CN112859981B - 回音消除电路 - Google Patents

Abstract

一种回音消除电路，耦接于电子装置的传送电路及接收电路，传送电路包含一输出电晶体。回音消除电路包含第一电晶体、第二电晶体、第一电阻电容网路、第二电阻电容网路、第一电阻器以及第二电阻器。第一电晶体具有第一闸极、第一汲极及第一源极，其中第一汲极耦接接收电路。第二电晶体具有第二闸极、第二汲极及第二源极，其中第二汲极耦接接收电路。第一电阻电容网路耦接于输出电晶体的闸极及第一闸极之间。第二电阻电容网路耦接于第一闸极及第二闸极之间。第一电阻器的一端耦接第一源极，另一端耦接参考电压。第二电阻器的一端耦接第二源极，另一端耦接参考电压。

Description

回音消除电路

技术领域

本发明是关于电子装置，尤其是关于电子装置的回音消除电路。

背景技术

回音消除(echo cancellation)常用于电子电路中，用来消除从电路的传送端反射至该电路的接收端的讯号，以避免接收端受到干扰。图1为包含回音消除电路的电子装置的功能方块图。电子装置100包含传送电路110、接收电路120(包含120-p及120-n)、耦合电路130以及回音消除电路140(包含140-p及140-n)。传送电路110所产生的输出讯号Io(包含差动输出讯号Io-p及Io-n)透过耦合电路130输出至其他电子装置或电路(图未示)，而接收电路120透过耦合电路130接收输入讯号Iin(包含差动输入讯号Iin-p及Iin-n)。然而，除了输入讯号Iin之外，接收电路120还可能接收到输出讯号Io所引起的回音Ioe(包含回音Ioe-p及Ioe-n)(如图1所示，通过输入电阻RI1的讯号包含输入讯号Iin-n及回音Ioe-n，以及通过输入电阻RI2的讯号包含输入讯号Iin-p及回音Ioe-p)。

常见的回音消除方法是在电路中制造出回音消除讯号，以在接收端消除回音(echo)。当回音消除电路140所制造出的回音消除讯号Iec(包含Iec-p及Iec-n)与回音Ioe愈接近，则回音消除的效果愈好，接收电路120将接收到更少的回音。更多关于回音消除的讨论请参考：Ramin Farjad,Friedel Gerfers,Michael Brown,Ahmad R.Tavakoli,DavidNguyen,Hossein Sedarat,Ramin Shirani,Hiok-Tiaq Ng,“A 48-Port FCC-Compliant10GBASE-T Transmitter with Mixed-Mode Adaptive Echo Canceller,”IEEE Journalof Solid-State Circuits,2012。

然而，因为电路在不同的应用中有不同的负载及操作频率，而回音Ioe又与负载及操作频率息息相关，所以若回音消除电路140无法根据各种应用调整回音消除讯号Iec，则回音消除的效果将受到限制，进而影响电路的表现。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供一种分散式(distributed)的回音消除电路，以更有弹性地针对不同的应用消除回音。

本发明揭露一种回音消除电路，耦接于一电子装置的一传送电路及一接收电路，该传送电路包含一输出电晶体。回音消除电路包含一第一电晶体、一第二电晶体、一第一电阻电容网路、一第二电阻电容网路、一第一电阻器以及一第二电阻器。第一电晶体具有一第一闸极、一第一汲极及一第一源极，其中该第一汲极耦接该接收电路。第二电晶体具有一第二闸极、一第二汲极及一第二源极，其中该第二汲极耦接该接收电路。第一电阻电容网路耦接于该输出电晶体的一闸极及该第一闸极之间。第二电阻电容网路耦接于该第一闸极及该第二闸极之间。第一电阻器的一端耦接该第一源极，另一端耦接参考电压。第二电阻器的一端耦接该第二源极，另一端耦接参考电压。

本发明另揭露一种回音消除电路，耦接于一电子装置的一传送电路及一接收电路，该传送电路包含一输出电晶体。回音消除电路包含一第一电晶体、一第二电晶体、一第一电阻电容网路、一第二电阻电容网路、一第一电阻器以及一第二电阻器。第一电晶体具有一第一闸极、一第一汲极及一第一源极，其中该第一汲极耦接该接收电路。第二电晶体具有一第二闸极、一第二汲极及一第二源极，其中该第二汲极耦接该接收电路。第一电阻电容网路耦接于该输出电晶体的一闸极及该第一闸极之间。第二电阻电容网路耦接于该输出电晶体的该闸极及该第二闸极之间。第一电阻器的一端耦接该第一源极，另一端耦接参考电压。第二电阻器的一端耦接该第二源极，另一端耦接参考电压。

