DE102005000811A1 - Klasse D Leitungstreiberanordnung - Google Patents

Abstract

Leitungstreiberanordnung mit einem D-Schaltverstärker mit einer Schaltfrequenz zum Empfang eines eingegebenen Übertragungssignals und zur Ausgabe eines verstärkten Übertragungssignals, und einem Transformator mit einer vorher festgelegten Streuinduktivität zum Empfang des verstärkten Übertragungssignals und zur Ausgabe eines transformierten Signals als ein ausgegebenes Übertragungssignal. Die Streuinduktivität ist zur Tiefpassfilterung des verstärkten Übertragungssignals vorher festgelegt. Die Leitungstreiberanordnung reduziert die Anzahl von zusätzlichen diskreten Induktivitäten, Kapazitäten und/oder Widerständen zur Bildung eines Tiefpassfilters bedeutend. Die erfindungsgemäße Leitungstreiberanordnung weist insbesondere einen hohen Wirkungsgrad auf Grund des eingefügten D-Schaltverstärkers auf. Die vorher festgelegte Streuinduktivität führt zu einer Unterdrückung einer von der Schaltfrequenz des D-Verstärkers stammenden Resonanz in der spektralen Leistungsdichte. Somit erfüllt die erfindungsgemäße Leitungstreiberanordnung mindestens die ADSL-PSD-Maskenanforderungen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Leitungstreiberanordnung, die Klasse D bzw. D-Leistungsverstärker verwendet, insbesondere für einen DSL-Leitungstreiber und einen Transformator zur Verwendung darin.
• Digital Subscriber Lines (DSL) bzw. digitale Teilnehmerleitungen stellen die derzeitigen Schlüsseltechnologien zur Verfügung und helfen, die Geschwindigkeit von Kommunikationsnetzwerken zu erhöhen. DSL bietet extrem schnelle Datenübertragung über vorhandene auf Kupfer basierende Telefonleitungen. Bei DSL werden breitbandige Datensignale auf bedeutend höheren Frequenzen als die herkömmlichen schmalbandigen Telefonsignale übertragen. Da beide Typen von Signalen, nämlich die schmalbandigen Telefonsignale und die breitbandigen Datensignale, über die gleiche Teilnehmerleitung übertragen werden, sind Splittereinrichtungen zur Splittung und Rekombination der beiden Typen von Signalen an beiden Enden der Teilnehmerleitung vorgesehen: Erstens in der Amtszentrale oder Schaltzentrale und zweitens an den Endgeräten der Teilnehmerstandorte.
• 1 zeigt in schematischer Darstellung die Topologie eines solchen Audiotelefonnetzes bei gleichzeitigem Bestehen eines überlagerten Datennetzwerks.
• Ein Zentralamt CO ist mit den Teilnehmern S1, S2, ... SN über die Teilnehmerleitungen SL1, SL2, ... SLN gekoppelt, wobei an jedem Standort Splittereinrichtungen SP0, SP1, SP2, ... SPN zur Trennung und Kombination der DSL-Breitband- und Telefonschmalbandsignale vorgesehen sind.
• Die im Zentralamt CO und an den Teilnehmerstandorten erzeugten Signale müssen bestimmte Anforderungen erfüllen. Eine beispielhafte Norm bzw. ein beispielhafter Standard für Übertrager einer „asymmetrischen digitalen Teilnehmerleitung" (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line) schafft die ITU-T Recommendation G.992.1 (06/99), series G: Transmission systems and media, digital systems and networks. Ein gemeinsamer Leitungskode zur Übertragung digitaler Daten auf der asymmetrischen digitalen Teilnehmerleitung wird durch diskrete Multiton-Modulation (DMT) vorgesehen. Bei DMT wird ein gegebener Frequenzbereich zur Datenübertragung in eine Anzahl von schmalbandigen Frequenzen zum Gebrauch als individuelle Datenverbindungen aufgelöst. Bei ADSL erfolgt Datenübertragung ungefähr zwischen 20 kHz und 1 MHz.
