JP2004531181A

JP2004531181A - 電力伝送及び双方向通信のための２モード制御アイソレーション回路を有する通信デバイス

Info

Publication number: JP2004531181A
Application number: JP2003509731A
Authority: JP
Inventors: ウィルヘルムス、エイチ．シー．クヌッベン; ジョン、ジェイ．ソレー; ペトラス、エイ．エム．バン、デ、サンデ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: KR20040014987A; ATE471020T1; JP4204461B2; EP1405477B1; DE60236656D1; WO2003003680A1; EP1405477A1; CN1520666A; US20040196113A1; US7120245B2; KR100867055B1; CN100401725C

Abstract

パワードトランシーバ（２）と、ライントランシーバ（３）と、これらパワードトランシーバ（２）とライントランシーバ（３）との間に接続された（３個のコンデンサC_b1、C_b2、C_b3を含む）アイソレーション回路（４）と、パワードトランシーバ（２）からライントランシーバ（３）への電力伝送を制御し、およびアイソレーション回路（４）を介しての双方向通信を達成するために適合化された制御回路（５）と、を備える通信デバイス（１）が開示される。制御回路は、２モード制御回路（５）から成り、第一のモードの際には、電力が伝送されると共に、一方向の通信が遂行され、第二のモードの際には、他方向の通信が達成される。この通信デバイス（１）及びアイソレーション回路（４）は、小さく、低いコンデンサ値を有し、このため、電話、医療機器、生産過程、モデム、制御及び/或いは計測装置、電気通信装置等において、最大数百MHzまでの高いスイッチング周波数にて用いることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワードトランシーバと、ライントランシーバと、これらパワードトランシーバとライントランシーバとの間に接続された少なくとも２個のコンデンサを含むアイソレーション回路と、パワードトランシーバからライントランシーバへの電力伝送を制御するため、及びアイソレーション回路を介して双方向通信を達成するように適合化された制御回路と、を備える通信デバイスに係る。
【背景技術】
【０００２】
この種の通信デバイスはWO 98/48541にて開示されている。この公知の通信デバイスは、一つ或いは複数の、とりわけ、２個の、コンデンサを含む、アイソレーションバリア（isolation barrier）を介してデジタル双方向通信のための回路に係る。これらコンデンサのいずれかの側に、符号化及び復号回路を含む、以降トランシーバと呼ばれる送信機/受信機が配置される。これらコンデンサの一方の側には、パワードデジタル回路（powered digital circuit）が配置され、これは、これらコンデンサの他方の側の電話回線回路のような、ノン・パワードライン回路（non-powered line circuit）から電気的に絶縁（isolated）される。電話回線回路は、このパワードデジタル回路から電力を受け取ることに加えて、これら容量性アイソレーションバリア（capacitive isolation barrier）を介して双方向通信を達成することを要求される。２個のコンデンサを有する容量性直流アイソレーションバリア（capacitive galvanically isolating barrier）が具体的に開示されており、デジタルデータがこれら同一の２つのコンデンサを介して双方向に通信されると同時に、同一の２個のコンデンサを通じてノン・パワードライン回路に電力を供給するために電力が伝達される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
たった２個という最小限の数のバリアコンデンサしか必要とされないという点でコストを抑えることはできるが、すべての信号、タイミング、制御ハードウェア及びソフトウェアは、これら２個のコンデンサの狭いスループットによって課される要件及び制約の範囲内に制限されなければならない。加えて、このバリアを介しての電力の伝達及び信号の通信の信頼性は、これら２個のコンデンサに重く依存する。実際、この従来の通信デバイスは、故障に弱く、とりわけ、無故障動作は、長期的観点からは、保証できないことが知られている。加えて、この公知のデバイスでは、故障すると、例えば、電話回線は、完全な沈黙状態に陥り、その電話回線の接続内の故障を検出するためには、その電話回線全体を調べることが必要となる。
【０００４】
