CN114665917B - 具有回音消除机制的信号收发装置及方法 - Google Patents

具有回音消除机制的信号收发装置及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种具有回音消除机制的信号收发装置及方法，该装置包含：混合器电路、传送电路、接收电路及控制电路。混合器电路包含：惠斯通电桥及变压器绕组电路。惠斯通电桥包含另一变压器绕组电路及可变负载，并包含依序位于各二邻接支臂上的第一输入端、第一输出端、第二输入端以及第二输出端。传送电路耦接于第一输入端及第二输入端，通过混合器电路进行信号传送。接收电路耦接于第一输出端及第二输出端，通过混合器电路进行信号接收。控制电路在接收电路上的剩余回音噪声量不满足最小回音噪声量条件时调整可变负载的负载值，在满足最小回音噪声量条件时停止调整负载值。

Description

具有回音消除机制的信号收发装置及方法
技术领域
本发明是关于信号收发技术，尤其是关于一种具有回音消除机制的信号收发装置及方法。
背景技术
千兆位以太网络(Gigabit Ethernet)是一种全双工通讯系统，在一共四对线路的以太网络线上，能够同时传送与接收一千兆位/每秒的信息量，其中每一对以太网络能够同时送收250兆位/每秒的信息传输量。全双工通讯系统意味着在同一对传输线上，能够同时发送与接收信号，利用混合器电路的特性，将传送与接收信号整合在一个传送接收机上，达到大幅增加数据传输带宽的目的。
然而，由于混合器电路的非理想性，来自于远程的接收信号会受到来自于近端传送信号所造成的回音干扰，一般称之为回音噪声。在干扰严重时，回音噪声将造成接收端信号噪声比偏低，导致信号失真或是接收错误，特别是在较长距离的通讯系统上，回音噪声的干扰会更加严重。
发明内容
鉴于先前技术的问题，本发明之一目的在于提供一种具有回音消除机制的信号收发装置及方法，以改善先前技术。
本发明包含一种具有回音消除机制的信号收发装置，包含：混合器电路、传送电路、接收电路以及控制电路。混合器电路包含：惠斯通电桥(Wheatstone bridge)以及第二变压器绕组电路。惠斯通电桥包含设置于二对角支臂上的第一变压器绕组电路以及设置于另二对角支臂上的一对可变负载，并包含位于依顺时针方向或逆时针方向的顺序排列的各二邻接支臂上的第一输入端、第一输出端、第二输入端以及第二输出端。第二变压器绕组电路通过一对连线电性耦接于外部连线装置。传送电路电性耦接于第一输入端以及第二输入端，以通过混合器电路进行信号传送。接收电路电性耦接于第一输出端以及第二输出端，以通过混合器电路进行信号接收。控制电路配置以计算接收电路上的剩余回音噪声量，并判断剩余回音噪声量是否满足最小回音噪声量条件，以在不满足最小回音噪声量条件时调整可变负载的一组负载值，以及在满足最小回音噪声量条件时停止调整该组负载值。
本发明另包含一种具有回音消除机制的信号收发方法，包含：使传送电路通过混合器电路进行信号传送，其中混合器电路包含惠斯通电桥以及第二变压器绕组电路，惠斯通电桥包含设置于二对角支臂上的第一变压器绕组电路以及设置于另二对角支臂上的一对可变负载，并包含位于依顺时针方向或逆时针方向的顺序排列的各二邻接支臂上的第一输入端、第一输出端、第二输入端以及第二输出端，第二变压器绕组电路通过一对连线电性耦接于外部连线装置，且传送电路电性耦接于第一输入端以及第二输入端；使接收电路通过混合器电路进行信号接收，其中接收电路电性耦接于第一输出端以及第二输出端；使控制电路计算接收电路上的剩余回音噪声量；使控制电路判断剩余回音噪声量是否满足最小回音噪声量条件；以及使控制电路在不满足最小回音噪声量条件时调整可变负载的一组负载值，以及在剩余回音噪声量满足最小回音噪声量条件时停止调整该组负载值。
有关本案的特征、实现与功效，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明的一实施例中，一种具有回音消除机制的信号收发装置的方块图；
图2A至图2C分别显示本发明的一实施例中，可变负载的电路图；以及
图3显示本发明的一实施例中，一种具有回音消除机制的信号收发方法的流程图。
符号说明：
100:信号收发装置
110:混合器电路
120:传送电路
130:接收电路
140:控制电路
150:惠斯通电桥
160:变压器绕组电路
170:变压器绕组电路
180:外部连线装置
