JPS6052611B2 - デイジタル伝送用の等化器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は少くとも２個の抵抗を持ち、調整可能ζ吉１）
文雄 審判官尾身 祐助な利得と伝送特性周波数領域に
おける調整可能な零点を有し、ディジタル入力信号に応
動してディジタル出力信号を発生する増幅器と、増幅器
の尖頭出力信号に応動して制御信号を発生する検出器と
を有し、増幅器の利得と伝送特性の零点は制御信号に応
動するような一定の出力信号を自動的に与えるディジタ
ル伝送のための等化器に関する。

ディジタル伝送媒体は不完全であるため雑音や種々の遅
延を生じ、これがシンボル間干渉を生じ“て信号の再生
を妨害する。伝送媒体の不完全さを示すシンボル間の干
渉は伝送媒体の受信端におけるアイの開きとしてグラフ
的に表示される。従つて後述するようにアイの開きが大
きければシンボル間干渉が小さいことになる。アイの開
きは各ク・ロック期間の間で信号の再生の仕事を実行す
るのに適切な判定領域を規定する。’’アイ・ダイヤグ
ラム’’のもつと詳しい説明についてはＷ、Ｒ、ベネツ
トとＪ、Ｒ、デービーの「データ伝送」と題する書物（
マグロービル社刊１９６奔）を参照されたい。フ 現在
はディジタル信号を伝送するケーブルに必要な等化を行
なうには固定のケーブル等化器が使用されている。この
等化器は等化すべきそのケーブルの゜’アイ’’の開き
を測定することによつて選択される。このような固定等
化器の選択はケーブルの特性。中継器間隔およびケーブ
ルの季節的な温度変動によつて決まる。しかし固定ケー
ブル等化器は有限の種類の回路網の中から選択され、ケ
ーブルの特性は温度の変化によつて大幅に変化する（特
にケーブルが架空されているときは）から、固定等化器
によるケーブルの等化には顕著な欠点がある。Ｔ．Ａ．
ターボツクスはＩＥＥＥプロシーデイングスの１９６師
３月号の短論文（第３６３頁）の中で、ケーブル等化器
の出力の信号特性に応じたデータ伝送の自動等化の方法
について述べている。詳しく言えば、ターボツクスは誤
りのない信号の再生に必要な゜゜アイの開ぎはあるケー
ブルのある温度範囲については等化器の出力の尖頭値信
号レベルを検出し、これに対応して利得すなわち等化器
の振幅応答と等化器の周波数応答の単純な実軸上の零点
の周波数を変化することによつて実現できることを示し
た。ターボツクスの等化器は検出された尖頭電圧レベル
の関数である複雑な関係によつて利得と零点の位置を変
化している。さらに利得と零点の位置はある関係を持つ
ている。これによつて等化器の自動等化の範囲は限定さ
れることになり、ケーブルの長さが短いときには追加の
固定の等化回路網を必要とする。本発明に従えば、この
問題は制御信号に応じて増幅器の二つの抵抗が独立に変
化し、各抵抗の変化は増幅器の伝送の零点と利得を独立
に変化させ、これによつて所定のケーブル長とゲージに
ついては尖頭値出力信号を一定にするような等化器−に
よつて解決される。

本発明はバイカドラテイツクな伝達関数と持つ゜゜バイ
カット゛として知られた回路構成をとり４個の能動素子
を含むケーブル等化器によつて達成される。

このバイカットは利得、固定の形（１対．の複素極）お
よび単純な実零点を有する所望の等化器の周波数応答を
有している。このバイカットの他に、等化器は本発明の
原理に従つてバイカットの利得を制御し、バイカットの
周波数応答の実零点の周波数位置を変化する装置を含ん
でいる。詳しく言えば、ディジタル信号に対するケーブ
ル応答の最適化は、等化器の出力における尖頭値信号を
検出し、検出された信号に応動して、バイカットの第１
の抵抗の値を変化して、バイカットの利得ｋを変化し、
同時にバイカット実零点の周波数ｇは等化器の出力の尖
頭値信号を一定に保つようにバイカットの第２の抵抗を
変化することによつて実行される。利得ｋ１実零点ｇ１
は，／ｋ＝Ｋｌｇ＋Ｋ２なる関係を有し、ｋ１およびＫ
２は予め選択された定数である。本発明の種々の利点お
よび特徴は図面を参照した発明の詳細な説明によつて完
全に理解されると思われる。

