JP2002040060A - 監視回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は監視回路に関し、電流検出用抵抗に
流れる電流を簡単な回路で正確に検出することができる
監視回路を提供することを目的としている。 【解決手段】 電流検出用抵抗Ｒｅを備え、該電流検出
用抵抗に流れる電流に対応した信号を生成するトランジ
スタ回路１０と、該トランジスタ回路１０と接続される
カレントミラー対２０と、前記電流検出用抵抗Ｒｅに流
れる電流に対応した電流信号を検出する電流検出回路３
０とを設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は監視回路に関し、更
に詳しくは加入者回路におけるループ電流を検出する監
視回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】時分割式電子交換機に搭載されるアナロ
グ加入者回路の主要機能にはいわゆるＢＯＲＳＣＨＴ機
能が知られている。ＢＯＲＳＣＨＴとはそれぞれＢ（直
流電流供給）、Ｏ（過電圧保護）、Ｒ（呼び出し信号送
出）、Ｓ（監視）、Ｃ（コーデック）、Ｈ（ハイブリッ
ド（２線／４線変換））、Ｔ（試験）を表わす。

【０００３】ここで、監視機能Ｓにおいて、監視機能の
主要機能として、加入者に供給される直流電流（ループ
電流）値を監視して加入者の状態を上位装置に伝達する
ことが挙げられる。現在、加入者回路の主要機能はほと
んど半導体集積回路（ＩＣ）により実現されており、各
回路は半導体集積回路に適した回路構成とする必要があ
る。このため、従来は図５に示すようなミラー回路を使
用したり、図６に示すようなオペアンプによる差動増幅
器を使用していた。

【０００４】図５はカレントミラー回路を使用した従来
回路例を示す図である。トランジスタＱ１、Ｑ２により
カレントミラー回路を構成し、Ｉ0をプログラム電流と
し、Ｑ２のコレクタを流れる電流をＩｆとして電流検出
回路１に接続する。そして、Ｑ１のエミッタ側にトラン
ジスタＱ０のエミッタを接続し、Ｑ0のベースは電流検
出用抵抗Ｒｅに接続する。

【０００５】また、トランジスタＱ２のエミッタ側には
ミラー電流比設定用抵抗Ｒ１を接続し、次にトランジス
タＱ３のエミッタを接続し、Ｑ３のベースは電流検出用
抵抗Ｒｅのもう一方に接続する。このように構成された
回路の動作を説明すれば、以下の通りである。

【０００６】上記接続において、電流検出用抵抗Ｒｅに
流れる電流（ループ電流：以下単に電流と略す）ＩＩｆ
に比例したミラー電流Ｉｆを生成し、電流検出回路１で
ＩＩｆの監視を行なう。ここで、電流検出回路１に流れ
る電流Ｉｆは次式で表される。

【０００７】 Ｉｆ＝ （（（ＩＩｆ×Ｒｅ）＋Ｖｂｅ0＋Ｖｂｅ1）−（Ｖｂｅ2＋Ｖｂｅ3））／Ｒ１ （１） 但し、抵抗値としては、識別符号をそのまま用い（以下
同じ）、Ｖｂｅｉは第ｉ番目のトランジスタのベース・
エミッタ間電圧を示すものとする。ここで、使用してい
るトランジスタのベース・エミッタ間電圧ＶｂｅがＶｂ
ｅ0≒Ｖｂｅ3、Ｖｂｅ1≒Ｖｂｅ2であれば、（１）式は
以下のように簡略化される。

【０００８】 Ｉｆ＝ＩＩｆ×（Ｒｅ／Ｒ１） （２） （２）式により、Ｉｆは電流検出用抵抗Ｒｅに流れる電
流ＩＩｆに対応したものとなっていることが分かる。従
って、電流検出回路１で検出される電流Ｉｆにより、電
流検出用抵抗Ｒｅに流れる電流を監視することができる
ことになる。

【０００９】図６はオペアンプを使用した従来回路例を
示す図である。オペアンプＵ１を使用した差動増幅器の
２つの入力端子間に電流検出用抵抗Ｒｅを接続する。差
動増幅器の出力には抵抗Ｒ１’を直列に接続する。差動
増幅器の入力側抵抗をＲs1、Ｒs2とし、Ｒs1＝Ｒs2＝Ｒ
ｓとする。フィードバック側抵抗をＲf1、Ｒf2とし、Ｒ
f1＝Ｒf2＝Ｒｆとする。

【００１０】このような接続により、電流検出用抵抗Ｒ
ｅを流れる電流ＩＩｆと抵抗Ｒ１’に流れる電流Ｉｆの
間には次式が成り立つ。差動増幅器の出力Ｖｏは次式で
表される。

