CN115967406A

CN115967406A - 前馈式回波消除装置

Info

Publication number: CN115967406A
Application number: CN202111194924.6A
Authority: CN
Inventors: 陈建文; 张孟俊; 陈治宇
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2023-04-14

Abstract

一种前馈式回波消除装置，包含：一第一阻抗电路，用以响应一传输电流以输出一第一电流至一节点；一回波消除电流产生电路，用以自该节点汲取一回波消除电流；一电路模块，耦接于该回波消除电流产生电路以及该节点，其第一阻抗值基于一通信装置的一系统收敛指标而调整，且该第一阻抗值用以决定该通信装置中的一可编程增益放大器的一增益；以及一第二阻抗电路，用以响应该传输电流以输出一第二电流至该节点，该第二阻抗电路的一第二阻抗值基于该电路模块的该第一阻抗值相应地调整。其中，该节点耦接于该可编程增益放大器的输入端。

Description

前馈式回波消除装置

技术领域

本发明是关于通信系统，尤指一种用于全双工通信装置中的前馈式回波消除装置。

背景技术

在全双工(full duplex)通信系统中，信号的传送与接收将同时进行。因此，一个通信装置中的接收器收到的信号，可能包含来自远端通信装置的传送器发出的传输信号，以及本地传送器发出的传输信号所导致的回波(echo)。为了正确地从接收信号中取得远端通信装置欲传送的信息，全双工通信装置通常依赖回波消除装置来消除接收信号中的回波。

回波消除装置的原理是从接收信号中移除对于回波信号的估计值，亦即，回波消除信号。回波信号的大小会随着传输信号在输出路径上所遭遇的阻抗而定，而回波消除装置则会通过一个可变阻抗电路来模拟输出路径上的阻抗，当相关于传输信号的电流流经此可变阻抗电路时，便可产生回波消除信号。然而，由于输出路径上的阻抗包含有与远端通信装置相连的缆线阻抗、转换器(transformer)阻抗、电路板走线阻抗、晶片封装体(package)阻抗等，因此回波消除装置中的可变阻抗电路往往无法精准地模拟输出路径上的阻抗。如此一来，回波消除信号会与回波信号在高频带不匹配，使得回波消除装置无法有效地在接收信号中消除回波信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种回波消除装置，其用于在通信装置中消除传输信号造成的回波。本发明的实施例通过产生补偿信号，来弥补回波信号与回波消除信号在高频能量上的落差。并且，本发明也会随着系统增益的变动来动态地调整补偿信号的产生，从而得到最佳的回波消除效果。

本发明的一实施例提供一种用于一通信装置中的前馈式回波消除装置。该前馈式回波消除装置包含：一第一阻抗电路、一回波消除电流产生电路、一电路模块以及一第二阻抗电路。该第一阻抗电路，耦接至一节点，用以响应一传输电流以输出一第一电流至该节点；该回波消除电流产生电路耦接至该节点，并用于自该节点汲取一回波消除电流。该电路模块耦接于该回波消除电流产生电路以及该节点，该电路模块的一第一阻抗值基于该通信装置的一系统收敛指标而调整，且该第一阻抗值用以决定该通信装置中的一可编程增益放大器的一增益。该第二阻抗电路耦接至该节点，用以响应该传输电流以输出一第二电流至该节点，该第二阻抗电路的一第二阻抗值基于该电路模块的该第一阻抗值相应地调整。其中，该节点耦接于该可编程增益放大器的输入端。

附图说明

图1示出本发明实施例的前馈式回波消除装置以及应用范例的架构图。

图2示出本发明实施例的前馈式回波消除装置所产生的信号与回波之间的关联。

图3至图5示出本发明实施例的前馈式回波消除装置中的第二阻抗电路的不同实施态样。

图6示出本发明实施例的前馈式回波消除装置中的第二阻抗电路的另一实施态样。

具体实施方式

在以下内容中，描述了许多具体细节以提供阅读者对本发明实施例的透彻理解。然而，本领域的技术人士将能理解，如何在缺少一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法或元件或材料等来实现本发明。在其他情况下，众所皆知的结构、材料或操作不会被示出或详细描述，从而避免模糊本发明的核心概念。

