定装置は電子回路の一部分を流れる電流を表わす電圧を供給する必要のある種々の用途に広く使用されている。このような用途の一例は電話端末であり、電話端末では線路電流に依存していくつかの伝送パラメータを形成するのが有利である。このようなパラメータの例は送話器及び受話器増幅器の利得である。また、側音平衡の制御を直流線路電流に依存させて全ての線路長に対し正しい側音抑圧を得ることもできる。
【０００３】
上述した特許出願公開の電流測定装置では、測定すべき電流は第１電界効果デバイスのソースに供給される。第１電界効果デバイスのドレインが第２電界効果デバイスのソースに接続され、第２電界効果デバイスのドレインが電源に接続され、第１及び第２電界効果デバイスのゲートが対応する基準電圧に接続されている。
【０００４】
第２電界効果デバイスのソース電圧が測定すべき電流に伴ない変化する。その理由は、第２電界効果デバイスがそのゲート−ソース電圧を入力電流に対応する値に調整するためである。このソース電圧はソースホロワ回路に供給され、使用可能な出力信号を出力端子に供給する。
【０００５】
電界効果デバイスのゲート−ソース電圧とドレイン電流との関係は非線形であるため、測定すべき電流と出力電圧との関係も非線形になる。一般に、このような非線形関係はこのような測定装置に望ましくない。
【０００６】
本発明の目的は、測定すべき電流と出力電圧との間に線形関係が得られる頭書に記載したタイプの電流測定装置を提供することにある。
【０００７】
本発明は、この目的を達成するするために、頭書に記載したタイプの電流測定装置において、第１端子及び第２端子を有する電流検知抵抗を設け、第１電界効果デバイスのゲート電極を電流検知抵抗の第１端子に結合し、第１電界効果装置のソース電極を電流検知抵抗の第２端子に結合し、第１電界効果装置のドレイン電極を、第１電界効果装置のドレイン電流に依存する電流を第２電界効果装置に流せしめる電流結合装置に結合し、且つ第２電界効果装置のゲート及びソース端子間の電圧から得られた出力電圧を出力端子に供給する出力結合装置を設けたことを特徴とする。
【０００８】
電流検知抵抗の両端間の端子電圧を第１電界効果装置のドレイン電流に変換するとともに、このドレイン電流を第２電界効果装置のソース−ゲート電圧に変換することにより、電流検知抵抗の端子電圧に比例する出力電圧が得られる。第１電界効果装置のゲート−ソース電圧とドレイン電流の非線形の関係が第２電界効果装置の同一の非線形の関係により補償される。
【０００９】
本発明電流測定装置の一実施例では、第１電界効果装置のゲート電圧を第１電界効果装置のソース電圧に対しオフセットさせるオフセット電圧源を具えていることを特徴とする。
【００１０】
第１電界効果装置のゲート電圧を第１電界効果装置のソース電圧に対しオフセットさせることにより、電流検知抵抗の両端間に第１電界効果装置の閾値電圧より低い電圧を発生する電流を測定することが可能になる。オフセット電圧を適切に選択すれば、０から出発する値を有する電流を測定することができる。
【００１１】
本発明電流測定装置の他の実施例では、当該電流測定装置の出力電圧を第２電界効果装置のゲート及びソース端子間の電圧に対しオフセットさせるターゲットのオフセット電圧源を具えていることを特徴とする。
【００１２】
この追加の手段によって、オフセット電圧の値と無関係の出力電圧を得ることが可能になる。これは温度とともに変化するオフセット電圧の使用を可能にする。この種のオフセット電圧は集積回路上で容易に発生させることができる。
【００１３】
本発明電流測定装置の更に他の実施例では、第１電界効果装置のドレイン端子と第２電界効果装置のソース端子との間に結合されたカスコード電界効果装置を具え、該カスコード電界効果装置のゲートが基準電圧源に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
カスコード電界効果装置の挿入の結果として、第１電界効果装置の出力インピーダンスが著しく増大する。その結果として電源電圧が第１電界効果装置のドレイン電流に及ぼす影響が減少する。これは測定装置の精度の向上をもたらす。
【００１５】
本発明を図面を参照して以下に詳細に説明する。
図１に示す電流測定装置では、第１端子ＶＨを値Ｒを有する抵抗２の第１端子に接続するとともにＰ−ＭＯＳトランジスタ４のソース端子に接続する。更に、抵抗２の第１端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ４のバルク端子(基板端子)に接続する。第２端子ＶＬを抵抗２の第２端子に接続するとともにオフセット電圧ＶＢを供給するオフセット電圧源６の正端子に接続する。オフセット電圧源６の第２端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ４のゲート端子に接続する。