【００１１】 Ｖｏ＝（Ｒｆ／Ｒｓ）×（Ｖｓｐ−Ｖｓｍ） （３） ここで、Ｖｓｐ、Ｖｓｍは電流検出用抵抗Ｒｅの両端に
かかる電圧である。Ｖｓｐ−Ｖｓｍ＝ＩＩｆ×Ｒｅ、Ｖ
ｏ＝Ｉｆ×Ｒ１’なので（３）式をＩｆについて解けば
次式が得られる。

【００１２】 Ｉｆ＝（Ｒｆ／Ｒｓ）×ＩＩｆ×Ｒｅ×（１／Ｒ１’） （４） （４）式は、抵抗Ｒ１’を流れる電流Ｉｆは、電流検出
用抵抗Ｒｅに流れる電流ＩＩｆと対応した関係にあるこ
とを示している。従って、Ｉｆを測定することにより電
流ＩＩｆを検出することが可能になる。

【００１３】同様に、電流検出用抵抗Ｒｅに逆方向に流
れる電流ＩＩｒと、抵抗Ｒ１’に流れる電流Ｉｒの間に
も次式が成り立ち、ＩＩｒの監視が可能となる。 Ｉｒ＝（Ｒｆ／Ｒｓ）×ＩＩｒ×Ｒｅ×（１／Ｒ１’） （５）

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す従来回路の
場合、電流検出用抵抗Ｒｅに流れる逆方向の電流も検出
する必要がある場合には、逆方向電流検出回路も必要に
なり、回路が複雑になる。また、カレントミラー回路の
プログラム電流Ｉ0を固定とした場合、ＩＩｆの変化で
Ｖｂｅ0とＶｂｅ3、Ｖｂｅ1とＶｂｅ2に誤差が発生し、
ＩｆとＩＩｆのリニアリティがとれなくなる。つまり、
（２）式が成り立たなくなる。

【００１５】また、図６に示す従来回路の場合、オペア
ンプ回路を使用しているため、回路規模が非常に大きく
なってしまい半導体集積回路の単価を上げてしまう。本
発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、
電流検出用抵抗Ｒｅに流れる電流を簡単な回路で正確に
検出することができる監視回路を提供することを目的と
している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】（１）図１は本発明の原
理回路図である。図において、１０は電流検出用抵抗Ｒ
ｅを備え、該電流検出用抵抗Ｒｅに流れる電流に対応し
た信号を生成するトランジスタ回路、２０は該トランジ
スタ回路１０と接続されるトランジスタＱ７、Ｑ８より
構成されるカレントミラー対である。３０は前記電流検
出用抵抗Ｒｅに流れる電流に対応した電流信号を検出す
る電流検出回路である。

【００１７】このように構成すれば、電流検出用抵抗Ｒ
ｅに流れる電流と、電流検出回路３０で検出される電流
が対応する関係になるようにトランジスタ回路１０を構
成することで、簡単な回路で正確に電流を検出すること
ができる。

【００１８】（２）請求項２記載の発明は、前記カレン
トミラー対２０に対して１個のトランジスタをカスケー
ド接続してウィルソン型となすことを特徴とする。この
ように構成すれば、追加したトランジスタのベース・エ
ミッタ間電圧として２Ｖｂｅの定電圧ドロップを与え、
安定な定電流特性を得ることができる。

【００１９】（３）請求項３記載の発明は、前記電流検
出回路３０により検出された電流に応じたフィードバッ
ク電流を前記トランジスタ回路１０に設けた電流源に加
えることを特徴とする。

【００２０】このように構成すれば、電流検出用抵抗Ｒ
ｅに電流が流れていない状態又はそれに近い状態におけ
る消費電力を下げることができる。また、本発明におい
て前記カレントミラー対を構成するトランジスタにエミ
ッタ抵抗を追加すれば、ミラー回路を構成するトランジ
スタのＶｃｅ電圧変化によるＶｂｅ変動の影響を小さく
することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態例を詳細に説明する。図２は本発明の第１の
実施の形態例を示す回路図である。図１と同一のもの
は、同一の符号を付して示す。図において、２０はトラ
ンジスタＱ７、Ｑ８より構成されるカレントミラー対、
３０は電流検出用抵抗Ｒｅに流れるループ電流を検出す
る電流検出回路である。１０はカレントミラー対２０と
接続されるトランジスタ回路で、トランジスタＱ１１〜
Ｑ１６、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２より構成されている。Ｒｅ
はループ電流を検出する電流検出用抵抗であり、その両
端はトランジスタＱ１１、Ｑ１６のベースにそれぞれ接
続されている。このように構成された回路の動作を説明
すれば、以下の通りである。

