MXPA04010733A - Duplexion completa para comunicaciones de datos por linea de energia. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un circuito de acoplamiento para un modem de duplexion completa que tiene un transmisor (100) y un receptor (120). El circuito de acoplamiento incluye un primer transformador (250) que tiene un devanado primario y un devanado secundario, en donde el devanado primario es acoplado al transmisor, un segundo transformador (225) que tiene un devanado primario y un devanado secundario, en donde el devanado primario del segundo transformador es acoplado a una linea de comunicaciones y una resistencia (205) entre una terminal del devanado primario del primer transformador y una terminal del devanado primario del segundo transformador. Los devanados secundarios del primero y segundo transformadores son conectados en serie, con fase opuesta y acoplados al receptor para minimizar un nivel de senal del transmisor que llegue al receptor.

Description

DUPLEXION COMPLETA PARA COMUNICACIONES DE DATOS POR LINEA DE ENERGIA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente en general con el acoplamiento de señales de comunicación a sistemas de distribución de potencia eléctrica y más específicamente con comunicaciones dúplex plenas en líneas de energía eléctrica y otras líneas eléctricas que tienen impedancia puntual impulsora ampliamente variable. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las comunicaciones de datos se pueden llevar a cabo entre módems conectados vía líneas de energía eléctrica, pero la impedancia puntual impulsora ampliamente variable de tales líneas de energía debe ser considerada. Comúnmente, un módem de línea de energía puede incluir un transmisor de alta frecuencia y un receptor de alta frecuencia que necesitan funcionar simultáneamente en diferentes bandas de frecuencia. En el caso de módems de espectro ensanchado, las bandas de frecuencia transmisora y receptora son relativamente amplias. Desafortunadamente, amplificadores de potencia de alta frecuencia, como aquellos usados comúnmente en la etapa de salida del transmisor no son perfectamente lineales. Su no linealidad produce productos de intermodulación (IM) en un intervalo de frecuencia amplio al exterior de la banda de Ref.: 159769 transmisión. Algunos de estos productos IM caerán dentro de la banda de frecuencia del receptor e interferirán con las señales entrantes de segundos módems distantes. Idealmente, la potencia del transmisor debe alcanzar solamente la línea de energía conectada a las terminales de salida del módem, con nada de la salida del transmisor que llegue a las terminales de entrada del receptor. Sin embargo, para módems de línea de energía, un solo par de terminales de línea de energía tanto para la salida del transmisor como para la entrada del receptor. Durante comunicaciones de duplexión completa, cuando tanto el transmisor como el receptor están simultáneamente activos, una red de tres puertos llamada un "acoplador híbrido" conecta tanto el transmisor como el receptor a la línea. Idealmente, debe haber una conexión sin pérdidas para las señales entrantes del puerto de línea de energía al receptor, una conexión sin pérdidas entre las terminales del transmisor y la línea de energía y aislamiento completo entre el transmisor y el receptor. Tales redes se han descrito para teléfonos análogos, que necesitan similarmente transmitir y recibir en un solo par de alambres. Los acopladores híbridos para duplexión completa pueden proporcionar alto aislamiento del transmisor - receptor, pero el grado de aislamiento depende de la exactitud de la impedancia de carga. En el caso de redes telefónicas análogas, tal igualación de impedancia no es un problema, pero para redes de líneas de energía, la impedancia de carga vista en las termínales de líneas de energía varía ampliamente en las bandas de frecuencia de interés y el aislamiento híbrido entre el transmisor y el receptor puede ser degradado severamente . La proporción señal a ruido en el receptor puede se degradada significativamente cuando una cantidad sustancial de salida espuria del transmisor cae dentro de la banda de frecuencia de entrada del receptor y la inadaptación de impedancia de la línea de energía provoca que algo de aquella energía espuria llegue a las terminales de entrada del receptor. Esto puede provocar errores de datos o forzar una reducción de la velocidad de datos para mantener velocidades de error aceptables. La figura 1 muestra un acoplador híbrido genérico 110 conectado a las terminales de salida 103 de una etapa de salida 100 del transmisor, que es impulsado mediante un transmisor 106 de baja potencia del módem. El acoplador híbrido 110 es también conectado a una línea de comunicación que actúa como una carga sobre el módem y tiene una impedancia representada por la impedancia concentrada ZL 115. El acoplador híbrido 110 es además conectado a las terminales de entrada 120 del receptor de un receptor 125. Para modems de duplexión completa, la