CN101425824A - 回波消除 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为回波消除，描述和图示了涉及回波补偿的方法及电路的实施例，其中回波消除电路包括：数字滤波器；以及包括数字到模拟转换器，数字到模拟转换器包括耦合到数字滤波器以接收表示回波信号的数字信息的数字信号的数字输入端，用于接收控制信号的控制信号输入端，和用于基于数字信号而产生模拟输出信号的至少一个转换元件，其中至少一个转换元件能够由控制信号控制。

Description

回波消除
技术领域
本发明涉及通信系统中的回波补偿。
背景技术
在通信系统中，收发器经常同时发送和接收信号，例如在有线或无线的全双工通信过程中。典型地，发送信号高于引起问题的接收信号，因为发送信号的一部分，称其为回波(echo)，可从发送路径泄漏(leak)进入收发器的接收路径。回波干扰接收信号并给接收信号加上额外的失真。接收信号中的回波信号可通过复制回波并从接收信号中减去回波的复本而消除或减少。因为回波取决于发送信号的功率水平和接收与发送路径之间的传输函数(transfer function)，所以能通过例如以抽头(tapping)发送信号而产生发送信号的副本或复本，并且用具有相应于或相似于回波传输函数的滤波器函数的滤波器对该复本信号进行滤波来复制回波。
发明内容
根据本发明的一个方面提供了一种回波消除电路，包括：
数字滤波器；以及
数字到模拟转换器，所述数字到模拟转换器包括耦合到所述数字滤波器以接收表示回波信号的数字信息的数字信号的数字输入端，用于接收控制信号的控制信号输入端，和用于基于所述数字信号而产生模拟输出信号的至少一个转换元件，其中所述至少一个转换元件能够由所述控制信号控制。
根据本发明的又一方面提供了一种方法，包括：
在通信信道上发送第一信号；
产生所述第一信号的回波的数字表示；
通过转换所述回波信号的所述数字表示而产生模拟的第二信号；
基于第三信号而控制所述数字表示的转换；
接收在所述通信信道上发送的第四信号；
通过组合所述第二信号和表示所述第四信号的第五信号而产生回波已补偿信号。
根据本发明的还有一个方面提供了一种收发器电路，包括：
包括用于发送第一信号的第一输出端的发送路径；
包括用于接收第二信号的第一输入端的接收路径；
回波消除路径；
用于组合所述回波消除路径和所述接收路径的第一电路，所述第一电路包括布置在所述接收路径中的可变增益放大器的虚地节点，用于连接所述虚地节点和所述第一输入端的第一支路，用于连接所述虚地节点和所述可变增益放大器的输入端的第二支路和用于连接所述回波消除路径和所述虚地节点的第三支路。
根据本发明的其它方面提供了一种回波消除电路，包括：
数字滤波器；
用于设置所述数字滤波器第一数字增益的控制器；
用于将由所述数字滤波器提供的数字信息转换成模拟信号的第一电路；
设置用于补偿所述数字增益的第二模拟增益的第二电路；
其中所述第二电路整合在所述第一电路中。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的框图；
图2示出了根据本发明实施例的电路表示；
图3示出了根据本发明实施例的电路表示；
图4示出了根据本发明实施例的电路表示；
图5示出了根据本发明实施例的方法的框图。
具体实施方式
接下来的具体实施方式解释了本发明示范的实施例。该描述不应在限制意义下理解，而仅出于示出本发明实施例的一般原理的目的而提出，且保护的范围仅由所附的权利要求所决定。
在不同的图形中，一致或相似的实体、模块、设备等会赋予相同的附图标记。
参考图1，用于通信的收发器100包括发送路径Tx和接收路径Rx。收发器根据图1可为例如DSL收发器的有线线路收发器。然而，其它实施例可包括含有无线收发器的其它类型的收发器，例如移动电话收发器。