本発明の一つの目的は、まだコストは十分に低く、しかも、電力の供給を必要とするある種の通信ライン或いはネットワークに接続される様々な製品の設計および構造に関してより柔軟性を提供する一つの代替のより信頼性の高い通信デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による通信デバイスは、上述のアイソレーション回路（isolation circuit）は３個のコンデンサを含み、上述の制御回路は、２モード制御回路（two-mode controlled circuit）から成り、第一のモードの際は電力伝送及び一方向の通信が遂行され、第二のモードの際は他方向の通信が達成されることを特徴とする。
【０００６】
本発明による通信デバイスによると、一つの長所として、第一のモードの際の電力伝送及び一方向の通信と第二のモードの際の他方向の通信とが効果的に結合され、アイソレーション回路の３個のコンデンサに分散される。本発明による通信デバイスの動作の形態は、このために故障に対してより強くなる。更に、本発明による通信デバイスのこの２モード動作（two mode operation）では、これら３個のコンデンサから成るアイソレーション回路（three capacitor isolation circuit）を通じての電力伝送及び通信の制御がより改善される。こうして、この通信デバイスを用いての通信の信頼性は改善される。加えて、本発明による通信デバイスは、デバイスが正常に機能しているかについてのある形態の監視を行うことが可能となる。その理由は、仮に、これら３個のコンデンサの内の１個が故障した場合でも、他の２個のコンデンサは引き続き作動し、これによってデバイスが故障したことを知らせる故障指標を供給することができるためである。もう一つの追加の長所として、これら３個のコンデンサの内の１個がもっぱら通信の目的に対して用いられる場合は、このコンデンサは、他の２個のコンデンサよりも低いコンデンサ値（capacitor value）を持つことができ、このため、この１つのコンデンサについては、サイズを小さくすることができ、結果としてコストを抑えることが可能となる。
【０００７】
本発明による通信デバイスの一つの実施形態においては、上述の第一のモードの際には、パワードトランシーバは送信するように制御され、ライントランシーバは受信するように制御される。
【０００８】
長所として、例えば、これら３個のコンデンサから成るアイソレーションバリア（three capacitor isolation barrier）のいずれかの側に配置されたこれら２個のトランシーバ間の双方向データパスが用いられる場合、他方の側はパワードトランシーバからの全波整流クロック信号（full-wave rectified clock signal）が供給されることが可能となる。第一の、すなわち、受信モードの際に、電力の供給を必要とされるライントランシーバは、このアイソレーションバリアを介してデータを伝送することが可能となる。これは、（電話回線環境においては公知の回路である）チップ・アンド・リングインタフェース回路（Tip and Ring interface circuits）のオンフックの際の給電に対する優れた解決手段を提供する。
【０００９】
本発明のもう一つの実施形態においては、第一のモードの際に、アイソレーション回路内の３個の全てのコンデンサが電力伝送及び一方向への通信のために用いられる。
【００１０】
この実施形態によると、一方においては電力伝送の故障のない部分分離の形態と、他方においては一方向の通信が遂行される。
【００１１】
通信デバイスのより具体的に記述されるもう一つの実施形態においては、上述の第一のモードの際には、電力伝送は上述の３個のコンデンサの内の２個のコンデンサから成る第一の組合わせを介して達成され、一方向の通信は、この第一の組合わせとは少なくとも部分的に異なる第二の組合わせを介して達成される。
【００１２】
本発明による通信デバイスの動作及び実現が容易なもう一つの実施形態においては、上述の通信デバイスは、上述のアイソレーション回路に接続されたスイッチング手段を含み、これらスイッチング手段は上述の２モード制御回路に接続されたスイッチング制御入力を備える。
【００１３】
これらスイッチング手段は、制御可能な２方向スイッチと３方向スイッチから成るようなもう一つの実施形態においては、制御手段による制御は、第一のモードがこのスイッチング手段の２つのスイッチング位置/サイクルを含むようなやり方にて遂行される。この場合、この２つのスイッチングサイクルは、上述のアイソレーションバリアを介する電力伝送を達成し、同時に、これら２つのスイッチングサイクルの際に、このアイソレーションバリアを介して一方向或いは双方向通信を遂行することが可能となる。
【００１４】