【００２２】本回路も、前述した従来回路のように、電
流ＩＩｆに比例した電流Ｉｆ、電流ＩＩｒに比例した電
流Ｉｒを生成し、電流ＩＩｆ、ＩＩｒの監視を行なう。
電流検出用抵抗Ｒｅに電流が流れていない場合、Ｒｅの
両端は同電位であり、抵抗Ｒ１２のトランジスタＱ１６
のエミッタ側及び抵抗Ｒ１１のトランジスタＱ１１のエ
ミッタ側も同電位である。このため、定電流源Ｉ１から
の電流は、トランジスタＱ１５、Ｑ１３を通り、１／２
ずつ抵抗Ｒ１２、Ｒ１１を流れる。トランジスタＱ１
４、Ｑ１２も、トランジスタＱ１５、Ｑ１３とベース及
びエミッタが同一に接続されているため、Ｉ１の１／２
の電流が流れている。

【００２３】この状態で、ループ電流ＩＩｆを検出する
回路動作は、以下の通りである。電流ＩＩｆが流れた場
合、電流検出用抵抗Ｒｅに発生する電圧の１／２だけ抵
抗Ｒ１１のトランジスタＱ１１のエミッタ側の電位が上
昇する。抵抗Ｒ１２のトランジスタＱ１６のエミッタ側
は逆に抵抗Ｒｅに発生する電圧の１／２だけ下降する。

【００２４】これらの電圧変動分を、トランジスタＱ１
４は流す電流を増大させ、トランジスタＱ１２は減少さ
せて補正する働きをする。この時、トランジスタＱ１４
とＱ１２に流れる電流の差分はＩｆとなって出力され
る。

【００２５】トランジスタのベース・エミッタ間電圧を
Ｖｂｅとして、Ｖｂｅ11≒Ｖｂｅ16、Ｖｂｅ12＝Ｖｂｅ
13＝Ｖｂｅ14＝Ｖｂｅ15とした場合、電流検出回路３０
に出力される検出電流Ｉｆは、以下のようになる。 Ｉｆ＝Ｉ１／２＋（（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１２）／２ −（Ｉ１／２−（（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１１）／２） ＝（（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１２）／２ ＋（（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１１）／２ ＝（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）×（１／Ｒ１２）×（１／２） ＋（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）×（１／Ｒ１１）×（１／２） ＝（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（２×Ｒ１２×２） ＋（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（２×Ｒ１１×２） ＝（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（４×Ｒ１２） ＋（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（４×Ｒ１１） （６） ここで、Ｒ１１＝Ｒ１２＝Ｎ×Ｒｅとなるように定数設
定すると、（６）式は以下のようになる。 Ｉｆ＝（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（４×Ｎ×Ｒｅ） ＋（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（４×Ｎ×Ｒｅ） ＝２×（ＩＩｆ×Ｒｅ）／（４×Ｎ×Ｒｅ） ＝ＩＩｆ／（２×Ｎ） （７） 例としてＮ＝５００に設定すると、（７）式からＩｆ＝
ＩＩｆ／１０００となり、Ｉｆはループ電流ＩＩｆに比
例していることが分かる。

【００２６】ＩＩｆと逆方向の電流ＩＩｒに関しても上
記と同様である。ＩＩｒの場合、ＩＩｆと異なり、電流
検出用抵抗Ｒｅに発生する電圧により抵抗Ｒ１１にかか
る電圧が抵抗Ｒ１２にかかる電圧に比較して増加するこ
とから、電流検出回路３０に流れる電流Ｉｒは下記とな
り、電流値はＩｆと同一で電流方向が逆となる。 Ｉｒ＝Ｉ１／２＋（（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１１）／２ −（Ｉ１／２−（（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１２）／２） ＝（（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１１）／２ ＋（（（ＩＩｆ×Ｒｅ）／２）／Ｒ１２）／２ ＝（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／２）×（１／Ｒ１１）×（１／２） ＋（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／２）×（１／Ｒ１２）×（１／２） ＝（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（２×Ｒ１１×２） ＋（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（２×Ｒ１２×２） ＝（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（４×Ｒ１１） ＋（（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（４×Ｒ１２） （８） ここで、Ｒ１１＝Ｒ１２＝Ｎ×Ｒｅとなるように設定す
ると、（８）式は以下のように簡略化される。 Ｉｒ＝（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（４×Ｎ×Ｒｅ） ＋（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（４×Ｎ×Ｒｅ） ＝２×（ＩＩｒ×Ｒｅ）／（４×Ｎ×Ｒｅ） ＝ＩＩｒ／（２×Ｎ） （９） （９）式よりＩｒがＩＩｒと比例関係にあることが分か
る。以上により、電流検出用抵抗Ｒｅに流れる電流と、
電流検出回路３０で検出される電流が対応する関係にな
るようにトランジスタ回路１０を構成することで、簡単
な構成で正確に電流を検出することができる。

