DE3533867A1

DE3533867A1 - Echo cancellation method

Info

Publication number: DE3533867A1
Application number: DE19853533867
Authority: DE
Inventors: Bernward Dipl Ing Roessler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-09-23
Filing date: 1985-09-23
Publication date: 1987-03-26
Also published as: DE3533867C2

Abstract

A network of switchable capacitors (2C to C'/16), the capacitance of which is graded in a binary pattern, is used which is used both in the D/A conversion of the cancellation signals supplied by an adaptive transversal filter and in the actual cancellation and in the A/D conversion of the residual signal utilized as direction signal. The special order of operation of the low-end switches (S1 to S7) of the network capacitors result in more advantageous results with respect to the linearity and the monotony of the transducer characteristic than in a known method operating with a network of the same type of construction. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echokompensation unter Verwendung eines Netzwerks aus in ihrer Kapazität binär abgestuften Kondensatoren, deren Kopfpunkte miteinander verbunden sind und deren Fußpunkte wahlweise an Erdpotential oder an ein Bezugsspannungspotential gelegt können und die sowohl bei einer Digital-Analog- Wandlung (D/A-Wandlung) der von einem adaptiven Transversalfilter gelieferten digitalen Kompensationssignale, als auch bei der zur Kompensation führenden Überlagerung von zu Analogsignalen gewandelten solchen Kompensationssignalen und der echobehafteten Nutzsignale, als auch bei der nach dem Iterativ-Verfahren abgewickelten Analog-Digital- Wandlung (A/D-Wandlung) der aufgrund der Kompensation sich ergebenden und ggf. mit einem Restechosignal behafteten als digitales Korrektursignal dem Transversalfilter zuzuführenden Ergebnis Signale beteiligt sind, sowie aus einem in derselben Weise schaltbaren Zusatzkondensator mit doppelt so großer Kapazität wie diejenige des binär abgestuften Kondensators mit der größten Kapazität, wobei das Netzwerk für die Nutzsignale über einen Abtastkondensator gleich großer Kapazität wie diejenige des Zusatzkondensators zugänglich ist.The invention relates to a method for echo cancellation using a network of in their capacity binary graded capacitors whose head points are connected to each other are connected and their base points are optional connected to earth potential or to a reference voltage potential can and that with a digital-analog Conversion (D / A conversion) of an adaptive transversal filter supplied digital compensation signals, as also with the overlay of such compensation signals converted into analog signals and the echoed useful signals, as well as the analog-to-digital processes processed according to the iterative process Conversion (A / D conversion) due to the compensation itself resulting and possibly with a residual echo signal to be fed to the transversal filter as a digital correction signal Result signals are involved as well an additional capacitor which can be switched in the same way capacity twice as large as that of the binary graded Capacitor with the largest capacitance, the Network for the useful signals via a sampling capacitor same capacity as that of the additional capacitor is accessible.

Ein Verfahren dieser Art (O.E. Agazzi: Large scale integration of hybrid method digital subscriber loops; Dissertation Unif. von Californien Berkeley, 20.05.82) kommt den Anforderungen, die an einen Echokompensator zu stellen sind, schon recht nahe. Zu diesen Anforderungen gehört es, daß wegen der hohen Abtastrate, die das Doppelte der Bitrate der Digitalsignale ist, innerhalb der Zykluszeit von demnach 3,1 µs eine möglichst geringe Anzahl aufeinanderfolgende Vorgänge abzuwickeln ist. Es ist ferner zu fordern, daß der Digital-Analog-Wandler eine monotone Wandlerkennlinie aufweist, die überdies nur geringe Nichtlinearitäten zeigt. Die Auflösung für positive und negative Signalamplituden sollte wenigstens 12 Bit unter Einschluß des Vorzeichenbits betragen, für die Analog-Digital-Wandlung des Restsignals ist für eine geringe Adaptionszeit des Echokompensators noch eine Auflösung von bis zu 8 Bit zu fordern. Störspannungen, die über die Betriebsspannungen eingekoppelt werden oder auf dem Baustein selbst entstehen, sollten die einzelnen Funktionen möglichst wenig beeinflussen. Ferner sollen Abgleichvorgänge, die einen wesentlichen Kostenfaktor darstellen, vermieden sein. Schließlich ist es wünschenswert, daß ein solcher Echokompensator bzw. der Analogteil desselben, zu dem das geschilderte Kondensatornetzwerk gehört, sich mit möglichst geringer Chip-Fläche in CMOS-Technologie realisieren läßt.A process of this kind (O.E. Agazzi: Large scale integration of hybrid method digital subscriber loops; dissertation Unif. from California Berkeley, 20.05.82) meets the requirements to be placed on an echo canceller, quite close. These requirements include that because of the high sampling rate, which is twice the bit rate of the digital signals is therefore within the cycle time 3.1 µs the smallest possible number of consecutive Operations to be handled. It is also necessary to that the digital-to-analog converter has a monotonous converter characteristic which also has only low non-linearities shows. The resolution for positive and negative signal amplitudes should be at least 12 bits including the sign bit amount for the analog-digital conversion of the Residual signal is for a short adaptation time of the echo canceller to request a resolution of up to 8 bits. Interference voltages injected via the operating voltages will or arise on the building block itself, should influence the individual functions as little as possible. Furthermore, adjustment processes that are essential Represent cost factor, be avoided. Finally is it is desirable that such an echo canceller or Analog part of the same to which the capacitor network described heard with the smallest possible chip area can be realized in CMOS technology.

