JP4564109B2 - フック・スイッチ制御装置を含む分離アンプ - Google Patents
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Description
モデム等のような電話インターフェース装置は、通常、電話線をコンピュータのようなユーザ装置に接続するために使用される。一般的にいって、これらの装置は、通常、コンピュータに接続するための装置インターフェース、および電話線に接続するための電話線インターフェースを含む。電話線インターフェースは、通常、普通データ・アクセス装置(DAA)と呼ばれるタイプの回路を含む。この回路は、種々の電話線信号を送受信し、そうでない場合には、通常必要とする電話線インターフェースの働きをする。
インターフェース装置の上記回路は、ユーザ装置と電話線との間を分離する一方で、コンピュータから信号を受信し、上記信号を電話線に送る分離アンプ回路を含むことができる。アンプ回路は、相互に光学的に分離している一方で、相互に光学的接続している第一および第二の増幅段を含むことができる。通常の方法の場合には、アンプの第一の段が、光学的に第二のアンプ段のホトダイオードのような感光素子に接続している発光ダイオード(LED)のような発光素子を駆動する。光学的接続を行うために、反射ドームが、通常、LEDおよびホトダイオードを覆うように設置されている。
通常、ユーザ装置から第一のアンプ段に送られた信号は、二極信号である。すなわち、そのレベルが正の電圧と負の電圧との間を変動する信号である。分離アンプが、クリップを起こさないで二極信号を受信することができるようにするために、インターフェース装置は、通常、二極入力信号を処理することができるように、アンプのDCレベルを上げるために、アンプにDCプリバイアスを継続的に掛けるプリバイアス回路を含む。
インターフェース装置は、また、電流が、公衆電話網(PSTN)と、ユーザ装置との間を流れることができるように、「オフフック」状態で、電話線と接続するようになっている、通常、「フック・スイッチ」と呼ばれる切り換え回路を含むことができる。「オンフック」状態の場合には、PSTNに電流が流れるのを防止するために、フック・スイッチはオフになる。従来のフック・スイッチ回路は、制御信号により、ユーザ装置で制御されているリレーを含む。上記信号は、作動した場合、電話線と接続させるためにリレーをオンにし、作動しない場合には、リレーをオフにする。
ある従来システムの場合には、フック・スイッチ制御信号は、フック・スイッチ自身から光学的に分離している。制御信号は、ホトトランジスタまたはホトダイオードのような、感光装置に、光学的に接続しているLEDのような発光素子を作動させる。フック・スイッチ信号が作動した場合には、ホトダイオードは、フック・スイッチをオンにし、それにより、電話線に接続するために、オフフック状態になる。
クラウゼの米国特許第5,555,293号は、通常の従来技術のインターフェース構成のDAA電話インターフェース装置を開示している。上記特許293が開示しているDAAは、電話線と加入者装置との間で信号を伝送するために使用される複数の段と光学的に接続している分離アンプを含む。上記装置は、またオフフック制御ラインにより駆動される別々のフック・スイッチ回路を含む。オフフック制御装置は、一組のFET装置を含むフック・スイッチ回路に光学的に接続している。それ故、上記米国特許は、ライン信号分離/増幅およびフック・スイッチ制御を行うための、個々のそして別々の回路を使用する従来技術のシステムを開示している。
それ故、例えば、DAAのような従来技術の電話インターフェース装置は、例えば、モデム、コンピュータのようなユーザ装置と、電話ネットワークとの間のインターフェース機能を行い、制御するために多数の回路を含む。このようなハードウェアに重点を置くシステムは、非常に高価になる場合があり、そのため、このようなシステムの電子構成部品の数を減らすことは、全体のサイズおよびコストを削減するために重要であるといえる。
発明の概要