第１図はバイポーラ信号を伝送するデータ伝送ケーブル
から生ずるディジタル信号の古典的な゜“アイ・ダイヤ
グラム゛を示している。

第１図に示すような受信ディジタル信号の゜゜アイ・ダ
イヤグラム゛はケーブルを試験しているときに、オツシ
ロ●スコープの表示管の上に受信ディジタル信号のトレ
ースを重ねて書くことによつて得られる。このようにし
てすべての可能な信号波形は±信号クロック周期の中で
表示される。第１図を注意して見れば、ディジタル信号
を検出し、りクロックし、再生するのに最も適した時点
はちであり、その時点で高レベルの信号のうちの最低の
もの１７と、低レベルの信号のうちの最高のもの１８と
の差が最大、すなわち“アイの開ぎが最大になることが
わかる。従つて、゜“アイの開ぎ１の大きさ、すなわち
判定領域は、時刻ちにおいて、音の関係で規定される。
ここでＨは最大の尖頭値で、ｈはｔ１における信号の尖
頭値の最低と時刻ｔ１における信号干渉の最大値の差す
なわち尖頭値１７と尖頭値１８の差である。しかしなが
ら、実際上オーバーシュート信号の高さｂはこのオーバ
ーシュートがタイミング回復回路に干渉することがある
ため重要である。従つて、実際上は最大の判定領域を得
るためには、音を最大化する他にＨを最小化することが
望ましい。従つてＨ，ｂおよびＨを第１図に示した信号
レベルとして、本願では（ＨｌＯＯ，行１００）なる式
が゜゜アイの開ぎを示すことになる。実験的には、等化
器の利得ｋを変化し、同時に等化器の周波数応答の単純
実零点ｇの周波数位置を変化して、シンボル間干渉を最
小にするように広い温度変化、ケーブル長およびケーブ
ル・ゲージにわたつて尖頭値出力信号を一定に保ちなが
ら、満足できる゜“アイの開ぎが得られるようにする。

第２図は２６ゲージ（米国ワイヤゲージＡＷＧＯ．Ｏｌ
５９インチ、０．４０４？相当）のケーブルの特定の固
定した信号成形に対する゜゜アイの開ぎの特性を示し、
等化器の零周波数ｇと等化器の利得ｋを独立に変化した
ときの２４ｋビット／秒のバイポーラ符号化されたデー
タの伝送に対する種々のケーブル長に対するアイの開き
を示している。曲線１０１，１０２，１０３および１０
４はそれぞれ１２８１０ｎ１，９１５０ｒＴ１，５４９
０ｎ１および１８３０ｒＴ１のケーブル長の場合の応答
を示している。陰を付けた領域２０１は“゜アイの開ぎ
が少くとも２０，８０である所を示し、陰を付けた領域
２０２は“゜アイの開ぎが少くとも３０，７０である領
域を表わす。等化された信号の尖頭値は、この特性をと
るに際して一定に保たれている。第３図は第２図に似て
いるが、それぞれ ３６６００ｒｎ，２９２８０ｒＴ１，２２５５０ｍ，１
４６４０ｎ１および７３２０ｒＴ１の場合の１９ゲージ
（米国ワイヤゲージーＡＷＧＯ．Ｏ３５９インチ、０．
９１２ｗｇｎ相当）のケーブルに対する特性をそれぞれ
曲線１０５，１０６，１０７，１０８および１０９で示
している。