300:信号收发方法
S310～S390:步骤
ADC:模拟至数字转换电路
C1:电容
C2:可变电容
DAC:数字至模拟转换电路
I1:第一输入端
I2:第二输入端
INR:内部接收电路
L1、L2:连线
LDV:线驱动电路
LO1、LO2:可变负载
N1:第一绕组
N2:第二绕组
N3:第三绕组
N4:第四绕组
O1:第一输出端
O2:第二输出端
R1:可变电阻
R2:可变电阻
RS:接收信号
RXF:接收滤波器
T1:第一端
T2:第二端
TS:传送信号
TXF:传送滤波器
具体实施方式
本发明之一目的在于提供一种具有回音消除机制的信号收发装置及方法，以惠斯通电桥的形式设置具有适应性调整机制的可变负载，在不影响信号传送与信号接收的情形下大幅降低接收电路上的剩余回音噪声量。
请参照图1。图1显示本发明之一实施例中，一种具有回音消除机制的信号收发装置100的方块图。信号收发装置100配置以通过一对连线(例如，传输线)L1、L2与外部连线装置180进行信号传送与信号接收。
于一实施例中，信号收发装置100是应用于千兆位以太网络架构中。其中，千兆位以太网络属于全双工通讯系统，以包含四对连线的以太网络线进行通讯。连线L1、L2为四对连线的其中一对，且信号收发装置100对应于连线L1、L2，可同时进行信号传送与信号接收。
信号收发装置100包含：混合器电路110、传送电路120、接收电路130以及控制电路140。
混合器电路110包含：惠斯通电桥150以及变压器绕组电路160。其中，惠斯通电桥150包含设置于二对角支臂上的变压器绕组电路170以及设置于另二对角支臂上的一对可变负载LO1、LO2。并且，惠斯通电桥150更包含依序位于各二邻接支臂上的第一输入端I1、第一输出端O1、第二输入端I2以及第二输出端O2。于本实施例中，第一输入端I1、第一输出端O1、第二输入端I2以及第二输出端O2是位于依逆时针方向的顺序排列的各二邻接支臂上。在其他实施例中，第一输入端I1、第一输出端O1、第二输入端I2以及第二输出端O2亦可位于依顺时针方向的顺序排列的各二邻接支臂上。
更详细地说，变压器绕组电路170包含第一绕组N1以及第二绕组N2。第一绕组N1电性耦接于第一输入端I1以及第一输出端O1间，第二绕组N2电性耦接于第二输出端O2以及第二输入端I2间。可变负载LO1、LO2中的第一个可变负载LO1电性耦接于第一输出端O1以及第二输入端I2间，第二个可变负载LO2电性耦接于第一输入端I1以及第二输出端O2间。
变压器绕组电路160通过连线L1、L2电性耦接于外部连线装置180。于一实施例中，变压器绕组电路160包含相并联于第一端T1以及第二端T2间的第三绕组N3以及第四绕组N4，电容C1串联于第三绕组N3以及第四绕组N4间，而第一端T1以及第二端T2分别通过连线L1、L2电性耦接于外部连线装置180。
传送电路120电性耦接于第一输入端I1以及第二输入端I2，以通过混合器电路110进行信号传送。
于一实施例中，传送电路120包含数字至模拟转换电路DAC、传送滤波器TXF以及线驱动电路LDV。当传送电路120与外部连线装置180进行信号传送时，传送电路120将接收到欲进行传送的传送信号TS，并依序由数字至模拟转换电路DAC进行数字至模拟转换、由传送滤波器TXF进行滤波以及由线驱动电路LDV进行信号强化后，通过第一输入端I1以及第二输入端I2分别馈入至变压器绕组电路170的第一绕组N1以及第二绕组N2，并耦合至变压器绕组电路160的第三绕组N3以及第四绕组N4后，经由连线L1、L2传送至外部连线装置180。
须注意的是，上述传送电路120包含的电路模块仅为一范例。于不同实施例中，传送电路120可视实际需求包含不同的电路模块。本发明并不为此所限。
接收电路130电性耦接于第一输出端O1以及第二输出端O2，以通过混合器电路110进行信号接收。
于一实施例中，接收电路130包含接收滤波器RXF、模拟至数字转换电路ADC以及内部接收电路INR。当接收电路130接收来自外部连线装置180的信号时，外部连线装置180所传送的信号经由连线L1、L2传送至变压器绕组电路160的第三绕组N3以及第四绕组N4后，耦合至变压器绕组电路170的第一绕组N1以及第二绕组N2，并依序由接收滤波器RXF通过第一输出端O1以及第二输出端O2接收以进行滤波、由模拟至数字转换电路ADC进行模拟至数字转换以及由内部接收电路INR进行后处理，再输出为接收信号RS。
