(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電話線（２）に結合するための送信経路（Ａ３）と、
前記電話線（２）に結合するための受信経路（Ａ４）と、
前記電話線（２）から交流および直流線電圧を表す第１の信号を生成する第１のネットワーク回路（Ａ５，ＧＭ２，ＧＭ３，Ｒ０）と、
前記電話線から交流および直流線電流を表す第２の信号を生成する第２のネットワーク回路（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｃ３）と、を備える電話線インターフェース回路であって、
前記送信経路は、前記電話線に結合するための出力と、送信されるべき信号を受信するための第１入力と、直流バイアス信号（Ｖ１）と前記第１の信号と前記第２の信号とを組み合わせた複合信号を受信するよう結合された第２入力とを有する第１の増幅器（Ａ１）を備え、
前記第１及び第２のネットワーク回路が、ネガティブ・フィードバック・ループ（Ｑ１，Ｑ２;Ｒ２，Ｒ３，Ａ６，Ｒ１；Ｒ０，Ａ５，ＧＭ２，ＧＭ３，Ａ６，Ｒ１）を前記第１の増幅器（Ａ１）の出力と第２入力との間に確立するように構成され、それにより前記電話線インターフェース回路により前記電話線に印加される交流信号の振幅が、前記送信されるべき信号に依存し、前記電話線インターフェース回路により前記電話線に印加される直流信号の振幅が、前記直流バイアス信号に依存し、且つ前記インターフェース回路により前記電話線に与えられる交流インピーダンス及び直流抵抗が、前記第１及び第２のネットワーク回路に依存し、
前記受信経路は、前記複合信号を受信するための第１入力と、前記第２の信号の大きさの２倍に実質的に等しい第３の信号を受信するよう結合された第２入力とを有する第２の増幅器（Ａ４）を備え、
それにより、前記電話線の交流インピーダンスが前記電話線インターフェース回路により前記電話線に与えられる交流インピーダンスと整合するとき、前記電話線インターフェース回路から前記送信経路を介して送信された信号に応答して前記第２の増幅器（Ａ４）の第１入力で受信された複合信号の線電圧及び線電流成分と、前記電話線インターフェース回路から前記送信経路を介して送信された信号に応答して前記第２の増幅器（Ａ４）の第２入力で受信された第３の信号の線電圧及び線電流成分とが相殺するのに対して、前記第２の増幅器（Ａ４）の第２入力で受信された第３の信号の線電圧及び線電流成分は、受信される信号が前記電話線（２）から発生するとき前記第２の増幅器（Ａ４）の第１入力で受信された複合信号の線電圧及び線電流成分に加えられる、電話線インターフェース回路。
【請求項２】
前記第２のネットワーク回路（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｃ３）は、前記電話線に与えられるインピーダンスが複素数であるようにリアクタンス素子（Ｃ３）を備える請求項１記載の電話線インターフェース回路。
【請求項３】
前記第２のネットワーク回路は、各ネットワーク回路が交流線電流信号の経路に対して切り替えられることが可能である複数のネットワーク回路（Ｒ４，Ｒ５，Ｃ３）のうちの１つであり、
それにより、前記第２のネットワークのそれぞれが、異なる所定のインピーダンスを前記電話線に与える
請求項２記載の電話線インターフェース回路。
【請求項４】
前記ネガティブ・フィードバック・ループは、前記直流抵抗が非線形直流特性を有するように構成された非線形処理回路手段（Ａ５，ＧＭ２，ＧＭ３）を備える請求項１記載の電話線インターフェース回路。
【請求項５】
前記非線形処理回路手段（Ａ５，ＧＭ２，ＧＭ３）が、２つの増幅器（ＧＭ２，ＧＭ３）を含み、
前記２つの増幅器のトランスコンダクタンス（ｇｍ２，ｇｍ３）が、前記非線形直流特性を変更できるように設定可能である
請求項４記載の電話線インターフェース回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電話線インターフェース回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電話線に接続されている電話機は、通常、電話線への信号帯域において、ある直流特性および規定された交流インピーダンスとを示さなければならない。これら直流特性および交流インピーダンスの仕様は国毎に異なっている。