【００１６】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４のドレイン端子を、本例では簡単な相互接続点からなる電流結合装置５の入力端子に接続する。電流結合装置５の出力端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ１０のソース電極及びバルク電極に結合するとともに他のオフセット電圧源８の正端子に結合する。
【００１７】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０のドレイン端子とゲート端子を接地端子に接続する。
【００１８】
測定すべき電流は測定抵抗２を経て流れる。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４のソース−ゲート電圧はＩ・Ｒ＋ＶＢに等しい。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４の閾値はＶＴに等しいものとし、且つＰ−ＭＯＳトランジスタ４は飽和領域で動作してドレイン電流がドレイン電圧とほぼ無関係であるものとすると、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電流ＩＤは、
ＩＤ＝β０（Ｗ/Ｌ）（ＶＳＧ−ＶＴ）２
＝β０（Ｗ/Ｌ）（Ｉ・Ｒ＋ＶＢ−ＶＴ）２；Ｉ・Ｒ＋ＶＢ＞ＶＴ    (1)
ＩＤ＝０；Ｉ・Ｒ＋ＶＢ≦ＶＴ
と書き表せる。式（1）において、β０はＰ−ＭＯＳトランジスタ４のトランスコンダクタンス定数、Ｗ及びＬはＰ−ＭＯＳトランジスタ４の幅及び長さである。ＶＧＳはＰ−ＭＯＳトランジスタ４のゲート−ソース電圧及びＶＴはＰ−ＭＯＳトランジスタ４の閾値電圧である。
【００１９】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電流はＰ−ＭＯＳトランジスタ１０のソース端子に流し込まれる。この電流はＰ−ＭＯＳトランジスタ１０の両端間に電圧降下ＶＧＳ'を生ずる。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０の特性をＰ−ＭＯＳトランジスタ４の特性に等しく選択する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０のソース電流と電圧降下ＶＧＳ'との関係は、
ＩＳ＝β０（Ｗ/Ｌ）（ＶＧＳ'−ＶＴ）２              (2)
と求められる。
【００２０】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ4のドレイン電流がＰ−ＭＯＳトランジスタ１０のソース電流電流であるため、式(１)及び(２)が等しいものとすることができる。従って、ＶＧＳ'は、
（ＶＧＳ'−ＶＴ）＝（Ｉ・Ｒ＋ＶＢ−ＶＴ）；Ｉ・Ｒ＋ＶＢ＞ＶＴ(
ＶＧＳ'＝Ｉ・Ｒ＋ＶＢ；Ｉ・Ｒ＋ＶＢ＞ＶＴ          (3)
となる。
【００２１】
図１の電流測定回路の出力電圧Ｖ０はＶＧＳ'−ＶＢに等しい。Ｉ・Ｒ＋ＶＢ＞ＶＴの場合には式(3)からＶ０＝Ｉ・Ｒとなる。従って、出力電圧Ｖ０と電流Ｉとの間に線形関係が得られる。ＶＢがＶＴより大きい場合には、０より大きい電流Ｉのすべての値を測定することができる。以上から、出力電圧はＰ−ＭＯＳトランジスタの温度依存特性β０及びＶＴと無関係であること明かである。このための要件は、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４及び１０の特性を等しくすることである。この条件は、一般に両Ｐ−ＭＯＳトランジスタを同一のダイに集積する場合及び両トランジスタを注意深く整合させる場合に満足される。
【００２２】
Ｉ・Ｒが常にＶＴより大きいことが既知である場合には、オフセット電圧源６及び８は省略することができる。出力電圧が値Ｉ・Ｒに対しオフセットを有することを許容し得る場合には、オフセット電圧源８を省略することができる。
【００２３】
抵抗Ｒを除去すれば(又は高い値にすれば)、図１の回路は端子ＶＨ及びＶＬ間の電圧に比例する電圧を測定する電圧測定装置として使用することもできる。
【００２４】
以上においては、Ｐ−ＭＯＳトランジスタのドレイン電流はドレイン−ソース電圧と無関係であるものと仮定したが、実際にはこれは完全には真でない。
【００２５】
図２は本発明電流測定装置の実施例を示し、本例ではＰ−ＭＯＳトランジスタのドレイン−ソース電圧の影響が著しく低減される。図２の装置では、電流結合装置１３は増大した出力インピーダンスを有する電流源を得るためにカスコード回路を具えている。