陰を付けた領域２０３は少くとも２０，８０の“゜アイ
の開ぎが得られる領域を、陰を付けた領域２０４は少く
とも３０，７０の゜゛アイの開ぎが得られる領域を示し
ている。第４図は２６ゲージ（イ）．４０４ｍ）のケー
ブルと１９ゲージ（イ）．９１２Ｔｎ）のケーブルに共
通の２０，８０の“゜アイの開ぎ領域２０「と３０，７
０の゜゜アイの開ぎ領域２０２″を示しており、これは
実際２６ゲージ（０．４０４Ｔ！ｒ！！ｔ）と１９ゲー
ジ（０．９１２ｗｔ）の間のすべてのケーブル・ゲージ
に共通である。

第４図の共通領域を吟味すると、問題となるすべてのケ
ーブル長およびゲージについて、２０，８０の“アイの
開ぎを保ちながらｋとｇの特定の関数関係を保つことに
よつて、自動等化が可能であることがわかる。実際に、
等化器の利得ｋと等化器の零点の位置ｇの間には種々の
単純な関係があることがわかつており、これは集積回路
技術によつて容易に実現することができ、ある種の回路
パラメータの変化によつて容易に制御でき、またこれは
問題となるすべてのケーブル長およびゲージに対して２
０，８０の゜“アイの開ぎを保障する。また第４図に従
つて回路パラメータを変化しても等化が実現できること
がわかつている。第４図の領域２０「の中に含まれた線
形関数あるいは逆関数によつて表わされ、すべてのケー
ブル長（曲線１０「，１０２″，１０３″，１０Ｃ，１
０５″，１０６″，１０ｒ，１０８″，１０９″）に交
叉し、一定の尖頭値信号レベルを維持する任意のｋ−ｇ
関係によつて問題となるすべてのケーブルのゲージおよ
びケーブルの長さについて、少くとも２０，８０の゜“
アイの開ぎが保障される。第４図の曲線１５０はこのよ
うな逆数関係の例でである。

第４図の直線１５１は曲線１５０の双対であり、同様に
有効なｋ−ｇ関係の良い例となつている。

ここではであり、Ｋｌ，ｋ２，ｋ３およびＫ４はもちろ
ん近似的な値を有する等化器定数である。

第５図は本発明の実現の際に利用できる従来技術の能動
フィルタの構成を示す。

これは次の型を有するバイカット伝達関数を有する。こ
こでｓは複素周波数の変数Ｍ，ａｌ，ａ２，ｄｌおよび
４は予め選択された定数である。

通常゜゜バイカット゛と呼ぶこの回路の完全な取扱かい
についてはソーＣ．トーマスの１バイカットー第１部一
ある実際的な設計検討ョ（ＩＥＥＥトランザクション回
路理Ｓｆ：，Ｔ−比巻第３号第３５頭１９７１年５月号
）と１バイカットー第２部一多目的フィルタ●システム
Ｊ（ＩＥＥＥトランザクション回路理論ＣＴ−１８巻第
３号第３５８頁１９７１年５月号）に示されている。第
５図に示すバイカットを解析すると次式の伝達関数を得
る。

もちＲ７が無限大なら（第５図からとり除けば）式（４
）は次のようになる。

式（５）は利得項と単純な実零点を に有している。

また４？？複素轡をの根に有している。

式（５）は次のように書きなおせる。ここで は直流における利得で、 は単純な実零点の周波数である。

明らかに式（８）は、Ｒ７を取除いたバイカットが等化
器に必要な伝達関数、すなわち利得、単純な実零点およ
び１対の複素極を有している。

さらに、式（８），（９）および（１０からＲ４および
Ｒ８を変化しても利得パラメータｋのみが変化し、Ｒ５
を変化しても単純実零点のパラメータｇだけが変化する
ことがわかる。従つて本発明の原理に従えば、バイカッ
ト回路はＲ７を除去して構成され、Ｒ４は二つの抵拍只
。″およびＲ４″″から成る。さらにＲ４″はＲ５に比
例し、その比例関係はとなる。