须注意的是，上述接收电路130包含的电路模块仅为一范例。于不同实施例中，接收电路130可视实际需求包含不同的电路模块。本发明并不为此所限。
控制电路140配置以判断接收电路130上的剩余回音噪声量是否满足最小回音噪声量条件，以在剩余回音噪声量不满足最小回音噪声量条件时调整可变负载LO1、LO2的一组负载值，降低传送电路120所传送的传送信号TS通过混合器电路110对接收电路130造成的影响。
于一实施例中，在惠斯通电桥150成对的支臂之间，当可变负载LO1的负载值与第一绕组N1的电感值间的比值，相当于第二绕组N2的电感值与可变负载LO2的负载值间的比值时，传送信号TS在接收电路130所接收到的分量(即回音噪声量)趋近于0。然而由于变压器的绕组电路并非理想电路，加上由传送端所观测到的负载会因为传输线(即连线)材质以及传输线的长度而不同，因此回音噪声无法完全地消除，但剩余的回音噪声量可藉由可变负载LO1、LO2的设置进行微调，以达到尽可能降低剩余回音噪声量的目的。
于一实施例中，在控制电路140判断剩余回音噪声量时，外部连线装置180并不传送信号至信号收发装置100。此时，传送电路120通过混合器电路110进行信号传送，而接收电路130则通过混合器电路110进行信号接收。接收电路130接收到的接收信号RS，将仅包含由传送电路120所进行的信号传送通过混合器电路110漏出的剩余回音噪声量，并由控制电路140接收并进行判断。
在剩余回音噪声量不满足最小回音噪声量条件时，控制电路140选择多组预储负载值其中之一，以设定为可变负载LO1、LO2的负载值。于一实施例中，预储负载值可储存于信号收发装置100还包含的储存电路(未绘示)中，并由控制电路140存取。
于不同的实施例中，可变负载LO1、LO2可具有不同的结构与组件。于一实施例中，可变负载LO2与可变负载LO1具有相同的结构，因此以下将仅以可变负载LO1为范例进行说明。
请参照图2A至图2C。图2A至图2C分别显示本发明之一实施例中，可变负载LO1的电路图。
依不同的需求，可变负载LO1可如图2A所示，为具有至少一个可变电阻R1的可变电阻电路，或是如图2B及图2C所示，为可变容阻电路。其中，图2B的可变容阻电路包含相并联的可变电阻R1与可变电容C2。图2C的可变容阻电路除相并联的可变电阻R1与可变电容C2，还包含与之相串联的可变电阻R2。
因此，各组预储负载值可依上述可变负载结构的不同，而包含至少一电阻值、至少一电容值或其组合，以由控制电路140选择后对可变负载LO1以及可变负载LO2进行调整。需注意的是，上述可变负载的结构仅为一范例。于其他实施例中，可变负载亦可具有其他的结构，亦或包含其他组件，例如但不限于电感。本发明并不为此所限。
于一实施例中，在可变负载LO1、LO2设置为其中一组预储负载值时的剩余回音噪声量相对于设置为其他组预储负载值的剩余回音噪声量具有最小值时，控制电路140判断剩余回音噪声量满足最小噪声量条件。于另一实施例中，在可变负载LO1、LO2设置为其中一组预储负载值时的剩余回音噪声量小于一个门坎值时，控制电路140判断剩余回音噪声量满足最小噪声量条件。
当剩余回音噪声量满足最小噪声量条件时，控制电路140即停止调整可变负载LO1、LO2的负载值。此时，传送电路120以及接收电路130可开始通过混合器电路110，与外部连线装置180分别进行信号传送以及信号接收。
因此，本发明的信号收发装置以惠斯通电桥的形式设置可变负载，可在不影响传送电路以及接收电路通过混合器电路进行的信号传送与信号接收的情形下，以适应性调整的机制大幅降低接收电路上的剩余回音噪声量。
于一实施例中，除了第一绕组N1以及第二绕组N2的非理想特性外，连线L1、L2的长度与形式亦可能对阻抗匹配特性造成影响，进而影响剩余回音噪声量的大小。因此，控制电路140可根据连线L1、L2的长度，对传送电路120包含的传送滤波器TXF以及接收电路130包含的接收滤波器RXF中的至少一组滤波器参数进行调整。
于一实施例中，控制电路140根据接收电路140通过混合器电路110与外部连线装置180所进行的信号接收判断连线L1、L2的连线长度。于一实施例中，控制电路140可根据接收信号RS在特定频率上的信号强度判断连线L1、L2的连线长度。