• Die spektrale Leistungsdichte (PSD = Power Spectral Density) eines Leitungskodes legt die Verteilung der Leitungskodeleistung in dem Frequenzbereich fest. Da die bei der DSL-Norm verwendeten Frequenzen nicht mit anderen Anwendungen, zum Beispiel Funkübertragungen, in demselben Frequenzband interferieren dürfen, werden so genannte PSD-Masken eingesetzt. Eine PSD-Maske ist eine Schablone, welche die maximal zugelassene PSD für einen Leitungskode spezifiziert. PSD-Masken werden als Richtlinien für die Auslegung und Implementierung einer DSL-Technologie benutzt.
• 2 zeigt eine PSD-Übertragungsmaske gemäß der empfohlenen ITU-T G992.1 ADSL-Norm.
• Die ADSL-PSD-Übertragungsmaske ist teilweise fortlaufend ausgebildet und erfordert –97,5 dBm/Hz bis zu 4 kHz mit einer maximalen Leistung in dem 0 bis 4 kHz Band von 15 dB, eine Steigung von 21 dB/Oktave zwischen 4 (korrespondierend zur –92,5 dB/Hz Spitzen-[Peak]-Anforderung) und 24,875 kHz (korrespondierend zur –36,5 dB/Hz Spitzen-[Peak]- Anforderung), –36,5 dBm/Hz zwischen 25,875 und 1104 kHz, eine negative Steigung von –36 dB/Okt zwischen 1104 und 3093 kHz und –90 dBm/Hz über 3093 kHz als eine Spitzen-[Peak]-Anforderung (PR). Bestimmte Normen erfordern sogar, dass die spektrale Leistungsdichte über 4545 kHz unter –110 dBm/Hz liegt. Weiterhin muss die maximale Leistung in jedem 1 MHz breiten verschiebbaren Frequenzfenster über 4545 kHz unter –50 dBm betragen, und die maximale übertragene Gesamtleistung darf zwischen 25,875 kHz und 1104 kHz nicht mehr als 19.8 dBm betragen.
• Um die ADSL-Datensignale über die aus einem Paar von Kupferdrähten bestehende Telefonleitung – auch als Teilnehmerschleife oder verdrillte Paarleitung bezeichnet – zu übertragen, muss das Zentralamt mit Leitungstreibern versehen sein. Die Leitungstreiber kompensieren die Abschwächung von Leitungen, und sie müssen den Anforderungen für PSD-Masken entsprechen. Ein Leitungstreiber muss das leitungskodierte ADSL-Signal auf eine solche Weise verstärken, dass es am Ende der Leitung am Standort des Teilnehmers mit einer ausreichenden Intensität bzw. Stärke empfangen wird. In gleicher Weise sollten an den Teilnehmerstandorten Leitungstreiber zur Übertragung von ADSL-Signalen an das andere Ende der Leitung im Zentralamt vorgesehen sein. Für beide Leitungstreiber besteht die Notwendigkeit ähnlichen Anforderungen in Bezug auf die von den relevanten Normen vorgegebenen PSD-Masken zu entsprechen.
• Eine Basiskomponente eines Leitungstreibers ist ein Leistungsverstärker zur Verstärkung des über die Telefonleitung zu übertragenden DSL-Signals.
• Üblicherweise werden lineare Verstärker der Klasse AB bzw. AB-Verstärker verwendet. Jedoch werden in einem AB-Verstärker Treibertransistoren mit einer Vorspannung beaufschlagt, um in ihrem linearen Bereich zu arbeiten, woraus sich ergibt, dass sie sich immer in einem eingeschalteten Zustand befinden und wertvollen Ruhestrom ziehen bzw. verbrauchen. Zum Beispiel verbraucht ein Klasse B Leitungstreiber nach dem Stand der Technik 750 mW bei einer Übertragung von 100 mW, was einem Leistungswirkungsgrad von nur 13% entspricht.