etapa de salida 100 del transmisor es comúmmente simétrico, para cancelar mucho de la energía armónica desigual a través de sus terminales de salida diferenciales 103. Idealmente, cuando la impedancia de diseño nominal del acoplador híbrido 110 es igual a la impedancia ZL 115, no hay paso entre la salida del transmisor en las terminales 103 y las terminales de entrada 120 del transmisor. Sin embargo, cuando la impedancia de diseño nominal del acoplador híbrido 110 es sustancialmente diferente de la impedancia ZL 115, por ejemplo, como en el caso del mundo real en donde la impedancia de la línea de energía es una variable compleja, la atenuación entre las terminales de salida 103 y las terminales de entrada 12 puede caer a niveles muy bajos y una cantidad significativa de productos IM indeseable puede llegar al receptor 125. Por ejemplo, para la impedancia de línea de ZL 1.15 de 12.5 ohms resistivos, el nivel de señales transmitidas que se fugan al receptor 125 será solamente 6 dB más débil que la completasalida del transmisor. En el caso más representativo de ZL 115 que es una impedancia compleja y no puramente resistiva, las fugas son aún peores. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Modalidades de la presente invención incluyen un circuito de acoplamiento híbrido y método correspondiente para un módem de duplexión completa. Un primer transformador tiene devanados primario y secundario con una proporción de vueltas de primario a secundario de 1:1. El devanado primario del primer transformador es conectado a través de las salidas de un transmisor de módem. Un par de resistores de salida del transmisor son conectados en serie entre cada terminal de salida del transmisor a una terminal de línea de comunicaciones correspondiente. Un segundo transformador tiene devanados primario y secundario con una proporción de vueltas de primario a secundario correspondiente a una proporción de voltajes entre las terminales de salida del transmisor y entre el voltaje a través de las terminales del lado de carga de los resistores de salida bajo condiciones de carga igualada. El devanado primario del segundo transformador es conectado en paralelo a través de la línea de comunicaciones. Los secundarios de los transformadores son conectados conjuntamente en serie con fase opuesta para: (i) cancelar una señal transmitida del transmisor y (ii) proporcionar una trayectoria para una señal de la línea de comunicaciones al receptor. En una modalidad adicional, una almohadilla de atenuación puede ser conectada entre la impedancia de línea y el devanado primario del segundo transformador para mejorar el desempeño de cancelación de paso bajo condiciones de inadaptación de impedancia de línea. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La presente invención será comprendida más fácilmente por referencia a la siguiente descripción detallada tomada con las figuras adjuntas, en las cuales: La figura 1 muestra un acoplador híbrido genérico para duplexión completa de acuerdo con la técnica previa. La figura 2 muestra un acoplador híbrido para duplexión completa de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La figura 3 muestra otra modalidad de un acoplador híbrido para duplexión completa . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 2 muestra un acoplador híbrido 270 para duplexión completa de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Accionadores 100 de línea de alta frecuencia de estado sólido típicos, tales como pueden ser usados como etapas de salida del transmisor del módem, frecuentemente tienen impedancia de salida casi cero. La igualación de impedancia y limitación de corriente se obtienen por medio de resistores externos 205. una impedancia nominal de línea de energía particular, por ejemplo 50 ohms, es usada por propósitos de ilustrar un diseño. Para cargas de línea de energía, representadas en la presente por Zh 115, aquella muestra los 50 ohms nominales, el voltaje del transmisor entre el par de terminales 220 será la mitad de aquel en el par 103 de terminales del accionador. Si el voltaje a través de las terminales 220 pudiera ser duplicado y restado del voltaje a través de las terminales 102, el voltaje resultante cancelaría perfectamente el voltaje del transmisor. La figura 2 muestra esto llevado a cabo por la adición de transformadores 250 y 255, con la proporción de vueltas del transformador 225 que son el doble de aquellas del transformador 250 y en donde los secundarios de los transformadores 250 y 255 son conectados en serie para proporcionar una salida de diferencia que es conectada a una entrada de un receptor 125 vía las terminales 120 del receptor. En contraste con la cancelación de la señal del transmisor en las terminales 120 del receptor, el circuito envía una señal de línea recibida al receptor 125 vía el transformador 255. El transformador 250 no proporciona voltaje, ya que su primario está en corto circuito por la impedancia de salida muy baja de la etapa de salida del transmisor, accionadores