本発明は、電話線と、モデムおよび/またはホスト・コンピュータのようなユーザ装置との間でインターフェースとしての働きをするインターフェース回路および方法に関する。本発明の回路は、ユーザ電話装置と電話線とを接続し、また電話装置と電話線との間で信号の交換をする分離アンプ回路を含む。信号の二極変動を処理することができるように、アンプ回路にバイアスまたはプリバイアスを掛けるため、バイアス手段がアンプ回路に接続している。バイアス手段は、アンプ回路にプリバイアスが掛かっているバイアス状態と、アンプ回路にプリバイアスが掛かっていない非バイアス状態との間を切り換わることができるように、切り換えが可能になっている。インターフェース回路は、また電話線への電話装置の接続を制御するフック・スイッチ回路を含む。フック・スイッチは、電流が電話装置と電話線との間を流れることができる接続状態と、電流が流れることができない非接続状態との間を切り換えることができる。インターフェース回路は、またバイアス手段が、バイアス状態と非バイアス状態との間で切り換えられた場合、フック・スイッチが接続状態と非接続状態との間で切り換わるように、フック・スイッチ回路にバイアス手段を接続するための手段を含む。それ故、本発明は、フック・スイッチを制御すると、アンプに対するプリバイアスが制御され、および/またはアンプに対するプリバイアスを制御すると、フック・スイッチも制御される電話インターフェース回路を提供する。
ある実施形態の場合には、分離アンプ回路は、電話線とユーザ電話装置との間で必要なDC分離を行うために、光学的に相互に接続している第一のアンプ段と第二のアンプ段を含む。光学的接続装置は、反射ドームのような反射素子の下に、LEDのような発光素子を含む。電流がLEDを通って流れると、反射ドームにより、光がホトトランジスタまたはホトダイオードのような第一の感光装置に送られ、また、第二のアンプ段に接続している第一のアンプ段および第二の感光装置に送られる。LEDを流れる電流は、また電話線に送られている信号の二極性を処理するために、アンプにDCバイアスを掛ける。LEDを流れる電流は、プリバイアスおよび第一および第二のアンプ段の接続を外部から制御することができるように、トランジスタのようなスイッチへ送られる制御信号により制御される。
ある実施形態の場合には、フック・スイッチ回路は、第一および第二のアンプ段を接続するために使用される同じ光学的反射素子の近くに設置されている、ホトダイオードまたはホトトランジスタのような感光装置を含む。アンプにプリバイアスを掛けるために、プリバイアス信号が作動すると、LEDからフック・スイッチ回路の感光装置に光が送られる。フック・スイッチがオンになり、その結果、電流が電話線を流れる。そのため、プリバイアス・スイッチを作動するために使用される制御信号も、オフフック状態になるために、フック・スイッチがオンになった場合、プリバイアスもアンプ回路に掛けられるように、フック・スイッチを動作させる。
本発明のインターフェース回路は、プリバイアスの作動とフック・スイッチの機能とを一回の動作で行う。ある実施形態の場合には、この動作は、同じ光学的反射ドームの下で、複数の光学的に接続している回路を形成することにより達成される。より詳細に説明すると、ある実施形態の場合には、第一および第二のアンプ段用の感光装置、およびフック・スイッチ回路およびLEDは、すべて、同じ光学的反射ドームの下に形成される。
本発明の電話インターフェース回路および方法は、従来のアプローチと比較すると多くの利点を持つ。例えば、アンプのプリバイアス機能と、フック・スイッチ機能とを一緒にすることにより、本発明は、回路のスペースおよびコストを削減する。一つの光学的分離/接続装置が、複数のアンプ段およびフック・スイッチ制御回路を光学的に分離し/接続するために使用される。従来使用されていた複数の装置の代わりに、一つの光学的接続装置を使用することにより、回路のスペースとコストが削減されるが、これは競争の激しい無線通信ハードウェア業界においては極めて重要なことである。
また、切り換えプリバイアスを使用することにより、インターフェース回路の全体の電力消費がかなり削減される。それ故、インターフェースが、オフフック状態で使用中の間だけ、プリバイアスが掛けられ、電力が消費される。従来のシステムの場合には、プリバイアスが継続的に掛けられ、その結果、何時でも電力が無駄に消費される。
【図面の簡単な説明】
添付の図面に示す、本発明の好適な実施形態のより詳細な説明を読めば、本発明の上記および他の目的および特徴および利点を理解することができるだろう。全図面中、同じ部品には類似の参照番号がつけてある。図面の縮尺は、必ずしも正確なものではなく、本発明の原理を説明することに重点をおいている。