従つて式（９）からであることが示され、式［相］およ
び（１１）からすなわちとなり、これは式（１）によつ
て表わされた利得ｋと零点ｇの間の所望の関係となる。

さらに等化器の出力における尖頭信号レベルを一定に保
つことを要求する自動ケーブル等化器の要求から、Ｒ４
″はｌバイカットの出力の信号レベルに直接比例するよ
うになつており、これによつて適切な利得のフィード・
バックがかけられる。第６図は本発明のケーブル等化器
の説明図を示しており、ここで利得ｋは式（１５）によ
つて零点ｇと関係づけられており、これは例えば当業者
には周知の演算増幅器によつて構成されるライン・レシ
ーバ２とライン・ドライバ３を通して相互接続されてい
る。

第６図に示した等化器はその中に被制御抵抗１１および
１２および尖頭値信号検出器１０を含むバイカット回路
を有している。尖頭値信号検出器は等化器の出力信号に
応動し、尖頭値出力信号を表わす信号を発生して、これ
を規準電圧Ｖｒｅｆと比較して制御信号Ｃを発生する。
この制御信号は可変抵抗１１および１２に与えられ、利
得ｋおよび零点ｇを制御して関係式１５が満足されるよ
うにする。検出器１０の一実施例を第７図に示す。ここ
ではインバータ増幅器２１０およびダイオード２１１，
２１２が信号の尖頭値を保持コンデンサ２１３と分配抵
抗２１４とに転送する。従つてコンデンサ２１３の両端
の信号レベルは等化器の出力の信号の尖頭値に比例する
。コンデンサ２１３の両端のこの信号は演算増幅器２１
によつてバッファ増幅され、所望の基準電圧Ｖｒｅｆと
比較されて、抵抗２２，２３およびコンデンサ２５と共
に演算増幅器２４の作用によつて積分される。増幅器２
４のリード２０上の出力は制御信号Ｃであり、これがそ
れぞれ可変抵抗１１および１２を制御することによつて
利得の値ｋと零点ｇとを制御する。可変抵抗１１および
１２を構成する方法は、以下の条件を満足するいかなる
方法でもよい。

（１）適切な負帰還を行なうために制御電圧Ｖｃの増加
と共にＲ４は一般に増加しなければならない。これはＶ
ｃに線形に比例する必要はない。（２）Ｒ４″とＲ５は
上記の式に従つて一次近似として一致している必要があ
り、もちろんバイカットの抵抗とコンデンサはその結果
として得られるｋ−ｇ関係が第４図の領域２０「に含ま
れるように選択しなければならない。比例定数Ｍは４１
に等しい。従つて第６図で１１および１２として示した
それぞれ被制御抵抗Ｒ４″およびＲ，は同様のものであ
る。このような可変抵抗の一実施例は第８図に示してあ
り、ここで電界効果トランジスタ３１０は電圧制御可変
抵抗として動ノ作する。抵抗３１１および３１２はリー
ド２０上の制御電圧Ｖｃに関して電界効果トランジスタ
の抵抗値を線形化するのに用いられ、一方コンデンサ３
１３は信号電圧Ｖｃをデータ信号路１３から分離するの
に用いられる。この回路の，完全な議論およびその利点
についてはＩＥＥＥプロシーデイングス第１０巻第１７
１８頁（１９６８年１０月）のＨ．Ｐ．ボンオウの論文
に示されている。ここで示し説明した実施例は本発明の
原理の例示であり、本発明の精神と範囲を逸脱すること
な２く多くの変形が当業者には実現できることを理解す
べきである。例えば同様に良好な自動等化器を式（２）
で定義される双対の関係を使用しても実現することがで
きる。これは例えば第６図に示した回路のＲ５とＲ８を
関連づけて適切に変化することにｌよつて行なわれる。
すなわちＲ４を２つの抵抗とする代りに、Ｒ８をＲ８″
，Ｒ８″の二つとし、Ｒ８″をＲ５に比例するようにし
（Ｒ５＝ＭＲ８″）、式（１１），（２），（１３）お
よび（１４）に示されるのと同様にすれば、式（２）で
規定されるｋ−ｇ関係を得ることがで．きる。本発明を
要約すれば次の通りである。