de línea 100 y este corto circuito es reflejado como una impedancia casi cero a través del secundario del transformador 250. Aquel de habilidad ordinaria en la técnica podría generalizar las proporciones de transformador de los transformadores 250 y 255 para compensar la proporción esperada de voltajes a través de los pares de terminales 103 y 220 y también cambiar sus proporciones absolutas para facilitar la igualación de impedancias óptima al receptor 125. Así, 1:1 y 2:1 podrían también ser 3:1 y 6:1, obteniendo la misma cancelación. El voltaje a través del devanado derecho del transformador 255 es la mitad de su voltaje a través de los accionadores de línea 100 para una impedancia de carga igualada. De tal manera que si el transformador 255 refuerza este medio voltaje por un factor de 6, en tanto que el transformador 250 refuerza el pleno voltaje por un factor de 3, el voltaje restado que llega al receptor 125 es cero. Para condiciones de impedancia igualada, los resistores 205, cuya suma es seleccionada para igualar la impedancia de módem nominal, cargará la señal entrante por 50% o 6 dB. La acción del transformador 255 restaurará la amplitud de la señal recibida original, aunque a aun nivel de impedancia dos veces tan alto como la impedancia nominal del módem. No obstante, los secundarios de los transformadores 250 y 255 están conectados conjuntamente en serie con fase opuesta para: (i) cancelar una señal transmitida de los accionadores de línea del transmisor 100 y (ii) proporcionar una trayectoria para una señal de la línea de comunicaciones (esto es, terminales 220) al receptor 125. La figura 3 es un diagrama esquemático de un circuito que emplea un método para estabilizar la impedancia ZL Medem 365 vista por el híbrido de módem 270, para aliviar los efectos de la impedancia de línea de energía ampliamente variable ZL 115. El circuito de la figura 3 utiliza la característica de estabilización de impedancia de una almohadilla atenuadora resistiva 360, diseñada como un atenuador de red H con impedancia característica igual a la impedancia nominal del módem. Si la almohadilla atenuadora resistiva 360 es instalada entre las terminales de línea 323 del módem y las terminales de línea de energía 320, entonces las variaciones en la impedancia de terminación ZL M=dem 365 vistas por el híbrido 270 son extensamente reducidas y la capacidad del híbrido 270 para minimizar las fugas entre los accionadores de línea del transmisor 100 y el receptor 125 es extensamente mejorada. Un atenuador resistivo, tal como la almohadilla atenuadora resistiva 360, tiene impedancias terminales tales como ZL Módem 365, que dependen tanto de los valores del resistor usado en la almohadilla 360 del atenuador resistivo como de la impedancia de carga ZL 115. Utilizando los extremos como ilustración, una impedancia de carga ZL 115 en corto circuito reduciría ZL Módem 365 pero no la reduciría a cero, en tanto que una impedancia de carga desconectada Z 115 incrementaría ZL Módem 365 pero no la haría infinita. Similarmente, para cambios menos drásticos en ZL 115, ZL Móaem 365 variaría más moderadamente que ZL 115. Esto tiene el efecto de estabilizar la impedancia ZL Módem 365 como es vista por las terminales 323 contra variaciones en la impedancia de carga de línea de energía ZL 115. Este beneficio es obtenido a expensas del nivel de señal y la reducción del nivel de señal es denominada pérdida. El efecto de estabilización de la almohadilla atenuadora resistiva 360 se incrementa con la atenuación de almohadilla incrementada, pero al costo de reducir tanto el nivel de energía del transmisor que llega a la línea de energía, representado por la carga ZL 115 y la señal recibida en el receptor 125. El nivel de energía de salida transmitida del módem a la carga ¾, 115 puede ser restaurado a su nivel previo al incrementar la energía de la etapa de salida de los accionadores de línea 100 para compensar la pérdida del atenuador, teniendo cuidado de no incrementar el nivel de distorsión IM. El efecto de la proporción del receptor de señala a ruido por fugas IM es más complejo. Por una parte, el nivel de señal es atenuado por la almohadilla atenuadora resistiva 360. Sin embargo, para el caso encontrado frecuentemente de impedancia de línea muy diferente de la impedancia nominal del módem, el efecto de la almohadilla atenuadora resistiva 360 al mejorar la igualación de impedancia vista por el híbrido 270 puede dar como resultado una reducción del paso de producto de IM del transmisor, proporcionando una mejora global en la proporción de señal a ruido IM del receptor. Se llevaron a cabo una serie de simulaciones en los circuitos mostrados en las figuras 2 y 3 y los resultados son tabulados en las tablas 1-3 a continuación. Por ejemplo, una atenuación de 10 dB por la almohadilla atenuadora resistiva 360 proporciona la siguiente mejora en las fugas de señal del transmisor al receptor, para impedancias de línea de energía diferentes de la nominal, como se muestra en las tablas 1-3.

