JPH0565156U - 通信装置間の接続回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電放電のような一時的過電圧が通信機器に
もたらされても、その間の通信信号の品質を維持するた
めに過電圧を抑制することができる通信装置間の接続回
路を提供する。 【構成】 インダクタ４Ｌｌａ、４Ｌ２ａ、４Ｌｌｃ及
び４Ｌ２ｃの配置は、単一相であるインダクタの磁気結
合がインダクタをして信号線間に誘起信号電圧ＶＳ（es
d)を生じさせ、アース線間に誘起アース電圧ＶＧ(esd)
を生じさせる。各線の（実質的に等しい）誘起電圧の極
性と値は、ループ上の電圧が加算されたとき、誘起電圧
ＶＳ（esd)がＶＧ(esd）の一部を打消してＶＳとＶＧと
の間の差成分のみが負荷抵抗４Ｒ１と４Ｒ２との間で分
圧される。従って、一時的な過電圧保護が提供されると
共に通信信号の品質を維持できる。

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

【０００１】 本考案は平衡データ伝送を提供する回路に関し、より詳細に現存する電話線に おいて伝送を平衡させ電話線における共通モード電流を抑圧する回路に関する。

【従来の技術】

【０００２】 通常の撚線対ワイヤで高速データを伝送する際の問題の厳しさは相当なもので ある。これらの問題は様々な条件で起きるもので、ワイヤの容量（長さとともに 増加）、被覆していないワイヤの、誘導電圧（容量性または誘導性結合）を拾い やすい傾向などが含まれる。加えてオペレータによるカーペットの摩擦等で機器 にもたらされる数キロボルトにも及ぶ静電気による放電（静電放電）のために、 機器の限度を超える共通モード電圧をワイヤ対に課すことで伝送エラーを引起す ことになる。多くのシステムでは平衡信号対に依存しているので、導体上の電圧 が非平衡な状態になると厳しい衝撃を与える。バラン回路（balun circuit)とし て知られるようになった回路を用いてそのような伝送ラインを平衡させるために 長年にわたって多くの試みがなされた。バラン（balun)という用語は、balanced -unbalanced から来ている。バラン回路の多くは各巻線につき１信号ワイヤの割 合でコイル巻線を介して両方の信号ワイヤを通過させるインダクタンスコイルを 備えている。これらの巻線の位相は差分データ信号は抵抗なく通過するのに対し 共通モード干渉は除去されるように工夫されている。静電放電によりバランコイ ルは多くの理由で満足できるものでないことが判っている。

【考案が解決しようとする課題】

【０００３】 本考案の目的は、静電放電のような一時的過電圧が通信機器にもたらされても 、その間の通信信号の品質を維持するために過電圧を抑制することができる通信 装置間の接続回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【０００４】 本考案は上記目的に鑑みてなされたもので、その要旨は、通信ラインにおける ２個の通信装置間の接続を行う回路において、該通信ラインは、該通信装置間で 通信信号を搬送するための少なくとも１本の信号リードと、該通信装置との接続 のための少なくとも１本のアースリードとを有し、該回路は、該信号リードと該 アースリードとに関連して設定されるインダクタンスを含む線型一時的過電圧保 護回路を形成し、該インダクタンスは、実質的に同じ大きさの電圧が該信号リー ドと該アースリード上に生成されるよう結合されて該信号リードとアースリード のいずれかにおける一時的過電圧の生起の際に該搬送通信信号の品質を維持する ようにしており、そして該回路は複数の直列に接続されたインダクタからなり、 各インダクタは該信号リードとアースリードで巻回されたものであって該インダ クタのいずれの巻回も１つの相を有している通信装置間の接続回路にある。

【０００５】 ここで、インダクタンスは巻線間容量を低くするためにリードが巻回されたイ ンダクタンスコアにより生成することができる。この場合、該コアはフェライト 材料から作られることが好ましい。

【０００６】 また、インダクタンスは各コアにおける巻線間容量を低くするためにかつ別々 のコア巻線間の容量を低くするために、各々に該リードが１回だけ巻かれている 複数のコアにより生成することもできる。 この場合、信号リードはバランコイルの巻線に電気的に接続するとよい。