【００２７】図２に示す回路構成では、以下に示すよう
な問題が残っている。 課題１ 回路構成上、Ｉ１の電流値以内の電流値までしか電流検
出回路３０に出力できない。最大検出ループ電流値の
（１／Ｎ）倍以上の電流をＩ１として流す必要がある
が、Ｉ１を前記条件で固定するとループ電流が流れない
状態や、ループ電流が小さい時に余分な消費電力を伴
う。

【００２８】 課題２ ループ電流が流れることで、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２に発生
する電圧が異なる。これによりトランジスタＱ７、Ｑ８
で構成するミラー回路で、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖ
ｃｅ7、Ｖｃｅ8に差が発生する。アーリ効果（後述）
で、ミラー比がずれることで、電流検出回路３０に出力
する電流（Ｉｆ＝ＩＩｆ／２×Ｎ，Ｉｒ＝ＩＩｒ／２×
Ｎ）に誤差が発生する。

【００２９】これら課題に対して、以下のような対策を
施す。 課題１の対策 Ｉ１をループ電流検出回路で最低限必要な固定分と、電
流検出回路に出力する電流のフィードバック電流構成と
する。

【００３０】 課題２の対策 ミラー回路２０にエミッタ抵抗を追加することにより、
トランジスタＱ７、Ｑ８のコレクタ・エミッタ電位Ｖｃ
ｅ電圧変化によるベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅの変動
の影響を見かけ上小さくするか、又はトランジスタＱ８
にトランジスタＱ９をカスケード接続したウィルソン
（Ｗｌｓｏｎ）型とすることにより、トランジスタＱ９
のベースバイアスとして２×Ｖｂｅの定電圧ドロップを
与えることにより安定な定電流特性を得ることができ
る。

【００３１】図３は本発明の第２の実施の形態例を示す
回路図である。図２と同一のものは、同一の符号を付し
て示す。この実施の形態例は、図１に示す回路に加え
て、カレントミラー対２０に１個のトランジスタＱ９を
カスケード接続した点と、電流検出回路３０から定電流
源Ｉ１に対してフィードバック信号を与えるようにした
点である。その他の構成は、図２に示す回路と同じであ
る。このように構成された回路の動作を説明すれば、以
下の通りである。

【００３２】回路の詳細な動作は、図１について述べた
通りであるので、ここではトランジスタＱ９を付加した
効果と、フィードバック信号を与えるようにした効果に
ついて説明する。

【００３３】（ａ）基本カレントミラー回路の説明 一般に、トランジスタの電流増幅率ｈｆｅはコレクタ・
エミッタ間電圧Ｖｃｅにより変動する。カレントミラー
対２０の出力側トランジスタＱ８のＶｃｅは、ベースと
コレクタが接続されているため、Ｖｂｅと等しい。これ
に対し、プログラム側トランジスタＱ７では負荷の変動
によりＶｃｅも変動する。このプログラム側と出力側ト
ランジスタのＶｃｅの差により出力電流が設定値からず
れる（アーリ効果）。

【００３４】（ｂ）ウィルソン型カレントミラー回路の
説明 図３に示すウィルソン型カレントミラーの場合、基本カ
レントミラー対２０にトランジスタＱ９をカスケード接
続している。従って、プログラム側トランジスタＱ７の
Ｖｃｅは２×Ｖｂｅとなり、出力側トランジスタＱ８の
ＶｃｅはＶｂｅとなる。このため、追加したトランジス
タＱ９のＶｃｅが負荷の変動分を受け持つことになる。
従って、カレントミラー対２０の出力側トランジスタＱ
８のＶｃｅは負荷の変動による影響を受けなくなり、出
力電流も設定値どおりの値となる。

【００３５】次に、フィードバック回路の効果について
説明する。フィードバック分の電流Ｉｆｂは、電流検出
用抵抗Ｒｅに流れる電流の向きにかかわらず常に固定分
に追加する方向でなくてはならない。具体的にはＩｆｂ
＝Ｉｆ、及びＩｆｂ＝−Ｉｒであれば、固定分を小さな
値とすることが可能で、ループ電流が無いか又は少ない
状態でも無駄な電流を流す必要がなく、非常に低消費電
力とすることができる。