図1は、本発明のインターフェース回路の一実施形態のブロック図である。
図2は、図1のインターフェース回路の詳細な略図である。
図3は、送信信号が存在していない、オフフック状態でのアンプ出力電圧対時間の簡単なグラフである。
図4Aは、本発明の回路に送られる、例示としての二極電圧信号の簡単な図である。
図4Bは、図4Aの送信信号がアンプに掛けられた場合の、オフフック状態でのアンプ出力電圧対時間の簡単なグラフである。
図5は、オンフック状態でのアンプ出力電圧対時間の簡単なグラフである。
好適な実施形態の詳細な説明
図1は、本発明のインターフェース回路10のある実施形態の簡単なブロック図である。回路10は、DDAの機能を実行することができ、そのため、コンピュータおよび/またはモデムのようなユーザ装置と、電話線12により、インターフェース回路10に接続している公衆電話網(PSTN)との間で、インターフェースとしての働きをする。回路10は、送信(Tx)モードおよび受信モードを供給し、送信モードの場合、信号は、ユーザ装置から電話線12に送られ、受信(Rx)モードの場合には、信号は電話線12からユーザ装置へ伝送される。
送信分離アンプは、第一のアンプ段14および第二のアンプ段16を含み、これらアンプ段は、光学的接続回路またはオプトカプラ18により、光学的に相互に分離され、また相互に接続している。ユーザ装置からの送信信号は、Txライン37に接続している第一のアンプ段14のところで受信され、第一のアンプ段14により増幅、または処理され、オプトカプラ18により第二のアンプ段16に送られる。第二のアンプ段16からの増幅された送信信号は、ハイブリッド・インターフェース回路20に送られる。上記ハイブリッド・インターフェース回路20は、2−4線式コンバータとして働き、フック・スイッチ制御ライン24によりオンになった場合、フック・スイッチ22を通して、送信信号を電話線12に送る。
2−4線式コンバータ20により、回路10およびユーザ装置は、標準2線チップおよびリング電話線12を使用する、送信/受信構成で動作することができる。送信モードおよび受信モードは、それぞれ、二本の線を使用し、2−4線式コンバータは、インターフェースの動作モードにより、送信回路および受信回路の間で二本の標準チップおよびリング電話線を切り換える。
アンプのプリバイアスは、ライン26を通して、オプトカプラ18により、アンプに送られる。制御ライン28上のオフフック/プリバイアス制御信号が作動すると、プリバイアスがアンプに送られる。さらに、オフフック/プリバイアス信号が作動すると、インターフェース回路10は、フック・スイッチ制御ライン24により、オフフック状態になる。フック・スイッチ制御ライン24が作動すると、フック・スイッチ22がオンになり、その結果、電流が、PSTNとユーザ装置との間の電話線12を流れることができる。それ故、分離アンプにプリバイアスを送るのにも、インターフェース回路10のフック状態、すなわち、フック・スイッチ22を制御するのにも、一本の制御ライン28が使用される。制御ライン28が作動していない場合には、分離アンプ回路にプリバイアスが掛からなくなり、フック・スイッチ22がオフになり、その結果、電流が電話線12へまた電話線12へ流れることができなくなる。
上記回路の受信部分は、プリバイアスおよびフック・スイッチ制御を除けば、送信部分に類似している。受信分離アンプは、光学的接続回路またはオプトカプラ34により、第二のアンプ段32に接続している第一のアンプ段30を含む。PSTNからの信号は、電話線12から、フック・スイッチ22および2−4線式コンバータ20を通して、ライン36に沿って受信回路に転送される。増幅された受信信号は、ライン38によりユーザ装置に伝送される。
図2は、本発明のインターフェース回路10のある実施形態のより詳細な略図である。本発明の分離アンプ回路は、抵抗R1、R2およびR3、アンプ50および58および光学的接続回路52を含み、上記光学的接続回路52は、LED53、および感光トランジスタまたはホトダイオード55および56含むことができる。分離アンプは、ユニポーラ光起電形アンプである。ライン37のところのTxターミナルに送られた入力信号は、通常、アース電位を挟んで上下に変動する二極正弦波形である。アンプは単端子電源VCCから電力の供給を受けているので、アースのところで信号がクリップするのを防止するために、プリバイアスがアンプに掛けられる。ライン82上の合成アンプ回路の出力電圧Vは、下記式により表わされる。