Insbesondere im Hinblick auf die Monotonie im Nullpunktsbereich der Kennlinie und auf deren Linearität, sowie im Hinblick auf die Möglichkeit eines flächensparenden Aufbaus des verwendeten Kondensatornetzwerks ist das vorgenannte Verfahren günstiger als andere bekannte mit Kondensatornetzwerken arbeitende Verfahren. Hier ist z. B. ein Verfahren (T.L. Mc Creary "Successive Approximation Analog-to-Digital Conversion Techniques in MOS Integrated Circuits" Dissertation Univ. Californien, Berkeley 1975) zu nennen, das mit einem Kondensatornetzzwerk arbeitet, dessen größte Kapazität das 248fache der kleinsten Kapazität beträgt und bei dem, um eine ausreichende Monotonie der Wandlerkennlinie zu erzielen, der Kondensator mit der kleinsten Kapazität hinreichend großflächig angelegt sein muß, was jedoch den Wunsch nach flächensparenden Aufwand zuwiderläuft und außerdem im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit problematisch ist.Especially with regard to the monotony in the zero point range the characteristic and its linearity, as well with regard to the possibility of a space-saving The construction of the capacitor network used is the aforementioned Process cheaper than other known ones Processes operating capacitor networks. Here is z. B. a method (T.L. Mc Creary "Successive Approximation Analog-to-digital conversion techniques in MOS Integrated Circuits "Dissertation Univ. California, Berkeley 1975) to mention that works with a capacitor network, whose largest capacity is 248 times the smallest capacity amounts and in order to a sufficient monotony to achieve the converter characteristic, the capacitor with the smallest capacity should be large enough must, however, the desire for space-saving effort runs counter to and also in terms of working speed is problematic.

Es ist ferner ein Verfahren zu erwähnen, (O.E. Agazzi, D.G. Messerschmitt, D.A. Hodges, "Nonlinear Echo Cancelation Of Data Signals, I.C.C. 82 Conf. record 7 G 6.1-6.5), demgemäß bei einer A/D-Wandlung nur die niedigerwertigen Bits durch Ladungsumverteilung in einem Kondensatornetzwerk gebildet werden, für die Bildung der höherwertigen Bits dagegen ein Spannungsteiler mit veränderbaren Abgriffen vorgesehen ist. Die Chip-Fläche und die Kapazitätswerte der eingesetzten Kondensatoren sind hier zwar deutlich geringer als im vorstehend genannten Fall, wegen des Einsatzes von Widerständen ist die Nichtlinearität der Wandlerkennlinie dagegen relativ groß.A procedure should also be mentioned (O.E. Agazzi, D.G. Messerschmitt, D.A. Hodges, "Nonlinear Echo Cancelation Of Data Signals, I.C.C. 82 Conf. record 7 G 6.1-6.5), accordingly, only the low-order ones with an A / D conversion Bits due to charge redistribution in a capacitor network be formed for the formation of the higher order In contrast, bits are a voltage divider with changeable taps is provided. The chip area and the capacitance values the capacitors used are clear here less than in the above case, because of the Use of resistors is the nonlinearity of the Conversely, the converter characteristic curve is relatively large.

Diesbezüglich günstiger ist ein aus dem US-Patent 41 29 863 bekanntes Verfahren, bei dem zur Bildung der höherwertigen Bits eine Ladungsumverteilung in einem Kondensatornetzwerk mit binär gewichteten Kapazitäten erfolgt, die dabei auf den vollen Wert eines Bezugsspannungspotentials aufgeladen werden und die niedrigerwertigen Bits, zwar ebenfalls durch Ladungsumverteilung gebildet werden, dies jedoch im Zusammenhang mit einem Netzwerkskondensator kleiner Kapazität, der je nach Binärwert der niedrigerwertigen Bits ebenfalls wieder unter Verwendung eines Spannungsteilers auf eine binär geteilte Bezugsspannung aufgeladen wird.In this respect, one from US Pat. No. 4,129,863 is more favorable known method in which to form the higher order Bits a charge redistribution in a capacitor network done with binary weighted capacities based on that charged the full value of a reference voltage potential and the lower-order bits, too are formed by charge redistribution, however in Connection with a network capacitor of small capacitance, depending on the binary value of the lower order bits again using a voltage divider is charged to a binary divided reference voltage.

