JPS6113423B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電話装置に関するものであり、更に具
体的に云えば電話受話器のフツク外れ（オフ・フ
ツク）状態の検出のための自動装置に関するもの
である。

フツク外れ検出器に関する米国特許第3205312
号は電話受話器がフツクに掛かつているか外れて
いるかに依存して可変率で変成器を介して放電す
る所のキヤパシタを周期的に充電する方法を開示
している。そのキヤパシタの電位は予定の値と比
較するため周期的にモニタされる。

電話加入者線のための監視回路装置と題する米
国特許第3720793号は通常型式の大きいエネルギ
ーを使う、嵩張り、銅を使い、寸法上の問題及び
リンギング信号の正の各半波の第１部分中にサー
ジ電流をサンプルするのに信頼性の問題を含んだ
機械的切替リレーを用いたフツク外れ感知器を含
んでいる。

リング・トラツプ回路と題する米国特許第
3835258号はフイルタＦ、オツシレータＯ、変成
器TR、整流器RE、及びリレーを働かせるトラン
ジスタスイツチを有するスイツチング装置COを
採用している。

電気波信号のデイジタル解析と題する米国特許
第3735263号は繰返し信号のみの負荷サイクル
（duty cycles）を測定するため到来波形のサイク
ル毎に一定数のパルスを作ることを教示してい
る。信号の周期の合計持続時間の和が第１レジス
タ中に累算される。第２のパルス列がその信号の
有効部分の持続期間に等しい量だけ第２レジスタ
中に累算される。その後反転可能な計数が、測定
時間中の有効部分の間第１レジスタからのパルス
で第２レジスタを減計数するため進行する。得ら
れるべき結果のために少なくとも２つの完全な動
作サイクルが必要とされ、それは所望の結果を達
成するに際して実質的な組込み時間遅れを含んで
いる。

電話装置に於て各電話線は独立の動作が可能で
なければならないので、中央電話交換機は受話器
がそのフツクから持ち上げられているかどうかを
判定するため各々のそしてすべての電話線を別々
に質問できなくてはならない。これは明らかにフ
ツク外れ感知器がすべての加入者電話線に取付け
られることを要請している。かつての栄光ある施
設は受話器がフツクから外されたときDC電流の
存在を感知するため外線と直列にリレー・コイル
を接続するようにされてきた。

現代ではソリツド・ステート技術の利用を通じ
て機能を小型化することによりエネルギー及び材
料コストを減少し且つスペース及び天然資源を維
持するのが望ましい。

基本的な問題は利用者がその架台から受話器を
持上げたとき存在する20乃至80ｍＡのDC電流の
迅速な検出である。最も重大な困難は、この検出
が迅速に行なわれなければならぬことであり、と
りわけピーク・ピーク値がDC成分よりも約５倍
大きい所のベル・リンギング電流の存在する場合
に困難である。フツク外れ状態の速かな識別は、
受話器が使用者の耳に到達する前にリンギング電
圧が打切られてしまうことを保証する。

それに加えて、２つの回路が分離されうるよう
に加入者線と出力との間に或る程度の電気的アイ
ソレーシヨン（分離）を与えるべきである。これ
は加入者線と回路の残余の部分との間に或る程度
アイソレーシヨンを自動的に与える。これは又加
入者線が時として自然発生源からの過剰な共通モ
ード電圧にさらされたとしても破滅的な破壊が回
路の残余の部分に伝播する可能性を減少する。

回路の電流を検出するために磁気抵抗性ブリツ
ジを使用しうることに気付いた。これは加入者線
と回路の残余の部分との間に或る程度のアイソレ
ーシヨンを自動的に与える。それに加えて、その
ブリツジは回線の１本の線の合計電流に或いは２
本の線の差電流に応答するように設計することが
できる。

この用途のための適当なMRブリツジは10Kオ
ームの抵抗を有する素子を持ち、10Vの電源で動
作する。この用途のために特別に設計されたブリ
ツジでは、300ｍＡのピーク入力電流が100ｍＶの
差出力電圧を発生するのに対して、20ｍＡの感知
されるべき最小DC電流は20ｍＶの信号を発生す
る。所望の応答時間は２サイクルのリンギング電
圧周波数よりも短かく、その出力は論理的レベル
にある。