（１）−ケーブルの出力信号に応動し調整可能な利得と
、調整可能な周波数を持つ周波数領域の伝送零点の特徴
を有する伝達周波数応答を示す増幅．器と、該増幅器の
出力信号に応動して該増幅器出力信号の尖頭値信号レベ
ルに応動する制御信号を発生する検出手段と、該制御信
号に応動して該増幅器の該利得が一定の増幅器尖頭値出
力信号を生ずるように調整する手段と、該制御信号に応
動して該利得の逆数と所定の線形関係で比例して該増幅
器の該伝送零点の該周波数を調整する手段とを含むデー
タ伝送ケーブルのパルス応答を等化する装置である。

）ディジタル信号の再生の前に与えられたディジタル信
号を等化する装置において、該与えられた信号の該再生
のために判定領域を最適化するための、ｋを該等化器の
可制御利得、ｇを零周波数位置を指定する可制御定数、
ｓを複素周波数として該等化器はｋ（１＋ｓ／ｇ）なる
係数を持つ周波数を持つて該与えられたディジタル信号
に応動する等化器と、ケーブル温度、ケーブル長および
ケーブル・ゲージの選択された範囲に共通の予め選定さ
れたアイの開きによつて包含されるｋ−ｇ関係に従つて
該等化器の出力信号の尖頭値信号レベルの増加と共に零
周波数位置指定定数ｇを増加するよう調整し、該利得ｋ
を減少するよう調整する手段とを含む与えられたディジ
タル信号を等化する装置である。

（）該包含されたｋ−ｇ関係はＫｌ，ｋ２を所定の定数
として１／ｋ＝Ｋｌｇ＋Ｋ２であることを特徴とする前
記第（２）項記載の装置である。

４）所定の共通のアイの開きを包含するｋ−ｇ関係はＫ
ｌ，ｋ２を所定の定数としてｋ＝Ｋｌｇ＋Ｋ２であるこ
とを特徴とする前記第（２）項記載の装置である。

））ｋおよびｇの値を調整する該手段はさらに該等化器
の尖頭値出力信号に応動して制御信号Ｖｃを発生する手
段と、該制御信号Ｖｃに応動して制御信号Ｖｃの増加に
応じて該周波数指定定数ｇを単調に変化する手段と、該
制御信号Ｖｃに応動して、ｋ１およびＫ２を所定の定数
として１／ｋ＝Ｋｌｇ＋Ｋ２なる関係に従つて該利得ｋ
を変化する手段とを含む前記第（２）項の装置である。

６）調整可能な信号振幅応答と調整可能な周波数応答に
おける伝送零点を有するケーブルの出力信号を処理する
ための等化器手段を含むケーブルの信号応答を改善する
ための装置において、該等化器の出力信号に応動して該
等化器の出力信号の尖頭信号値を検出するための手段と
、該検出手段の出力信号に応動して尖頭値出力信号の値
を一定に保つように該検出された尖頭値出力信号に従つ
て該等化器の振幅応答係数を変化する手段と、該検出手
段の出力信号に応動して該検出された尖頭値出力信号の
値に従つて該等化器の周波数応答の伝送零点の係数を変
化し該振幅応答係数の逆数と該周波数応答の係数の間に
線形関係を保つようにする手段とを含むケーブルの信号
応答を改善する装置である。

（７）バイカドラテイツクな能動フィルタを含むケーブ
ルのディジタル信号を改善する装置であつて、該フィル
タは該ケーブルの出力信号に応動し、該フィルタは利得
係数ｋと、周波数領域の伝送零点ｇを有し、該フィルタ
の利得だけを逆数関係で制御する第１の抵抗と、該フィ
ルタの伝送零点の周波数のみを制御する第２の抵抗とを
有する装置において、該フィルタの該出力信号の尖頭値
に応動して、第１および第２の抵抗の値を単調にかつ結
合して変化するよう該尖頭値信号の応動する手段を含む
改良されたケーブルのディジタル信号応答を改善する装
置である。