本发明另揭露一种回音消除电路，耦接于一电子装置的一传送电路及一接收电路，该传送电路包含一输出电晶体。回音消除电路包含一第一电晶体、一第二电晶体、一第一电阻电容网路、一第二电阻电容网路、一第三电阻电容网路、一第一电阻器以及一第二电阻器。第一电晶体具有一第一闸极、一第一汲极及一第一源极，其中该第一汲极耦接该接收电路。第二电晶体具有一第二闸极、一第二汲极及一第二源极，其中该第二汲极耦接该接收电路。第一电阻电容网路耦接于该输出电晶体的一闸极及该第一闸极之间。第二电阻电容网路耦接于该第一闸极及该第二闸极之间。第三电阻电容网路耦接于该输出电晶体的该闸极及该第二闸极之间。第一电阻器的一端耦接该第一源极，另一端耦接参考电压。第二电阻器的一端耦接该第二源极，另一端耦接参考电压。

本发明的回音消除电路可以在不同的时间点以复数个回音消除讯号消除回音，以提升回音消除的弹性。相较于传统技术，本发明的回音消除电路容易根据各种负载及操作频率做调整，因此可以达到更佳的回音消除效果。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。

附图说明

图1显示包含回音消除电路的电子装置的功能方块图；

图2为本发明回音消除电路的一实施例的电路图；

图3为电阻电容网路的一种实施例；

图4为说明本发明回音消除电路的效果的模拟图；

图5为本发明回音消除电路的另一实施例的电路图；以及

图6为本发明回音消除电路的另一实施例的电路图。

符号说明

100、200、500、600 电子装置

110、210 传送电路

120、120-p、120-n、220、220-p、220-n 接收电路

130、230 耦合电路

140、140-p、140-n、240、240-p、240-n、540、540-p、540-n、640、640-p、640-n 回音消除电路

Io、Io-p、Io-n 输出讯号

Iin、Iin-p、Iin-n 输入讯号

Ioe、Ioe-p、Ioe-n 回音

Iec、Iec-p、Iec-n 回音消除讯号

RI1、RI2 输入电阻

PI-p 输入路径

TM1、TM2 变压器

RL1、RL2、RX1-p、RX2-p 电阻器

212 数位类比转换器

214 运算放大器

MD0-p、MD0-n 输出电晶体

MP0-p、MP0-n 保护电晶体

MD1-p、MD2-p、MP1-p、MP2-p 电晶体

242-p、244-p、300、542-p、544-p、642-p、644-p、646-p 电阻电容网路

Iec1-p 第一电流

Iec2-p 第二电流

310 电晶体

320 电阻器

330 电容器

Ctrl 控制讯号

302 输入端

306 输出端

410、420、430 曲线

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

本发明的揭露内容包含回音消除电路。由于本发明的回音消除电路所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以节略。

图2为本发明回音消除电路的一实施例的电路图。电子装置200包含传送电路210、接收电路220(包含220-p及220-n)、耦合电路230以及回音消除电路240(包含240-p及240-n)。耦合电路230包含变压器TM1、变压器TM2、电阻器RL1以及电阻器RL2。传送电路210包含数位类比转换器(digital-to-analog converter,DAC)212、运算放大器214、输出电晶体MD0-p、输出电晶体MD0-n、保护电晶体MP0-p、保护电晶体MP0-n以及复数个电阻器及电容器。数位类比转换器212透过运算放大器214驱动输出电晶体MD0-p及输出电晶体MD0-n，以产生输出电流。保护电晶体MP0-p及保护电晶体MP0-n分别与输出电晶体MD0-p及输出电晶体MD0-n串联，目的在于保护输出电晶体MD0-p及输出电晶体MD0-n免于直接承受过高的电压。耦合电路230及传送电路210的原理为本技术领域具有通常知识者所熟知，故不再赘述。接收电路220-p及接收电路220-n透过耦合电路230分别接收输入讯号Iin-p及输入讯号Iin-n，而回音消除电路240-p及回音消除电路240-n分别消除回音Ioe-p及回音Ioe-n。接收电路220为本技术领域具有通常知识者所熟知，故不再赘述。以下讨论回音消除电路240-p的内部电路。回音消除电路240-n与回音消除电路240-p相似，本技术领域具有通常知识者可以从回音消除电路240-p得知回音消除电路240-n的内部电路，故不再赘述回音消除电路240-n。