【０００７】 さらに、信号リードと該アースリードはそれぞれが複数のリードであり、該イ ンダクタンスは該リードのうちの１本について生起される電圧が他の全てのリー ドについても実質的に同一の大きさでかつ同一の極性で生起されるように、互い に結合することができる。この場合、該コアは一時的過電圧の高周波成分を除く ためにフェライト材料から作ることができる。

【０００８】 また、信号リードとアースリードとの間に接続された、上記生起電圧の高周波 成分を減少させる手段を含むことができる。

【０００９】 また、本考案の別の要旨は、２つの通信装置間の接続回路において、少なくと も２本の信号リードと１本のアースリードを含む入力、少なくとも２本の信号リ ードと１本のアースリードを含む出力、及び各々が入力側と出力側とを有する２ 重バラン巻線であって、該巻線各々の入力側が該入力信号リードの異なるものに 接続されている２重バラン巻線；及び各々が少なくとも３つの巻線からなる複数 の直列接続されたインダクタであって、いずれのインダクタの巻線も１つの相を 有しており、該インダクタの各々の１番目の巻線は該バラン巻線の一方の該出力 側と該出力信号リードの一方のものとの間に配置され、該インダクタの各々の２ 番目の巻線は該バラン巻線の他方のものの該出力側と該出力信号リードの他方の ものの間に配置され、そして該インダクタの各々の３番目の巻線は該アースリー ドと該出力アースリードとの間に接続されている複数の直列接続されたインダク タとを有するバラン回路とからなる２つの通信装置間の接続回路にある。

【００１０】 ここで、インダクタ各々は、バラン回路のコアに比べて透磁率が低いコアを含 み、そして該バラン回路に比べて巻線数が少なくすることが望ましい。

【００１１】 また、バラン回路は高インダクタンスを生じるために巻かれた小さなコアを含 み、該インダクタは比較的低いインダクタンスを生じるために巻かれた該バラン コアより大きな少なくとも１つのコアを含むことができる。

【００１２】 さらに、インダクタ巻線は信号リードとアースリードを少なくとも１つの誘導 コアの回りにループさせることにより形成することができる。

【００１３】 また、インダクタ巻線は信号リードとアースリードを一連の誘導コアの回りに ループさせることにより形成することもできる。

【００１４】 バラン回路の入力リードは、信号パルス整形回路に接続することができる。

【００１５】 また、低域通過フィルタ手段と、これをアースリードと各信号リードとの間で 接続する手段とを含むこともできる。この場合、該低域通過フィルタ手段は一対 のコンデンサを含むこともできる。

【００１６】 さらに、本考案の別の要旨は、データ通信ラインに挿入するための線型サージ 保護回路であって、該ラインは少なくとも１つの信号リードと１つのアースリー ドを有しており、該保護回路は、広い周波数範囲にわたって透過率が一定の誘導 コイルを含み、このコイルの回りに該データ通信ラインが数回巻かれていること を特徴とするサージ保護回路にある。

【００１７】 ここで、コアはフェライトリングであることが望ましい。

【００１８】 また、該回路は一連のコアを含み、それぞれのコアの回りに該データ通信ライ ンが数回巻くことができる。

【００１９】 さらに、該回路は、該データ通信ラインに接続され該通信ライン上の信号パル スを整形する手段を含むことができる。

【００２０】 また、該コアの回りの該データ通信ラインンの巻数は２０以下であることが望 ましい。

【００２１】 なお、本考案者は上記目的を鑑みて、従来型のバラントランスに用いることが でき、かつ静電電圧に対する保護回路を含む回路を設計した。この回路は長いワ イヤ距離にも短いワイヤ距離にも適している。本構成では一連のフェライトコア を介してさらに２組の撚線対を通過させる。フェライトコアから出るこれらの撚 線ワイヤ対は一方がアースに接続され、信号搬送撚線対の方（平衡信号の双方の 部分を搬送する）は小信号バランコイルを介してパルス整形回路と低域通過フィ ルタに接続されるように終端される。