【０００３】
電話機は、その受信経路において、それ自体が送信する信号よりもレベルを低下させる装置も含まなければならない。この装置が電話線によって電話機に与えられるインピーダンスに感応することは避けられない。理想的なのは、使用される電話線によって与えられるインピーダンスに対して、電話機はそれ自体の送信信号を最もよく除去するように設計されることである。これを「最良混成平衡(best hybrid balance)」と呼ぶ。例えば、Motorola TCA3386およびTCA3388のような従来の回路では、２つのインピーダンス・ネットワークの加重加算(weighted sum)を用いて混成平衡インピーダンスを規定することによって、これを近似している。この手法は、受信路の利得が周波数に依存するようになること、および電話線に与えられるインピーダンスを規定するのに必要なインピーダンス・ネットワーク以外にも余分なインピーダンス・ネットワークを必要とするという欠点がある。これらの欠点は、多数の国で携帯用に用いることができるように設計されるプログラマブルな機器(programmable equipment)においては、各国毎に異なるネットワークが必要となるため重大である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上述の欠点を少なくとも軽減するか、或いは克服することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は、電話線に結合するための送信経路と、前記電話線に結合するための受信経路とを有する電話線インターフェース回路を提供する。前記送信経路は、前記電話線に結合するための出力と、送信された信号を受信する第１入力と、交流および直流線電圧信号と交流および直流線電流信号とから成る第１加算信号を受信する第２入力とを有する第１増幅手段と、前記電話線を介して前記第１増幅手段の出力と前記第２入力との間に結合され、前記第１加算信号を前記第１入力における信号に実質的に等しく制限するフィードバック手段とから成る。また、前記受信経路は、前記第１加算信号を受信する第１入力と、前記交流および直流線電流信号と前記直流線電圧信号とから成る第２加算信号の実質的に２倍を受信する第２入力と、受信信号を供給する出力とから成る。このような構成により、前記電話線インターフェース回路は電話線に対して所定のインピーダンスを与えると共に、前記電話線のインピーダンスが実質的に前記所定インピーダンスに等しい時は、混成平衡を得るようにしたものである。
【０００６】
一実施例では、前記交流線電流信号は、所定インピーダンスが複素数となるようなリアクタンス性素子(reactive elements)を含むネットワークを通じて前記電話線から得られる。前記ネットワークは、交流線電流信号に切り替え可能な複数のネットワークの内の１つであり、切り替えにより前記ネットワークの各々が電話線に対して異なる所定のインピーダンスを発生できるようにすることが好ましい。また、前記直流線電圧信号は、非線形処理回路手段を通じて電話線から得られ、前記インターフェース回路が前記電話線に対して所定の非線形直流特性を与えるようにすることが好ましい。更に、前記非線形処理回路手段は、前記電話線に与えられる所定の非線形直流特性を変化させることができるように、プログラマブルであることが好ましい。
【０００７】
【実施例】
以下、電話線インターフェース回路の概略図を示す図面を参照しながら、一実施例を例にとって本発明を詳細に説明する。
【０００８】
図示のように、このインターフェース回路は、後続各部に正確な極性の電圧を供給するダイオード・ブリッジ１を含む。また、前記インターフェース回路は、トランジスタＱ１，Ｑ２を通じて電話線に結合された演算増幅器Ａ１を有する主フィードバック・ループを含むと共に、抵抗Ｒ０を通じての線電圧のフィードバックおよび抵抗Ｒ２を通じての線電流のフィードバックが設けられる。トランジスタＱ１，Ｑ２およびダイオード・ブリッジ１は高電圧素子であり、これら以外の回路部分の外部に設けてもよい。トランジスタＱ２のコレクタはツエナー・ダイオードＺ１および蓄積コンデンサ(reservoir capacitor)Ｃ４に結合されている。ツエナー・ダイオードＺ１は内部電源レギュレータを簡素化して表したものである。