（８）該第１の抵抗は該利得ｋに影響を与え、該第２の
抵抗は伝送零点ｇに影響を与え、これらはｋ１およびＫ
２を伝送零点として１／ｋ＝Ｋｌｇ＋Ｋ２なる関係で変
化することを特徴とする前記第（７）項記載の装置であ
る。

（９）データ伝送ケーブルのパルス応答を等化する装置
において、調整可能な利得係数ｋと、調整可能な周波数
にある周波数領域での伝送零点ｇを有する周波数特性を
示す該ケーブルの出力信号に応動する！増幅器と、該増
幅器の出力信号に応動して該増幅器の出力信号の尖頭値
信号レベルに応動した制御信号Ｖｃを発生する検出手段
と、該制御信号に応動して該増幅器の尖頭値出力３信号
を一定に保つように該増幅器の該利得ｋを調整する手段
と、該制御信号に応動して該利得と所定の比例関係に従
つて該増幅器の該零点ｇを調整する手段とを有するデー
タ伝送ケーブルのパルス応答を等化する装置である。

ＱＩｋおよびｇの値を調整する該手段は、該制御信号Ｖ
ｃに応動して該制御信号の増加によつて該周波数指定定
数ｇを単調に変化する手段と、該制御信号Ｃに応動して
、ｋ１およびＫ２を所定の定数としてｋ＝Ｋｌｇ＋Ｋ２
の関係に従つて利得係数ｋを変化する手段とを含む前記
第（９）項記載の装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は等化されたケーブルから生ずるディジタル信号
の古典的な゜６アイダイヤグラム゛、第２図は２６ゲー
ジ（０．４０４Ｔ１ｎ）のケーブルの許容できる“゜ア
イの開ぎを持つ二つの領域を示す等化器の零点周波数と
等化器の利得のグラフ、第３図は１９ゲージ（４）．９
１２ｗＲ）のケーブルの許容できる゜“アイの開ぎを持
つ二つの領域を示す等化器の零点周波数と等化器の利得
のグラフ、第４図は２６ゲージ（４）．４０４Ｔ！Ｉｌ
ｉ．）と１９ゲージ（イ）．９１２ＴｆｒｆＲ）の間の
すべてのケーブルに共通の許容できる６６アイの開ぎの
領域を示す等化器の零点周波数と等化器の利得の合成し
たグラフ、第５図は従来技術のバイカット能動フィルタ
、第６図は本発明の原理を用いた自動ケーブル等化器、
第７図は第６図に示した尖頭値検発明の詳細な説明図、
第８図は第６図の装置に使用した被制御可変発明の詳細
な説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ディジタル入力信号に応動してディジタル出力信号
   を与える▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、Ｋ＝Ｒ＿３Ｒ＿８／Ｒ＿４Ｒ＿６、ｇ＝βＲ＿５
   ／Ｃ＿２Ｒ＿２Ｒ＿６Ｃ＿１、Ｃ＿２は容量Ｒ＿１、Ｒ
   ＿２、Ｒ＿３、Ｒ＿４、Ｒ＿５、Ｒ＿６、Ｒ＿８は抵抗
   βは正の実数なる伝達関数を有する増幅器、及び、該増
   幅器の尖頭値出力信号に応動して制御信号を発生する尖
   頭値検出器を含み、該増幅器のＲ＿４＝Ｒ′＿４＋Ｒ″
   ＿４におけるＲ′＿４及びＲ＿５＝ＭＲ′＿４（Ｍは１
   を含む正の実数）が制御信号に応動するか、該増幅器の
   Ｒ＿８＝Ｒ′＿８＋Ｒ″＿８におけるＲ′＿８及びＲ＿
   ５＝ＭＲ′＿８が該制御信号に応動して、一定の出力信
   号を自動的に与えるディジタル伝送用の等化器。