CN1218505C - 可编程回波消除滤波器 - Google Patents

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Abstract

用于收发机回波信号消除的可编程回波消除滤波器，具有：信号输入端(13)，用于接收由收发机(1)发送的传输信号；输入电阻器(36)被连接至信号输入端(13)；运算放大器(39)，它的信号输入端(38)被连接至输入电阻器(36)，它的信号输出端(41)被连接至一个输出电阻器(43)；第一可编程电阻器电路(48)，它被提供在运算放大器(39)的信号输出端(41)和运算放大器的信号输入端(38)之间；第二可编程电阻器电路(51)，它被提供在输出电阻器(43)和回波消除滤波器(14)的一个信号输出端(15)之间；第三可编程电阻器电路(55)，它被提供在第一可编程电阻器电路(48)和回波消除滤波器(14)的信号输出端(15)之间。

Description

可编程回波消除滤波器
技术领域
本发明涉及一种可编程回波消除滤波器，用于收发机回波信号的回波信号消除。
背景技术
在信号传输系统中，当传输信号从收发机向信号线发送时，常常会出现叠加在接收信号上的回波信号。在这种情况下，由于信号线的衰减，回波信号的幅度大大地高于接收信号的幅度。收发机含有回波消除滤波器，以便衰减或消除叠加在接收信号上的回波信号。
图1表示根据现有技术的收发机，它包含回波消除滤波器EC。收发机所要发送的数据从数据源DQ被发送至数/模转换器DAC，在这里，它们被转换为模拟传输信号，并在下游连接的模拟滤波器中被滤波。已滤波的传输数据经过信号线驱动器LT通往混合电路，它们从那里经过信号线被发送终端设备，例如用户调制解调器。
信号幅度显著高于终端设备EG所接收的信号幅度的回波信号被叠加在收发机的接收信号S1上。在信号匹配电路中，叠加了回波信号的接收信号S1被前置滤波，然后信号幅度与收发机匹配。回波信号S2被馈送至信号匹配电路B，它从那里通往回波消除滤波器EC。回波消除滤波器EC模拟传输信号路径的频率响应。由回波消除滤波器EC滤波的回波信号在减法电路SUB中从叠加的接收信号中减去，结果，在理想的情况下，自动增益控制电路AGC接收到已经消除了回波信号的接收信号。
回波信号的强度取决于信号线的线阻抗，它随着线的长度和环境的影响而显著地波动。因此，每次在收发机和通过信号线连接的终端设备EG之间进行连接时，在所谓的训练阶段中，回波消除滤波器EC要重新动态地与现时的线阻抗相匹配。为此目的，回波消除回路由控制电路作相应的设置。利用包含在回波消除滤波器EC中的可控开关完成这一点。
合并在如图1所示的根据现有技术的收发机中回波消除滤波器EC，包含带运算放大器的有源电路，收发机中的电压源UV为它提供电压。为了使功率消耗最小，收发机的电源电压UV越来越选得低。技术上规定所使用的收发机工作于小于3.3V的低电源电压。
包含在回波消除滤波器EC中的可控开关通常用可控的MOS晶体管来实现，晶体管的栅端由控制电路驱动。由于在MOS场效应晶体管的漏端和源端之间出现信号电压的摆动，在常用的回波消除滤波器中，会出现大量的信号失真，削弱了回波信号的消除。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有非常小的非线性信号失真的可编程回波消除滤波器。
为实现上述目的，本发明提供一种用于收发机回波信号消除的可编程回波消除滤波器，包括：
信号输入端，用于接收由收发机发送的传输信号；
输入电阻器，被连接至信号输入端；
运算放大器，它的信号输入端被连接至输入电阻器，它的信号输出端被连接至输出电阻器；
第一可编程电阻器电路，它被提供在运算放大器的信号输出端和运算放大器的信号输入端之间；
第二可编程电阻器电路，它被提供在输出电阻器和回波消除滤波器的一个信号输出端之间；
第三可编程电阻器电路，它被提供在第一可编程电阻器电路(48)和回波消除滤波器的信号输出端之间；
所述可编程电阻器电路的每一个包括并联连接的多个电阻器；
所述可编程电阻器电路的每个电阻器连接到可控开关的第一端，可控开关的第二端被连接至虚拟参考电压端子。
因此，根据本发明，可控开关通过第二端子被连接至很小电压摆动的参考电压端子，结果是可控开关上的非线性信号失真极小。