上述の双方向通信は、アナログ通信であっても、デジタル通信であっても、或いはこれらの組合わせであっても構わない。デジタル通信の場合は、上述のパワードトランシーバ及びライントランシーバは、パルス幅変調通信或いはパルス密度変調のより一般的な形態の通信を達成するように適合化されたデジタルトランシーバとされる。
【００１５】
本発明による通信デバイスのもう一つの好ましい実施形態においては、上述のライントランシーバは、電話、医療機器、モデム、生産過程、制御及び/或いは計測装置、電気通信装置等に用いられる。この通信デバイスは、更に、電子デバイス、例えば、印刷回路基板上の集積回路の相互接続のために用い、これら電子デバイスが情報を交換できるようにすることもできる。
【００１６】
以下では、本発明による通信デバイス、並びにこの通信デバイスの追加の長所について、図面を参照しながらより詳しく説明する。図面中、類似の要素は同一の参照符号にて示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１から３は、通信デバイス１の本発明に係る部分を示す。この通信デバイス１は、あるタイプの送信機/受信機であって、電力の供給、つまり、あるタイプの電圧源V_m、例えば２２０ボルトの電源（図示せず）から得られる電源電圧の供給を受けるパワード（powered transceiver）トランシーバ２を備える。この通信デバイス１は、更に、このパワードトランシーバ２から来る電源電圧の供給を受けるように適合化されたライントランシーバ（line transceiver）３、例えば、電話ライン（telephone line）或いはネットワークライン（network line）トランシーバを備える。例えば、公衆電話網（Public Switched Telephone Network, PSTN）等の電話網との関連では、とりわけ、これらトランシーバ２と３との間の直流の絶縁（galvanic isolation）に係る特定の要件が存在する。これらトランシーバは、以下に説明する実施形態においては、３個のコンデンサC_b1、C_b2、C_b3を備えるアイソレーション（絶縁）回路（isolation circuit）４によって直流的に絶縁される（galvanically isolated）。これらコンデンサC_b1、C_b2、C_b3は、パワードトランシーバ２とライントランシーバ３との間に接続される。加えて、この通信回路１は、パワードトランシーバ２からライントランシーバ３への電力伝送を制御するように適合化された制御回路（Contr）５を備える。この制御回路５は、加えて、これらコンデンサC_b1、C_b2、C_b3を介しての双方向通信を達成するようにも適合化され、この通信は、通常は、アイソレーション回路４を介してのデジタル信号の伝送から成る。これを達成するために、制御回路５は、２モードにて制御される回路（two-mode control circuit）から成り、第一のモードの際には電力が伝送されると共に一方向の通信が遂行され、第二のモードの際には他の方向への通信が達成される。
【００１８】
パワードトランシーバ２、並びにライントランシーバ３は、これらの間で、アナログ通信、ただし、今日においてはとりわけデジタル双方向通信を可能にするための、符号器及び/或いは復号器（図示せず）を備える。以下では、上述の通信デバイス１の原理について、スイッチング手段（switching means）S₁...S₅の図示を通じて説明する。実際には、これらスイッチング手段は、半導体スイッチ、例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistors, FET）を用いて実現される。以下では、２モードにて制御される回路（two-mode control circuit）５の機能、及び、とりわけ、これらスイッチング入力６、７に接続された制御回路５による、これらのスイッチング入力６及び７を介してのこれらスイッチS₁...S₅ の制御について説明する。制御回路５の第一の制御モードは、それぞれ、図１と図２に示すような２つのスイッチングサイクルから成り、第二の制御モードは、図３に示すような第三のスイッチングサイクルから成る。
【００１９】