发送路径Tx的输出端102和接收路径Rx的输入端可耦合到实体，该实体能够在通信信道上将由发送路径提供的信号S1发送到远端接收器，以及在通信信道上接收来自远端发送器的信号S2。例如，发送和接收路径可耦合到混合电路(hybrid circuit)，该混合电路将接收和发送路径耦合到双向的有线通信线路，例如用户线路的双绞对铜线。在其它实施例中，发送路径和接收路径可耦合到用于发射和接收射频信号或其它无线信号的天线。如图1中所示，接收路径包括可变增益放大器106，可变增益放大器106具有连接到接收路径Rx的输入端104的输入端。应注意到发送路径和接收路径可包括未在图1中示出的额外的电路元件和电路模块，例如放大器，包括但不限于运算放大器、线路驱动器、功率放大器、低噪声放大器，电路，变压器等。此外，尽管没有在图1中示出，发送和接收路径可包括模拟和数字部分。
如图1所指示的，发送信号S1的一部分Secho，以下称为回波，从发送路径耦合到接收路径，从而给接收自线路104的信号S2增加了失真。回波的特征取决于例如混合的配置和实现，变压器，线路阻抗特性或通信系统中其它元件的特性。
为了补偿由信号Secho引起的失真，在收发器100中提供回波消除路径108。如图1中所示，回波消除路径108包括亦称为回波消除滤波器的滤波器110，滤波器110具有复制发送和接收路径之间的回波传输函数的滤波器函数(transfer function)。
滤波器110的输入端(input)耦合到发送路径Tx的节点112以产生发送信号S1的复本或副本。发送信号的复本提供给回波消除滤波器110以产生回波信号Secho的复本。回波消除滤波器110的输出端耦合到可变增益放大器106的电路节点114，以用于将电流提供给可变增益放大器106的节点。根据以下描述的实施例，电路节点114可为可变增益放大器106的虚地节点。
可变增益放大器106可在接收路径中提供的AGC(自动增益控制)电路中实现以用于调整接收信号的功率水平。如上所述，除了可变增益放大器106之外，其它放大器电路可在接收路径Rx中提供。
以上的配置通过将第一电流(或第一电流信号)I1和第二电流(或第二电流信号)I2直接注入到可变增益放大器的电路节点114而提供电流模式中的回波消除。在对照图1描述的实施例中，第一电流I1表示接收信号S2而第二电流I2表示从发送信号导出的补偿信号。
收发器100的实施例的更具体的实现现在将对照图2进行描述。图2示出了已在发射器100中实现可编程D/A(数字到模拟)转换器的收发器100，该可编程D/A转换器用于根据控制信号提供注入到可变增益放大器的节点114的电流i2。
在根据图2的收发器100中，发送路径Tx包括在节点112和输出端102之间耦合的第一D/A转换器200。D/A转换器200接收发送信号S1的数字表示并将其为模拟信号，然后模拟信号在通信信道上被发送给远端接收器。模拟信号可通过例如线路驱动器或功率放大器放大。
根据该实施例，在节点112产生的发送信号S1的复本是数字表示(representation)。相应地，回波消除滤波器110实现为数字滤波器，例如自适应数字滤波器。为了将数字表示转换为注入进节点114的电流i2，提供了第二D/A转换器202。D/A转换器202的数字输入端202a连接到回波消除滤波器110的输出端以接收由回波消除滤波器输出的数字数据。D/A转换器202的输出端直接连接到节点114以将基于所接收的数字表示而由D/A转换器202产生的电流i2注入进节点114，从而用于减去回波。
D/A转换器202包括第二输入端202b以用于根据在控制输入端202b接收的控制信号编程(program)或改变由D/A转换器202产生的电流。
正如下面会更具体描述的，以上的实现可允许设置滤波器200的滤波器函数中的第一数字增益因子，以使得将数字表示调节(scale)到D/A转换器202的最大输入范围或输入量程(input scale)(以下会称之为数字域中的满量程(full scale)放大)，以及允许将与再调节因子(rescalefactor)相关的信息提供给D/A转换器。以在D/A转换器内再调节(scale)或补偿第一数字增益因子。
带第一增益(在下文中称为数字增益)的数字域中的满量程放大在模拟域中通过基于第二增益(在下文中称为模拟增益)编程D/A转换器202而补偿，模拟增益取决于在数字域中的满量程放大中提供的数字增益。