在这种情况下，虚拟参考电压端子是运算放大器的一个输入端子，它形成虚拟地。
在本发明的可编程回波消除滤波器中，每个可编程电阻器电路的可控开关最好都具有控制端子，它通过控制线连接到用来设置电阻器电路阻抗的控制电路。
控制电路最好是DSP处理器。
可控开关最好是MOSFET晶体管，它的可控栅端由控制电路驱动。
本发明的可编程回波消除滤波器最好有一个电容器，它被连接至可编程回波消除滤波器的相对低阻抗的线节点。
本发明可编程回波消除滤波器具有这样的优点：它只需要一个电容器用于产生所要求的滤波器转移函数。
第一可编程电阻器电路的可控开关最好被连接至作为虚拟参考电位端子的运算放大器的信号输入端。
第二可编程电阻器电路的可控开关和第三可编程电阻器电路的可控开关最好被连接至收发机自动增益控制电路的运算放大器的信号输入端。
本发明的回波消除滤波器最好以低电源电压供电。
在一个具体的优选实施例中，本发明的消除滤波器是全差动式结构。
在一个优选实施例中，本发明的回波消除滤波器被构成为一阶模拟低通滤波器。
本发明的回波消除滤波器最好被连接至用于传输信号匹配的信号匹配电路。
本发明的回波消除滤波器最好被连接至收发机接收信号路径中的自动增益控制的信号输入端。
包含在可编程电阻电路中的电阻器最好有互加权电阻。
在本发明的回波消除滤波器的一个优选实施例中，利用控制电路，回波消除滤波器的增益在低于第一截止频率的频率范围内是可调的，回波消除滤波器的增益在高于第二截止频率的范围内是可调的。
在这种情况下，回波消除滤波器的两个截止频率最好同样是控制电路可调的。
附图说明
本发明的可编程回波消除滤波器的优选实施例将参考附图加以描述，以便说明发明的最基本的特征。
在这些图中：
图1表示现有技术的带回波消除滤波器的收发机；
图2表示本发明的带全差动式回波消除滤波器的全差动式结构收发机；
图3表示本发明的可编程回波消除滤波器的优选实施例电路结构；
图4表示并入本发明的回波消除滤波器的可编程电阻器电路的电路结构；
图5表示本发明的可编程回波消除滤波器的频率分布。
发明的具体实施方式
如从图2看到，收发机1包括数据源2，用于将传输数据发送至数/模转换器3，转换器将传输数据转换为模拟传输信号，并将它发送至模拟传输滤波器4。已滤波的模拟传输信号被线驱动器5放大，并且通过混合电路6被发送至线端子7a，7b。与线端子7a，7b相连接的是信号线，例如双线电话线，该信号线将传输信号发送至用户终端设备。混合电路线将传输信号发送至用户端设备。混合电路包括两个电阻8a，8b。在节点9a，9b，从驱动电路5发送来的传输信号通过线10a，10b被分支至信号匹配电路11，该匹配电路对信号进行前置滤波和信号幅度匹配。信号匹配电路11通过线12a，12b，被连接至本发明可编程回波消除滤波器14的信号输入端13a，13b。回波消除滤波器14最好是全差动式结构，它具有两个信号输出端15a，15b，通过线16a，16b，被连接至收发机1接收路径上的求和节点15a，15b。另外，本发明可编程回波消除滤波器14具有控制输入端18，通过控制线19，被连接至控制电路21的输出端20。
控制电路21最好是数字信号处理器。DSP信号处理器21通过控制线19对本发明的回波消除滤波器14进行设置。
通过端子7a，7b来的接收信号与通过信号线22a，22b发生的回波信号一起被馈送至另一个的信号匹配电路23。信号匹配电路23对进来的信号进行前置滤波，并完成信号幅度匹配。在输出侧，信号匹配电路23通过线24a，24b被连接至信号自动增益控制电路AGC的输入电阻器25a，25b。电阻器25a，25b通过线26a，26b被连接至运算放大器28的信号输入端27a，27b。运算放大器28具有两个信号输出端29a，29b，它们通过线30a，30b，被连接至滤波器31。滤波器31的下游连接的是模/数转换器电路32，该电路将已滤波的接收信号转换为数字的接收信号，并且把它发送至收发机1的数据接收装置33。运算放大器28的信号输出端29a通过反馈电阻器34a，被连接至运算放大器28的非反相信号输入端27a。运算放大器28的第二个信号输出端29b通过反馈电阻器34b被连接至运算放大器28的反相信号输入端27b。