ベル・リンギング電流の存在する場合及び存在
しない場合の両方についてDCフツク外れ電流の
存在を感知するためにデイジタル手法が用いられ
る。その応答時間は２サイクルのリンギング電圧
よりも短かい。フツク外れ表示は論理的１、つま
り「１」の出力レベルである。屡々再現される部
品のコストは現代の大規模集積技術を用いること
により著しく減少することが多分可能である。

あらゆる技術的努力の窮極的目的は性能向上、
コスト減少の何れか或いは両方にある。この設計
に於けるデイジタル・エレクトロニツクス使用の
利点はクリテイカルな製造プロセス及び手仕事の
調整作業の回数の減少、及び大規模集積技術使用
の可能性にある。

この設計は、フツク外れ状態にある電話機のイ
ミタンス（インピーダンス及びアドミタンスの総
称）はDC通路のコンダクタンスによつて支配さ
れることの観察に基づいている。かくて完全な加
入者ループのインピーダンスも又DC通路の抵抗
によつて支配される。純抵抗性である回路網に於
ては、公称DC電流はループ抵抗に無関係にピー
クACリンギング電流の38％になろう。正弦波の
リンギング電流及び正の極性のDC電流を想定す
ると、フツク外れ電流波形はリンギング電流の存
在する場合には１サイクルの62.5％の間正であ
り、リンギング電流の無い場合には100％の間正
である。フツク状態波形は零電流或いは零の周囲
で対称的な正弦波である。

このデイジタル設計の着想は電流波形が正であ
る時間部分を測定することである。この設計のク
リテイカルな部分は入力回路である。比較器入力
は、零信号が丁度論理的零出力を発生しそして対
称的な正弦波入力が殆んど50％の負荷サイクルを
持つた矩形波を発生するように僅かにオフセツト
されなければならない。フツク外れ状態はリンギ
ング電圧が供給されるか否かによつて62％或いは
100％の何れかの負荷サイクルを有する波形を発
生する。一旦これらの波形が発生されると、フツ
ク外れ状態を検出するのは比較的簡単なデイジタ
ル・プロセスである。

その回路は対称的な動作マージユで設計され
る。フツク外れ状態を検出するための臨界は57％
であるが、フツク外れ条件は通常62％或いはそれ
以上の負荷サイクルを生ずる。これはその回路が
ピーク・リンギング電流の23％ほどの小ささであ
る所のフツク外れ電流を検出することを可能なら
しめる。ループ抵抗の60％が加入者の電話機の外
にあり且つ供給電圧及びリンギング電圧が維持さ
れる限り、DC成分はこの割合以下に下る筈がな
い。

本発明に従つて電話線上の電気的波形のDC成
分を測定するための装置が提供される。電話線上
に存在する電気波形を検出し入力信号を比較手段
へ与えるため、その電話線へ結合するための手段
が提供される。電気的波形の周波数に較べて相対
的に高い周波数を有する基準信号を発生するため
の手段も比較手段へ結合される。後者は入力信号
を基準信号と比較し、基準信号に対するDC成分
の値を表示するように働く。

第１図はチツプ及びリング線６，７により電話
伝送線Ｔ及び線２２，２３を介して、フツク外れ
検出器４へ結合されたフツク外れ感知器Ｓへ接続
されている電話ハンドセツト（送受話器）５を示
す。

フツク外れ感知器Ｓは第２Ａ図及び第２Ｂ図に
詳細に示されている。１対のストリツプライン導
体２０及び２１が導線２２及び２３によつて電話
ハンドセツト５からの伝送線路へ接続されてい
る。

ストリツプライン２０及び２１はそれらの間に
絶縁層２４及び２６を持ち、更にそれらの間に磁
気抵抗性感知層２５がサンドウイツチされてい
る。層２４及び２６はSiO₂或いはAl₂O₃のような
良好な誘電体で構成されている。