回音消除电路240-p包含电晶体MD1-p、电晶体MD2-p、电晶体MP1-p、电晶体MP2-p、电阻电容网路242-p、电阻电容网路244-p、电阻器RX1-p以及电阻器RX2-p。需注意的是，电阻电容网路242-p及电阻电容网路244-p是耦接或电连接另一输出电晶体MD0-n的闸极(即运算放大器214的反相输出端)，第一电流Iec1-p与运算放大器214的反相输出端讯号、电阻电容网路242-p以及电晶体MD1-p相关，第二电流Iec2-p与运算放大器214的反相输出端讯号、电阻电容网路242-p、电阻电容网路244-p以及电晶体MD2-p相关，且第一电流Iec1-p与第二电流Iec2-p是为了消除输出讯号Io所引起的回音Ioe。换句话说，回音消除电路240-p根据传送电路210的差动讯号的第一成分(例如运算放大器214的反相输出端的讯号)来消除回音Ioe的第二成分(即与运算放大器214的非反相输出端的讯号相关的回音Ioe-p)；类似地，回音消除电路240-n根据传送电路210的差动讯号的第二成分(例如运算放大器214的非反相输出端的讯号)来消除回音Ioe的第一成分(即与运算放大器214的反相输出端的讯号相关的回音Ioe-n)。

电晶体MD1-p的汲极透过电晶体MP1-p耦接接收电路220-p，电晶体MD1-p的源极透过电阻器RX1-p耦接参考电压(例如接地)，换言之，电晶体MP1-p、电晶体MD1-p及电阻器RX1-p串联。电晶体MP1-p、电晶体MD1-p及电阻器RX1-p形成第一电流路径，并且从输入路径(即输入电阻RI2与接收电路220-p之间的路径PI-p)抽取(draw)第一电流Iec1-p。第一电流Iec1-p流经电晶体MP1-p、电晶体MD1-p及电阻器RX1-p，且第一电流Iec1-p的大小与电阻器RX1-p的电阻值成反比。电晶体MP1-p的闸极电连接保护电晶体MP0-p的闸极，而电晶体MD1-p的闸极透过电阻电容网路242-p耦接输出电晶体MD0-n的闸极。第一电流Iec1-p为回音消除电路240-p所产生的回音消除讯号的一部分。

电晶体MD2-p的汲极透过电晶体MP2-p耦接接收电路220-p，电晶体MD2-p的源极透过电阻器RX2-p耦接参考电压，换言之，电晶体MP2-p、电晶体MD2-p及电阻器RX2-p串联。电晶体MP2-p、电晶体MD2-p及电阻器RX2-p形成第二电流路径，并且从输入路径PI-p抽取第二电流Iec2-p。第二电流Iec2-p流经电晶体MP2-p、电晶体MD2-p及电阻器RX2-p，且第二电流Iec2-p的大小与电阻器RX2-p的电阻值成反比。电晶体MP2-p的闸极电连接保护电晶体MP0-p的闸极，而电晶体MD2-p的闸极透过电阻电容网路244-p耦接电晶体MD1-p的闸极。第二电流Iec2-p为回音消除电路240-p所产生的回音消除讯号的一部分。

如图2所示，因为电阻电容网路244-p透过电阻电容网路242-p耦接输出电晶体MD0-n的闸极，所以可以视电阻电容网路242-p及电阻电容网路244-p为串联关系。

图3为电阻电容网路的一种实施例。电阻电容网路300包含电晶体310、电阻器320以及电容器330。电晶体310的源极耦接电阻器320的一端，电晶体310的汲极耦接电阻器320的另一端，电晶体310的闸极受控制讯号Ctrl控制。电阻电容网路300具有输入端302及输出端306。对电阻电容网路242-p而言，输入端302耦接输出电晶体MD0-p的闸极且输出端306耦接电晶体MD1-p的闸极。对电阻电容网路244-p而言，输入端302耦接电晶体MD1-p的闸极且输出端306耦接电晶体MD2-p的闸极。当电晶体310导通时，输入端302及输出端306形成电连接，此时电阻电容网路300不作用(inactive)，无法提供讯号延迟的效果。电晶体310非必要元件，在一些实施例中可被省略。电阻电容网路300的时间常数为电阻器320的电阻值与电容器330的电容值的乘积；换言之，可以藉由调整电阻器320的电阻值与电容器330的电容值来改变电阻电容网路300的时间常数。

