JP3659982B2 - 電話音声回路に伴うインピーダンス実現回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２ワイア式電話線に接続された電話加入者の回路に関連するインピーダンスを合成する回路に関する。
【０００２】
この発明の応用分野は、限定的にではないが特に、電話加入者用機器に組み込まれた電話音声回路に関する。この明細書においては、説明の簡単のために、この応用分野に言及が行われることになる。
【０００３】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
この特定の応用分野では、終端（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）インピーダンスとも呼ばれる電話回路の入力インピーダンス値を高精度で提供することが求められる。実際に、各電話会社は、電話帯域上のいわゆる反射損の最大値を設定しており、この値が、終端インピーダンスの許容され得る所定の最大値を規定する。また、電話音声回路は２から４ワイアへの変換を提供し、この変換の精度は、終端インピーダンスとは異なり得る平衡（ｂａｌａｎｃｅ）インピーダンスと呼ばれるもう１つのインピーダンス値の精度と結合している。
【０００４】
終端インピーダンスと平衡インピーダンスとは、現在は、集積電話回路の外部にあり比較的高価な精密素子を用いる複雑な構成によって提供されている。更に、この集積回路では、様々な関係する接続を行うために付加的なピンを必要とする。
【０００５】
”Ａ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｓｐｅｅｃｈ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ”，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ， Ｖｏｌ．ＳＣ−１７，Ｎｏ．６，Ｄｅｃ．’８２におそらくはさかのぼる最初のモノリシックな集積電話音声回路の導入以来、電話回路外部の素子の数を減らして電話加入者の機器に組み込む努力が続けられてきた。これが、低コストと信頼性の改善とに役立つことは理解されるであろう。
【０００６】
この問題に対して、従来の技術は、既に、たとえば、”Ａ ｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＣＭＯＳ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｃｉｒｃｕｉｔ”，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ， Ｖｏｌ．Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ ’９１に述べられている解決法が提案された。この論文では、６個程度の外部素子を伴う電話回路が言及されている。
【０００７】
従来技術のアプローチは、精密な外部抵抗によって実現される終端インピーダンス及び平衡インピーダンスを提供する。この抵抗は、適切な伝達関数に従って動作する集積音声回路の内部の制御回路によって、複素インピーダンスに変換される。
【０００８】
しかし、上述の抵抗に加えて、別の外部素子、すなわち、２つの結合コンデンサと、２つのトランジスタと、１つのダイオードと、第２の抵抗とを付加的に用いる。更に、制御ループの安定性は電話線のインピーダンス値に依存し、回路はこのインピーダンスの高い値では不安定になり得ることが知られている。
【０００９】
従来技術のアプローチの別の欠点は、インピーダンスの合成のためには製造過程に起因する任意の変動を補償するために個別に校正されなければならない集積フィルタが必要なことである。
【００１０】
本発明の基礎にある技術的な問題は、従来技術の上述の短所を克服するような構成上・機能上の特徴を有しているインピーダンス合成回路を提供することである。この問題は、既に示唆され冒頭の特許請求の範囲の特徴部分で定義される回路によって解決される。
【００１１】
本発明に係る回路の特徴及び長所は、図面を参照して行われる以下の本発明の限定的ではない実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１２】
【実施例】
図面において、電話音声回路２に関連するインピーダンスを合成する本発明を具体化する回路が、１で一般的・概略的に示されている。
【００１３】
更に特定すれば、本発明の回路は、終端インピーダンスと平衡インピーダンスとの両方として機能し得る複素インピーダンスを合成するように適応されている。
【００１４】
電話回路２は、１対の端子Ｌ＋、Ｌ−を有する２ワイア式の電話加入者の線に接続されたモノリシックに集積されたタイプのものである。以下の説明では、Ｌ＋で示されている前記端子の第１のものは電話信号受信端子であり、他方のＬ−は信号基準を表すことにする。
【００１５】