说明书中提到的「一实施例」意味着该实施例所描述的特定特征、结构或特性可能被包含于本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书中各处出现的「在一实施例中」不一定意味着同一个实施例。此外，前述的特定特征、结构或特性可以以任何合适的形式在一个或多个实施例中结合。

请参考图1，该图示出本发明前馈式回波消除装置实施例的架构图。前馈式回波消除装置100可用于近端通信装置10内，其中近端通信装置10中的发射器电路12用于在传输缆线30上输出一传输信号，该传输信号借由传输缆线30传导至远端通信装置20。其中，传输信号是由传输电流产生电路150所驱动，传输电流产生电路150可能包含一电流式的数字至模拟转换器，用于将近端通信装置10欲传送给远端通信装置20的信息转换成模拟信号，即传输电流I_TX。传输电流I_TX将通过发射器电路12转换成传输信号。另外，传输信号所导致的回波会被前馈式回波消除装置100中的第一阻抗电路110以及第二阻抗电路120接收到。为了避免影响近端通信装置10对于接收信号的判别，以及准确地还原远端通信装置20所传送的信息，前馈式回波消除装置100将用于减轻或消除传输信号导致的回波。

在本实施例中，第一阻抗电路110的阻抗实质上为近端通信装置10将传输信号送至远端通信装置20的路径上遇到的阻抗。传输电流产生电路150所提供的传输电流I_TX经第一阻抗电路110后成为电流I₁，而电流I₁即可用以模拟接收器电路11所收到的回波。再者，前馈式回波消除装置100还包含第二阻抗电路120、节点140、传输电流产生电路150以及回波消除电流产生电路160。第二阻抗电路120耦接传输电流产生电路150，其阻抗值可调节。回波消除电流产生电路160耦接节点140，回波消除电流产生电路160至节点140的路径上的阻抗值亦可调节。回波消除电流产生电路160可操作为电流源电路，用以自节点140抽取回波消除电流I_EC(标示为减号)，其抽取的回波消除电流I_EC与传输电流产生电路150所产生的传输电流I_TX有一定的关联性，从而使得回波消除电流I_EC能尽量与电流I₁吻合。

承前所述，回波消除电流产生电路160至节点140的路径上的阻抗值可在一定程度上受到控制电路15的影响。控制电路15可能包含一数字信号处理器(未示出)，控制电路15中的数字信号处理器可以根据从可编程增益放大器电路17所输出的信号，判断其信噪比大小和/或回波信号能量大小等因素来调整回波消除电流I_EC的大小，或者是一定程度回波消除电流产生电路160至节点140的路径上的阻抗，使回波消除电流I_EC在各个频段上趋近电流I₁。然而，如先前所述，电流I₁与回波消除电流I_EC在高频带存在不匹配，导致回波消除效果不理想。因此，传输电流产生电路150所产生的传输电流I_TX在流经第二阻抗电路120后还会产生一电流I₂。电流I₂可以在节点140上补偿回波消除电流I_EC与电流I₁两者在高频带的能量落差(如图2所示)，从而使得

而第二阻抗电路120的阻抗值同样也受控于控制电路15。

另一方面，近端通信装置10还包含有可编程增益放大器电路(Programmable gainamplifier)17，其增益受控于控制电路15。其中，可编程增益放大器电路17包含一个电路模块130以及一个放大器132，电路模块130具有可变的阻抗，并且可以由控制电路15所控制，其具体架构将在后详叙。通过改变电路模块130的阻抗值，可以决定可编程增益放大器电路17的增益。再者，控制电路15中的数字信号处理器可以针对可编程增益放大器电路17所输出的信号，分析系统收敛状态(如：根据信号能量跟信号摆幅进行分析)。根据分析结果，控制电路15为可编程增益放大器电路17选择适合的增益(即，改变电路模块130的阻抗值)。前馈式回波消除装置100设置于可编程增益放大器电路17的输入端之前，在前馈式回波消除装置100消除接收路径上的回波后，可编程增益放大器电路17根据当前的增益来放大接收路径上的信号。当控制电路15为可编程增益放大器电路17选定了适当的增益后，便会调整回波消除电流I_EC的大小，使回波消除电流I_EC趋近电流I₁，接着，再根据电路模块130的阻抗调整第二阻抗电路120的阻抗，通过电流I₂在节点140上弥补回波消除电流I_EC与电流I₁在高频能量上的落差。