请继续参阅图2。因为存在电阻电容网路244-p，所以第一电流Iec1-p与第二电流Iec2-p之间具有时间延迟。也就是说，回音消除电路240-p在第一时间点从输入路径PI-p抽取电流第一电流Iec1-p(即消除一部分的回音)，并且在晚于第一时间点的第二时间点从输入路径PI-p抽取电流第二电流Iec2-p(即消除一部分的回音)。第一电流Iec1-p及第二电流Iec2-p的大小可以不同或相同(由电阻器RX1-p及电阻器RX2-p控制)。换言之，回音消除电路240-p可以在不同的时间点以相同大小或不同大小的回音消除讯号消除回音Ioe-p。第一电流Iec1-p与第二电流Iec2-p之间的时间延迟与电阻电容网路244-p的时间常数有关，时间常数愈大则时间延迟愈大。

在一些实施例中，电阻电容网路242-p的时间常数与电阻电容网路244-p的时间常数互相独立，也就是说两个时间常数可以相等或不相等。

图4为模拟图，说明本发明回音消除电路的效果。曲线410代表未实作回音消除电路，曲线420代表回音消除电路只包含一个电流路径，曲线430代表回音消除电路包含两个以上的电流路径(例如回音消除电路240-p)。可以看到，在操作频率为100MHz处，只包含一个电流路径的回音消除电路可以消除约10.5dB的回音，而回音消除电路240-p可以消除约17.1dB的回音；换句话说，相较于只使用一个电流路径，使用两个以上的电流路径(即分散式的回音消除)来消除回音可以提升约(17.1-10.5)/10.5≈63％的效果。

请继续参阅图2。电晶体MP1-p及电晶体MP2-p分别用来保护电晶体MD1-p及电晶体MD2-p，在一些实施例中，在电晶体MD1-p及电晶体MD2-p不会承受高电压的前提下，电晶体MP1-p及电晶体MP2-p可以被省略。虽然图2只显示两个电流路径，但在其他实施例中回音消除电路240-p可以包含更多电流路径，而该些电流路径上的电阻电容网路为串联关系。主要电晶体指的是闸极电连接电阻电容网路的电晶体，例如电晶体MD1-p及电晶体MD2-p。

图5为本发明回音消除电路的另一实施例的电路图。图5的电子装置500与图2的电子装置200相似，差别在于图5的回音消除电路540(包含540-p及540-n)为并联设计。更明确地说，电阻电容网路542-p耦接于输出电晶体MD0-n的闸极与电晶体MD1-p的闸极之间，而电阻电容网路544-p耦接于输出电晶体MD0-n的闸极与电晶体MD2-p的闸极之间。换言之，回音消除电路540-p的电流路径上的电阻电容网路为并联关系。

电阻电容网路542-p具有第一时间常数，而电阻电容网路544-p具有第二时间常数。第一电流Iec1-p与第二电流Iec2-p之间的时间延迟与第一时间常数及第二时间常数有关。当第一时间常数实质上等于第二时间常数时，第一电流Iec1-p与第二电流Iec2-p之间的时间延迟实质上为零。本技术领域具有通常知识者可以藉由调整第一时间常数、第二时间常数、电阻器RX1-p的电阻值及电阻器RX2-p电阻值来控制回音消除电路540在不同的时间点以相同大小或不同大小的电流消除回音Ioe-p。在一些实施例中，第一时间常数与第二时间常数互相独立，也就是说第一时间常数可以等于或不等于第二时间常数。图5的电路的模拟结果与图4相似。

图6为本发明回音消除电路的另一实施例的电路图。图6的电子装置600与电子装置200及电子装置500相似，差别在于图6的回音消除电路640(包含640-p及640-n)包含并联及串联的设计。更明确地说，电阻电容网路642-p与电阻电容网路644-p为串联关系，且电阻电容网路642-p与电阻电容网路646-p为并联关系。换言之，回音消除电路640-p的电流路径上的电阻电容网路之间的连接包含串联以及并联。

电阻电容网路642-p具有第一时间常数，而电阻电容网路644-p具有第二时间常数，而电阻电容网路646-p具有第三时间常数。第一电流Iec1-p与第二电流Iec2-p之间的时间延迟与第一时间常数、第二时间常数及第三时间常数有关。本技术领域具有通常知识者可以藉由调整第一时间常数、第二时间常数、第三时间常数、电阻器RX1-p的电阻值及电阻器RX2-p电阻值来控制回音消除电路640在不同的时间点以相同大小或不同大小的电流消除回音Ioe-p。相较于回音消除电路240及回音消除电路540，因为回音消除电路640多一个可调的参数(即电阻电容网路646-p的时间常数)，所以回音消除电路640可以更有弹性地消除回音。图6的电路的模拟结果与图4相似。