【０００９】
前記インターフェース回路の送信部分は、入力が送信信号を受信するように結合され、出力が演算増幅器Ａ１の反転出力に結合された平衡電圧増幅器(balanced voltage amplifier)Ａ３を含む。送信増幅器Ａ３の出力は、バイアス・レベルＶ１の出力を発生し、これが演算増幅器Ａ１の反転入力に印加される。フィードバック全体で、演算増幅器Ａ１の非反転入力で同一レベルを確立する。このレベルは、利得１の増幅器Ａ６の出力において生成される。利得１の増幅器Ａ６の出力は、抵抗Ｒ１を介して、演算増幅器Ａ１の非反転入力に結合されている。増幅器Ａ６はオフセットを有するので、必要とされる入力電圧Ｖ０はバイアス・レベルＶ１よりも低い値となる。
【００１０】
整合の問題を回避するために、そして各部分間に必要な絶縁性を確保するために、入力電圧Ｖ０は、分圧器によって、バンドギャップ基準(bandgap reference)から得られ、Ｖ１基準レベルはオフセットＶｂｅを有するバッファ増幅器Ａ６（出力の方が高い）を通じて、入力電圧Ｖ０から得られる。
【００１１】
前記インターフェース回路の受信部分は、平衡電圧増幅器Ａ４と増幅器Ａ２とを含む。増幅器Ａ２と、抵抗Ｒ７，Ｒ８によって構成されたそのフィードバック・ネットワークは、利得が（約）２の電圧増幅器を形成する。増幅器Ａ２，Ａ４は、それらの非反転入力において、増幅器Ａ６からのバイアス電圧Ｖ１を受信し、抵抗Ｒ７にバイアス電圧Ｖ１が戻され、直流平衡が保持される。
【００１２】
交流入力インピーダンスを規定するために、ＲＣネットワークを抵抗Ｒ３と増幅器Ａ６との間に設ける。ＲＣネットワークは抵抗Ｒ４，Ｒ５およびコンデンサＣ３によって形成されている。このネットワークは、複数例えば４つの内の１つであり、接地側で動作するスイッチ（図示せず）によって選択可能である。直流マスク(mask)との相互作用を避けるために、前記スイッチは選択されたネットワークを、増幅器Ａ６の入力でのレベルと同一のバイアス・レベルＶ０に接続する。
【００１３】
前記インターフェース回路において、線電圧感知抵抗Ｒ０はパルス・ダイアル仕様(pulse dialling specifications)を満足するように大きなものでなければならない。線電流感知抵抗Ｒ２は、全増分入力抵抗が小さいので、小さくなければならない。また、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と共に交流入力インピーダンス・ネットワークの一部を形成し、正確さが要求されるコンデンサＣ３を比較的小さくできるように、抵抗Ｒ３はＫΩの範囲内でなければならない。
【００１４】
動作中、前記回路に印加される電圧によって電流がＲ０を通過する。この電流は、増幅器Ａ５、抵抗Ｒ６，コンデンサＣ２および増幅器Ｇｍ２によって形成された局所フィードバック・ループのために、増幅器Ｇｍ２によって吸収される。増幅器Ａ５の入力に発生する電圧は、増幅器Ｇｍ２のトランスコンダクタンスによって決定される。これによって、増幅器Ｇｍ３は、そのトランスコンダクタンスによって決定される電流を、抵抗Ｒ３を通じて供給する。こうして増幅器Ａ６の入力に発生した電圧は、抵抗Ｒ１を通じて増幅器Ａ１に結合され、線インターフェースのトランジスタＱ１，Ｑ２を駆動する。トランジスタＱ２の電流は、電源レギュレータＺ１，抵抗Ｒ２，ダイオード・ブリッジ１および電話線２から成るループを流れる。こうして、事実上最大の線電流を、前記回路への給電のために使用できるようになる。決定された電流レベルは、抵抗Ｒ２間に発生する負電圧が、増幅器Ｇｍ３の出力電流によって抵抗Ｒ３間に発生する正電圧を、補償するようなレベルとなる。
【００１５】
線電圧をＶL、線電流をＩLとすると、回路の接地レベルに対するトランジスタＱ２のエミッタ電圧は、
ＶＬ−ＩLＲ2
となり、線電流は以下の式で与えられる。