【００３６】図４は本発明の具体的実施の形態例を示す
回路図である。図に示す回路は、図３に示す回路がＡ線
側、Ｂ線側それぞれに設けられている。Ａ線側構成要素
とＢ線側構成要素とは、それぞれａ、ｂを付して示す。

【００３７】この回路は、時分割式電子交換機に搭載さ
れるアナログ加入者回路で、一般的に使用されるＡ線、
Ｂ線への直流電流供給機能を有し、それぞれ電流検出回
路３０ａ、３０ｂを有した場合の適用例である。Ａ線と
Ｂ線間には電話機４２が接続されている。ここでは、Ａ
線、Ｂ線に流れる直流電流値を検出してその値を加算器
４０で加算した後、演算器４１で１／２にし、Ａ線側及
びＢ線側のフィードバック分としている。３０ｃは、加
算器４０の加算結果を受ける電流検出回路である。

【００３８】前述した本発明の実施の形態例の効果を列
挙すると、以下の通りである。 オペアンプ回路を使用した場合より回路規模が小さ
い。 単純なミラー回路を使用した場合より精度がとれる。 単一の回路で双方向の電流検出が可能である。 半導体集積回路に適した回路構成である。 同様に省スペース化が可能である。 同様に軽量化が可能である。

【００３９】（付記１） 電流検出用抵抗を備え、該電
流検出用抵抗に流れる電流に対応した信号を生成するト
ランジスタ回路と、該トランジスタ回路と接続されるカ
レントミラー対よりなる監視回路と、前記電流検出用抵
抗に流れる電流に対応した電流信号を検出する電流検出
回路とを設けたことを特徴とする監視回路。

【００４０】（付記２） 前記カレントミラー対に対し
て１個のトランジスタを追加してウィルソン型となすこ
とを特徴とする付記１記載の監視回路。（付記３） 前
記電流検出回路により検出された電流に応じたフィード
バック電流を前記監視回路に設けた電流源に加えること
を特徴とする付記１記載の監視回路。

【００４１】（付記４） 前記カレントミラー対を構成
するトランジスタにエミッタ抵抗を追加したことを特徴
とする付記１記載の監視回路。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば以下の効果が得られる。 （１）請求項１記載の発明によれば、電流検出用抵抗に
流れる電流と、電流検出回路で検出される電流が対応す
る関係になるようにトランジスタ回路を構成すること
で、簡単な回路で正確に電流を検出することができる。

【００４３】（２）請求項２記載の発明によれば、追加
したトランジスタのベース・エミッタ間電圧として２Ｖ
ｂｅの定電圧ドロップを与え、安定な定電流特性を得る
ことができる。

【００４４】（３）請求項３記載の発明によれば、電流
検出用抵抗に電流が流れていない状態又はそれに近い状
態における消費電力を下げることができる。また、本発
明においてミラー回路を構成するトランジスタにエミッ
タ抵抗を追加すればＶｃｅ電圧変化によるＶｂｅ変動の
影響を小さくすることができる。

【００４５】このように、本発明によれば、電流検出用
抵抗に流れる電流を簡単な回路で正確に検出することが
できる監視回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理回路図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態例を示す回路図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施の形態例を示す回路図であ
る。

【図４】本発明の具体的実施の形態例を示す回路図であ
る。

【図５】カレントミラー回路を使用した従来回路例を示
す図である。

【図６】オペアンプを使用した従来回路例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ トランジスタ回路 ２０ カレントミラー対 ３０ 電流検出回路 Ｒｅ 電流検出用抵抗 Ｑ７、Ｑ８ トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高遠 健司 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2G035 AA09 AA20 AA26 AB01 AC02 AD02 AD10 AD20 5H420 NB03 NC02 NC27

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流検出用抵抗を備え、該電流検出用抵
   抗に流れる電流に対応した信号を生成するトランジスタ
   回路と、 該トランジスタ回路と接続されるカレントミラー対と、 前記電流検出用抵抗に流れる電流に対応した電流信号を
   検出する電流検出回路とを設けたことを特徴とする監視
   回路。
2. 【請求項２】 前記カレントミラー対に対して１個のト
   ランジスタをカスケード接続してウィルソン型となすこ
   とを特徴とする請求項１記載の監視回路。
3. 【請求項３】 前記電流検出回路により検出された電流
   に応じたフィードバック電流を前記トランジスタ回路に
   設けた電流源に加えることを特徴とする請求項１記載の
   監視回路。