【００２２】 本構成を用いるとケーブルの遠端にある装置間のポテンシャルの差により全て のリードで電圧が平等に誘導される。ライン長が大きく従って容量が大きい場合 の補助のためにインダクタンスと抵抗を加えるのにスイッチが使用される。こう して信号は被覆したケーブルを介して受信端に伝送される。

【実施例】

【００２３】 本考案の概念をバラン回路に実際に適用することを論議する前にこの概念の基 礎となる原理を理解することが手助けとなると思われる。図３に示す、信号路の 一方から成る簡略化回路を参照する。静電放電（ＥＳＤ）の間及び後、放電電流 は端局１１から３つの経路を通って流れ出る。予期されるように放電電流のほと んどは電力コードの緑色アース導線を通って端局から建物のアースへ流れる。こ れは電流１１で示す。いくらかの電流１２はアース導線を流れ、電流１３は信号 導線を通って制御器１２へ流れ制御器のアース接続を通ってアースへ流れる。電 流１３により負荷抵抗３Ｒ１及び３Ｒ２の両端にデータ受信器の共通モード範囲 を超える電圧が容易に発生する。この共通モード範囲は通常の５ボルト電源の装 置の場合約３ボルトであり、直接にラインに結合される。電流１３はＥＳＤの結 果、端局１１と制御器１２との間にポテンシャルの差が生じるから流れるもので ある。デバイス間を流れる全電流は１２と１３とに分割される。

【００２４】 本考案の基礎となる解決策は図４の簡略化回路に示される。本考案に従うと、 インダクタ４Ｌｌａ、４Ｌ２ａ、４Ｌｌｃ及び４Ｌ２ｃの配置は、図４に示され ているように単一相であるインダクタの磁気結合がインダクタをして信号線間に 誘起信号電圧ＶＳ（esd)を生じさせそしてアース線間に誘起アース電圧ＶＧ(esd ）を生じさせるようになっている。各線の（実質的に等しい）誘起電圧の極性と 値は、ループ上の電圧が加算されたとき、誘起電圧ＶＳ（esd)がＶＧ(esd）の一 部を打消してＶＳとＶＧとの間の差成分のみが負荷抵抗４Ｒ１と４Ｒ２との間で 分圧されるようになっている。従って、一時的な過電圧保護が提供され、一方通 信信号の品質を維持する。詳細に述べると、インダクタ４Ｌ１ａ、４Ｌ２ａ、４ Ｌ１ｃ及び４Ｌ２ｃを加えると２通りの効果がある。第１に直列インピーダンス を加えることにより巻線のインダクタンスが制御器１２と端局１１との間を流れ る全電流を減少させるので抵抗４Ｒ１と４Ｒ２にかかる電圧が低くなる。第２に インダクタはたて方向チョークを形成するように互いに磁気的に結合されて位相 を与えられている。この構成は２つのやり方で動作する。第１にインダクタ巻線 間の磁気的結合がなければ信号ワイヤ上のデータ信号は余分なインダクタインピ ーダンスにより減衰されるであろう。第２に位相によりインダクタは信号ワイヤ 上に電圧ＶS （esd)を生じる。電圧ＶS （esd)は端局と制御器の間でアースワイ ヤ間に発生する電圧ＶG （esd)と極性は同じで値は同じ程度である。従ってルー プ（負荷抵抗４Ｒ１と４Ｒ２を含む）の周りの電圧を合計すると、誘導電圧ＶS （esd)はＶG （esd)の一部を相殺し、その結果ＶS とＶG の差だけが負荷抵抗４ Ｒ１と４Ｒ２の間で分割されることが判る。実際には伝送ライン効果が加わりよ り複雑になる。しかしこの簡単な分析の基本原理はより複雑な場合に容易に拡張 できる。