第２Ｂ図は第２Ａ図を線２Ｂ−２Ｂに沿つて切
断した断面図であつて、磁気抵抗性感知器ブリツ
ジの実際の配列を示す。同図のブリツジはすべて
並列になつており且つ第２Ａ図に示されたストリ
ツプライン構造の長さに沿つて延びている所の抵
抗器２７，２８，２９及び３０によつて形成され
るホイートストン・ブリツジの両端に接続された
金属化線３１及び３２へ線Ａ及びＣを介して接続
された電池を有し、ストリツプラインを通つて流
れている電流を電磁的結合によつて測定するよう
になつている。抵抗器２７，２８，２９，３０の
抵抗値を夫々R27、R28、R29、R30とすれば、
R27×R29＝R28×R30なる関係が成立していると
きブリツジが平衡する。従つて第２Ａ図のストリ
ツプラインを第２Ｂ図の４つの磁気抵抗器の１つ
に近接するように位置決めすれば、ストリツプラ
インに流れる電流によりブリツジの平衡がくずれ
て対応する電圧が端子Ｂ−Ｄ間に得られるように
なる。磁気抵抗器２８及び２９の接合部は、第１
図の検出器４へ向う導線Ｂが半田付けされている
所の金属で形成されたパツドへ金属化線３３によ
つて接続されている。磁気抵抗器２７及び３０の
接合部は、検出器４へ接続される導線Ｄが半田付
けされている所の金属製パツドへ金属化線３４に
よつて接続されている。

この装置はAC信号を含んだDC成分の位相に無
関係な検出を与える。未知のAC信号の負荷サイ
クル（１サイクルの波形中に於ける正の値を持つ
波形部分の時間的割合）は、DC成分が零である
と言う理由で0.5の負荷サイクルを持つとされる
既知のAC信号の負荷サイクルと比較する手段に
よつて測定可能である。この装置は電話接置に於
てフツク外れ信号の迅速な検出に特に適してい
る。

或る用途では、DC成分はより大きいAC成分を
有する波形中で検出されなければならない。これ
は高周波成分を除去するために信号を波するこ
とによつて最も普通に行なわていれる。そのよう
な回路網の過渡応答は凡そ１／ｆ_ｃに制限される。ここ でｆ_cは低域フイルタの遮断周波数である。迅速
な応答を要請する装置は、ｆ_cが効果的に波さ
れるべき第１のAC成分の周波数に接近すること
を可能ならしめる所の複合多極フイルタを用いて
作られうる。

AC成分の波形が予じめ知られている場合には
波形を基準に対して連続的にテストすることが可
能である。応答時間はサンプリング率によつて制
限されるがしかしそのような装置のためのハード
ウエアのコストは高い。AC波形の零交差時にサ
ンプリングするという代案はより低コストの回路
を含み、そして平均応答時間を波形の周期の1/4
へ減少する。両者の方法は到来波形と位相同期状
態で動作する回路を要請する。

本装置はAC波形の１周期よりも小さい平均応
答時間でDC成分を検出するための位相に無関係
な方法を用いる。或る特殊な事例に於てはこの
DC成分の大きさはAC信号の絶対的な大きさを知
ることによつて容易に推理可能である。

AC波形はピーク振幅Ａを有する正弦波である
ものと仮定する。正弦波は0.5の負荷サイクルを
持つ。正のDC成分Ｄ（ここでＤ＜Ａである）を
加えると〔sin^-1（Ｄ／Ａ）〕／πだけ負荷サイク
ルを増加する（ここでsin^-1xはラジアンで表わ
す）。同様にピーク振幅Ａの三角波形に対して
は、DC成分がＤ／2Aだけ負荷サイクルを増加す
る。しかしこの方法はAC信号が矩形波であると
きには適用できない。何故なら負荷サイクルに不
連続的な変化があるからである。

相対的なDC成分を検出し且つ測定する方法
は、前述のように波形の負荷サイクルを測定する
ことから成る。AC波形に関する唯一の要件は零
交差の領域で「適度に連続」であることである。
ここで「適度に連続」と言う用語は矩形波、パル
ス等を除外することを意味する。この方法は１つ
の完全なサイクルの間波形を検査することを要求
するが、検査期間はAC波形に対して何ら特別な
位相関係を持つには及ばない。

DC信号を測定或いは検出するためのデイジタ
ル方法はAC信号の基本周波数のＭ倍で動作する
発振器の出力をゲートするため波形の負荷サイク
ルを用いることから成る。ゲートされた出力はＭ
〓Ｎで発振器のＮ計数の間計数される。若しもＫ
がＮサイクル当りの出力計数の数であるなら、負
荷サイクルはそのとき１／Ｍの分解能及び±２
（Ｍ−Ｎ＋１）／（Ｍ＋Ｎ）の正確度でＫ／Ｎと
して測定される。かくて最良の正確度がＭ＝Ｎに
すること或いは基本周波数のＮ倍で局部発振器周
波数を同期化することからもたらされる。