図１から３に示すように、スイッチS₁...S₃ は３つの状態すなわちサイクルを有し、スイッチS₄及びS₅は２つの状態すなわちサイクルを有する。スイッチS₁...S₅の共通コンタクト（common contacts）は、図示するように、各々のコンデンサC_b1、C_b2、C_b3に接続され、スイッチS₁...S₅の各々のコンタクト（respective contacts）は、図１から３に示すように接続されるが、これについては後に説明する。第一のスイッチングサイクルにおいては、トランシーバ３の所のコンデンサC及び負荷Lは、上側電圧源V_mから得られる電源電圧V_pを受け取る。このとき、コンデンサC_b1は−（V_m−V_p )/２に等しい電圧となり、コンデンサC_b2は、＋（V_m−V_p )/２に等しい電圧に充電され、コンデンサC_b3は−（V_m−V_p )/２に等しい電圧に充電される。示されるような通信デバイス１の実施形態においては、パワードトランシーバ２は、スイッチS₁とS₂の下側コンタクトに接続された受信機８を有し、ライントランシーバ３は、ここでは、コンデンサC_b2とC_b3に直接に接続された受信機９を有する。こうして、図１に示すサイクル１においては、受信機の出力信号RXは、少なくともこのスイッチングスキームにおいては、未定義状態（undefined）であり、受信機の出力信号TXは、‘高値（high）’となる。すなわち、必要に応じて、下側の電源V_mを変調するためにトランシーバ２内で用いられる変調或いはデータ信号を供給するために使用できる状態となる。ここで、一つの可能なバリエーションにおいては、トランシーバ９の上側入力は、ここではコンデンサCb₃とスイッチS₄との接続箇所に接続されているように示されているが、削除して内部的にアースに接続することも、或いは、代りに、電源電圧V_pのいずれかの側に接続することもできることがわかる。
【００２０】
図２に示す第二のスイッチングサイクルにおいては、トランシーバ３の所のコンデンサC及び負荷Lは、今回は、下側電圧源V_mから得られる類似の電圧V_pを受け取る。今回は、コンデンサC_b1、C_b2、C_b3の所の電圧の極性が反転されると共に、整流ブリッジ（rectifying bridge）を形成するスイッチS₄及びS₅も反転される。今回は、示される実施形態においては、C_b2、C_b3は並列に接続され、C_b3は、＋（V_m−V_p )/２に充電されるが、ただし、パワードトランシーバ２からライントランシーバ３への電荷の伝送には寄与しない。今回は、出力信号TXは、‘低値（Low）’となる。すなわち、上側或いは下側電源V_mのいずれかからの任意のデータ変調信号を受信できる状態となる。出力信号RXの方は、依然として未定義のままである。ここまでの過程を振り返ると、制御回路５の第一の制御モードにおいては、３個のコンデンサの全てが、電力伝送及び一方向、つまり、通常はトランシーバ２からトランシーバ３に向けて或いはこの逆への通信のために用いられることとなる。
【００２１】
図３には第二のモード、すなわち、第三のスイッチングサイクルが示される。この第三のスイッチングサイクルにおいては、受信信号をコンデンサC_b1及びC_b2を介してライントランシーバ３からパワードトランシーバ２に向けて送ることができ、出力信号TX及びRXは、スイッチS₄とS₅の位置に依存して、‘高値（High）’或いは‘低値（Low）’となる。
【００２２】
一般的には、これらパワードトランシーバ２及びライントランシーバ３は、通常は、パルス密度変調（pulse density modulation）の一つの可能な形態であるパルス幅変調通信（pulse width modulated communication）を達成するように適合化される。通信デバイス１は、例えば、電話、医療機器、生産過程、モデム、制御及び/或いは計測装置、或いは他の電気通信装置内で用いることができる。電源電圧の大きさにもよるが、最大数百MHzのスイッチング周波数が可能であり、低い絶縁コンデンサ値（isolating capacitor valuse）で済み、このため、安価で、入手が容易な小さなコンデンサを用いることが可能となる。
【００２３】
上の説明は、特に好ましい実施形態及び可能な最良の形態との関連で説明されたが、これら実施形態は、本発明によるデバイスの実現の形態を限定することを意図するものではなく、当業者においては、上の説明から他の様々な修正、特徴（features）及び特徴の組合わせが可能であり、従って、これらも添付のクレームの範囲に入るものと解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による通信デバイスの一つの可能な実現を、第一のモードの際の第一のスイッチングサイクルとの関連で示す図である。
【図２】図１の通信デバイスを、第一のモードの際の第二のスイッチングサイクルとの関連で示す図である。
【図３】図１の通信デバイスを、第二のモードの際の第三のスイッチングサイクルとの関連で示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１通信デバイス
２トランシーバ
３ライントランシーバ
４アイソレーション回路
５制御回路
６、７スイッチング入力
８受信機
９受信機
S₁...S₅ スイッチング手段
C_b1、C_b2、C_b3 コンデンサ

Claims

パワードトランシーバと、ライントランシーバと、前記パワードトランシーバとライントランシーバとの間に接続され少なくとも２つのコンデンサを含むアイソレーション回路と、前記パワードトランシーバからライントランシーバへの電力伝送を制御し、かつ前記アイソレーション回路を介しての双方向通信を達成するために適合化された制御回路と、を備える通信デバイスであって、