图3表示本发明的可编程回波消除滤波器14的一个具体的优选实施例。在图3所描述的实施例中，回波消除滤波器14是一种全差动式结构。回波消除滤波器14具有信号输入端13a，13b，用于接收由发送机1发送来的已匹配的传输信号。信号输入端13a，13b通过线35a，35b被连接至输入电阻器36a，36b，并通过线37a，37b被连接至全差动式结构运算放大器39的两个信号输入端38a，38b。全差动式放大器39具有两个电源电压端子40a，40b，由收发机1的电源电压UV提供。运算放大器39具有两个信号输出端41a，41b，这两个输出端通过线42a，42b，被连接至运算放大器39的输出电阻器43a，43b。在节点44a，44b上，运算放大器39的信号输出端41a，41b通过线45a，45b，被连接至节点46a，46b，节点46a，46b通过线47a，47b被连接至第一可编程电阻器电路48a，48b。
第一可编程电阻器电路48a，48b通过线49a，49b被连接全差动式结构运算放大器39的信号输入端38a，38b。每个电阻器电路48a，48b包括多个与可控开关相联系的并联电阻器，这些可控开关被连接至回波消除滤波器14的控制输入端，并且由DSP处理器21控制。
运算放大器39的输出电阻器43a，43b通过线50a，50b被连接至第二可编程电阻器电路51a，51b。电阻器电路51a，51b同样包括一些与可控开关相联系的并联电阻器，这些可控开关被连接至回波消除滤波器14的控制端子18。第二可编程电阻器电路51a，51b通过线52a，52b被连接至节点53a，53b，这些节点通过线54a，54b被连接至回波消除滤波器14的信号输出端15a，15b。
回波消除滤波器14还包括第三可编程电阻器电路55a，55b。可编程电阻器电路55a，55b通过线56a，56b被连接至节点46a，46b，并且通过线57a，57b被连接至节点53a，53b。
回波消除滤波器14还具有一个电容器58，在图3所示的实施例中，该电容器是通过端子59a，59b外接至回波消除滤波器14的。电容器端子59a，59b通过线60a，60b被连接至节点61a，61b，这些节点位于运算放大器39的输出电阻器43a，43b和第二可编程电阻器电路51a，51b之间。电容器58最好使用SMD工艺(SMD：表面装配装置)装配到收发机1的电路板上。电容器58被连接至回波消除滤波器14相对低阻抗的信号节点61a，61b，而不是被连接至高阻抗的虚拟参考的电位端子。电容器58有可能通过电容端子59a，59b从外部连接，而不会减弱回波消除滤波器14的电磁兼容性(EMC)。电容器58按SMD电容器来实现，意味着电容器58具有小的芯片面积。举例来说，可给出高至10nF电容量的电容器58的面积约为2至3mm2。在另一个实施例中，电容器58被内部集成在回波消除滤波器14中。如果是这样，面积需要量就比较大，对于约10nF电容量，其面积约在10mm2之上。
图4表示可编程电阻器电路62的电路结构，它与图3所表示的本发明的回波消除滤波器14中包括的电阻器电阻48a，48b，51a，51b，55a，55b的结构是相同的。
图4所表示的可编程电阻器电路62，具有第一端子63和第二端子64。N个电阻器65-1至65-n被并行地连接至第一端子63。有关的可控开关66分别与电阻器65相串联。可控开关66最好是可控制的MOSFET晶体管。每个可控开关具有一个控制端子67，该端子被连接至回波消除滤波器14的控制输入端18。可控开关66在DSP处理器21的控制下被开关。每个可控开关66具有第一端子68，它被连接至电阻器65，以及第二端子69，该端子被连接至端子64。在此情况下，包含在回波消除滤波器14的所有可编程电阻器电路62的端子64被连接至电压摆动低的虚拟参考电压端子，结果，发生在可控开关66上的信号失真是极小的。
如从图3所看到的，第一可编程电阻器电路48a，48b的可控开关66被连接至运算放大器39的虚拟信号输入端38a，38b。
如图2和图3可看到的，第二可编程电阻器电路51a、51b的可控开关66和第三可编程电阻器电路55a、55b的可控开关66通过回波消除滤波器14的信号输出端15a，15b以及通过线16a，16b被连接至收发机1的自动增益控制电路运算放大器28的信号输入端27a、27b。运算放大器39、28的信号输入端处于很高的阻抗，并且具有几乎为零的电压摆动，因为它们形成一个虚拟“地”。