Tabla 1 - paso de transmisor a receptor con salida transmisor de 21 v Tabla 2 - Desempeño del transformador sin almohadilla con almohadilla de 10 dB Resistencia Entrada Pérdida Híbrido Pérdida de carga Híbrid Receptor Xfrmr receptor (ohms) Resist 12.5 0.046 -26.7 0.950 0.23 -12.8 -12.32 25 0.038 -28.4 0.906 0.19 -14.4 -13.56 40 0.032 -29.9 0.857 0.158 -16.0 -14.69 50 0.028 -31.1 0.828 0.141 -17.0 -15.37 60 0.0255 -31.9 0.800 0.130 -17.7 -15.78 100 0.0185 -34.7 0.706 0.095 -20.4 -17.42 200 0.0115 -38.8 0.545 0.058 -24.7 -19.47 400 0.0065 -43.7 0.375 0.033 -29.6 -21.11 promedio: -33.1 promedio: -19.1 Tabla 3 - Carga que llega a potencia de salida transmitida Por ejemplo, en la primera línea de la tabla 1, se puede ver que con una resistencia de carga de línea de 12.5 ohms o un cuarto de la impedancia nominal del módem, el circuito híbrido 270 de la figura 2 solamente atenuaría la señal del transmisor por 5.9 dB en las terminales de entrada del receptor, en tanto que la adición de una almohadilla atenuadora resistiva de 10 dB 360, como se muestra en la figura 3, mejora aquella cifra a 26 dB, una mejora de 20.1 dB. La tabla 2 indica que la energía recibida promedio es mejorada por -33.1 - (19.1) o 14 dB. La proporción de pérdida de energía recibida en la tabla 2 a paso de transmisor a receptor mostrada en la tabla 1 ha mejorado de -33.1 - (-13.7) = 19.6 dB a -19.1 - (-31.1) = 12 dB o 19.6 - 12 = 7.6 dB mejor. La tabla 3 muestra que la energía transmitida promedio está abajo por 5.2 - (-4.6) 9.8 dB, pero esto puede ser compensado al incrementar la salida de los accionadores de línea 200 a 1 W. Los accionadores de línea del transmisor altamente lineales clásicoslOO tienen productos IM abajo 45 dB de la portadora. Un aislamiento de 26 dB adicional coloca los productos de IM en las terminales del receptor abajo 71 dB del transmisor, el orden de magnitud de una señal recibida de un módem en cualquier parte en la línea que ha sufrido fuerte atenuación. En tanto que la atenuación de fugas IM es solamente de los 5.9 dB indicados (véase la primera línea de la tabla 1), entonces los productos IM serían -5.9 - 45 + 71 = 20.1 dB más fuerte que la señal recibida. Aunque se han revelado varias modalidades ejemplares de la invención, debe ser evidente para aquellos experimentados en la técnica que varios cambios y modificaciones se pueden efectuar que obtendrán algunas de las ventajas de la invención sin desviarse del verdadero alcance de la invención. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad, lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un circuito de acoplamiento para un módem de duplexión completa, que tiene un transmisor y un receptor, el circuito está caracterizado porque comprende: un primer transformador que tiene un devanado primario y un devanado secundario, en donde el devanado primario es acoplado al transmisor; un segundo transformador que tiene un devanado primario y un devanado secundario, en donde el devanado primario del segundo transformador es acoplado a una línea de comunicaciones y una resistencia entre una terminal del devanado primario del primer transformador y una terminal del devanado primario del segundo transformador, en donde los devanados secundarios de los primeros y segundos transformadores son conectados en serie, con fase opuesta y acoplados al receptor para minimizar un nivel de una señal del transmisor que llegue al receptor. 2. El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende: (i) acoplamientos de una primera señal del transmisor a la línea de comunicaciones y (ii) acoplamientos de una segunda señal de la línea de comunicaciones al receptor. 3. El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer transformador tiene una relación de viaje del secundario al primario de 1:1 y el segundo transformador tiene una proporción de vueltas del secundario al primario de 2:1. . El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo transformador tiene una proporción de vueltas que es dos veces aquella del primer transformador. 5. El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una almohadilla de atenuación conectada entre el devanado primario del segundo transformador y la línea de comunicaciones . 6. El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la almohadilla de atenuación mejora la cancelación de paso entre el transmisor y el receptor bajo condiciones de desacoplo entre la impedancia del módem y la impedancia de la línea de comunicaciones . 