在上面的观点中，在D/A转换器的输入端202b接收的控制信号表示与第一数字增益因子相关的第二增益因子以使得能够补偿数字增益中的满量程放大。根据一种实施例，第二增益是第一增益的逆(inverse)。为了设置第一和第二增益因子而且为了产生对应的控制信号，控制器可耦合到滤波器110和D/A转换器202的输入端202b以计算和设置如上所述的数字增益和模拟增益。
根据实施例，第二增益D/A转换器202的控制通过控制一个或多个例如电流单元(current cell)的转换元件来实现，这些转换元件在D/A转换器中提供以用于数字到模拟的转换。为此，将控制信号(控制)施加于D/A转换器202的输入端202b以补偿D/A中的满量程放大中提供的增益。
通过将D/A转换器实现为可编程的或可控制的，将用于设置模拟增益的电集成到提供带有模拟增益设置功能的混合D/A转换器的数字到模拟电路。
根据一种实施例，D/A转换器202是包括多个电流单元的开关电流D/A转换器。在实施例中，D/A转换器202可实现为无源D/A转换器。在无源D/A转换器中，提供晶体管仅用于实现电流单元中的电流源，但晶体管不用于例如放大电路的其它任何有源电路。
D/A转换器202将电流i2输出到汇合节点(summing node)204的一条支路。汇合节点204的另一条支路通过电阻206连接到输入端104。提供电阻206以使得将在输入端104接收的信号转换为提供给汇合节点204的电流i1。节点204的用于输出汇合结果的支路连接到运算放大器(opamp)206的反相输入端。运算放大器208的正相输入端耦合到固定的参考电位，例如地。应注意到此处节点204表示本领域技术人员熟知的虚地节点。
运算放大器206包括具有可变电阻210的反馈环路以用于设置运算放大器208的增益。运算放大器206的输出端连接到未在图2中示出的进一步处理的电路。
通过将电流i2馈送到节点204，提供电流i1的回波补偿。换句话说，在实施例中，回波补偿信息包含在电流i2中而且通过汇合电流i1和i2，为收发器100获得回波补偿。在实施例中，电流i2可具有与电流i1大致相同的幅度但带有相反的符号，从而在回波信号远高于接收信号时允许运算放大器补偿，并且允许用于放大补偿的接收信号的高增益。
现在参考图3描述另一个实施例，其中差动接收电路300实现为具有电流模式的回波补偿。虽然图3仅显示了接收路径，应理解发送路径和回波路径可如上对照图2所描述地实现。因此，根据图2得出对收发器描述的参考。
差动接收电路300包括第一导轨(rail)302a和第二导轨302b。在根据图3的实施例中D/A转换器202以推拉方式操作，以允许电流模式中的回波补偿。
在根据图3的实施例中，对于每个导轨，电阻R1分为外部电阻304a，304b和内部电阻306a和306b。内部电阻306a和306b在芯片上提供而外部电阻304a和304b在芯片外提供。外部和内部电阻通过垫端子(pad terminal)308a和308b连接。电阻R1分成两个电阻允许减少在端子308a和308b处电压的摆动。然而应注意到电阻R1也可由单个电阻实现，如对照图2所描述的。
如上所述，D/A转换器202实现为推拉设置。为此，提供第一多个转换元件310a和第二多个转换元件310b。第一多个和第二多个转换元件的每个转换元件包括第一开关312a和第二开关312b以选择性地将转换元件的输出端连接到在电阻R1和运算放大器208的输入端之间提供的节点204a和204b的支路。正如能在图3中看到的，运算放大器208在该实施例中实现为全差动运算放大器而且提供反馈路径以用于将运算放大器202第一输出通过可变电阻210a反馈给反相输入端以及将第二输出通过可变电阻210b反馈给正相输入端。
根据其它实施例，不是为每个单元提供第一和第二开关，而是为各个多个单元提供第一和第二开关以使得选择性地将所有第一多个和所有第二多个的电流单元连接到节点204a和204b。此处应注意到，开关也能操作以完全关闭回波消除。
每个转换元件包括如对照图2所概示的用于接收控制信息的输入端以使得允许由模拟增益再调节未在图3中示出的第一D/A转换器200的满量程放大中提供的数字增益。