Diesem, wie auch den anderen vorerwähnten Verfahren, außer dem erstgenannten Verfahren gem. Agazzi, haftet jedoch der entscheidende Nachteil an, daß sie die nicht in der Lage sind, wie gewünscht, das im Zuge einer Kompensation ggf. verbleibende Restsignal einer A/D-Wandlung zu unterwerfen, um ein digitales Korrektursignal für das Transversalfilter der Komepensationsschaltung zu erhalten, da es dort bei den Fußpunkten der Kondensatoren des Kondensatornetzwerks keine neutrale Ausgangsstellung gibt, in der alle an Erdpotential oder an Bezugsspannungspotential liegen. Bei dem eingangs genannten Verfahren gem. Agazzi ist eine solche A/D-Wandlung gewährleistet, da für die Abspeicherung der Signalspannung ein gesonderter Kondensator vorgesehen ist. Ein solcher Zusatzkondensator, der nicht wie die übrigen Kondensatoren Bits eines digitalen Signals zugeordnet ist, hat eine doppelt so große Kapazität wie der dem höchstwertigen Bit zugeordnete Kondensator.This, as well as the other aforementioned methods, except the former method according to Agazzi, however, is liable the crucial disadvantage that they are not in the As desired, the situation is in the course of compensation to subject any remaining signal to an A / D conversion, a digital correction signal for the transversal filter of the compensation circuit to get there there at the base of the capacitors of the capacitor network there is no neutral starting position in which all ground potential or reference voltage potential. In the method mentioned in the introduction. Agazzi is one ensures such A / D conversion because for storage a separate capacitor is provided for the signal voltage is. Such an additional capacitor that is not like that bits of a digital signal assigned to other capacitors has a capacity twice that of that capacitor assigned to the most significant bit.

Wie eine Rechnung zeigt, führen jedoch Toleranzen, insbesondere des Kapazitätswerts, dieses Zusatzkondensators bzw. Abweichungen seines Kapazitätswerts vom Wert der Summe aller Kapazitäten der Kondensatoren zu Nichtlinearitäten der Wandlerkennlinie und zu einem nicht monotonen Verhalten des D/A-Wandlers. Im Zusammenhang mit der Echokompensation wird hierdurch eine Störung des Adaptionsvorganges bewirkt.However, as a calculation shows, there are tolerances, in particular of the capacitance value, this additional capacitor or deviations of its capacity value from the value of the Sum of all capacitors capacities to nonlinearities the converter characteristic and to a non-monotonous one Behavior of the D / A converter. In connection with echo cancellation this will interfere with the adaptation process causes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Echokompensation anzugeben, das wie das eingangs genannte Verfahren unter Verwendung eines Kondensatornetzwerkes der angegebenen Art arbeitet, dabei aber insbesondere bezüglich der Linearität und der Monotonie der Wandlerkennlinie zu günstigeren Ergebnissen kommt.The object of the present invention is therefore to to provide a method of echo cancellation that is like that The aforementioned method using a capacitor network of the specified type works, but especially regarding linearity and monotony the converter characteristic curve comes to more favorable results.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Vorliegen negativer Echosignale in einem ersten Schritt der Abtastkondensator, dessen eine Belegung an die in diesem Stadium an Erdpotential liegenden Kopfpunkte der Kondensatoren angeschlossen ist, mit dem echobehafteten Nutzsignal beaufschlagt wird und die Fußpunkte des Zusatzkondensators und derjenigen Kondensatoren die den Binärwert 1 aufweisenden Bits des digitalen Kompensationssignals zugeordnet sind, an Bezugspotential und die Fußpunkte der übrigen Kondensatoren an Erdpotential gelegt werden, in einem zweiten Schritt die Kopfpunkte der Kondensatoren von Erdpotential abgetrennt und die zuvor an der Nutzsignalspannung liegende Belegung des Abtastkondensators an Erdpotential gelegt wird und, abgesehen vom Zusatzkondensator, die Fußpunkte sämtlicher Kondensatoren an Erdpotential gelegt werden, sofern dies nicht schon der Fall ist, daß, wenn die daraufhin zwischen den Kopfpunkten der Kondensatoren und dem Erdpotential führenden Schaltungspunkt herrschende Spannung, die die Eingangsspannung des Komparators darstellt, größer als 0 ist, in einem dritten Schritt der Fußpunkt des Zusatzkondensators an Erdpotential gelegt wird, wenn die Spannung kleiner als 0 ist, jedoch an Bezugspotential belassen wird, daß in weiteren sukzessiven Schritten die Fußpunkte der Kondensatoren, beginnend mit dem nach dem Zusatzkondensator höchstwertigen Kondensator, jeweils an Bezugspotential gelegt und, je nachdem ob die sich dann ergebende Eingangsspannung des Komparators größer oder kleiner als 0 ist, wieder an Erdpotential zurückgeschaltet oder an Bezugspotential belassen wird, und daß bei Vorliegen positiver Echosignale bezüglich der Fußpunkte der Kondensatoren die Bedeutung von Erdpotential und Bezugspotential und als Entscheidungskriterium für das Vorgehen gem. dem dritten und den weiteren sukzessiven Schritten die Bedeutung des Unterschreitens und des Überschreitens des Nullwerts durch die Komparatoreingangsspannung vertauscht sind.According to the invention this object is achieved in that Presence of negative echo signals in a first step of Sampling capacitor, which has an assignment to that in this Stage of the capacitors at ground potential is connected with the echoed useful signal is applied and the base of the additional capacitor and those capacitors that have the binary value 1 having bits of the digital compensation signal are assigned at reference potential and the base points the remaining capacitors are connected to earth potential, in a second step the head points of the capacitors separated from earth potential and previously at the Assignment of the sampling capacitor to the useful signal voltage is connected to earth potential and, apart from the additional capacitor, the base of all capacitors Earth potential, if this is not already the The case is that when the then between the head points of the capacitors and the circuit point carrying the earth potential prevailing voltage, which is the input voltage of the Comparator is greater than 0 in a third Step the base of the additional capacitor to earth potential if the voltage is less than 0, however, reference potential is left that in further successive steps starting the base points of the capacitors with the most significant after the additional capacitor Capacitor, each connected to the reference potential and, depending on whether the resulting input voltage of the comparator is greater or less than 0, again at earth potential switched back or left at reference potential and that in the presence of positive echo signals with respect the base of the capacitors the importance of earth potential and reference potential and as a decision criterion for the procedure acc. the third and the successive ones The importance of falling short and falling short The comparator input voltage exceeds zero are reversed.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens werden bei der D/A-Wandlung des Kompensationssignals, unabhängig davon, welcher Polarität dieses ist, keine Ladungsbeiträge des Zusatzkondensators herangezogen. Das bedeutet, daß die Ladungsbeiträge, die zur Bildung einer positiven Echokompensationsspannung führen, von den gleichen Kondensatoren geliefert werden, wie bei der Bildung einer negativen Echokompensationsspannung, so daß die Kennlinie, der gem. die D/A-Wandlung erfolgt, nullpunktsymmetrisch ist und Nichtlinearitäten geradzahliger Ordnung nicht auftreten können. Bei dem ersterwähnten Verfahren gem. Agazzi ist demgegenüber der Zusatzkondensator bei der Bildung der einen Art von Kompensationssignalen, nämlich der positiven Kompensationssignale, mit einem Ladungsbeitrag beteiligt.Due to the procedure of the invention D / A conversion of the compensation signal, regardless of what polarity this is, no charge contributions from the Additional capacitor used. That means that Charge contributions that lead to the formation of a positive echo compensation voltage lead from the same capacitors be delivered as in the formation of a negative Echo compensation voltage, so that the characteristic, the acc. the D / A conversion takes place, is zero-point symmetrical and even-order nonlinearities do not occur can. In the first-mentioned method acc. Agazzi is the additional capacitor in the formation of the a kind of compensation signals, namely the positive Compensation signals, involved with a charge contribution.