• Ein Weg zur Verbesserung des Wirkungsgrads eines Leistungsverstärkers besteht darin, die Ausgangstransistoren als Schalter zu betreiben. 3 zeigt einen solchen D-Verstärker in einer prinzipiellen Darstellung.
• Der schematische D-Verstärker CDA weist einen Komparator CP zum Empfang eines eine Schaltfrequenz FS liefernden Dreieckschwingungssignals T1, welches von einem Dreieckschwingungsgenerator TG erzeugt wird, und eines Eingabesignals S1 auf. Der Komparator CP vergleicht die Dreieckschwingung T1 mit dem Eingabesignal S1, um ein Rechteckschwingungssignal S2 mit einem variablen Einschaltverhältnis bzw. Tastverhältnis zu erzeugen. Tatsächlich wird ein Impulszug mit einem Einschaltverhältnis proportional zu der Höhe des Eingabesignals S1 erzeugt. Dieses pulsweitenmodulierte Signal S2 wird an die Gastes der komplementären Ausgangstransistoren M1, P1 gekoppelt, wobei ihre jeweiligen Source-Drain-Strecken in Reihe zwischen der Versorgungsspannung VDD und Masse GND verbunden sind. Das verstärkte Ausgabesignal S3 wird an einem Knoten zwischen den Source-Drain-Strecken abgenommen.
• Im Wesentlichen schaltet das pulsweitenmodulierte Signal mit einem Einschaltverhältnis proportional zu der Höhe des Eingabesignals die komplementären Ausgangstransistoren M1, P1 mit einer Schaltfrequenz FS ein und aus, die viel größer ist als die Frequenz des Eingabesignals S1. Daher wird Leistung in ausreichendem Maß von der Spannungsversorgung an die Last geliefert.
• Leistungstreiber, die in D-Verstärker eingesetzt sind, erreichen einen Wirkungsgrad von ungefähr 25%. Ein Nachteil von D-Verstärkern besteht jedoch darin, dass ein Tiefpassfilter vorgesehen werden muss, der den Hochfrequenzträger oder die Schaltfrequenz FS entfernt. Deshalb ist es notwendig, dass Induktivitäten und Kapazitäten in einer Leitungstreiberanordnung geeignet angeordnet werden, um seine Wirksamkeit zu gewährleisten.
• 4 zeigt eine Klasse D Leitungstreiberanordnung des Standes der Technik im Prinzip, wie sie in ähnlicher Weise in der internationalen Patentanmeldung WO 03107532 offenbart ist.
• Der Leitungstreiber LD des Standes der Technik weist einen D-Differentialschaltverstärker DCDA auf, der bei einer Schaltfrequenz FS betrieben wird, welcher das eingegebene Übertragungssignal Z1 empfängt, das von dem Zentralamt CO erzeugt worden ist. Das Dualleitungs-Übertragungssignal Z1 wird von dem Verstärker DCDA verstärkt und als ein verstärktes Übertragungssignal Z2 ausgegeben. Ein Tiefpassfilter LPF mit einer Induktivität L1, L2 in jeder Leitung der Dualleitung 12-1, 12-2 und mit einer zwischen den beiden Leitungen der Dualleitung 12-1, 12-2 angeschlossenen Kapazität C filtert das verstärkte Übertragungssignal Z2. Das verstärkte und gefilterte Signal wird über einen Transformator T auf die Dualleitung 14-1, 14-2 der Teilnehmerleitung als ein Ausgabeübertragungssignal Z3 gekoppelt.
• Das Tiefpassfilter LPF weist mindestens zwei Induktivitäten auf, und die Kapazität ist obligatorisch, um Signalbestandteile in dem verstärkten Übertragungssignal Z3 zu unterdrücken, die von der Schaltfrequenz FS des D-Verstärkers DCDA stammen. Die Schaltfrequenz FS kann in dem Bereich um 10 MHz liegen, welcher ausreichend weit von den Trägerfrequenzen der ADSL-Datenverbindungen entfernt liegt. Deshalb muss das Tiefpassfilter in der Leitungstreiberanordnung abgestimmt sein, um eine spektrale Leistungsdichte zu erreichen, die in Übereinstimmung mit einer ADSL-Norm ist. Zu diesem Zweck muss der PSD-Abschnitt über 3093 kHz mindestens unter –90 dBm/Hz betragen.