图3所表示的运算放大器39形成有源输入级，用于回波消除滤波器的阻抗去耦，这种耦合来自连接在上游的信号匹配电路11。由于阻抗去耦，在DSP处理器中执行的，并在收发机1的训练阶段实现连接之后用来进行开关位置动态匹配所要求的算法，是相对简单的。根据本发明的回波消除滤波器14，由于放大输入级的存在而具有恒定的输入阻抗。
在图3中表示的本发明的回波消除滤波器14，只要求一个有源放大级，所以只有很小数量的有源电路元件。因此，本发明的回波消除滤波器14的功率消耗很小，更为重要的是本发明的回波消除滤波器14的噪声功率很低。在一个优选实施例中，回波消除滤波器14的运算放大器39通过电源电压端子40a，40b被提供以只不过3.3V的低电压。在优选实施例中，在频带1.1MHz的情况下，回波消除滤波器14的噪声较好的是低于-148dBm/HZ，功率消耗仅是25mW。TDH(总谐波失真)小于-85dB。
在图3中表示本发明的回波消除滤波器14所要求的面积只不过0.33mm2(例如在0.65μ的制作工艺的情况下)，所以是很小的。
本发明的回波消除滤波器14的转移函数可由DSP处理器21以简单的方式调整。回波消除滤波器14最好是一阶低通滤波器。在这种情况中，回波消除滤波器的增益可由DSP处理器分别调整，即在第一截止频率以下的频率范围内和第二截止频率以上的频率范围内分别调整。在这种情况下，回波消除滤波器的两个截止频率同样可由DSP处理器21调整。
图5表示本发明的回波消除滤波器14的频率响应。回波消除滤波器14的可调增益等于H1至下截止频率fu的范围内，回波消除滤波器14的可调增益等于H2至上截止频率fo以上的范围内。在下截止频率fu和上截止频率fo之间的过滤频率范围内，增益每十倍频减小比如20dB。DSP处理器21通过驱动包含在电阻器电路中的可控开关，调整回波消除滤波器14的增益H1以及两个截止频率fu，fo。
在图3中表示的回波消除滤波器14的转移函数如下：
H ( w ) = K · 1 + jw C 58 R 43 · R 51 R 55 + R 43 + R 51 1 + jw C 58 R 43 · R 51 R 43 + R 51 - - - ( 1 )
这里增益K是：
K = R 48 R 36 · R 25 R 55 ( 1 + R 55 R 43 + R 51 ) - - - ( 2 )
这三个可编程电阻器电路48，51，55的阻抗R48，R51，R55可以由DSP处理器21调整或编程，目的是设置增益、上截止频率fo和下截止频率fu。
输入电阻器36和输出电阻器43的阻抗R36和R43是常数，就像自动增益控制电路输入电阻器的阻抗R25一样。电容器58的容抗C58也是预定的固定值。
通过对电阻器电阻48，51，55的编程或设置，DSP控制器21也能根据被发送的传输信号和在信号线上发生的阻抗变化，改变回波消除滤波器14的频率响应，如在图5中所表示的。由于可编程电阻器电路48，51，55所包含的可控开关66上的电压摆动极小，所以在这种情况下出现的线性信号失真也变为极小，其结果是回波消除信号14完全消除出现的回波信号。根据本发明的回波消除滤波器14，只需要一个电容器58，而且，利用SMD工艺，可以用节省面积的方式从外部装配电容器58。根据本发明的回波消除滤波器14，只包含一个用于阻抗去耦的有源放大级39，结果，本发明的回波消除滤波器14的功率消耗低，回波消除滤波器14本身的噪声功率也很低。在DSP处理器21内对回波消除滤波器14编程所要求的算法是相对简单的，结果是DSP处理器21所用的电路系统的费用同样降低。
本发明的回波消除滤波器14特别适合应用于xDSL信号的收发机。

Claims (17)

1.一种用于收发机回波信号消除的可编程回波消除滤波器，包括：
(a)信号输入端(13)，用于接收由收发机(1)发送的传输信号；
(b)输入电阻器(36)，被连接至信号输入端(13)；
(c)运算放大器(39)，它的信号输入端(38)被连接至输入电阻器(36)，它的信号输出端(41)被连接至输出电阻器(43)；
(d)第一可编程电阻器电路(48)，它被提供在运算放大器(39)的信号输出端(41)和运算放大器的信号输入端(38)之间；