图3进一步地示出了在本发明的一个实施例中，第二阻抗电路120的多种实施态样。如图所示，第二阻抗电路120可以使用电容值较小的单一可变电容来实现(如态样(a))，亦可使用多个电容值较大且以串联方式连接的可变电容来实现(如态样(b)至(e))。使用多个电容值较大的可变电容来实现第二阻抗电路120的优势在于减少寄生电容的干扰。另外，亦可如图4所示，使用C-2C电容阵列来实现，通过切换开关来改变第二阻抗电路120的整体阻抗值，以实现特定的信号增益。图5则示出阻抗可调性更佳的实施态样。

图6示出本发明的第二阻抗电路120的另一种实施态样。如图所示，第二阻抗电路120可以由电阻R1、电容网络121、122以及123来实现。电阻R2则大致可理解为第一阻抗电路110的阻抗值。电容网络121与122分别具有多个并联的电路分支，每一个电路分支中具有串联的电容与开关。这些电路分支上的开关状态将可决定电容网络121与122的组态，从而使得电容网络121与122呈现特定的等效电容值。电容网络121的组态可以决定近端通信装置10针对接收信号的增益以及频宽。电容网络122的组态可以决定近端通信装置10针对接收信号的粗略增益(coarse gain)。在近端通信装置10的操作过程中，控制电路15首先会选择可编程增益放大器电路17的一个特定增益。接着，在这个特定增益下，控制电路15会通过控制开关状态来决定电容网络121与122的组态，来调整第二阻抗电路120的频宽和增益。当电容网络121与122的组态被确定以后，电容网络123便会随着电路模块130的电容值改变来调整。其中，为了避免针对电容网络122的调节进一步影响由电容网络121的组态所决定的系统增益以及频宽，本实施例还通过相对于其他电容网络的电容具有低电容值的电容C_P，保证电容网络123之前的电路RC时间常数(RC time constant)不受电容网络122和电容网络123调节的影响，如此一来，便可确保由电容网络121所决定的频宽，不会因电容网络122和电容网络123的调节而改变。另外，当控制电路15为了搜寻系统的最佳频宽而调整电容网络121的组态时，可能会导致系统增益的变化使得系统增益偏离最佳增益，因此控制电路15后续可以再通过调整电容网络122的组态来对系统增益进行补偿，以最佳化系统增益。在本发明的部分实施例中，也可基于图3至图5的架构来实现具有可调性的电容网络121与122。

一旦控制电路15改变了可编程增益放大器电路17的增益，即电路模块130中的电容C_A1、C_A2、C_W1与C_W2的电容值将由控制电路15来调节。当电路模块130中的电容C_A1、C_A2、C_W1与C_W2的电容值产生了改变，控制电路15会对电容网络123中的电容C_B1、C_B2、C_T1与C_T2的电容值进行相应调节。电容网络123中的电容C_B1与C_B2之间的电容值比例将随着电路模块130中的C_A1与C_A2之间的电容值比例来调整，电容网络123中的电容C_T1与C_T2之间的电容值比例将随着电路模块130中的C_W1与C_W2之间的电容值比例来调整。通过这样的连动关系，将可以保证前馈式回波消除装置100所能达成的回波消除效果。值得注意的是，在本发明部分实施例中，电容网络123中的电容数量也不是本发明的限制，在其他实施例中，电容网络123可能只包含有更少组的电容(其中，电容C_B1与C_B2可视为一组电容，电容C_T1与C_T2可视为另一组电容)或者是更多组的电容。而电路模块130的电容也可能会包含有更少组的电容(其中，电容C_A1与C_A2可视为一组电容，电容C_W1与C_W2可视为另一组电容)或者是更多组的电容。当用更多组电容来实现电路模块130以及电容网络123时，可让增益改变的跨度较小，以免产生过大的瞬间增益变化，造成系统无法收敛。在本发明的部分实施例中，电容网络121与122也可以被省略，而是直接通过调节电容网络123的电容值，来得到最佳系统频宽与增益，并且跟随着电路模块130的电容值变化来消除回波信号与回波消除信号的落差。