最良の分解能は最高の発振器周波数からもたら
されること明らかである。

第３図はこの方法を用いた回路のブロツク図を
示す。それは電話線上のフツク外れ状態を感知す
るため磁気抵抗性電流検出器と関連して使うため
に設計された。この用途ではDC成分は無いか或
いはAC成分の一定分数として存在しうるかの何
れかなので、AC信号の存在する場合の波形の負
荷サイクルは２つの値の何れかを持つ。ACの無
い場合のDCの成分の検出は簡単である。この方
法の１つの特徴はそれは使用頻度の高い部品のコ
ストを最小化するため区分されたことである。具
体的に言うと主発振器はリンギング電圧反復率で
且つその周波数のＮ倍のパルスを発生するように
リンギング電圧に対して位相ロツクされる。計数
器及び論理のような構成要素はフツク外れ状態に
対して計数器を検査するため各線に対して再現さ
れる。この試みの利点は屡々反復される部品は大
規模集積回路構成技術へ修正可能であることであ
る。

第３図は周波数ＦのAC成分及び間欠的なフツ
ク外れ信号を表わすDC成分を持つことがある線
１１（Ｂ）上の信号を受取るための比較器１０
（望ましくは差動増幅器）を示す。電話への適用
に於てAC及びDC成分の割合はリンギング電圧発
生器、線路電池、及び加入者ループ・インピーダ
ンスの許容された範囲によつて固定された範囲に
ある。回路１０の出力はAND１２へ進む。

発振器１３は周波数MFで発振する。ここでＭ
は63などの整数Ｎであるのが望ましい。そのよう
な装置を現実のものにする１つの方法は周波数
NFで動作する位相ロツクド発振器１３を使用す
ることである。基準周波数Ｆはリンギング電圧発
生器８によつて発生される。発振器１３はAND
１２に対する他方の入力及び分周器１４（その入
力を整数Ｎで分周する）の入力へ接続された出力
を有する。計数器１５はＮ＋１まで計数し、発振
器１３からの入力に対してAND１２を開の状態
に保つように回路１０が正の出力を供与している
間のみ発振器１３のすべての出力を記録する。分
周器１４は発振器１３からのＮ個のパルスの群毎
に１つの出力を供与し、シングルシヨツト
（SS）１６をしてメモモリ１８への貯蔵信号を発
生せしめる。メモリ１８はそれに応答して計数器
１５中の値を貯蔵し、計数器１５はシングルシヨ
ツト１６の出力の降下に際してシングルシヨツト
（SS）１７からの信号によつてリセツトされる。
デコーダ１９はメモリ１８中の値に応答して制御
されるべき回路へ出力を供与し、フツク外れ状態
が存在したか否かを表示するため選択された或る
一定のレベル以上に或いはそれより下にメモリ中
の値があるか否かを表示する。

第４Ａ図は電話ハンドセツトのフツク外れ電流
波形を示す。但し、リンギング電圧は存在せず且
つ破線で示された零値よりも実質的に上である所
の電流値、15ｍＡ＜Ｉ＜100ｍＡを有する。

第４Ｂ図はリンギング電圧が無いときの零電流
レベルのフツク状態電流波形を示す。

第４Ｃ図は電流Ｉ_DCによつて正に偏倚されたリ
ンギング電流、Ｉ_AC（ピーク・ピーク値）〓5I_DC
を表わす正弦波のフツク外れ電流波形を示す。

第４Ｄ図は正弦波によつて示されるリンギング
電圧と共に、零電流のフツク状態電流波形を示
す。

検出器４（第３図）は比較器１０の出力を用い
て発振器１３の出力をゲートすることにより負荷
サイクルを測定する。この回路のコスト効果比は
２^N計数レジスタ（Ｎビツト）を用いることによ
り、そしてリンギング電圧周波数の（２^N−１）
倍で局部発振器を働かせることにより最大化され
る。装置は６ビツト計数器１５を持つので局部発
振器は線路周波数の63倍の周波数で動作する。

幾つかのフツク外れ感知器をサービスするため
唯１回だけ樹立されるべき必要がある回路のうち
には発振器１３があり、それはリンギング電圧周
波数の（２^N−１）倍のパルスに加えて、リンギ
ング電圧のサイクル毎に１回すべてのレジスタを
検査し且つクリヤにするための順序的パルスを発
生するものである。