【００２５】 フィルタコンデンサ４Ｃ１と４Ｃ２を加えると有効データ範囲の上でかなりの ＥＳＤエネルギーを含む周波数をロールオフするのに役立つ。

【００２６】 図１に平衡フォーマットの形で端局１１にデータを送信しかつ受信すると仮定 される制御器１２を示す。この例では「平衡」というのは１つのワイヤ上の信号 が他のワイヤ上の信号に関して平衡しているという意味である。従って、１つの ワイヤ上の信号がハイ（１）であれば、他のワイヤ上の信号はロー（０）である 。これらの信号（撚線対１３のリードＡ上に存在する）は撚線対の制御器１２の 側のバラン回路１０を通過し、撚線対の端局側のバラン回路１０を通過する。バ ラン回路間の距離は典型的には約２１０ｍ（７００フィート）で、音声通信に共 通して用いられる簡単な撚線対でつなぐことができる。

【００２７】 ２番めの撚線対１３Ｂ（または単一の導線）は第１の信号撚線対と共同して用 いられる。この第２対は端局１１の筺体アースを制御器１２の筺体アースに接続 するのに用いられる。

【００２８】 ＥＳＤ電圧はフェライトコアインダクタ２Ｌ１、２Ｌ２、２Ｌ３及び２Ｌ４に より制御される。本実施例では４個のインダクタを用いる。インダクタの数はい くつかの因子で決められる。第１に、１つのコア上のターン間容量は小さくしな ければならない（約１pf）。従って巻数の多い１個のコアの代りに、巻数の少な いいくつかのコアを用いるべきである。用いるコアの数はＥＳＤ発生の際に共通 モード電圧をデータ受信器において許容限度内に保つのに充分なものでなくては ならない。典型的には４個ないし８個のコアが必要である。撚線対Ａ上のデータ 信号はフェライトコアを通過する。図４に関して論議したように、巻線の位相を 選択することによりＥＳＤに伴う悪影響は最小限になる。この２本の信号リード に関しては極性はフェライトインダクタ２Ｌ１−２Ｌ４がデータ伝送に対して透 明であるように選ぶ。

【００２９】 両方の信号リードがほぼ同一の誘導電圧にさらされるので、ＥＳＤの結果しと て平衡信号に関して生成された電圧差は無視できるほどに小さい。これらの信号 はどちらの側であってもアースに対して高いレベルにあるが、互いの関係では実 質的に平衡である。そして端局１１で再現するためにケーブル１５に与えられる 前にバランインダクタ１Ｔ１に与えられてさらに平衡にされる。

【００３０】 バランコイル１Ｔ１は信号リードのみにおけるデータ信号のたて方向成分を抑 圧する作用を行なう。バランコイル１Ｔ１の設計はよく知られており、小信号に 対する高インダクタンスが必要である。従って、バランコイルでは巻線の多い小 さいコアを用いる（一方、前述のようにＥＳＤ保護コア２Ｌ１−２Ｌ４では数タ ーンしかない、より大きなコアを用いる）。小信号バランコイルの誘導性透過率 は典型的にはＥＳＤコアの透過率よりかなり高い。ＥＳＤコアの目的はターン間 容量を最小限にし、ＥＳＤの間のＥＳＤコアのコア飽和を避けることにある。

【００３１】 スイッチ１ＳＷはバラン回路間の撚線対が大幅に長いことを示す刺激の結果し とて手動または電子工学的に作動される。その目的はワイヤが長いために増加す る容量を補償するために回路に抵抗とインダクタンスを加えることにある。

【００３２】 図２にフェライトコアの実際の構成と２組の撚線対を示す。撚線対は別個の線 対でも良いし１つのケーブル内に組込んで良く、４個のコア２Ｌ１、２Ｌ２、２ Ｌ３及び２Ｌ４を通過する。多重コアを用いるとターン間容量が減り、構造の共 鳴周波数が上がる。これは、ＥＳＤにより発生する周波数成分が高いから重要で ある。ケーブルは各コアを数回巻き、そして次のコアに達する。一例として米国 のフェアライト社（Fair-Rite Corporation)から得たタイプ４３のフェライト材 料で作ったコアの周囲に撚線対を４回巻いた。用いたコアは同社から得られる型 番２６４３１６４１５１のものであった。広い周波数範囲にわたって一定の透過 率をもつ多くの材料が使えることに注意されたい。さらに、不可欠ではないが優 れた条件としてインダクタに典型的に関連する虚数インピーダンス成分に加えて 実数インピーダンス成分を助長するコア損失物質を用いることがあげられるであ ろう。