举例而言，在具有62.5兆赫带宽的千兆位以太网络中，控制电路140可计算接收信号RS在例如，但不限于10兆赫以及30兆赫上的信号强度比例。当两者比例接近时，控制电路140可判断此次系统中的连线长度为1公尺，而当高频的30兆赫大幅衰减，而低频的10兆赫仅小幅衰减时，控制电路140可判断为此次系统中的连线长度较长，例如为100公尺。
需注意的是，上述的系统中的连线长度判断方式以及相关数值仅为一范例。于其他实施例中，控制电路140可根据其他方式判断系统中的连线长度，亦或依实际情形根据不同的数值进行判断。
于一实施例中，控制电路140进一步根据连线长度选择多组预储滤波器参数其中之一，以设定为传送滤波器TXF以及接收滤波器RXF的该组滤波器参数。于一实施例中，预储滤波器参数可储存于信号收发装置100还包含的储存电路(未绘示)中，并由控制电路140存取。
于一实施例中，当连线长度愈长，控制电路140使传送滤波器TXF的带宽愈缩减，接收滤波器RXF的带宽也愈缩减，以避免在系统具有较长的连线时，接收电路130接收到过多的回音噪声。
因此，本发明的信号收发装置可进一步藉由调整传送电路的传送滤波器以及接收电路的接收滤波器的滤波器参数，降低连线长度对剩余回音噪声量造成的影响。
在实际应用上，控制电路140可使可变负载LO1、LO2以预设的负载值运作，并使滤波器TXF以及接收滤波器RXF以预设的滤波器参数运作，以起动上述调整机制的运作过程。控制电路140将先估算此次系统中的连线长度，并根据估算出的连线长度设定传送滤波器TXF以及接收滤波器RXF的滤波器参数。接着，控制电路140计算剩余回音噪声量并调整可变负载LO1、LO2的负载值。在剩余回音噪声量满足最小回音噪声量条件时，控制电路140停止调整可变负载LO1、LO2的负载值，并使传送电路120以及接收电路130开始与外部连线装置180通过混合器电路110进行信号传送与信号接收。信号收发装置100将可根据上述的过程而使剩余回音噪声量大幅降低，避免接收电路130受到传送电路120的回音噪声干扰。
须注意的是，上述的调整顺序仅为一范例。本发明并不以此为限。
请同时参照图3。图3显示本发明一实施例中，一种具有回音消除机制的信号收发方法300的流程图。
除前述装置外，本发明另公开一种信号收发方法300，应用于例如，但不限于图1的信号收发装置100中。信号收发方法300之一实施例如图3所示，包含下列步骤。
于步骤S310：使控制电路140控制可变负载LO1、LO2以预设的负载值运作，并控制传送滤波器TXF以及接收滤波器RXF以预设的滤波器参数运作。
于步骤S320：使接收电路130通过混合器电路110接收外部连线装置180的信号。
于步骤S330：使控制电路140判断连线L1、L2的连线长度。
于步骤S340：使控制电路140根据连线长度选择多组预储滤波器参数其中之一，以设定为传送滤波器TXF以及接收滤波器RXF的该组滤波器参数。
于步骤S350：使传送电路120通过混合器电路110进行信号传送，以及使接收电路130通过混合器电路110进行信号接收。于一实施例中，此时的外部连线装置180并不传送信号至信号收发装置100，以使接收电路130接收到的接收信号RS仅包含剩余回音噪声量。
于步骤S360：使控制电路140计算接收电路130上的剩余回音噪声量。
于步骤S370：使控制电路140判断剩余回音噪声量是否满足最小回音噪声量条件。
于步骤S380：使控制电路140在剩余回音噪声量不满足最小回音噪声量条件时调整可变负载LO1、LO2的负载值。流程将回至步骤S350，以重新进行信号的传送与接收以及剩余回音噪声量的计算与判断。
于步骤S390：使控制电路140在剩余回音噪声量满足最小回音噪声量条件时停止调整负载值，并使传送电路120以及接收电路130开始通过混合器电路110与外部连线装置180进行信号传送与信号接收。
需注意的是，上述的实施方式仅为一范例。于其他实施例中，本领域的通常知识者当可在不违背本发明的精神下进行更动。
综合上述，本发明中具有回音消除机制的信号收发装置及方法可以惠斯通电桥的形式设置具有适应性调整机制的可变负载，在全双工的通讯系统中大幅降低接收电路上的剩余回音噪声量。
虽然本案之实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本案，本技术领域具有通常知识者可依据本案的明示或隐含的内容对本案的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本案所寻求的专利保护范畴，换言之，本案的专利保护范围须视本说明书的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具有回音消除机制的信号收发装置，其特征在于，包含：