望ましい局部発振器回路は位相ロツクド・ルー
プである。200Hzで動作する回路に対して発振器
１３は1260Hzで動作する。これは付加的なリセツ
ト電子装置を有する６段バイナリ計数器を用いて
1/63に分周される。シングル・シヨツト１６及び
１７は２つのシングル・シヨツトのタイミング遅
れによつてリセツト・パルスの持続時間を増加す
るようにリセツト回路を働かせる。但しその持続
時間は発振器１３の１周期よりも大分短かくなけ
ればならない。

リンギング電圧の毎サイクルの終りに於て大き
さ計数器１５の出力は簡単な２安定ラツチ・メモ
リ１８である貯蔵器へ転送される。メモリ１８の
内容が更新された後、計数器１５はリンギング電
圧の次サイクルのため零へリセツトされる。

［発明の効果］ リンギング電圧のサイクル毎に１回波形の負荷
サイクルを検査することにより、回路の応答時間
が２つのリンギング電圧サイクルよりも長くなら
ないように保証される。若しも受話器がフツク外
れ感知器の周期の開始点近くで持ち上げられてフ
ツク外れ状態になるなら最悪の例が起きる可能性
があるが、比較器出力の「負荷サイクル」が若干
失なわれる程度の遅れがあるのでその心配はな
い。この回路で可能な最も速かな応答はリンギン
グ電圧の半サイクルよりも僅かに大きい。

以上述べた回路のフツク外れ感知器Ｓとして、
加入者電話線に直列接続したストリツプライン及
びそれに電磁的に結合するよう配置した磁気抵抗
ブリツジの組合わせを採用したことにより、加入
者電話線とフツク外れ感知回路との間の所望のア
イソレーシヨンを効果的に達成することが出来
た。即ち加入者電話線にストリツプラインを直列
に挿入してその濡洩磁束を活用する構成にしたこ
とにより、従来のようなリレーコイル、磁界発生
コイル、発光ダイオード等を利用した構成に較べ
るとDC成分測定のためエネルギ損失を実質的に
加重することがない。このことはすべての加入者
線に取付けられることが要請されて、結果的に膨
大な個数となり、交換機のスペースを占領するこ
の種の装置の放熱上の問題を除去して小型化を許
容する。又、ストリツプライン及び磁気抵抗ブリ
ツジは簡単な受動素子なので薄膜技術で容易に集
積化でき、小型且つ安価に製造することが可能で
ある。両者の位置関係を正確に作り、特性を均一
化することが可能である。加入者回路毎に必要な
この磁気抵抗性感知器は、加入者電話線ループか
らアイソレーシヨンされるので、その電源を夫々
独立させなくても誤動作又はクロストークの問題
が発生せず、従つて必要な独立電源の数を減らす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて設計された装置のブロ
ツク図、第２Ａ図は本発明に従つて使用するのに
適した電話線磁気抵抗性感知器の部分図、第２Ｂ
図は第２Ａ図を線２Ｂ−２Ｂに沿つて切断して示
す断面図、第３図は第１図に従うフツク外れ論理
を示す図、第４Ａ図乃至第４Ｄ図は夫々電話リン
ギング信号の存在する場合及び存在しない場合に
於ける電話線のフツク外れ及びフツク状態の電話
線中の電流波形を示す図である。 Ｓ……フツク外れ感知器、Ｔ……電話伝送線、
５……電話ハンドセツト、８……リンギング発生
器、１０……比較器、１２……ANDゲート、１
３……位相ロツクド発振器、１５……計数器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加入者電話線ループ内に直列接続されたスト
   リツプラインと、 上記ストリツプラインに電磁的に結合するよう
   に配置されて、上記加入者電話線ループからアイ
   ソレーシヨンされたフツク外れ感知器を構成する
   磁気抵抗素子と、 リンギング信号周波数ＦのＭ倍（Ｍは整数）の
   周波数のクロツクパルスを発生するクロツク装置
   と、 上記フツク外れ感知器の出力を受取り感知出力
   信号が正の極性を呈する期間中出力を出す比較装
   置と、 上記クロツク装置及び上記比較装置の出力を受
   取るANDゲートと、 上記ANDゲートの出力を受取り上記感知出力
   信号が単一の正の極性を呈する期間中に上記クロ
   ツク装置から受取るクロツクパルスの数を計数す
   る計数器と、 上記計数器の計数値に基づいて電話線上の信号
   電流中にDC成分が存在することを示す信号を発
   生する装置と、 より成り、加入者電話線上に周波数Ｆなるリンギ
   ング信号と共存することあるDC成分を検出する
   ためのDC成分測定装置。