• Es ist ein Nachteil, dass die Induktivitäten L1 und L2 auf einer Leiterplatte bzw. Schaltungsplatte angeordnet sein müssen, welche die Leitungstreiberanordnung trägt. Dieses kann zu zusätzlicher Wärmeabstrahlung führen, die Induktivitäten erfordern zusätzliche Montageschritte und beträchtlichen Bauraum. Somit werden zusätzliche Kosten durch die Verwendung von diskreten Induktivitäten auf einer Leiterplatte für eine Leitungstreiberanordnung mit einem D-Leistungsverstärker wegen des Gewinns an Wirkungsgrad verursacht.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kleine, kostengünstige Leitungstreiberanordnung mit geringem Energieverbrauch und mit wenigen diskreten Bauelementen zu schaffen.
• KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Diese Aufgabe wird durch eine Klasse D Leitungstreiberanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch einen Transformator zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 13 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Leitungstreiberanordnung weist einen D-Schaltverstärker mit einer Schaltfrequenz FS auf, wobei der D-Verstärker ein eingegebenes Übertragungssignal empfängt und ein verstärktes Übertragungssignal ausgibt. Die erfindungsgemäße Anordnung weist weiterhin einen Transformator bzw. Übertrager mit einer vorher festgelegten Streuinduktivität zum Empfang des verstärkten Übertragungssignals und zur Ausgabe eines transformierten Signals als ein ausgegebenes Übertragungssignal auf. Die Streuinduktivität des Transformators ist vorher für eine Tiefpassfilterung des verstärkten Übertragungssignals festgelegt.
• Die Erfindung sieht weiterhin einen Transformator zur Verwendung in einer Leitungstreiberanordnung vor, wobei die Leitungstreiberanordnung einen Verstärker zum Empfang eines eingegebenen Übertragungssignals und zur Ausgabe eines verstärkten Übertragungssignals aufweist. Der erfindungsgemäße Transformator weist eine vorher festgelegte Streuinduktivität und/oder Streukapazität auf, und die Streuinduktivität und/oder Streukapazität des Transformators ist vorher für eine Tiefpassfilterung des verstärkten Übertragungssignals festgelegt.
• Die Grundidee der Erfindung besteht darin, eine Verwendung von diskreten Induktivitäten zu unterlassen, zum Beispiel von Spulen, oder zumindest die Anzahl von diskreten Bauelementen in der Leitungstreiberanordnung zu verringern und anstelle dessen die vorhandene Streuinduktivität des Transformators für eine Tiefpassfilterung zu benutzen. Diese Idee führt zu einer kleineren Leitungstreiberanordnung mit nur wenigen diskreten Komponenten, welche deshalb kostengünstig ist. Die Verwendung des D-Verstärkers stellt nicht nur einen geringen Leistungsverbrauch sicher, sondern stimmt gleichzeitig mindestens mit den ADSL-PSD-Maskenanforderungen überein.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Leitungstreiberanordnung gemäß der Erfindung ist der Leck- bzw. Streuleitwert vorher festgelegt, um eine Resonanz bei einer Resonanzfrequenz in der spektralen Leistungsdichte der Leitungstreiberanordnung zu minimieren, wobei die Resonanz durch die Schaltfrequenz des D-Verstärkers verursacht wird. Es ist ein besonderer Vorteil, dass die von der Schaltfrequenz stammende Einflüsse in dem verstärkten ausgegebenen Übertragungssignal reduziert sind, da die PSD auf diese Weise leichter nach einer relevanten PSD-Maske geformt werden kann.