ここで、V0はアンプ50の入力に送られるピーク電圧である。
K3=K2/K1
ここで、K1はLED53を流れる電流の、ホトダイオード55が発生した電流に対する電流伝達比率であり、
K2は、LED53を流れる電流の、ホトダイオード56が発生する電流に対する電流伝達比率である。
入力信号V0は、アース電位を中心にして上下に変動するので、また単極の電源VCCを使用しているので、プリバイアスがアンプに掛けられ、その結果、ライン82のところのアンプの出力Vは、アース電位よりは上、VCCよりは下のレベルのところのDC静出力電圧VQに設定され、ライン37のところの入力信号は、単端子アンプ50によりクリップされない。VQは、通常、VCC/2に設定される。
この場合、送信信号がTxターミナルに掛かっていない場合には、すなわち、V0=0である場合で、全体の伝達利得K3=1と仮定した場合には、式1は下記式のように簡単になる。
それ故、例えば、VCC=5ボルト、VQ=2.5ボルトである場合には、R3/R2=1/2になる。必要な1/2比になるように、R3およびR2を選択した場合には、静出力電圧VQは、必要なレベルの2.5ボルトになる。
この静出力電圧VQは、LED電流Ifを流すアンプ50の非反転ノードのところのノード91に注入される電流により発生する。その大きさがIfと同じである、結果として得られる光電流I1は、ノード91から流れだし、その結果、ノード91は、事実上アース電位に維持される。数式で表わせば、I1(If)(K1)となる。LED53の出力光線も、ホトダイオード56に当り、電流I2が、アンプ58の非反転ノードのところに流れる。その結果、82のところでの出力電圧V=(I2)(R3)となる。
それ故、オフフック/プリバイアス信号が作動すると(ロー)、トランジスタ54が電流Ifを流し、その結果、LED53が発光する。この光は、オプトカプラ52のところの反射ドームにより、ホトダイオード55および56に反射され、その結果、アンプ段50および58は、オプトカプラ52により接続され、ライン82のところに出力電圧Vが送られる。Tx入力に信号が入力していない場合には、プリバイアスが掛けられ、その結果、DC静電圧VQだけがライン82のところに現われる。しかし、送信信号が入力している場合には、ライン82のところの出力電圧Vは、式1に示すように変調される。
82のところの出力信号は、2−4線式コンバータの機能を果たす回路60に送られ、上記コンバータにより、本発明の回路の送信機能および受信機能を、2−4線式コンバータ60を通して、標準2線式PSTNに接続している4本のラインで実行することができる。送信信号は、ライン84を通して、フック・スイッチとして機能するペアのPNPダーリントン・トランジスタ62に送られる。ペアのダーリントン・トランジスタ62が、ライン86を通して、飽和状態に作動すると、その中を電流が流れ、ライン84上の出力信号が、ダイオード・ブリッジ回路64を通して、電話線12のチップおよびリング・ラインに送られる。
図2に示すように、本発明のある実施形態の場合には、ペアのダーリントン・トランジスタフック・スイッチ62は、制御ライン86を通して動作し、その状態は、光学的接続回路52のホトトランジスタ57を通って流れる電流により制御される。ホトトランジスタ57は、LED53およびホトダイオード55および56用の、同じ反射ドームの下に位置していて、そのため、LED53を流れる電流は、同時に三つのすべての装置55、56および57に送られる。すでに説明したとおり、オフフック/プリバイアス信号が作動(ロー)し、電流IfがLED53を通って流れると、アンプ段50および58は一緒に接続される。さらに、ホトトランジスタ57も、同時に作動し、その結果、ペアのダーリントン・トランジスタ62を通って電流が流れる。すなわち、フック・スイッチ62がオンになり、電流が電話線12を通して流れることができるようになる。回路66は、電話線からの電流が流れ易いように、低いDC抵抗および高いACインピーダンスを持つジャイレータ回路または電子インダクタである。