【００２６】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４のドレインをＰ−ＭＯＳトランジスタ１５のソース端子に接続するとともにＰ−ＭＯＳトランジスタ１１のゲート端子に接続する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１１のドレイン端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ１５のゲート端子に接続する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１５のドレイン端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ１０のソース端子に接続するとともにバッファ１８の入力端子に接続する。バッファ１８の出力端子が電流測定装置の出力端子を構成する。
【００２７】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１１及び１５の組合せがＰ−ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電圧をＰ−ＭＯＳトランジスタ１１のゲート−ソース電圧に等しい値にクランプする。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４と直列に接続されたＰ−ＭＯＳトランジスタ１５により高い出力インピーダンスを有する電流源が得られる。更に、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１１及び１５のク組合せがＰ−ＭＯＳトランジスタ４のドレイン端子の電圧を一定に維持しようとする制御回路として作用するため、この出力インピーダンスが更に高くなる。
【００２８】
図３の電流測定回路の好適実施例では、オフセット電圧源６及び８が挿入されている。オフセット電圧源６及び８はフローティング電流源３１を経て結合されたＰ−ＭＯＳトランジスタ１２及び２６からなる。
【００２９】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２のドレインーソースパスを端子ＶＬとＰ−ＭＯＳトランジスタ４のゲート端子との間に接続する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１２のゲート端子を本トランジスタのドレイン端子に接続する。この場合にはオフセット電圧ＶＢ（オフセット電圧源６）はＰ−ＭＯＳトランジスタ１２のソース及びゲート端子間に発生する。
【００３０】
Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２６のソースをフローティング電流源３１に接続し、本トランジスタのゲート端子及びドレイン端子を接地端子に接続する。
【００３１】
フローティング電流源３１は２つのＮ−ＭＯＳトランジスタ２０及び３０と２つのＰ−ＭＯＳトランジスタ２２及び２８の組合せにより構成される。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２０のソース端子を本トランジスタのゲート端子に接続するとともにＮ−ＭＯＳトランジスタ３０のゲート端子に接続する。Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２０のソース端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ２２のソース端子に接続するとともに、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ３０のソース端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ２８のソース端子に接続する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２のドレイン端子をＰ−ＭＯＳトランジスタ２２のゲート端子、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２８のゲート端子及びＰ−ＭＯＳトランジスタ２４のソース端子に接続する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２４のゲート端子をそのドレイン端子に接続し、両端子を接地端子に接続する。
【００３２】
バイアス電流源１８により供給されるバイアス電流ＩがＰ−ＭＯＳトランジスタ１６及び１４からなる電流ミラーに流れ込む。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１４のドレイン端子から得られる電流ミラーの出力電流はＮ−ＭＯＳトランジスタ２０、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２２及びＰ−ＭＯＳトランジスタ２４の直列接続に流れ込む。トランジスタ３０、２８及び２６はそれぞれトランジスタ２０、２２及び２４と同一の特性を有するため、同一の電圧がトランジスタ２６及び２４の端子に存在する。これにより同一の電流Ｉがトランジスタ２６、２８及び３０の直列接続を経て流れるとともにトランジスタ１２を経て流れる。従って、トランジスタ１２及び２６の両端間に同一の電圧ＶＢが発生する。