再者，由于控制电路15在选择可编程增益放大器电路17的增益时，可以考虑外在环境、系统的温度和状态等因素，来决定电路模块130的阻抗，从而决定可编程增益放大器电路17的增益。一旦控制电路15重新选择了可编程增益放大器电路17的增益，第二阻抗电路120与回波消除电流产生电路160至节点140的路径上的阻抗值亦会随着这些因素的改变进行调节。

总结来说，本发明的前馈式回波消除装置通过补偿信号来弥补回波信号与回波补偿信号在高频能量上的落差。并且，在消除回波的过程中，补偿信号被馈入至可编程增益放大电路的输入端(即节点140)，因此有效地排除了可编程增益放大电路对于高频能量补偿的影响。而在本发明实施例中，前馈式回波消除装置还可以通过多个电容网络，针对系统的频宽以及增益进行最佳化。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

【符号说明】

10 近端通信装置

11 接收器电路

12 发射器电路

15 控制电路

17 可编程增益放大器电路

100 前馈式回波消除装置

110 第一阻抗电路

120 第二阻抗电路

130 电路模块

140 节点

150 传输电流产生电路

160 回波消除电流产生电路

20 远端通信装置

30 传输缆线。

Claims

1.一种用于一通信装置中的前馈式回波消除装置，包含：

一第一阻抗电路，耦接至一节点，用以响应一传输电流以输出一第一电流至该节点；

一回波消除电流产生电路，耦接至该节点，用于自该节点汲取一回波消除电流；

一电路模块，耦接于该回波消除电流产生电路以及该节点，该电路模块的一第一阻抗值基于该通信装置的一系统收敛指标而调整，且该第一阻抗值用以决定该通信装置中的一可编程增益放大器的一增益；以及

一第二阻抗电路，耦接至该节点，用以响应该传输电流以输出一第二电流至该节点，该第二阻抗电路的一第二阻抗值基于该电路模块的该第一阻抗值相应地调整；

其中该节点耦接于该可编程增益放大器的输入端。

2.如权利要求1所述的前馈式回波消除装置，其中该第二阻抗电路还包含有一第一电容网络，且该第一电容网络中至少一电容的电容值随着该电路模块中至少一电容的电容值而调整。

3.如权利要求2所述的前馈式回波消除装置，其中该第二阻抗电路包含有C-2C电容阵列。

4.如权利要求2所述的前馈式回波消除装置，其中该第二阻抗电路还包含有一第二电容网络，且该第二电容网络的等效电容值是决定该通信装置针对该通信装置的一接收信号的一频宽与一增益。

5.如权利要求4所述的前馈式回波消除装置，其中该第二阻抗电路包含有一第三电容网络，且该第三电容网络的等效电容值是决定该通信装置针对该接收信号的一粗略增益。

6.如权利要求5所述的前馈式回波消除装置，其中该第二电容网络与该第三电容网络的组态调整是先于该第一电容网络的组态调整而进行。

7.如权利要求5所述的前馈式回波消除装置，其中该第二电容网络与该第三电容网络分别包含有多个电路分支，每一个电路分支中包含有串联的电容与开关，且该第二电容网络与该第三电容网络的组态是分别由所述电路分支上的开关状态而定。

8.如权利要求1所述的前馈式回波消除装置，其中该系统收敛指标包含信噪比或回波信号能量。

9.如权利要求1所述的前馈式回波消除装置，其中当该可编程增益放大器的该增益被决定时，该电路模块的该第一阻抗值根据所决定的该可编程增益放大器的该增益而调整。

10.如权利要求9所述的前馈式回波消除装置，其中该可编程增益放大器的该增益根据该通信装置的一接收信号的信号能量跟信号摆幅而决定。