(e)第二可编程电阻器电路(51)，它被提供在输出电阻器(43)和回波消除滤波器(14)的一个信号输出端(15)之间；
(f)第三可编程电阻器电路(55)，它被提供在第一可编程电阻器电路(48)和回波消除滤波器(14)的信号输出端(15)之间；
(g)所述可编程电阻器电路(48，51，55)的每一个包括并联连接的多个电阻器(65)；
(h)所述可编程电阻器电路(48，51，55)的每个电阻器(65)连接到可控开关(66)的第一端(68)，可控开关(66)的第二端被连接至虚拟参考电压端子。
2.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，上述三个可编程电阻器电路(48，51，55)的可控开关(66)，每个都具有通过控制线(19)被连接至控制电路(21)的控制端子(67)，用于设置上述三个可编程电阻器(48，51，55)的阻抗。
3.如权利要求2所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，控制电路(21)是数字信号处理器。
4.如权利要求2所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，可控开关(66)是具有可控栅端的金属半导体场效应晶体管。
5.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，提供有电容器(58)，被连接至回波消除器滤波器(14)的低阻抗节点(61)。
6.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，第一可编程电阻器电路(48)的可控开关(66)被连接至作为虚拟接地端的运算放大器(39)的信号输入端(38)。
7.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，第二编程电阻器电路(51)的可控开关(66)和第三可编程电阻器电路(55)的可控开关(66)被连接至收发机(1)的自动增益控制电路运算放大器(28)的信号输入端(27)。
8.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)以低电压供电。
9.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)是全差动式结构。
10.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)是一阶模拟低通滤波器。
11.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)是高阶模拟低通滤波器。
12.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)的信号输入端(13)被连接至用于传输信号的信号匹配的信号匹配电路(11)。
13.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)的信号输入端(15)被连接至收发机(1)的接收信号路径中的自动增益控制电路。
14.如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，包含在上述三个可编程电阻器电路(48，51，55)中的电阻器(65)具有加权阻抗。
15.如权利要求2所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，利用控制电路(21)，回波消除滤波器(14)的增益(H1)在低于第一截止频率(fu)的频率范围内是可调的，回波消除滤波器(14)的增益(H2)在高于第二截止频率(fo)的频率范围内是可调的。
16.如权利要求15所述的可编程回波消除滤波器，其特征在于，回波消除滤波器(14)的两个截止频率(fu，fo)可用控制电路(21)调整。
17.一种用于xDSL信号的收发机，它包含如权利要求1所述的可编程回波消除滤波器(14)。
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