在一些实施例中，第一时间常数、第二时间常数与第三时间常数互相独立，也就是说三者可以相等或不相等。

前述的电阻电容网路542-p、544-p、642-p、644-p以及646-p可以由图3的电阻电容网路300实作。

本发明提出一种可以产生复数个回音消除讯号的回音消除电路，且复数个回音消除讯号所对应的复数个电阻电容网路可以独立调整。由于电路中的回音与电路的负载及操作频率息息相关，而这样的设计可以使回音消除电路更容易模拟电路上的复杂负载，因此，所产生的回音消除讯号与回音更为接近，而得到优异的回音消除效果。

注意，前揭图示中，元件的形状、尺寸以及比例等仅为示意，是供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非用以限制本发明。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种回音消除电路，耦接于一电子装置的一传送电路及一接收电路，该传送电路包含一输出电晶体，该回音消除电路包含：

一第一电晶体，具有一第一闸极、一第一汲极及一第一源极，其中该第一汲极耦接该接收电路；

一第二电晶体，具有一第二闸极、一第二汲极及一第二源极，其中该第二汲极耦接该接收电路；

一第一电阻电容网路，耦接于该输出电晶体的一闸极及该第一闸极之间；

一第二电阻电容网路，耦接于该第一闸极及该第二闸极之间；

一第一电阻器，其一端耦接该第一源极，另一端耦接一参考电压；

一第二电阻器，其一端耦接该第二源极，另一端耦接该参考电压。

2.根据权利要求1所述的回音消除电路，其中该第一电阻电容网路具有一第一时间常数，该第二电阻电容网路具有一第二时间常数，该第一时间常数与该第二时间常数互相独立。

3.根据权利要求2所述的回音消除电路，其中该第一时间常数不等于该第二时间常数。

4.一种回音消除电路，耦接于一电子装置的一传送电路及一接收电路，该传送电路包含一输出电晶体，该回音消除电路包含：

一第一电晶体，具有一第一闸极、一第一汲极及一第一源极，其中该第一汲极耦接该接收电路；

一第二电晶体，具有一第二闸极、一第二汲极及一第二源极，其中该第二汲极耦接该接收电路；

一第一电阻电容网路，耦接于该输出电晶体的一闸极及该第一闸极之间；

一第二电阻电容网路，耦接于该输出电晶体的该闸极及该第二闸极之间；

一第一电阻器，其一端耦接该第一源极，另一端耦接一参考电压；

一第二电阻器，其一端耦接该第二源极，另一端耦接该参考电压。

5.根据权利要求4所述的回音消除电路，其中该第一电阻电容网路具有一第一时间常数，该第二电阻电容网路具有一第二时间常数，该第一时间常数与该第二时间常数互相独立。

6.根据权利要求5所述的回音消除电路，其中该第一时间常数不等于该第二时间常数。

7.一种回音消除电路，耦接于一电子装置的一传送电路及一接收电路，该传送电路包含一输出电晶体，该回音消除电路包含：

一第一电晶体，具有一第一闸极、一第一汲极及一第一源极，其中该第一汲极耦接该接收电路；

一第二电晶体，具有一第二闸极、一第二汲极及一第二源极，其中该第二汲极耦接该接收电路；

一第一电阻电容网路，耦接于该输出电晶体的一闸极及该第一闸极之间；

一第二电阻电容网路，耦接于该第一闸极及该第二闸极之间；

一第三电阻电容网路，耦接于该输出电晶体的该闸极及该第二闸极之间；

一第一电阻器，其一端耦接该第一源极，另一端耦接一参考电压；

一第二电阻器，其一端耦接该第二源极，另一端耦接该参考电压。

8.根据权利要求7所述的回音消除电路，其中该第一电阻电容网路具有一第一时间常数，该第二电阻电容网路具有一第二时间常数，该第三电阻电容网路具有一第三时间常数，一第一电流流经该第一电晶体，一第二电流流经该第二电晶体，该第一电流及该第二电流之间具有一时间延迟，该时间延迟与该第一时间常数、该第二时间常数及该第三时间常数有关。

9.根据权利要求8所述的回音消除电路，其中该第一时间常数、该第二时间常数与该第三时间常数互相独立。

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