• Vorzugsweise sind die Signale Dualleitungssignale, wobei sie ADSL-Signale mit diskreten multitonmodulierten Signalen sind und sich auf einer Dualleitung ausbreiten, die den D-Verstärker und den Transformator koppelt. Die Leitungstreiberanordnung ist vorzugsweise ein Bestandteil eines ADSL-Sendeempfängers und stimmt mit einer ADSL-Norm und/oder einer ADSL-plus-Norm überein.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung ist eine Kapazität zwischen den beiden das Dualleitungssignal führenden Leitungen zwischen dem D-Verstärker und dem Transformator angeschlossen. Vorzugsweise bilden eine Streuinduktivität und die Kapazität ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die niedriger ist als die Resonanzfrequenz, welche von der Schaltfrequenz des D-Verstärkers verursacht werden kann.
• Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung weist zwei Kapazitäten auf, die in Reihe zwischen den beiden Leitungen zwischen dem D-Verstärker und dem Transformator angeschlossen sind, wobei ein Knoten zwischen den beiden Kapazitäten mit einer Referenzspannung verbunden ist. Durch Abstimmung der Referenzspannung kann der Nullpunkt von Diffenzialsignalen verschoben und kalibriert werden.
• In einer alternativen Ausführung weist der Transformator weiterhin eine Streukapazität auf, welche vorher festgelegt ist, um die Resonanz in der spektralen Leistungsdichte der Leitungstreiberanordnung zu minimieren. Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass ein Tiefpassfilter zur Begrenzung von von dem schaltenden D-Verstärker stammenden Einflüssen auf das verstärkte ausgegebene Übertragungssignal schon in dem Transformator der Leitungstreiberanordnung eingebracht bzw. vorhanden ist. Somit wird nur ein Minimum an diskreten elektronischen Einrichtungen für einen Leitungstreiber benötigt. Deshalb wird der Leitungstreiber klein, kostengünstig und auf einer Leiterplatte einfach aufbaubar.
• In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Leitungstreiberanordnung gemäß der Erfindung ist ein weiteres Tiefpassfilter zwischen dem D-Verstärker und dem Transformator verbunden. Die Eingliederung eines weiteren Tiefpassfilters kann die Filtereigenschaften verbessern und zur Übereinstimmung mit sogar strengeren PSD-Maskenanforderungen als oben genannt führen.
• KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
• Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die schematische Anwendung der beigefügten Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt:
• 1 ein schematisches DSL-Netz;
• 2 eine prinzipielle spektrale Leistungsdichtemaske für DSL;
• 3 ein schematisches Schaltbild eines Schaltverstärkers;
• 4 ein schematisches Diagramm eines Klasse D Leitungstreibers nach dem Stand der Technik;
• 5 ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Klasse D Leitungstreiberanordnung;
• 6 ein schematisches Diagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung;
• 7 ein schematisches Diagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung; und
• 8 eine spektrale Leistungsdichte im Prinzip gemäß einer erfindungsgemäßen Klasse D Leitungstreiberanordnung.
• In allen Ansichten der Zeichnung sind gleiche oder funktionell äquivalente Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, wenn nicht anders angegeben.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• 1 bis 4 sind schon in der Beschreibungseinleitung erläutert worden.
• 5 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung.
• Die erfindungsgemäße Leitungstreiberanordnung 1 weist einen D-Schaltverstärker 2 mit zwei Eingangsanschlüssen 4, 5 und zwei Ausgangsanschlüssen 8, 9 auf. Der D-Verstärker 2 weist eine Schaltfrequenz FS auf und empfängt ein eingegebenes Übertragungssignal Z1 in/von einem Zentralamt CO und gibt ein verstärktes Übertragungssignal Z2 auf eine Dualleitung 12-1, 12-2 aus. Die Leitungstreiberanordnung weist weiterhin einen Transformator 3, welcher eine vorher festgelegte Streuinduktivität besitzt, zum Empfang des verstärkten Übertragungssignals Z2 an seinen beiden Eingängen 6, 7 auf. Der Transformator koppelt das verstärkte Übertragungssignal Z2 auf die duale Telefonleitung 14-1, 14-2. Der Transformator empfängt das Verstärkerübertragungssignal Z2 an seinen beiden Eingangsanschlüssen 6, 7 und gibt das Ausgabeübertragungssignal Z3 an seinen Ausgangsanschlüssen 10, 11 auf eine Teilnehmerleitung SL aus. Eine Streuinduktivität des Transformators 3 ist zur Tiefpassfilterung des verstärkten Übertragungssignals Z2 vorher festgelegt.