虽然包括第一D/A转换器200和滤波器110的发送电路未在图3中示出，可为包括如图3中所描述的接收电路的收发器提供如对照图2描述的为接收信号提供的相同的方案和操作。
根据一种实施例，通过编程每个转换元件中提供的电流源能提供对满量程放大的再调节，从而得到根据模拟增益的输出电流。为此，每个转换元件根据模拟增益可为可编程的或可控制的，即可接收信号以用于根据模拟增益的调节因子改变输出电流。通过将指示模拟增益因子的控制信号输入到类似于对照图2描述的控制输入端202b的公共控制输入端并且将基于该控制信号的信号提供给每个转换元件的电流源可实现编程，以允许根据模拟增益为每个电流源设置输出电流。
第一多个和第二多个转换元件的方案和操作现在将对照图4进行更具体的描述。
图4显示了第一多个转换元件的单个转换元件310a和对应的第二多个转换元件310b的单个转换元件310b。转换元件310a和310b是电流单元，电流单元用于根据数字输入的预定位是否设置通过供应预定电流将施加于D/A转换器的数字输入转换成模拟信号。为此，这些多个电流单元中每一个可分配到(assign to)数字输入的位。在图4中示出的转换元件310a和310b是对应的转换元件，即它们被分配到D/A转换器的相同的位。转换元件310a和310b可实现为例如二进制加权，温度计(thermometer)或分段式D/A转换。转换元件310a和310b互相耦合以允许推拉操作。
正如在图4中能看到的，转换元件310a包括以共发共基放大器(cascode)结构设置的PMOS晶体管400a，400b。PMOS的晶体管400a的漏板耦合到公共的电源供应VDD，而PMOS晶体管400a的源极耦合到PMOS晶体管400b的漏极。PMOS晶体管400b的源极耦合到节点402a。
节点402a耦合到PMOS晶体管404a，PMOS晶体管404a充当第一开关，以允许将来自电源供应VDD的转换元件的电流ICELL提供给第一导轨的节点204a。节点402a耦合到PMOS晶体管404b，PMOS晶体管404b充当第二开关，以允许将来自电源供应VDD的转换元件的电流ICELL提供给第二导轨的节点204b。
如图4中所示，可提供另一个开关406a以出于校准的目的输出转换元件的电流ICELL。
转换元件310b具有与转换元件310a相同的结构但互补的功能。NMOS晶体管400c和400d以共发共基放大器结构提供以用于将来自第一导轨或第二导轨的电流引导到地。NMOS晶体管400c的源极耦合到地而NMOS晶体管400c的漏极耦合到NMOS晶体管400d的源极。NMOS晶体管400d的漏极耦合到节点402b。节点402b耦合到NMOS晶体管404c，NMOS晶体管404c充当允许从第一导轨的节点204a到地的转换元件的电流ICELL的供应的开关。节点402b还连接到NMOS晶体管404d，NMOS晶体管404d充当允许从第二导轨的节点204b到地的转换元件电流ICELL的供应的开关。
与在转换元件310a中提供的开关406a相似，出于校准目的在转换元件310b中提供了开关406b。
在操作中，共发共基放大器晶体管400a和400b的栅极分别接收偏压vbiasp和vcascp，以控制转换元件310a的电流ICELL。应注意到偏压vbiasp和vcascp中的至少一个是基于提供给D/A转换器的模拟增益，允许控制由转换元件提供给节点204a或204b的根据模拟增益控制的电流，如上对照图2所概示。为此，共发共基放大器晶体管400a和400b的栅极中的至少一个可耦合到如图2中所示的控制输入端202b，以接收指示将在D/A转换器中设置的模拟增益的信息，并相应地通过设置偏压vbiasp和/或vcascp来编程转换元件的电流。根据一种实施例，电压vbiasp和vcasp都可根据模拟增益提供。