7. Un circuito de acoplamiento para un módem de duplexión completa, que tiene un transmisor y un receptor, el circuito está caracterizado porque comprende: un primer transformador que tiene un devanado primario conectado a través de una primera terminal de salida y una segunda terminal de salida del transmisor, en donde el primer transformador tiene un devanado secundario y una proporción de vueltas del secundario al primario de 1:1; un par de resistores, en donde un primer resistor del par es conectado en serie con la primera terminal de salida y un primer conductor de una línea de comunicaciones y un segundo resistor del par es conectado en serie con la segunda terminal de salida y un segundo conductor de la línea de comunicaciones, en donde una suma de valores de los resistores establece la impedancia del módem y un segundo transformador que tiene un devanado primario conectado en paralelo a través de los primeros y segundos conductores de la línea de comunicaciones, en donde el segundo transformador tiene un devanado secundario y una proporción de vueltas del secundario al primario correspondiente a una proporción de voltaje entre las terminales de salida del transmisor y los conductores de la línea de comunicaciones, bajo condiciones de carga igualada, en donde los devanados secundarios de los primero y segundo transformadores son conectados en serie, con fase opuesta para: (i) cancelar una señal transmitida desde el transmisor y (ii) proporcionar una trayectoria para una señal desde la línea de comunicaciones al receptor. 8. El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además una almohadilla de atenuación conectada entre el devanado primario del segundo transformador y la línea de comunicaciones . 9. El circuito de acoplamiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la almohadilla de atenuación mejora la cancelación de paso entre el transmisor y el receptor bajo condiciones de inadaptación entre la impedancia del módem y la impedancia de la línea de comunicaciones . 10. Un método de acoplamiento de un módem de duplexión completa que tiene un transmisor y un receptor, el método está caracterizado porque comprende: conectar un devanado primario de un primer transformador a un transmisor; conectar un devanado primario de un segundo transformador a una línea de comunicaciones; conectar una resistencia entre una terminal del devanado primario del primer transformador y una terminal del devanado primario del segundo t ansformador; conectar un devanado secundario del primer transformador en serie con un devanado secundario del segundo transformador, con fase opuesta y acoplar los devanados secundarios de los primero y segundo transformadores al receptor, para minimizar un nivel de una señal del transmisor que llegue al receptor. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el circuito de acoplamiento: (i) acopla una primera señal del transmisor a la línea de comunicaciones y (ii) acopla una segunda señal de la línea de comunicaciones al receptor. 12. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el primer transformador tiene una proporción de vueltas del secundario al primario de 1:1 y el segundo transformador tiene una proporción de vueltas del secundario al primario de 2:1. 13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo transformador tiene una proporción de vueltas que es dos veces aquella del primer transformador . 14. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además conectar una almohadilla de atenuación entre el devanado primario del segundo transformador y la línea de comunicaciones. 15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la almohadilla de atenuación mejora la cancelación de paso entre el transmisor y el receptor bajo condiciones de inadaptación entre la impedancia del módem y la impedancia de la línea de comunicaciones. 16. Un método de acoplamiento de un módem de duplexión completa que tiene un transmisor y un receptor, el método está caracterizado porque comprende: conectar un devanado primario de un primer transformador a través de una primera terminal de salida y una segunda terminal de salida del transmisor, en donde el primer transformador tiene un devanado secundario y una proporción de vueltas del secundario al primario de 1:1; conectar un par de resistores, en donde un primer resistor del par es conectado en serie con la primera terminal de salida y un primer conductor de una línea de comunicaciones y un segundo resistor del par es conectado en serie con la segunda terminal de salida y un segundo conductor de la línea de comunicaciones; conectar un devanado primario de un segundo transformador en paralelo a través de los primero y segundo conductores de la línea de comunicaciones, en donde el segundo transformador tiene un devanado secundario y una proporción de vueltas del secundario al primario correspondiente a una proporción de voltaje entre las terminales de salida del transmisor y los conductores de la línea de comunicaciones, bajo condiciones de carga igualada y conectar el devanado secundario de los primero y segundo transformadores en serie, con fase opuesta para: (i) cancelar una señal transmitida desde el transmisor y (ii) proporcionar una trayectoria para una señal desde la línea de comunicaciones al receptor. 17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende además conectar una almohadilla de atenuación entre el devanado primario del segundo transformador y la línea de comunicaciones. 18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la almohadilla de atenuación mejora la cancelación de paso entre el transmisor y el receptor bajo condiciones de inadaptación entre la impedancia del módem y la impedancia de la línea de comunicaciones.