【００３３】
トランジスタ４、１０、１１及び１５の組合せの動作は図１及び２について既に説明した。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ１０の両端間の電圧はＶＨ−ＶＬ＋ＶＢに等しい。演算増幅器３２及びＮ−ＭＯＳトランジスタ３４及び抵抗３６からなるソースホロワを経る帰還ループにより、演算増幅器の入力端子間の電圧はほぼ０になる。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ２６の両端間の電圧はＶＢに等しいため、ソースホロワの出力は（ＶＨ−ＶＬ＋ＶＢ）−ＶＢ＝ＶＨ−ＶＬに等しくなる。
【００３４】
図４の本発明の他の実施例では、図１の電流結合手段５がＮ−ＭＯＳトランジスタ４０及び及び４２からなる電流ミラーを具える電流結合手段４１と置き換えられている。図４の回路の動作も図１の回路の動作と同様である。演算増幅器３２を設けて回路に適度の駆動能力を与えることができる。
【００３５】
抵抗２の両端間の電圧がＰ−ＭＯＳトランジスタ４により電流に変換される。この電流がＮ−ＭＯＳトランジスタ４０によりＮ−ＭＯＳトランジスタ４２に鏡影され、鏡影された電流がＰ−ＭＯＳトランジスタ１０を流れる。図１につき検討したと同様に、ＶＨ−ＶＬに比例する電圧がＰ−ＭＯＳトランジスタ１０の両端間に発生する。対地出力電圧Ｖ０は電圧ＶＨ−ＶＬに対し反転されるとともにオフセット電圧ＶＢを含む。これが後続の回路において問題となる場合には、簡単なインバータを用いて出力電圧Ｖ０を反転させることができる。
【００３６】
図４の回路の出力信号Ｖ０'をＰ−ＭＯＳトランジスタ４のゲートとＰ−ＭＯＳトランジスタ１０のドレインとの間に得る場合には、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ４及び１０が整合するとともにＰ−ＭＯＳトランジスタ４０及び４２が整合するとき完全に除去される。
【００３７】
図５の電話端末５０では、電話線路が全波整流器５２に接続され、この整流器は線路が電話端末にどのように接続されるかとは無関係に単極性電圧を供給する。全波整流器５２の第１出力端子を抵抗５４の第１端子に接続するとともにＰ−ＭＯＳトランジスタ５８のソース端子に接続する。抵抗５４の第２端子を集積回路６０の第１端子に接続するとともにＰ−ＭＯＳトランジスタ５８のゲート端子に接続する。Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５８のドレイン端子を集積回路６０の第２端子に接続するとともに電流測定抵抗５６の第１端子に接続する。電流測定抵抗５６の第２端子を集積回路６０の第３端子に接続するとともにキーボードコントローラ７０の電源端子に接続する。
【００３８】
電話端末がオフフックの場合には、集積回路６０に抵抗５４を経て電源電圧が供給される。電話端末のオフフックはフックスイッチ７５の閉成により検出され、このとき集積回路６０内のコントローラ６６がＰ−ＭＯＳトランジスタ５８のゲート電圧を低下せしめ、Ｐ−ＭＯＳトランジスタ５８を導通させる。これにより集積回路６０の他の素子及びキーボードコントローラに電源電圧が供給される。
【００３９】
集積回路６０の第２及び第３端子に接続された電流測定装置６４は図１、図２又は図３の回路を具え、電流測定抵抗５６の両端間の端子電圧から線路電流を決定する。
【００４０】
線路電流の値に応答して、コントローラ６６は線路インタフェースのいくつかのパラメータを対応する値にセットする。これらのパラメータは送話器７４が使用すべき利得及び受話器７２が使用すべき利得とし得るが、これらのパラメータは最適な側音抑圧の達成に使用することもできる。低い線路電流は高い直流抵抗値を有しオーディオ信号の大きな減衰を生ずる長い線路を示すため、これらの利得値は線路電流の減少につれて増大する。
【００４１】
キーボードインタフェース７０はキーボードから受信される信号をデコードし、ダイヤル用及び他の信号用のＤＴＭＦ信号を発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明電流測定装置の第１の実施例を示す。
【図２】  改善された精度を有する本発明電流測定装置の第２の実施例を示す。
【図３】  本発明電流測定装置の好適実施例を示す。
【図４】  本発明電流測定装置の他の好適実施例を示す。
【図５】  本発明による電話端末のブロック構成図を示す。
【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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