Auch die Monotonie der Kennlinie bei der D/A-Wandlung ist beim erfindungsgemäßen Verfahren wegen der fehlenden aktiven Beteiligung des Zusatzkondensators an der Ladungsumverteilung günstiger als bei dem vorerwähnten bekannten Verfahren.Also the monotony of the characteristic curve in the D / A conversion is in the inventive method because of the lack active participation of the additional capacitor in the charge redistribution cheaper than the known one mentioned above Method.

Bei der A/D-Wandlung des ggf. mit einem Restecho behafteten Ergebnissignals, das als Korrekturgröße für das Transversalfilter benötigt wird, ist zwar der Zusatzkondensator an der Ladungsumverteilung unter Umständen beteiligt, wie noch ausgeführt werden wird, dann aber auch wieder polaritätsunabhängig in gleicher Weise, was den Wegfall von Nichtlinearitäten geradzahliger Ordnung bedeutet.With the A / D conversion of the one with a residual echo, if applicable Result signal, which is used as a correction variable for the transversal filter the additional capacitor is on of charge redistribution may still be involved, as still will be executed, but then again independent of polarity in the same way what the elimination of non-linearities even order means.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Kriterium für die Schaltmaßnahme des dritten Schritts diejenige Komparatoreingangsspannung in entsprechender Wertung herangezogen, die sich nach einem an den zweiten Schritt anschließenden Zwischenschritt ergibt, in dem Fußpunkte niedrigwertiger Kondensatoren gem. einer Zufallsfolge bei Vorliegen negativer Echosignale an Bezugspannungspotential bzw. bei Vorliegen positiver Echosignale an Erdpotential gelegt werden. In one embodiment of the method according to the invention is used as a criterion for the switching measure of the third step that comparator input voltage used in the corresponding rating, which according to an intermediate step following the second step results in the base points of low-value capacitors acc. a random sequence in the presence of negative echo signals at reference voltage potential or more positive if present Echo signals are applied to earth potential.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below using exemplary embodiments explained in more detail with reference to a drawing. The drawing shows:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Echokompensators, Fig. 1 is a block diagram of an echo canceller,

Fig. 2a bis 2f ein Kondensatornetzwerk, wie es in Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung findet für zwei unterschiedliche Eingangsbedingungen und in verschiedenen Betriebszuständen. Fig. 2a to 2f, a capacitor network, as it takes place in carrying out the method using the present invention for two different input conditions and in various operating states.