都合のよいことに、本発明の回路１は、線３の第１の端子Ｌ＋において正の帰還ループ構造になっており、その線に直列接続され１つの端子が前記第１の端子Ｌ＋に接続された１つの精密抵抗Ｒを含んでいる。回路１は、更に、線の端子Ｌ＋に直接に接続された第１の入力端子１１を有し、線３上に存在する電話信号を受信する第１のフィルタ１２を含む。このフィルタ１２は、本質的に容量カプラであり、他方の線の端子Ｌ−に接続された第２の入力１０を有する。素子１２は、高周波信号を除去して回路１に入力される信号の相互変調雑音を避けるのに効果のある内部的なアンチエイリアス（ａｎｔｉａｌｉａｓ）フィルタを含む。
【００１６】
第２のゼロポールフィルタ８が、フィルタ１２の後に提供される。このフィルタ８は、利得は加入者の要求に応じて調整可能である増幅器７の入力に接続された出力を有し回路１内の中央に接続されている。この好適実施例では、増幅器７の利得ｇは、１．５に選択されている。この第２のフィルタ８は、サンプリングされた信号を処理し、スイッチキャパシタ（スイッチトキャパシタ、スイッチドキャパシタとも称される）として商業的には知られているタイプのものである。このフィルタのタイプは、インピーダンス値に関して、外部的ないかなる校正ステップに関わりなく、必要な精度を与えることができる。更に、フィルタ８は、電話回路２に対して利用可能な電源値の最良のダイナミックレンジ（約３ボルト）を与える。
【００１７】
回路１の構成は、更に、増幅器７の後に接続され精密抵抗Ｒの他端に接続された出力４を有するブロック５を含む。この出力４は、非常に低いインピーダンスを特徴とする。このブロック５は、本質的に、ドライバ／スムージング（ｄｒｉｖｅｒ／ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）と呼ばれるタイプの単位利得増幅器であり、すなわち、抵抗Ｒに対するドライバとしてと同時にローパスフィルタとして機能する。フィルタ／増幅器５の入力６は、他方の線端子Ｌ−に接続され、第１のフィルタ１２と同じ信号基準を有する。
【００１８】
好ましいことに、回路１が形成する帰還ループは、常に１未満であるループ利得を伴う正の帰還の選択の結果、高い安定性を示す。これにより、端子Ｌ＋、Ｌ−に亘る線のインピーダンスの値に関係なく、安定した回路が得られる。
【００１９】
実際、通常は、そのようなループの安定化は、高い可変の線インピーダンスの存在により特に困難である。本発明の回路は、この問題を、低インピーダンスで電圧駆動される線を有することにより回避する。
【００２０】
本発明の回路の動作を以下で説明する。
【００２１】
電圧Ｖが線３の端子Ｌ＋に印加される場合に、抵抗Ｒの両端に生じる電圧Ｖｒは、Ｖｒ＝Ｖ［１−Ｈ（ｓ）］によって与えられる。ここで、Ｈ（ｓ）は、フィルタ１２の入力１１からブロック５の出力４への伝達関数である。
【００２２】
したがって、Ｉ＝Ｖｒ／Ｒによって抵抗Ｒを流れる電流を表せば、上の関係式から、Ｉ＝Ｖｒ／Ｒ＝Ｖ［１−Ｈ（ｓ）］／Ｒが導かれる。
【００２３】
回路１の入力１１は高いインピーダンスを有しているから、電流Ｉは、電圧信号Ｖに応答する音声回路２の全体の電流の流れのよい近似を与え得る。線３を亘る回路のインピーダンスＺ１は、Ｚ１＝Ｖ／Ｉ＝Ｒ／［１−Ｈ（ｓ）］となる。
【００２４】
伝達関数Ｈ（ｓ）が、電話帯域の周波数とともに変動する場合には、端子Ｌ＋、Ｌ−の両端の結果的なインピーダンスは複素インピーダンスであることが導かれ、これは、抵抗Ｒから成る１つの離散的な素子によって発生される場合でも同様である。この複素インピーダンスは、電話会社の管理による適用基準を満たさない。更に、このインピーダンス値は、フィルタ８の伝達関数の形式及び（又は）増幅器７の利得に作用することによって要求されて変化し得る。
【００２５】
必要ならば、回路１は、たとえばＥＰＲＯＭタイプの外部的なＲＯＭを備えることができ、そこにフィルタ８の様々な伝達関数の形式が記憶され得る。同様に、フィルタ８は、マイクロプロセッサによって制御される直列バスを介してプログラムされ得る。
【００２６】
次に、図２を参照して、本発明の別の実施例を説明するが、上記の実施例の素子と構成及び動作において同様の素子には、同じ参照番号を付してある。
【００２７】
この第２の実施例では、２から４ワイアへの変換が与えられ、受信エコーへの特別の要求に適合するようになっている。
【００２８】
図２は、終端と平衡を保つ２から４ワイア変換及び側音抑圧を実現する回路の図解である。
【００２９】
加算ノード９が、増幅器７とフィルタ／増幅器５との間に接続されており、増幅器７からの信号と別のここでは利得が１である増幅器１３からの第２の外向きの信号との両方を受信する。この最後の増幅器１３は、スイッチキャパシタ型の第２のフィルタの後に接続されている。フィルタ１５と増幅器１３とは、端子Ｌ＋、Ｌ−の両端のノミナルな線インピーダンスが存在する際には、正確な利得と対象とする電話帯域内の平坦な周波数応答とを与えるように設計されている。
【００３０】
減算器の機能を有する第２の回路ノード１４は、一端において、フィルタ１５の入力でもある信号ＴＸを受信し、他端においては、アンチエイリアス・フィルタ１２の後に分かれた信号を受信する。ＴＸは、適切に増幅されて送信される信号である。