与转换元件310a相似，在转换元件310b中提供的共发共基放大器晶体管400c和400d的栅极分别接收偏压vbiasn和vcasn，以控制转换元件310b的电流ICELL，偏压vbiasn和vcasn中的至少一个是基于提供给D/A转换器的模拟增益，允许控制由转换元件提供给节点204a或204b的根据模拟增益控制的电流，如上对照图2所概示。为此，共发共基放大器晶体管400c和400d的栅极中的至少一个可耦合到如图2中所示的控制输入端202b以接收指示将在D/A转换器中设置的模拟增益的信息并相应地通过设置偏压vbiasn和/或vcascn来编程转换元件的电流。根据一种实施例，电压vbiasn和vcasn都可根据模拟增益提供。
正如能从图4看到的，将转换元件310a和310b耦合以提供推拉操作。在推拉操作中，操作开关晶体管404a，404b，404c和404d以这样的方式工作，使得转换元件310a将来自电源供应VDD的电流ICELL源送(source)至第一或第二导轨之一而转换元件310b则从该导轨切断，并且转换元件310b将来自另一导轨的电流ICELL汇(sink)到地而转换元件310a从该导轨切断。
现在参考图5解释操作本发明实施例的方法。在步骤500中，第一信号，即发送信号在通信信道上发送，而在步骤510中，产生第一信号的回波的数字表示。在步骤520中，通过转换回波信号的数字表示产生模拟的第二信号。在步骤530中，基于第三信号控制数字表示的转换。如上所解释的，第三信号可以是控制器提供的控制信号，以动态控制或设置回波补偿路径中的数字滤波器的数字增益。在步骤540中，接收在通信信道上发送的第四信号，而在步骤550中，通过合并第二信号和表示第四信号的第五信号产生回波已补偿信号。根据一个实施例，第四信号可为模拟电压信号，而第五和第二信号可为模拟电流信号。如上所概示，第二信号可注入到连接到虚地汇合节点的第一支路，且该支路将第二信号注入连接到虚地汇合节点的第二支路。虚地汇合节点可为接收路径的AGC电路中的可变增益放大器的汇合节点，如上面的实施例中所描述的。数字表示的转换的控制可为D/A转换器输出电流的动态控制，以再调节数字滤波器中提供的动态满量程放大，如上面的实施例中所描述的。
既然现在已描述了本发明的示范的实施例，则应理解可实现已描述实施例的不同的修改。
组成本发明一部分的附图通过图示的而非限制的途径示出其中可实践本主题的特定实施例。示出的实施例非常详细地描述以使得本领域的技术人员能够实践此处公开的教导。由此可利用和导出其它实施例，使得在不脱离本公开的范围的情况下可做出结构的和逻辑的替代和改变。因而具体实施方式不应在限制的意义上被理解，而且不同实施例的范围仅由所附的权利要求以及这些权利要求享有的全部等同物所限定。
术语“发明”在此处可单独地和/或集合地指向本发明主题的这些实施例，如果实际上公开了多个发明或发明概念的话，这样做仅仅是为了方便而不是想要将本应用的范围特意限制到任何单个的发明或发明概念。因此，虽然特定的实施例在此处示出和描述，但应该意识到任何旨在获得相同目的的方案都可替代已示出的特定实施例。本公开意图覆盖任何的和所有的不同实施例的改动或改变。通过回顾上面的描述，以上实施例的组合和其它没有在此处特定描述的实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。
提交了本公开的摘要，可以理解摘要并不用来解释或限制权利要求的范围或意义。另外，在前述的具体实施方式中，能看到出于简化本公开的目的，不同的特征被共同集合在单个实施例中。本公开的方法不应理解为体现了这样一种想法，即所要求权利的实施例需要的特征多于每个权利要求中清楚地记载的特征。

Claims (21)

1.一种回波消除电路，包括：
数字滤波器；以及
数字到模拟转换器，所述数字到模拟转换器包括耦合到所述数字滤波器以接收表示回波信号的数字信息的数字信号的数字输入端，用于接收控制信号的控制信号输入端，和用于基于所述数字信号而产生模拟输出信号的至少一个转换元件，其中所述至少一个转换元件能够由所述控制信号控制。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述转换元件包括可编程电流单元，所述可编程电流单元可操作以基于所述控制信号而对所述单元的输出电流进行编程。