In der Fig. 1 sind mit T der im Sendezweig 4 T einer Vierdrahtleitung liegende Sendeverstärker und mit R der im Empfangszweig 4 R dieser Vierdrahtleitung liegende Empfangsverstärker bezeichnet. Die Zweige der genannten Vierdrahtleitung stehen über eine Gabelschaltung G für den Zweidraht-/ Vierdrahtübergang mit einer Zweidrahtleitung 2 D in Verbindung.In FIG. 1, T denotes the transmission amplifier located in the transmission branch 4 T of a four-wire line and R denotes the reception amplifier located in the reception branch 4 R of this four-wire line. The branches of the said four-wire line are connected via a hybrid circuit G for the two-wire / four-wire transition by a two-wire line D 2 in combination.

Aufgrund einer nichtausreichend hohen Gabeldämpfung der Gabelschaltung G kann es dazu kommen, daß auf den Vierdrahtleitungszweig 4 T ankommende Informationen, die für die Weiterübertragung auf der Zweidrahtleitung 2 D bestimmt sind, zu einem Teil als Echo auf den Empfangszweig 4 R der Vierdrahtleitung gelangen, so daß die dort auftretenden Signale ein Gemisch aus Nutzsignalen, die von der Zweidrahtleitung 2 D herkommen, und solchen Echosignalen sind.Due to a not sufficiently high fork attenuation of the hybrid circuit G can to get that reach the four-wire line branch 4 T incoming information 2 D are intended for further transmission on the two-wire line to a part of the echo of the receive branch 4 R of the four-wire line, so that the signals occurring there are a mixture of useful signals that come from the two-wire line 2 D and such echo signals.

Der nachfolgend beschriebene Echokompensator dient zu Eliminierung derartiger Echosignale. Er besteht hier aus einem digitalen adaptiven Transversalfilter Tr, das von dem auf dem Sendezweig 4 T der Vierdrahtleitung ankommenden und für die Weitergabe auf der Zweidrahtleitung bestimmten Signal beaufschlagt wird, um ein diesem Signal entsprechendes Kompensationssignal als Digitalsignal zu erzeugen. Durch einen D/A-Wandler D/A wird dieses Kompensationssignal in ein Analogsignal gewandelt. Weiterer Bestandteil des Echokompensators ist ein Abtast- und Haltekreis S/H, der das erwähnte echobehaftete Nutzsignal abtastet. Das vom Abtast und Haltekreis abgegebene Signal sowie das in Analogform vorliegende Kompensationsignal werden in einer Subtrahierschaltung S einander derart überlagert, daß der Echoanteil im echobehafteten Nutzsignal kompensiert wird.The echo canceller described below is used to eliminate such echo signals. It consists here of a digital adaptive transversal filter Tr , which is acted upon by the signal arriving at the transmission branch 4 T of the four-wire line and intended for transmission on the two-wire line in order to generate a compensation signal corresponding to this signal as a digital signal. This compensation signal is converted into an analog signal by a D / A converter D / A. Another component of the echo canceller is a sample and hold circuit S / H , which samples the aforementioned echoed useful signal. The signal emitted by the sample and hold circuit and the compensation signal present in analog form are superimposed on one another in a subtraction circuit S in such a way that the echo component in the echo useful signal is compensated for.

Normalerweise ist allerdings das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung, das als Empfangssignal an den Empfangsverstärker R und dem Empfangszweig 4 R der Vierdrahtleitung weitergegeben wird, noch mit einem Restecho behaftet. Es wird daher außerdem einem A/D-Wandler A/D zugeführt, der dem Transversalfilter ein dementsprechendes Digitalsignal zur Verfügung stellt, das als Korrektursignal für die adaptive Einstellung desselben dient, und demnach zu einer Korrektur des Kompensationssignals führt.Normally, however, the output signal of the subtracting circuit, which is passed on as a received signal to the receiving amplifier R and the receiving branch 4 R of the four-wire line, is still subject to residual echo. It is therefore also supplied to an A / D converter A / D , which provides the transversal filter with a corresponding digital signal, which serves as a correction signal for the adaptive setting of the same, and accordingly leads to a correction of the compensation signal.

In der Figur sind der Abtast- und Haltekreis S/H, das Subtrahierglied S, der D/A-Wandler D/A sowie der A/D-Wandler A/D als diejenigen Teile des Echokompensators durch eine strichpunktierte Umrahmung gekennzeichnet, deren Funktion bei einem Echokompensator der eingangs genannten Art, der also unter Verwendung eines Netzwerks aus binär gewichteten Kondensatoren aufgebaut ist, durch den Betrieb dieses Netzwerks realisiert werden.In the figure, the sample and hold circuit S / H , the subtractor S , the D / A converter D / A and the A / D converter A / D are identified as those parts of the echo canceller by a dash-dotted frame, the function of which an echo canceller of the type mentioned at the outset, which is therefore constructed using a network of binary-weighted capacitors, can be realized by the operation of this network.