【００３３】 本実施例の回路は端局に送られるデータに関して示されているが、静電放電電 圧が問題を起こすいかなる環境でも用いられることに注意されたい。この問題は 撚線対を用いる場合でも同軸ケーブルを用いる場合でも生じ、通信が平衡型のも のかあるいは他のモードで行なわれるのかに関係なく生じる。

【００３４】 バラン回路は制御器と端局とに関連して示したが、それは説明をしやすくする ためのものである。データ通信を行なういかなるデバイスも撚線対に接続できる 。この接続は図示したような２個のデバイス間でもできるが、全てが平行または 直列に接続された多くのデバイス間でも可能である。この実施例ではディジタル データに焦点を当てているが、本回路はアナログやディジタルなど他のどの型の 伝送においても機能する。

【００３５】 さらに、静電放電電流の問題にしぼって論議して来たが、通信ライン上のいか なる電圧または電流サージまたは一時的変化であってもどのようにしてそのサー ジが発生したかにかかわらず本考案の概念を用いて制御できる。

【００３６】 また、非平衡信号が用いられる回路の場合、小信号バランコイルをなくし、さ らにパルス整形回路をなくすことにより本発明の回路はサージ保護に用いること ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の概念を用いるバラン回路を示す。

【図２】４個のコアの巻線を示す。

【図３】本考案の基礎となる原理を示す。

【図４】本考案の基礎となる原理を示す。

【符号の説明】

１１ 通信装置 ２Ｌ１，２Ｌ２，２Ｌ３，２Ｌ４ インダクタンスコア １０ バラン回路

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信ラインにおける２個の通信装置間の
   接続を行う回路において、 該通信ラインは、該通信装置間で通信信号を搬送するた
   めの少なくとも１本の信号リードと、該通信装置との接
   続のための少なくとも１本のアースリードとを有し、 該回路は、該信号リードと該アースリードとに関連して
   設定されるインダクタンスを含む線型一時的過電圧保護
   回路を形成し、 該インダクタンスは、実質的に同じ大きさの電圧が該信
   号リードと該アースリード上に生成されるよう結合され
   て該信号リードとアースリードのいずれかにおける一時
   的過電圧の生起の際に該搬送通信信号の品質を維持する
   ようにしており、そして該回路は複数の直列に接続され
   たインダクタからなり、各インダクタは該信号リードと
   アースリードで巻回されたものであって該インダクタの
   いずれの巻回も１つの相を有している通信装置間の接続
   回路。
2. 【請求項２】 ２つの通信装置間の接続回路において、 少なくとも２本の信号リードと１本のアースリードを含
   む入力、 少なくとも２本の信号リードと１本のアースリードを含
   む出力、及び各々が入力側と出力側とを有する２重バラ
   ン巻線であって、該巻線各々の入力側が該入力信号リー
   ドの異なるものに接続されている２重バラン巻線；及び
   各々が少なくとも３つの巻線からなる複数の直列接続さ
   れたインダクタであって、いずれのインダクタの巻線も
   １つの相を有しており、該インダクタの各々の１番目の
   巻線は該バラン巻線の一方の該出力側と該出力信号リー
   ドの一方のものとの間に配置され、該インダクタの各々
   の２番目の巻線は該バラン巻線の他方のものの該出力側
   と該出力信号リードの他方のものの間に配置され、そし
   て該インダクタの各々の３番目の巻線は該アースリード
   と該出力アースリードとの間に接続されている複数の直
   列接続されたインダクタとを有するバラン回路とからな
   る２つの通信装置間の接続回路。
3. 【請求項３】 データ通信ラインに挿入するための線型
   サージ保護回路であって、該ラインは少なくとも１つの
   信号リードと１つのアースリードを有しており、 該保護回路は、広い周波数範囲にわたって透過率が一定
   の誘導コイルを含み、このコイルの回りに該データ通信
   ラインが数回巻かれていることを特徴とするサージ保護
   回路。