【００３１】
ノミナルなインピーダンスが平衡インピーダンスに一致するときにのみ、側音抑圧は、ノード１４において、受信信号を信号ＴＸから減算することにより、極めて単純に行われ得る。受信信号は、増幅器によるスケーリングを必要とする可能性がある。この減算の結果は、図２の信号ＲＸで表されている。
【００３２】
再度、２から４ワイア変換に対して必要である終端インピーダンス及び平衡インピーダンスとが、依然として抵抗Ｒから成る１つの外部的な精密素子によって実現される。
【００３３】
送信ステップの間、平衡インピーダンスは、線のインピーダンスの割合とは異なっており、付加的なスイッチキャパシタ型のフィルタが、フィルタ１２の出力と減算ノード１４の入力との間で用いられなければならない。アンチエイリアス・フィルタ１２は、８０ｋＨｚを超える線からのいかなる雑音をもフィルタで除去することに加えて、５ｋＨｚ未満の周波数でインピーダンス制御ループの結合を解く。このように結合を解くことは、制御ループを形成するブロックに関して固定された直流デューティーポイントを、該直流デューティーポイントを定義する線の長さには無関係に、保持するのに必要である。
【００３４】
本発明の回路は、その様々な実施例において、技術的な問題を解決し、多くの長所を提供し、その中には、離散的な種類の１つの外部素子すなわち抵抗Ｒの使用がある。線の負荷値には関係なく保証された安定性から生じる利点も軽視されるべきではなく、また、校正の必要なくインピーダンスを合成する際の精度についても同様である。最後に、この回路によって与えられる高いダイナミックレンジも、本発明によって提供される解決の長所に加えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、終端インピーダンスを合成する回路の回路図である。
【図２】本発明に係る、終端インピーダンスと平衡インピーダンスとの両方を合成する第２の回路の回路図である。

Claims (8)

1. ２ワイア式電話線に接続された電話加入者の回路に関連するインピーダンスを合成するモノリシック集積回路であって、
   前記線（３）に直列に接続された１つの外部精密抵抗（Ｒ）と、
   前記線の端子（Ｌ＋）に接続された入力を有し電話信号を受け取る少なくとも１つのゼロポール又はローパスフィルタ（８）と、
   前記フィルタ（８）と前記抵抗（Ｒ）との間の増幅器（７）と、
   を正帰還ループ内に備えており、
   前記フィルタ（８）は、サンプリングされた信号を処理し、スイッチキャパシタ型であり、
   前記フィルタ（８）の前後に、実質的にローパス型である付加的なフィルタ（１１、５）がそれぞれ提供されていることを特徴とする回路。
2. 請求項１記載の回路であって、前記後に接続されたフィルタ（５）は、前記増幅器（７）と前記抵抗（Ｒ）との間に接続され、前記抵抗（Ｒ）の１つの端部に接続された出力（４）を有することを特徴とする回路。
3. 請求項１記載の回路であって、前記後に接続されたフィルタ（５）は、前記２ワイア式電話線（３）の１つの端子（Ｌ−）を通って、前記前に接続されたフィルタ（１２）の入力に帰還の関係で接続された出力（６）を有することを特徴とする回路。
4. 請求項１記載の回路であって、前記増幅器は１．５の利得（ｇ）を有することを特徴とする回路。
5. 請求項１記載の回路であって、前記増幅器（７）の後に接続され、送信信号（ＴＸ）を入力される第２のローパスフィルタ（１５）に縦続接続された第２の増幅器（１３）からの信号を受け取る加算ノード（９）を含むことを特徴とする回路。
6. 請求項５記載の回路であって、一方の側では前記送信信号（ＴＸ）を受け取り、他方の側では前記ゼロポール第１フィルタ（８）の入力から得られエコーのいかなる存在をも抑圧する信号を受け取る減算ノード（１４）を含むことを特徴とする回路。
7. ２ワイア式電話線に接続された電話加入者の回路に関連する終端及び平衡インピーダンスを合成するモノリシック集積回路であって、
   前記線（３）の１つの端子（Ｌ＋）に直列に接続された１つの外部精密抵抗（Ｒ）と、
   前記端子（Ｌ＋）に接続された入力を有し電話信号を受け取る少なくとも１つのゼロポール又ローパスフィルタ（８）と、
   前記フィルタ（８）と前記抵抗（Ｒ）との間に接続された増幅器（７）と、
   第２のローパスフィルタ（１５）に縦続接続された第２の増幅器（１３）と、
   前記増幅器（７、１３）のそれぞれの出力と前記抵抗（Ｒ）の１つの端部とに接続された加算ノード（９）と、
   を正帰還ループ内に備えていることを特徴とする回路。
8. 請求項７記載の回路であって、一方の側で送信信号（ＴＸ）を受け取る前記第２のフィルタ（１５）の入力に接続され、他方の側で前記第１のフィルタ（８）の入力に接続された側音抑圧減算ノード（１４）を備えていることを特徴とする回路。

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