In den Teilfiguren der Fig. 2 ist ein solches Kondensatornetzwerk in seinen bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angenommenen verschiedenen Betriebszuständen dargestellt und zwar jeweils auf der linken Seite für den Fall des Vorliegens negativer Echosignale und auf der rechten Seite im Fall des Vorliegens positiver Echosignale.Such a capacitor network is shown in the sub-figures of FIG. 2 in its various operating states assumed when the method according to the invention was carried out, in each case on the left-hand side if negative echo signals are present and on the right-hand side if positive echo signals are present.

Unter der Voraussetzung, daß bei einer A/D-Wandlung mit Hilfe dieses Netzwerks 5 Bit und ein Vorzeichen umfassende Digital-Worte erzeugt werden sollen, besteht dieses Netzwerk mit aus sechs Kondensatoren C bis C′/16, deren Kapazität von Kondensator zu Kondensator sich um den Faktor 2 unterscheidet, mit Ausnahme der beiden letzten Kondensatoren C/16 und C′/16, deren Kapazität gleich groß ist. Der Kondensator C ist dem Vorzeichenbit, die übrigen Kondensatoren sind in der Reihenfolge ihres Kapazitätswerts den übrigen Bits eines Digitalwortes zugeordnet.Assuming that 5 bits and one sign including digital words are to be generated in an A / D conversion with the aid of this network, this network consists of six capacitors C to C ' / 16 , the capacitance of which varies from capacitor to capacitor differs by a factor of 2, with the exception of the last two capacitors C / 16 and C ' / 16 , whose capacitance is the same size. The capacitor C is the sign bit, the other capacitors are assigned to the remaining bits of a digital word in the order of their capacitance value.

Das Kondensatornetzwerk weist außerdem einen Zusatzkondensator 2 C auf, dessen Kapazität doppelt so groß ist wie diejenige des Kondensators C.The capacitor network also has an additional capacitor 2 C , the capacity of which is twice as large as that of the capacitor C.

Die einen Belegungen dieser Kondensatoren, hier als Kopfpunkte bezeichnet, sind miteinander verbunden und an den einen Eingang eines Komparators V angeschlossen, dessen anderer Eingang an Erdpotential liegt. Die anderen Belegungen der Kondensatoren, hier Fußpunkte genannt, sind mit Hilfe von Schaltern S 1 bis S 7 zwischen einem Erdpotential führenden Schaltungspunkt und einem eine Bezugsspannung Vref führenden Schaltungspunkt umschaltbar.The one assignments of these capacitors, referred to here as head points, are connected to one another and connected to the one input of a comparator V , the other input of which is connected to ground potential. The other assignments of the capacitors, here called base points, can be switched using switches S 1 to S 7 between a circuit point carrying earth potential and a circuit point carrying a reference voltage Vref .

An die Kopfpunkte der Kondensatoren ist ferner ein Kondensator Cs angeschlossen, der entsprechend der Schaltstellung eines Schalters S 8 mit seiner anderen Belegung entweder an Erdpotantial oder an der Eingangsspannung Vin liegt, bei der es sich um die im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnte echobehaftete Nutzspannung handelt. Es ist ferner ein Schalter S 9 vorgesehen, der im geschlossenen Zustand die Kopfpunkte der Kondensatoren mit Erdpotential verbindet.A capacitor Cs is also connected to the headpoints of the capacitors, which, depending on the switching position of a switch S 8 with its other assignment, is either connected to ground potential or to the input voltage Vin , which is the echoed useful voltage mentioned in connection with FIG. 1 . A switch S 9 is also provided which, in the closed state, connects the top points of the capacitors to earth potential.

Nachfolgend werden zunächst lediglich die linken Teile der Fig. 2a bis 2e betrachtet.Only the left parts of FIGS. 2a to 2e are considered below.

Bei dem in Fig. 2a dargestellten Stadium nimmt der Schalter S 8 eine derartige Schaltstellung ein, daß der Kondensator Cs an der Eingangsspannung Vin liegt. Der Schalter S 9 ist geschlossen, verbindet also die Kopfpunkte der Kondensatoren des Kondensatornetzwerks mit Erdpotential.At the stage shown in FIG. 2a, the switch S 8 assumes such a switching position that the capacitor Cs is connected to the input voltage Vin . The switch S 9 is closed, that is, it connects the top points of the capacitors of the capacitor network with ground potential.

Der Fußpunkt des Zusatzkondensators 2 C liegt an der Bezugsspannung Vref, dasselbe gilt für die Fußpunkte derjenigen Kondensatoren, die den Binärwert 1 aufweisenden Bits eines Digital-Worts zugeordnet sind, das seien hier die Kondensatoren C 2 und C 16, wogegen die Kondensatoren, die den Binärwert 0 aufweisenden Bits des betreffenden Digitalsignal- Worts zugeordnet sind, also die Kondensatoren C, C/4, C/8 sowie der Kondensator C′/16 über die betreffenden Schalter S 1 bis S 6 an Erdpotential liegen. Bei dem erwähnten Digitalsignal-Wort handelt es sich um das gem. Fig. 1 vom Transversalfilter Tr abgegebene digitale Kompensationssignal, das einer D/A-Wandlung unterworfen werden soll.The base point of the additional capacitor 2 C lies at the reference voltage Vref , the same applies to the base points of those capacitors which are assigned bits of a digital word having the binary value 1, that is to say the capacitors C 2 and C 16 here , whereas the capacitors which are the Binary value 0 bits of the relevant digital signal word are assigned, that is, the capacitors C , C / 4 , C / 8 and the capacitor C ' / 16 are connected to ground potential via the switches S 1 to S 6 in question. The mentioned digital signal word is the gem. Fig. 1 from the transversal filter Tr digital compensation signal to be subjected to a D / A conversion.