インターフェース装置10の受信回路は、抵抗R7およびR8、アンプ68および80、電源回路78および光学的接続回路70を含み、上記光学的接続回路70は、LED72およびホトダイオード74および76、および光学的反射ドームを含む。電話線12のチップおよびリング・ラインのところで受信した入力信号は、ダイオード・ブリッジ64により、ダーリントン・トランジスタフック・スイッチ62を通し、ライン84を経由して、2−4線式コンバータ60に送られる。回路60は、入力信号を受信回路に転送する。アンプ68の第一の増幅段が、電源78から電力の供給を受けているLED72を駆動する。回路78は、電話線12からの生の電力を使用して、受信回路に調整された電力を供給する。変調した入力信号は、ライン81に接続している受信回路に送られる。上記信号は、アンプ68および抵抗R8を通して、LED72の出力を変調する。入力信号は、反射ドームにより、光学的接続装置70を通してホトダイオード76に送られ、上記ホトダイオードは、この信号をアンプ80に送信する。処理された受信信号は、ライン38を通して、ユーザ装置またはモデムに送られ、処理される。
図3−図5は、本発明のインターフェース回路10の種々の動作状態を示す、電圧対時間のグラフである。このグラフは、VCC=5ボルト、K3=1の場合のものである。
図3は、Txに入力送信信号が存在しない状態、すなわち、V0=0の場合の、ライン82のところの電圧Vのグラフである。この図は、またインターフェース回路が、オフフック状態にある場合の状況も示す。この場合、ライン82のところの出力電圧Vは、V=VQ、静DC出力電圧である時間の間一定である。
図4Aは、Tx入力に掛けられた例示としての時変信号のグラフである。通常、入力信号は、V0の振幅を持つ二極信号である。すなわち、図4Aに示すように、信号電圧は、時間の経過とともに、正の値(0ボルト以上)と負の値(0ボルト以下)との間を変動する。
図4Bは、本発明のインターフェース回路が、オフフック状態であり、V0のピーク電圧を持つ図4Aの二極信号が、Tx入力に掛けられている状態を示す。ライン82のところの電圧Vは、VQのバイアスDC値程度変化する時変信号である。
図5は、システムがオンフック状態、すなわち、オフフック/プリバイアス信号が作動していないで(ハイ)の状態で、そのため、電流IfがLED53を通って流れていない状態での、ライン82のところの電圧Vである。この状態の場合、アンプ段50および58は、相互に分離され、プリバイアスは回路に掛かっていない。その結果、ライン82のところの信号Vは、0ボルトの一定のレベルである。
好適な実施形態を参照しながら、本発明を詳細に図示し、説明してきたが、当業者なら、下記の請求の範囲に記載する、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、形式および詳細な点を種々に変更することができることを理解することができるだろう。
Claims (18)
- 電話装置と電話線の間にインターフェースを提供するためのインターフェース回路であって、
前記電話装置と電話線の間に接続され、前記電話装置と前記電話線との間で信号を供給するためのアンプ回路と、
前記アンプ回路に提供され前記アンプ回路が、二極信号を処理することができるように、前記アンプ回路にバイアスを掛けるためのバイアス手段であって、バイアス状態と、非バイアス状態の間を切り換わることのできるバイアス手段と、
前記電話線への前記電話回路の接続を制御するためのフック・スイッチ回路であって、接続状態と非接続状態との間を切り換わることのできるフック・スイッチ回路と、
前記バイアス手段が、前記バイアス状態と前記非バイアス状態との間を切り換わるにつれて、前記フック・スイッチが、前記接続状態と、前記非接続状態との間を切り換わるように、前記バイアス手段を前記フック・スイッチ回路に接続するための手段と、を備えるインターフェース回路。 - 請求項1に記載のインターフェース回路において、さらに、前記バイアス手段を前記フック・スイッチ回路に光学的に接続するための光学的接続手段を備えるインターフェース回路。
- 請求項2に記載のインターフェース回路において、前記光学的接続手段が、発光を反射するための光学的反射素子を備えるインターフェース回路。
- 請求項3に記載のインターフェース回路において、前記光学的接続手段が、さらに、前記光学的反射素子からの反射発光を受光するための複数の感光装置を備え、前記感光装置の中の一方が、前記フック・スイッチ回路に接続していて、前記感光装置の他方が前記アンプ回路に接続しているインターフェース回路。