• 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung 1. Die bevorzugte Ausführungsform weist grundsätzlich die gleichen Elemente wie in 5 auf, aber besitzt zusätzlich eine Kapazität 13 zwischen den beiden Leitungen der Dualleitung 12-1, 12-2 zwischen dem D-Verstärker 2 und dem Transformator 3. Die Leitungstreiberanordnung 1 weist weiterhin ein komplementäres Tiefpassfilter 15 zwischen dem D-Verstärker 2 und dem Transformator 3 auf. Der Transformator 3 ist mit seinem äquivalenten Schaltbild bzw. Ersatzschaltbild mit einer Streuinduktivität LI gezeichnet, die sowohl zwischen jedem Eingangsanschluss 6, 7 und jedem Ausgangsanschluss 10, 11 und der jeweiligen Transformatorwicklung bzw. -spule CL angeschlossen ist. Das äquivalente Schaltbild des Transformators 3 zeigt auch Streukapazitäten SC zwischen den beiden Eingangsanschlüssen 6, 7 und zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen 10, 11.
• Im Zentralamt wird ein diskretes multitonmoduliertes Signal Z1 als ein ADSL-Signal erzeugt und in den D-Verstärker 2 über seine Eingangsanschlüsse 4, 5 gespeist. Der D-Verstärker 2 verstärkt das Übertragungssignal Z1 und gibt das verstärkte Übertragungssignal Z2 auf die Dualleitung mit den Leitungen 12-1 und 12-2 aus. Dasselbe verstärkte Übertragungssignal Z2 wird durch ein komplementäres Tiefpassfilter 15 gefiltert, welches das verstärkte Übertragungssignal Z2 schon gemäß einer bestimmten PSD-Maske vorformt. Die Streuinduktivität LI und die Streukapazität SC des Transformators 3 bilden zusammen mit einem Kondensator 13 ein weiteres Tiefpassfilter, wobei die Streuinduktivität LI und die Kapazitäten 13, SC vorher festgelegt sind, um eine Resonanz bei einer Resonanzfrequenz RF in der spektralen Leistungsdichte PSD der Leitungstreiberanordnung 1 zu minimieren. Hier ist es die Resonanz, welche von der Schaltfrequenz FS des D-Verstärkers 2 verursacht wird. Das dadurch bearbeitete verstärkte Übertragungssignal Z2 wird dann auf die Dualleitung 14-1, 14-2 als das ausgegebene Übertragungssignal oder Ausgabeübertragungssignal Z3 gekoppelt.
• Obwohl die Schaltfrequenz FS des D-Verstärkers 2 eine Resonanz in der spektralen Leistungsdichte der Leitungstreiberanordnung 1 bewirkt, führt die besondere Auswahl der Streuinduktivität LI, der Streukapazität SC und der Kapazität 13 zu einer bedeutenden Unterdrückung der Resonanz. Somit wird ohne Auflösung in individuelle diskrete Induktivitäten in der Leitungstreiberanordnung 1 eine spektrale Leistungsdichte erlangt, welche einer von einer ADSL-Norm geforderten PSD-Maske entspricht. In Bezug auf Leitungstreiber nach dem Stand der Technik ist ein Leitungstreiber mit der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung 1 kleiner, zeigt auf Grund des D-Verstärkers einen geringen Leistungsverbrauch, beinhaltet nur einige diskrete Bauteile und ist deshalb kostengünstiger als Leitungstreiber nach dem Stand der Technik.