Aufgrund der erläuterten Schalterstellung erfolgt einerseits eine Abtastung des echobehafteten Nutzsignals, in dem der Kondensator Cs durch diese Spannung aufgeladen wird, womit die Funktion des in Fig. 1 gezeigten Abtast- und Haltekreises S/H realisiert ist, andererseits eine Vorbereitung der D/A-Wandlung des vom Transversalfilter abegebenen digitalen Kompensationssignals.On the one hand, due to the switch position explained, the echoed useful signal is sampled, in which the capacitor Cs is charged by this voltage, thus realizing the function of the sample and hold circuit S / H shown in FIG. 1, on the other hand, preparation of the D / A Conversion of the digital compensation signal emitted by the transversal filter.

Gem. Fig. 2b werden in einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahren die Kopfpunkte der Kondensatoren durch Öffnen des Schalters S 9 von Erdpotential abgetrennt und es wird die zuvor an der Eingangsspannung liegende Belegung des Haltekondensators Cs an Erdpotential gelegt. Ferner werden mit Ausnahme des Zusatzkondensators 2 C die Fußpunkte derjenigen Kondensatoren, die zuvor an die Bezugsspannung Vref geschaltet waren an Erdpotential gelegt. Es erfolgt hiermit eine Umverteilung der Ladung der Kondensatoren Cs, C/2 und C/16 auf die Gesamtheit der Kondensatoren C bis C′/16 und damit ein Kompensation des der Nutzsignalspannung überlagerten Echos. Die Spannung, die sich zwischen den Kopfpunkten der Kondensatoren und Erdpotential ergibt und die die Eingangsspannung Vx des Komparators V darstellt, hat den Wert: wobei mit US die Eingangssignalspannung und mit UE die Echosignalspannung bezeichnet ist. Gegebenfalls wird nunmehr gem. einer Zufallsadresse der Fußpunkt eines oder mehrerer niedrigwertiger Bits zugeordneter Kondensatoren an Bezugsspannungspotential gelegt. In der Fig. 2c ist dies beim Kondensator C′/16 der Fall. Die Eingangsspannung Vx des Komparators V hat in diesem Fall den Wert: According to FIG. 2b, in a second step of the method according to the invention, the headpoints of the capacitors are separated from earth potential by opening switch S 9 and the occupancy of the holding capacitor Cs previously connected to the input voltage is connected to earth potential. Furthermore, with the exception of the additional capacitor 2 C, the base points of those capacitors which were previously connected to the reference voltage Vref are connected to ground potential. This results in a redistribution of the charge of the capacitors Cs , C / 2 and C / 16 to the entirety of the capacitors C to C ' / 16 and thus a compensation of the echo superimposed on the useful signal voltage. The voltage that results between the top points of the capacitors and ground potential and that represents the input voltage Vx of the comparator V has the value: where US is the input signal voltage and UE is the echo signal voltage. If necessary, according to. the base of one or more low-order bits of capacitors assigned to the reference voltage potential is assigned to a random address. In Fig. 2c this is the case with the capacitor C ' / 16 . In this case, the input voltage Vx of the comparator V has the value:

Wenn daraufhin die Eingangsspannung des Komparators V größer als 0 ist, was das Vorliegen einer Unterkompensation bedeutet, dann wird, wie die Fig. 2d zeigt, der Fußpunkt des Zusatzkondensators 2 C an Erdpotential gelegt und dort belassen. In weiteren sukzessiven Schritten werden die Fußpunkte der übrigen Kondensatoren des Netzwerks, beginnend mit dem Kondensator C ebenfalls an Bezugspotential gelegt und je nachdem, ob die sich dann ergebende Eingangsspannung des Komparators größer oder kleiner als 0 ist, wieder an Erdpotential zurückgeschaltet oder an Bezugspotential belassen.If thereupon the input voltage of the comparator V is greater than 0, which means the presence of undercompensation, then, as shown in FIG. 2d, the base point of the additional capacitor 2 C is connected to earth potential and left there. In further successive steps, the base points of the other capacitors in the network, starting with capacitor C, are also connected to reference potential and, depending on whether the resulting input voltage of the comparator is greater or less than 0, switched back to earth potential or left at reference potential.