一混合器电路，包含：
一惠斯通电桥，包含设置于二对角支臂上的一第一变压器绕组电路以及设置于另二对角支臂上的一对可变负载，并包含位于依顺时针方向或逆时针方向之顺序排列的各二邻接支臂上的一第一输入端、一第一输出端、一第二输入端以及一第二输出端；以及
一第二变压器绕组电路，通过一对连线电性耦接于一外部连线装置；
一传送电路，电性耦接于该第一输入端以及该第二输入端，以通过该混合器电路进行信号传送；
一接收电路，电性耦接于该第一输出端以及该第二输出端，以通过该混合器电路进行信号接收；以及
一控制电路，配置以计算该接收电路进行信号接收时的一剩余回音噪声量，并判断该剩余回音噪声量是否满足一最小回音噪声量条件，以在不满足该最小回音噪声量条件时调整该对可变负载的一组负载值，以及在满足该最小回音噪声量条件时停止调整该组负载值。
2.如权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，该第一变压器绕组电路包含一第一绕组以及一第二绕组，该第一绕组电性耦接于该第一输入端以及该第二输出端间，该第二绕组电性耦接于该第一输出端以及该第二输入端间；
该对可变负载包含一第一可变负载以及一第二可变负载，该第一可变负载电性耦接于该第二输出端以及该第二输入端间，该第二可变负载电性耦接于该第一输入端以及该第一输出端间。
3.如权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，该第二变压器绕组电路包含相并联于一第一端以及一第二端间的一第三绕组以及一
第四绕组，而该第一端以及该第二端通过该对连线电性耦接于该外部连线装置。
4.如权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，该传送电路包含一传送滤波器，且该接收电路包含一接收滤波器，该控制电路更配置以根据该接收电路通过该混合器电路接收该外部连线装置传来的信号判断该对连线的一连线长度，以根据该连线长度设定该传送滤波器以及该接收滤波器的一组滤波器参数。
5.如权利要求4所述的信号收发装置，其特征在于，该控制电路根据该连线长度选择多组预储滤波器参数其中之一，以设定为该传送滤波器以及该接收滤波器的该组滤波器参数。
6.如权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，该对可变负载为一对可变电阻电路或一对可变容阻电路。
7.如权利要求1所述的信号收发装置，其特征在于，该控制电路根据该剩余回音噪声量选择多组预储负载值其中之一，以设定为该对可变负载的该组负载值。
8.如权利要求7所述的信号收发装置，其特征在于，当该剩余回音噪声量在该对可变负载设置为该多组预储负载值其中之一而具有一最
小值时，该控制电路判断该剩余回音噪声量满足该最小回音噪声量条件。
9.如权利要求7所述的信号收发装置，其特征在于，当该剩余回音噪声量在该对可变负载设置为该多组预储负载值其中之一而小于一门
坎值时，该控制电路判断该剩余回音噪声量满足该最小回音噪声量条件。
10.一种具有回音消除机制的信号收发方法，其特征在于，包含：
使一传送电路通过一混合器电路进行信号传送，其中该混合器电路包含一惠斯通电桥以及一第二变压器绕组电路，该惠斯通电桥包含设置于二对角支臂上的一第一变压器绕组电路以及设置于另二对角支臂上的一对可变负载，并包含位于依顺时针方向或逆时针方向的顺序排列的各二邻接支臂上的一第一输入端、一第一输出端、一第二输入端以及一第二输出端，该第二变压器绕组电路通过一对连线电性耦接于一外部连线装置，且该传送电路电性耦接于该第一输入端以及该第二输入端；
使一接收电路通过该混合器电路进行信号接收，其中该接收电路电性耦接于该第一输出端以及该第二输出端；
使一控制电路计算该接收电路进行信号接收时的一剩余回音噪声量；
使该控制电路判断该剩余回音噪声量是否满足一最小回音噪声量条件；以及
使该控制电路在不满足该最小回音噪声量条件时调整该对可变负载的一组负载值，以及在满足该最小回音噪声量条件时停止调整该组负载值。
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