【００１６】
【数１】
0003746809.tif 000002
ここで、ｇｍ２，ｇｍ３は増幅器Ｇｍ２，Ｇｍ３のトランスコンダクタンスである。
【００１７】
したがって、以下の式が得られる。
【００１８】
【数２】
0003746809.tif 000003
増幅器Ｇｍ２のトランスコンダクタンスは、増幅器Ｇｍ２の出力に発生する電圧がＩＣ供給電圧によって制限されるので、必然的に比較的大きくなる。線電圧が低い時にトランジスタＱ２の飽和を避けるために、これは低くなければならない。結果的に、入力抵抗は外部素子（抵抗Ｒ０，Ｒ２，Ｒ３）および増幅器Ｇｍ２，Ｇｍ３のトランスコンダクタンスの比によって本質的に決定されることになる。
【００１９】
入力抵抗は、トランスコンダクタンス比をプログラムすることによって、変更可能である。更に、トランスコンダクタンスを素子毎に(piecewisee)線形にすることによって、素子毎の線形特性を抵抗に与えることもできる。
【００２０】
前記インターフェース回路は増幅器Ｇｍ３を電流源で置き換えることによって、定電流特性を有するようにプログラムすることができる。
【００２１】
ダイオード・ブリッジ１はそのオフセット電圧を、前記回路の入力電圧に付加することは明白であろう。増幅器Ｇｍ２はゼロ電圧では電流を吸収できないので、オフセットは増幅器Ａ５の入力でも発生させなければならない。これも入力電圧に加わる。これらのオフセットは、増幅器Ｇｍ３の出力にオフセット電流を付加することによって補償される。この電流には負温度係数が与えられ、直流マスク全体が温度に依存しないようにする。
【００２２】
状況によっては、前記インターフェース回路は、電話線機器の正しくない動作のために、過剰な線電圧を受けることもある。その結果、特にヒートシンク領域を最少に抑えた場合、高電圧トランジスタの過熱や破損に至る可能性がある。加えて、国によっては、物理的にアクセス可能な機器の最高温度を制限する仕様を有することもあり、この仕様に適合しないこともある。かかる問題を回避するために、前記インターフェース回路は保護モードを備えている。
【００２３】
このモードでは、抵抗Ｒ０を通過し増幅器Ｇｍ２によって吸収される電流は、直接線電圧に依存する。したがって、過剰電圧は増幅器Ｇｍ２の入力電圧を監視することによって検出される。プログラムされた直流マスクに適用される特定のスレシホールドを越えた時、信号がタイマに送られる（図示せず）。ある間隔の後、増幅器Ｇｍ３を固定電流発生器で置き換え、線電流を低い値に設定する。
【００２４】
線電流を減少させると、プログラムされた間隔の後、線電圧は通常通り上昇する。不良状態が解消されても、入力電圧が検出器のスレシホールドより高い状態を保持することもある。したがって、保護モードではこのスレシホールドを高くする。
【００２５】
状況によっては、短い間電話線が開放回路になっていることがある。接続が形成された時に正確な動作を確保するために、直流マスク切断コンデンサＣ１，Ｃ２上の電荷、そして勿論プログラム・データを保存しなければならない。通常動作では、供給蓄積コンデンサＣ４は余りに急激に放電するので、断線によって前記回路が給電停止モード(power-down mode)に切り替わるようにしなければならない。
【００２６】
断線は、抵抗Ｒ２間の電圧を監視することによって検出される。電圧強度がスレシホールドより低いままである間は、タイマ（図示せず）に信号を送る。短い間隔の後、断線を過剰負荷信号と区別するために、プログラミング・データの保存が必要な回路を除いて、全ての回路のスイッチを切る。直流マスク切断コンデンサＣ１，Ｃ２に接続されている全回路ノードは、この時高インピーダンスとなる。
【００２７】
「中断(break)」期間中は線電流を事実上ゼロに低下させ、「発呼(make)」期間中には線電流をその通常レベルに急速に復元させなければならない。直流マスク切断コンデンサＣ１，Ｃ２上の電荷およびプログラミング情報を保存するために、「中断」期間中、断線の間のように、前記インターフェース回路を給電停止に切り替える。
【００２８】
前記インターフェース回路は、切り替え時の高い線電圧の遷移を受け入れつつ、直流マスク切断コンデンサＣ１，Ｃ２上の電荷を保存するように設計されている。