• 7 stellt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung 1 dar. Die zweite bevorzugte Ausführungsform weist die gleichen Elemente wie in 6 auf, wobei zwei Kapazitäten 13a, 13b zwischen den beiden Leitungen 12-1, 12-2 zwischen dem D-Verstärker 2 und dem Transformator 3 anstelle einer einzelnen Kapazität 13 in Reihe angeschlossen sind. Ein Knoten 16 zwischen den beiden Kapazitäten 13a, 13b ist mit einer Referenzspannung VR verbunden. Die Referenzspannung VR liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen Masse GND und einer positiven und/oder negativen Versorgungsspannung. Durch Veränderung der Referenzspannung VR wird der Nullpunkt der Differenzialsignale auf den Leitungen 12-1, 12-2 abgestimmt. Insofern kann der Transformator 3 eine unsymmetrische Aufteilung seiner Streukapazität aufweisen. Die Verwendung der Referenzspannung VR ermöglicht es, die Diffenzialsignale auf den Leitungen zu kalibrieren, und führt somit zu einer besseren Signalqualität und verbesserten Tiefpassfilterung.
• 8 zeigt eine beispielhafte spektrale Leistungsdichte einer erfindungsgemäßen Klasse D Leitungstreiberanordnung und eine zugehörige ADSL-PSD-Maske.
• Der kritische Bereich der PSD des Klasse D Leitungstreibers gemäß der Erfindung sind die Frequenzen um die Schaltfrequenz herum, welche zu 10 MHz ausgewählt ist. Andere sich von 10 MHz unterscheidende Schaltfrequenzen können in einem D-Leistungsverstärker realisiert werden. Die Schaltfrequenz FS sollte jedoch höher als die Frequenzen der ADSL-Kanäle sein.
• Die PSD zeigt klar die Resonanz um 10 MHz herum, welche jedoch unter –90 dBm/Hz liegt und somit die Spitzen-[Peak]-Anforderungen der ADSL-Norm erfüllt. Die starke Abschwächung oder Unterdrückung der Resonanz bei der Resonanzfrequenz FR wird durch die Erhöhung der Streuinduktivität eines herkömmlichen Transformators realisiert.
• Üblicherweise sind Transformatoren so aufgebaut, dass sie eine möglichst geringe Streuinduktivität aufweisen. Ermittlungen des Anmelders zeigen zum Beispiel, dass eine Erhöhung einer Streuinduktivität von 2 μH auf 18 μH eines in ADSL-Leitungstreibern verwendeten typischen Transformators ausreichend ist, um ein Tiefpassfilter zur Erfüllung der PSD-Maskenanforderungen zu schaffen. Die erfindungsgemäße Erhöhung der Streuinduktivität des Transformators führt zu dem hervorragenden Tiefpassfiltereffekt und reduziert somit die Anzahl von diskreten Bauteilen, wie Spulen, Kondensatoren und/oder Widerstände u. dgl. bei dem Rest der Leitungstreiberanordnung. Zusätzlich kann eine Feinabstimmung der erfindungsgemäßen Tiefpassfilterung in der Streuinduktivität eines Transformators durch eine gesteuerte Änderung der aufgeteilten Kapazitäten oder Streukapazitäten des Transformators erreicht werden.
• Das erfindungsgemäße Konzept einer Übertragung von diskreten Induktivitäten zur Tiefpassfilterung eines verstärkten ADSL-Signals in den Streuleitwert und/oder die Streukapazität eines Transformators in einem Leitungstreiber ergibt kleine und kostengünstige Leitungstreiberkarten, welche nur wenige diskrete Bauelemente aufweisen. Die Resonanz oder Spitze bzw. der Peak bei der Schaltfrequenz in der spektralen Leistungsdichte eines solchen Leitungstreibers mit einem D-Verstärker (geschalteter Verstärker) mit hohem Wirkungsgrad wird durch die Tiefpassfilterung ausreichend unterdrückt, die von der Streukapazität, der Streuinduktivität und optionalen Kondensatoren ausgeführt wird. Die PSD erfüllt mindestens die ADSL-PSD-Maskenanforderung.
• Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Leitungstreiberanordnung erläutert worden ist, ist der Sinn der Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern dagegen durch die beigefügten Ansprüche festgelegt. Es ist klar, dass die erfindungsgemäße Leitungstreiberanordnung von dem Fachmann modifiziert werden kann ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Insbesondere kann die Leitungstreiberanordnung Teil eines Sendeempfängersystems für ADSL oder andere Breitbandanwendungen sein. Die Veränderung und Steuerung der Streuinduktivität und/oder der Streukapazität von Transformatoren kann durch eine Vielzahl von besonderen Techniken ausgeführt werden, zum Beispiel durch Veränderung der Lücke zwischen den Windungen des Transformators, indem besondere Isolierwerkstoffe oder Dielektrika unter Auswahl besonderer Geometrien oder Werkstoffe hinzugefügt werden.

Claims (14)

1. Leitungstreiberanordnung mit: (a) einem D-Schaltverstärker mit einer Schaltfrequenz, wobei der D-Verstärker ein eingegebenes Übertragungssignal empfängt und ein verstärktes Übertragungssignal ausgibt; (b) einem Transformator mit einer vorher festgelegten Streuinduktivität zum Empfang des verstärkten Übertragungssignals und zur Ausgabe eines transformierten Signals als ein ausgegebenes Übertragungssignal; wobei die Streuinduktivität des Transformators vorher für eine Tiefpassfilterung des verstärkten Übertragungssignals festgelegt ist.
2. Leitungstreiberanordnung nach Anspruch 1, wobei die Streuinduktivität vorher zur Minimierung einer Resonanz bei einer Resonanzfrequenz in der spektralen Leistungsdichte der Leitungstreiberanordnung festgelegt ist, wobei die Resonanz durch die Schaltfrequenz des D-Verstärkers verursacht ist.
3. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signale Dualleitungssignale sind, der D-Verstärker und der Transformator jeweils zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen und in Reihe durch eine Dualleitung verbunden sind.
4. Leitungstreiberanordnung nach Anspruch 3, wobei die Dualleitungssignale ADSL-Signale mit diskreten multitonmodulierten Signalen sind.
5. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Kapazität zwischen den beiden Leitungen zwischen dem D-Verstärker und dem Transformator angeschlossen ist.
6. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Kapazitäten in Reihe zwischen den beiden Leitungen zwischen dem D-Verstärker und dem Transformator angeschlossen sind, wobei ein Knoten zwischen den beiden Kapazitäten mit einer Referenzspannung verbunden ist.
7. Leitungstreiberanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Streuinduktivität und die Kapazitäten ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz bilden, die niedriger ist als die Resonanzfrequenz.
8. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transformator weiterhin eine Streukapazität aufweist, welche zur Minimierung der Resonanz in der spektralen Leistungsdichte der Leitungstreiberanordnung vorher festgelegt ist.
9. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Tiefpassfilter zwischen dem D-Verstärker und dem Transformator angeschlossen ist.
10. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leitungstreiber eine spektrale Leistungsdichte aufweist, die eine ADSL– und/oder einer ADSL+ – Norm erfüllt.
11. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leitungstreiber ein Teil bzw. Abschnitt eines ADSL-Sendeempfängers ist.
12. Leitungstreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitungstreiberanordnung weiterhin Widerstände und/oder Induktivitäten aufweist.
13. Transformator zur Verwendung in einer Leitungstreiberanordnung, wobei die Leitungstreiberanordnung einen Verstärker zum Empfang eines eingegebenen Übertragungssignals und zur Ausgabe eines verstärkten Übertragungssignals aufweist, und wobei der Transformator eine vorher festgelegte Streuinduktivität und/oder Streukapazität aufweist, und die Streuinduktivität und/oder Streukapazität für eine Tiefpassfilterung des verstärkten Übertragungssignals vorher festgelegt ist.
14. Transformator nach Anspruch 13, wobei der Verstärker ein D-Schaltverstärker mit einer Schaltfrequenz ist.