3.如权利要求2所述的电路，还包括控制器，所述控制器耦合到所述数字滤波器以控制所述数字滤波器的增益，所述控制器还耦合到所述数字到模拟转换器的所述控制信号输入端。
4.如权利要求3所述的电路，其中所述控制器耦合到所述数字到模拟转换器以基于所述数字滤波器的增益而提供所述控制信号。
5.一种方法，包括：
在通信信道上发送第一信号；
产生所述第一信号的回波的数字表示；
通过转换所述回波信号的所述数字表示而产生模拟的第二信号；
基于第三信号而控制所述数字表示的转换；
接收在所述通信信道上发送的第四信号；
通过组合所述第二信号和表示所述第四信号的第五信号而产生回波已补偿信号。
6.如权利要求5所述方法，其中控制所述数字表示的转换包括基于所述第三信号而控制数字到模拟转换器的多个电流单元的输出电流。
7.如权利要求6所述的方法，其中产生所述第一信号的回波的数字表示包括：
对所述第一信号的数字表示进行数字滤波；以及
控制所述数字滤波以提供相应于由第一增益因子调节的所述回波信号的数字信号；以及
其中，控制所述数字转换包括根据所述第一增益因子再调节所述输出电流。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述第二信号和所述第五信号是电流信号，并且组合所述信号包括：
将所述第五信号注入到虚地汇合节点的第一支路，并且将所述第二信号注入到所述虚地汇合节点的第二支路。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述虚地汇合节点是接收路径的AGC电路中的可变增益放大器的汇合节点。
10.一种收发器电路，包括：
发送路径，包括用于发送第一信号的第一输出端；
接收路径，包括用于接收第二信号的第一输入端；
回波消除路径；
用于组合所述回波消除路径和所述接收路径的第一电路，所述第一电路包括设置在所述接收路径中的可变增益放大器的虚地节点，用于连接所述虚地节点和所述第一输入端的第一支路，用于连接所述虚地节点和所述可变增益放大器的输入端的第二支路，和用于连接所述回波消除路径和所述虚地节点的第三支路。
11.如权利要求10所述的电路，其中所述第一电路实现为通过所述第一支路将第一电流注入到所述虚地节点以及通过所述第三支路将第二补偿电流注入到所述虚地节点。
12.如权利要求10所述的电路，其中所述可变增益放大器在所述接收路径的AGC电路中实现。
13.如权利要求10所述的电路，还包括所述回波消除路径中设置的数字到模拟转换电路，所述数字到模拟转换电路包括耦合到所述发送路径以接收数字信号的输入端和耦合到所述虚地节点的输出端。
14.如权利要求13所述的电路，所述数字到模拟转换电路包括用于接收所述数字信号的第一数字输入端和接收控制信号的第二输入端，其中所述数字到模拟转换电路配置成根据所述数字信号和所述控制信号提供输出电流。
15.如权利要求14所述的电路，其中所述数字到模拟转换电路包括多个电流单元，每个电流单元根据所述控制信号是能够编程的。
16.如权利要求15所述的电路，其中各个所述电流产生元件包括耦合到所述第一数字输入端的至少一个开关，以基于在所述第一数字输入端处接收的比特表示数字信号而切换所述电流。
17.如权利要求16所述的电路，其中所述多个电流产生元件中的至少一个实现为推拉结构。
18.如权利要求15所述的电路，还包括将所述控制信号提供给所述数字到模拟转换器的所述第二输入端的控制器，所述控制器还可操作以设置所述回波消除路径中的数字滤波器的增益。
19.如权利要求18所述的电路，其中所述控制器可操作以基于由所述控制器设置的所述数字滤波器的增益而提供所述控制信号。
20.一种回波消除电路，包括：
数字滤波器；
控制器，用于设置所述数字滤波器的第一数字增益；
第一电路，用于将由所述数字滤波器提供的数字信息转换成模拟信号；
第二电路，用于设置补偿所述数字增益的第二模拟增益；
其中所述第二电路集成在所述第一电路中。
21.如权利要求20所述的回波消除电路，其中所述第二电路包括所述第一电路中提供的可编程电流单元。
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