前記アイソレーション回路は、３個のコンデンサを含み、前記制御回路は２モード制御回路から成り、第一のモードの際には、前記電力が伝送されると共に、一方向の通信が遂行され、第二のモードの際には、他方向の通信が達成されることを特徴とする通信デバイス。
前記第一のモードの際に、前記パワードトランシーバが送信するように制御され、前記ライントランシーバが受信するように制御されることを特徴とする請求項1記載の通信デバイス。
前記第一のモードの際に、前記アイソレーション回路内の３個の全てのコンデンサが前記電力伝送及び一方向への通信のために用いられることを特徴とする請求項1或いは２記載の通信デバイス。
前記第一のモードの際に、前記電力伝送は前記３個のコンデンサの内の２個のコンデンサから成る第一の組合わせを介して達成され、前記一方向の通信は、前記第一の組合わせとは少なくとも部分的に異なる、少なくとも１個のコンデンサから成る第二の組合わせを介して達成されることを特徴とする請求項３記載の通信デバイス。
前記通信デバイスが、前記アイソレーション回路に接続されたスイッチング手段を含み、これらスイッチング手段が前記２モード制御回路に接続されたスイッチング制御入力を備えることを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の通信デバイス。
前記スイッチング手段が、制御可能な２方向スイッチ及び３方向スイッチから成ることを特徴とする請求項５記載の通信デバイス。
前記第一のモードが、前記スイッチング手段の２つのスイッチング位置/サイクルを含むことを特徴とする請求項1記載の通信デバイス。
前記双方向通信が、アナログ或いはデジタル通信から成ることを特徴とする請求項1乃至７のいずれかに記載の通信デバイス。
前記パワードトランシーバ及び前記ライントランシーバがパルス幅変調通信を達成するように適合化されたデジタルトランシーバから成ることを特徴とする請求項８記載の通信デバイス。
前記ライントランシーバが、電話、医療機器、生産過程、モデム、制御及び/或いは計測装置、電気通信装置等に用いられることを特徴とする請求項1乃至９のいずれかに記載の通信デバイス。
請求項1乃至１０のいずれかに記載の通信デバイス内で用いるためのパワードトランシーバであって、前記通信デバイスが、このパワードトランシーバと、ライントランシーバと、このパワードトランシーバとライントランシーバとの間に接続され少なくとも２個のコンデンサを含むアイソレーション回路と、このパワードトランシーバから前記ライントランシーバへの電力伝送を制御し、かつ前記アイソレーション回路を介しての双方向通信を達成するために適合化された制御回路と、を備え、前記アイソレーション回路が、３個のコンデンサを含み、前記制御回路が２モード制御回路から成り、第一のモードの際には、前記電力が伝送されると共に、一方向の通信が遂行され、第二のモードの際には、他方向の通信が達成されることを特徴とするパワードトランシーバ。
請求項1乃至１０のいずれかに記載の通信デバイス内で用いるためのライントランシーバであって、前記通信デバイスが、パワードトランシーバと、このライントランシーバと、前記パワードトランシーバとこのライントランシーバとの間に接続され少なくとも２個のコンデンサを含むアイソレーション回路と、前記パワードトランシーバからこのライントランシーバへの電力伝送を制御し、かつ前記アイソレーション回路を介しての双方向通信を達成するために適合化された制御回路と、を備え、前記アイソレーション回路が、３個のコンデンサを含み、前記制御回路が２モード制御回路から成り、第一のモードの際には、前記電力が伝送されると共に、一方向の通信が遂行され、第二のモードの際には、他方向の通信が達成されることを特徴とするライントランシーバ。
請求項1乃至１０のいずれかに記載の通信デバイス内で用いるためのアイソレーション回路であって、このアイソレーション回路が請求項1乃至１０のいずれかに記載の通信デバイス内で用いるためのトランシーバを含み、前記通信デバイスが、パワードトランシーバと、ライントランシーバと、前記パワードトランシーバと前記ライントランシーバとの間に接続され少なくとも２個のコンデンサを含むアイソレーション回路と、前記パワードトランシーバから前記ライントランシーバへの電力伝送を制御し、かつこのアイソレーション回路を介しての双方向通信を達成するために適合化された制御回路と、を備え、このアイソレーション回路が、３個のコンデンサを含み、前記制御回路が２モード制御回路から成り、第一のモードの際には、前記電力が伝送されると共に、一方向の通信が遂行され、第二のモードの際には、他方向の通信が達成されることを特徴とするアイソレーション回路。