Wenn sich im Betriebszustand gem. der Fig. 2c eine Komparatoreingangsspannung ergibt, die kleiner als 0 ist, was das Vorliegen einer Überkompensation bedeutet, dann wird in Abweichung von den vorstehenden Erläuterungen der Fußpunkt des Zusatzkondensators 2 C an der Bezugspannung Vref belassen. Die sukzessiven Schritte, die die übrigen Kondensatoren betreffen, werden in derselben Weise wie beschrieben abgewickelt. If according to Fig. 2c gives a comparator input voltage, which is smaller than 0, which means the existence of an over-compensation, then in deviation from the above explanations of the foot point of the additional capacitor is left for 2 to C of the reference voltage Vref. The successive steps affecting the other capacitors are handled in the same way as described.

Wie die Darstellungen auf der rechten Seite der Fig. 2a bis 2e zeigen, sind bei Vorliegen positiver Echosignale bezüglich der Fußpunkte der Kondensatoren die Bedeutung von Erdpotential und Bezugspotential vertauscht, ferner ist als Entscheidungskriterium für das Vorgehen gemäß den Fig. 2d und 2e bzw. für die erwähnten sukzessiven Schritte die Bedeutung des Unterschreitens und des Überschreitens des Nullwerts durch die Komparatoreingangsspannung vertauscht.As the representations on the right-hand side of FIGS. 2a to 2e show, if positive echo signals are present with respect to the base points of the capacitors, the meaning of earth potential and reference potential are reversed, and is also a decision criterion for the procedure according to FIGS. 2d and 2e and the successive steps mentioned swapped the meaning of falling below and exceeding the zero value by the comparator input voltage.

Die Schalterstellung der Fußpunkte der Kondensatoren C bis C′/16 nach Beendigung dieser Prozeduren entspricht dann der Digitalsignaldarstellung des mit einem Restechosignal behafteten Nutzsignals entsprechend der Funktion der Einrichtung A/D in Fig. 1. Von einem nichtdargestellten Register aus, dessen Registerstufen den Schalterstellungen im Kondensatornetzwerk entsprechend eingestellt sind, wird dieses Digitalsignal dann dem Transversalfilter des Echokompensators als Korrekturgröße zugeführt.The switch position of the base points of the capacitors C to C ' / 16 after the completion of these procedures then corresponds to the digital signal representation of the useful signal with a residual echo signal corresponding to the function of the device A / D in Fig. 1. From a register, not shown, whose register stages correspond to the switch positions in If the capacitor network is set accordingly, this digital signal is then fed to the transversal filter of the echo canceller as a correction variable.

Claims

1.A method for echo compensation using a network of capacitors which are graduated in binary capacity, the head points of which are connected to one another and the foot points of which can optionally be connected to ground potential or to a reference potential and which are both provided by an adaptive transversal filter in the case of digital / analog conversion digital compensation signals, as well as in the case of the compensation of such compensation signals converted to analog signals and the echoed useful signals, as well as in the analog-to-digital conversion which is processed according to the interactive method and which results from the compensation and possibly has a residual echo, as digital correction signal are involved in the transversal filter result signals to be involved, and from a switchable additional capacitor in the same way with twice the capacity as that of the binary-stepped capacitor with the largest capacity, wherein the network for the useful signals is accessible via a sampling capacitor of the same capacity as that of the additional capacitor, characterized in that, in the presence of negative echo signals, in a first step the sampling capacitor ( Cs ), the occupancy of which is assigned to the headpoints connected to the earth potential at this stage the capacitors (″ "C to C ′ / 16 ) is connected, the echoed useful signal ( Vin ) is applied and the base points of the additional capacitor ( 2 C ) and those capacitors which are assigned the binary value 1 bits of the digital compensation signal (e.g. . B. C / 2 , C / 16 ), at reference voltage potential ( Vref ) and the base points of the other capacitors ( C , C / 4 , C / 8 , C ' / 16 ) are connected to ground potential, in a second step the headpoints of the Capacitors are separated from earth potential and the assignment of the sampling capacitor, which was previously due to the useful signal voltage, is connected to earth potential and, apart from the additional capacitor ( 2 C ), the base points of all the capacitors are connected to earth potential, unless this is already the case that if the then between the Capacitors of the capacitors and the circuit point carrying the ground potential, which represents the input voltage of the comparator ( V ), is greater than 0, in a third step the base point of the additional capacitor (″ “C ) is connected to ground potential if the voltage is less than 0 is however left at reference voltage potential ( Vref ) that in further successive steps the base points of the capacitors starting with de m after the additional capacitor, the most significant capacitor is connected to the reference potential and, depending on whether the resulting input voltage of the comparator ( V ) is greater or less than 0, switched back to earth potential or left at the reference voltage potential, and that if there are positive echo signals with regard to the base points of the capacitors the importance of earth potential and reference potential and as a decision criterion for the procedure acc. the third and the other successive steps the meaning of falling below and exceeding the zero value by the comparator input voltage are reversed.

2. The method according to claim 1, characterized in that that comparator input voltage is used in a corresponding rating as a criterion for the switching measure of the third step, which results after an intermediate step subsequent to the second step, by using base points of lower-value capacitors (z. B. C ′ / 16 ) acc. a random sequence in the presence of negative echo signals at reference voltage potential ( Vref ) or in the presence of positive echo signals at ground potential.