【００２９】
前記回路は、ＩＣ供給電圧が十分でなければ、通常動作中はトランジスタＱ２のベース駆動を行うことができないが、蓄積コンデンサＣ４に充電するのはトランジスタＱ２である。このため、起動用回路が設けられている。これは増幅器Ａ５の入力とトランジスタＱ１のベースとの間に配置され、抵抗Ｒ０を通過する電流をトランジスタＱ１のベースに転換する。この起動用回路は、供給電圧が低い場合、または前記回路が給電停止モードに切り替えられる場合にアクティブとなる。しかしながら、前記電流は、パルス・ダイアリング(pulse dialling)の「中断」期間中は、トランジスタＱ１のベースで吸収される。その他の場合、線電流を維持する。勿論、給電停止命令が除去された時、「発呼」期間中に通常動作が復元される。
【００３０】
また、前記インターフェース回路は、第１および第２呼出信号(ring signal)の間に送信される「発呼元識別(caller iden tification)」信号を、交換機による「オフ−フック」信号として認識せずに、受信できなければならない。この要件を満たすために、前記回路は低電流消費モードに切り替えられ、直流マスクは前記回路のみに給電するのに十分な、定電流特性にプログラムされる。識別信号は低レベルであり、しかも前記回路は送信してはいけないので、線電流は交換機の検出スレシホールドよりもかなり低い値に設定することができる。
【００３１】
受容可能な低電流で必要な回路機能は維持できるが、識別信号の受信に間に合うように蓄積コンデンサＣ４を充電することはできない。したがって、第１呼出信号から得られる電流によってコンデンサＣ４を前もって充電しておく。
【００３２】
音声帯域周波数では、増幅器Ａ５，Ｇｍ２によって形成される局部フィードバック・ループは、コンデンサＣ２によって切断（デカップリング）される。線信号によって、電流が抵抗Ｒ０、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ９，Ｒ１を介して、無視し得るインピーダンスを有するように設計されている増幅器Ａ６の出力に流れ込む。抵抗Ｒ１間の電圧を増幅器Ａ１の非反転入力に印加することにより、線電流がトランジスタＱ２を通じて流れる。こうして抵抗Ｒ２間に発生された電圧であって、抵抗Ｒ３を介して増幅器Ａ６の入力に結合される電圧が、負フィードバック(negative feedback)を構成する。高ループ利得を想定すると、増幅器Ａ１の非反転入力は仮想的にアースと考えることができる。
【００３３】
コンデンサＣ１が無視し得るインピーダンスを有すると想定すると、電流を仮想アースに加算することにより、以下のような交流線電圧ｖLと交流線電流ｉLとの関係が得られる。
【００３４】
【数３】
0003746809.tif 000004
ここで、ｓはラプラス演算子である。
【００３５】
後の使用のために、これを以下のように定義する。
【００３６】
【数４】
0003746809.tif 000005
入力インピーダンスＺINは、通常、並列ＲＣ結合回路Ｒｂ，Ｃｂと直列な抵抗Ｒａとして指定されるので、以下の式が得られる。
【００３７】
【数５】
0003746809.tif 000006
これらの式を一致させるため、まずＲａからＲ２を減算する。更に、次の式を満足させる必要がある。
【００３８】
【数６】
0003746809.tif 000007
全抵抗（Ｒａ＋Ｒｂ）が最も高く抵抗Ｒ５がないネットワークでは、低周波数値を一致させるために、次の式を用いる。
【００３９】
【数７】
0003746809.tif 000008
抵抗Ｒ０，Ｒ２は直列マスクに対して予め決められており、抵抗Ｒ９は比較的小さいので、これによって抵抗Ｒ１の値が決定される。他のネットワークについては、抵抗Ｒ３が直流マスクに対して決定され、抵抗Ｒ４およびコンデンサＣ３の値は各場合において極およびゼロと一致するように決定されるので、抵抗Ｒ５は低周波数値が一致することを補償するように選択しなければならない。
【００４０】