- 請求項1に記載のインターフェース回路において、前記アンプ回路が、第二のアンプ段に接続している第一のアンプ段を備えるインターフェース回路。
- 請求項5に記載のインターフェース回路において、さらに、前記第一のアンプ段を前記第二のアンプ段に光学的接続するための手段を備えるインターフェース回路。
- 請求項6に記載のインターフェース回路において、前記第一のアンプ段を前記第二のアンプ段に光学的接続するための前記手段が、前記バイアス手段を前記フック・スイッチ回路に光学的接続するインターフェース回路。
- 請求項5に記載のインターフェース回路において、さらに、前記第一のアンプ段を前記第二のアンプ段に光学的接続するための光学的反射素子を備えるインターフェース回路。
- 請求項8に記載のインターフェース回路において、前記フック・スイッチ回路が、前記フック・スイッチ回路の切り換えを制御するために、前記光学的反射素子に光学的に接続している光学的感知装置を備えるインターフェース回路。
- 請求項1に記載のインターフェース回路において、前記電話装置がモデムであるインターフェース回路。
- 請求項1に記載のインターフェース回路において、前記電話装置がコンピュータであるインターフェース回路。
- 請求項1に記載のインターフェース回路において、前記インターフェース回路が、データ・アクセス装置(DAA)であるインターフェース回路。
- 分離アンプであって、
第一のアンプ段と、
第二のアンプ段と、
アンプ回路に接続され、前記アンプ回路が、二極信号を処理することができるように、前記アンプ回路にバイアスを掛けるためのバイアス手段であって、バイアス状態と非バイアス状態との間を切り換えることができるバイアス手段と、
切り換え可能な信号出力を提供するための切り換え可能な信号出力回路であって、前記バイアス手段が前記バイアス状態と非バイアス状態との間を切り換わるにつれて、切り換え可能な信号出力が、第一の状態と第二の状態との間で切り換わるように、前記バイアス手段に接続されている切り換え可能な信号出力回路と、
前記第一のアンプ段を前記第二のアンプ段に光学的に接続するためのものであって、前記バイアス手段を前記切り換え可能な信号出力回路に光学的に接続している光学的接続手段とを備える分離アンプ。 - 請求項13に記載の分離アンプにおいて、前記光学的接続手段が、
発光を反射するための光学的反射素子と、
前記光学的反射素子からの反射発光を、受光するための複数の感光装置であって、前記感光装置の中の一方が、前記フック・スイッチ回路に接続していて、前記感光装置の他方が、前記第一および第二のアンプ段の中の一つに接続している複数の感光装置とを備える分離アンプ。 - 請求項13に記載の分離アンプであって、前記分離アンプが、電話線を電話装置に接続し、前記電話線と前記電話装置との間で信号を処理する分離アンプ。
- 請求項15に記載の分離アンプにおいて、前記の切り換え可能な信号出力が、フック・スイッチを制御し、前記フック・スイッチが、前記電話線への前記電話装置の接続を制御する分離アンプ。
- 電話装置と電話線との間にインターフェースを提供する方法であって、
前記電話装置と前記電話線との間で信号を結合するために、前記電話装置と前記電話線との間にアンプ回路を接続するステップと、
前記アンプ回路が二極信号を処理することができるように、前記アンプ回路にバイアスを掛けるための、前記アンプ回路にバイアス回路を接続するステップであって、前記バイアス回路がバイアス状態と非バイアス状態との間を切り換わることが可能となっているステップと、
前記電話線への前記電話装置の接続を制御するためのフック・スイッチ回路を提供するステップであって、前記フック・スイッチが、接続状態と非接続状態との間を切り換えることが可能となっているステップと、
前記バイアス回路が前記バイアス状態と前記非バイアス状態との間で切り換わるにつれて、前記フック・スイッチ回路が前記接続状態と前記非接続状態との間を切り換わるように、前記フック・スイッチに前記バイアス回路を接続するステップと含む方法。 - 請求項17に記載の方法において、前記フック・スイッチ回路が、前記バイアス回路に光学的に接続している方法。
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