前記インターフェース回路は、線インピーダンスと整合がとれた時に、最適な混成平衡が得られるように設計されている。増幅器Ａ１の反転入力における送信信号は、全体のフィードバックのために、増幅器Ａ１の非反転入力で整合される。したがって、これは増幅器Ａ４の非反転入力に現れることになる。線電流信号は、増幅器Ａ６を通じて転送され、増幅器Ａ２によって倍増され、増幅器Ａ４の非反転入力に印加される。
【００４１】
電話線２が開放回路となった場合、コンデンサＣ１のインピーダンスを無視すると、送信電圧利得は以下のように表わされることは明白である。
【００４２】
【数８】
0003746809.tif 000009
したがって、整合された線では、増幅器Ａ３の出力における電圧ＶSのために、線電流は次のように表わされる。
【００４３】
【数９】
0003746809.tif 000010
また、増幅器Ａ２における電圧は次のように表わされる。
【００４４】
【数１０】
0003746809.tif 000011
このように、増幅器Ａ２が２の利得を有する場合、その出力はＶSに近くなり、増幅器Ａ４の入力における差動信号は、混成平衡に要求されているように、ゼロに近い値となる。上記式から、インピーダンス整合と混成平衡とを同時に正確に得ることはできないが、増幅器Ａ２の利得は最良の結果である２よりも若干高くなる程度であることがわかる。
【００４５】
前記インターフェース回路は、整合された線に結合された時は、送信および受信の両方に対して平坦な周波数応答を有することになる。
【００４６】
電話線２が開放回路となった場合、増幅器Ａ３の出力からの送信電圧利得は、コンデンサＣ１のインピーダンスを無視すると、以下のように表される。
【００４７】
【数１１】
0003746809.tif 000012
整合された線では、利得は単純にこの値の半分となる。
【００４８】
受信の場合、整合された線では、線信号による入力電流は以下のように表わされる。
【００４９】
【数１２】
0003746809.tif 000013
フィードバック全体により、増幅器Ａ１の非反転入力における信号はゼロになるので、増幅器Ａ４に印加された信号のみが、増幅器Ａ２からの信号となる。これは以下の式で表される。
【００５０】
【数１３】
0003746809.tif 000014
ここでＭは増幅器Ａ２の利得である。
【００５１】
実際の入力インピーダンスを除いて、受信利得は理想的な平坦にはなり得ないことがわかる。しかしながら、誤差は小さいものとなる。
【００５２】
以上からわかるように、本発明は、
（ａ）線に与えられる直流特性が、抵抗Ｒ０，Ｒ２，Ｒ３および増幅器Ｇｍ２，Ｇｍ３の利得比によって決定され；
（ｂ）線に与えられる交流インピーダンスが、抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２ならびに抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびコンデンサＣ３によって形成されるネットワークによって決定され；
（ｃ）混成平衡インピーダンスが、線に与えられる交流インピーダンスと実質的に等しく、
（ｄ）入力インピーダンスが線に整合されている時、送信および受信利得が、周波数から実質的に独立している；
インターフェース回路を提供するものである。
【００５３】
本発明によるインターフェース回路の一実施例のみを詳細に説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更や改良が可能であることは当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】電話線インターフェース回路の概略図を示す図。
【符号の説明】
１  ダイオード・ブリッジ
２  電話線
Ｑ１，Ｑ２  トランジスタ
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ６  演算増幅器
Ｒ０，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７  抵抗
Ｚ１  ツエナー・ダイオード
Ｃ３，Ｃ４  蓄積コンデンサ
Ａ４  平衡電圧増幅器
【図１】
0003746809.tif 000015