TWI403104B - 無電感混合電路 - Google Patents

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Description

無電感混合電路
本發明涉及高速通訊，更具體地說，涉及一種用於高速通訊設備中的混合電路。
在高速通訊中設備例如電纜數據機以及數位用戶線路(DSL)設備中，混合電路通常在類比前端(AFE)電路中被用於將發送與接收的信號隔離開。特別地，混合電路還可用於阻止發送信號產生的回聲進入接收器中。
傳統的混合電路解決方法是利用電感元件對線路變壓器中存在的電感元件進行補償，其中，所述線路變壓器通常將高速通訊設備與通訊網絡進行連接。
然而，電感元件不僅價格高、會產生雜訊，而且還會導致混合電路的非線性表現。
因此，對於應用在高速通訊設備中的混合電路來說，有必要將其中的電感元件進行移除。
本發明提供了一種無電感混合電路。本發明的具體實施例可應用在高速通訊設備中，包括電纜數據機以及數位用戶線路(DSL)設備。特別地，本發明的具體實施例還可用於極高速數位用戶線路(VDSL)設備中。本發明的實施例為高速通訊設備中回聲去除的問題提供了一種低成本的簡潔的解決方案。此外，本發明的實施例至少在關鍵性能指標方面與傳統解決辦法是具有可比性的。
另一方面，本發明還提供了一種採用混合電路的高速通訊設備。
根據本發明，提出一種混合電路，所述混合電路包括：阻抗網路，包含第一、第二、第三以及第四阻抗電路；其中，所述第一及第二阻抗電路分別與第三及第四阻抗電路相匹配；並且，所述第一、第二、第三及第四阻抗電路各自包含(a)電阻器和(b)電容器中的一個或多個。
優選地，所述第一及第二阻抗電路各自包括相互並聯的阻容(RC)電路與電阻電路。
優選地，所述第一阻抗電路的一端與所述第二阻抗電路的一端相連接。
優選地，所述第三阻抗電路的一端與所述第四阻抗電路的一端相連接。
優選地，所述第一和第二阻抗電路的阻抗率是隨頻率變化的。
優選地，所述阻抗率根據混合電路輸出端的輸出阻抗的頻率變化而變化。
優選地，所述阻抗率根據頻率變化而變化，該頻率與混合電路輸出端的電感性阻抗成反方向變化。
優選地，用於高速通訊設備中的所述混合電路在所述高速通訊設備中將發送的信號與接收的信號相互隔離開。
優選地，用於高速通訊設備中的所述混合電路抑制發送信號的回聲以防止所述發送信號進入到所述高速通訊設備的接收器中。
優選地，所述混合電路用於數位用戶線路(DSL)通訊設備中。
優選地，所述DSL通訊設備是極高速數位用戶線路(VDSL)通訊設備。
優選地，所述混合電路可用於電纜數據機通訊設備中。
根據本發明的一個方面，提供一種高速通訊設備，包括：用於提供差分發送信號的線路驅動器；用於接收差分接收信號的接收器；以及類比前端(AFE)電路，包括：具有輸入端與所述線路驅動器相連並且提供輸入端給所述接收器的混合電路；與所述混合電路的輸出端相連的線路變壓器；以及與所述變壓器相連的線性阻抗；其中，所述混合電路在所述類比前端電路中將發送信號與接收信號相互隔開。
優選地，所述高速通訊設備是數位用戶線路(DSL)通訊設備。
優選地，所述高速通訊設備是極高速數位用戶線路(VDSL)通訊設備。
優選地，所述高速通訊設備是電纜數據機通訊設備。
優選地，所述混合電路抑制發送信號的回聲以防止所述發送信號進入到所述高速通訊設備的接收器中。
優選地，所述混合電路包括：阻抗網路，包含第一、第二、第三以及第四阻抗電路；其中，所述第一及第二阻抗電路分別與第三及第四阻抗電路相匹配；並且，所述第一、第二、第三及第四阻抗電路各自包含(a)電阻器和(b)電容器中一個或多個。
優選地，所述第一和第二阻抗電路的阻抗率是隨頻率變化的。
優選地，所述阻抗率根據混合電路的輸出端的輸出阻抗的頻率變化而變化。
優選地，所述阻抗率根據頻率變化而變化，該頻率與混合電路輸出端的電感性阻抗成反方向變化。
優選地，所述混合電路包括：阻抗網路，包含第一、第二、第三以及第四阻抗電路；其中，所述第一及第二阻抗電路分別與第三及第四阻抗電路相匹配；並且，所述第一、第二、第三及第四阻抗電路各自包含(a)電阻器和(b)電容器一個或多個。
根據本發明的一個方面，本發明提供一種混合電路，包括：阻抗網路，包含第一、第二、第三以及第四阻抗電路；其中，所述第一及第二阻抗電路分別與第三及第四阻抗電路相匹配；並且，所述第一、第二、第三及第四阻抗電路各自包含(a)電阻器和(b)電容器一個或多個。
本發明的各種優點、各個方面和創新特徵，以及其中所示例的實施例的細節，將在以下的描述和附圖中進行詳細介紹。
圖1是用於通訊設備中的類比前端(AFE)電路100的結構框圖。例如，AFE電路100可用於電纜數據機以及數位用戶線路(DSL)設備中。特別地，AFE電路尤其適合用於極高速DSL(VDSL)設備，並且將在此就VDSL通訊設備進行 進一步描述。該描述僅僅為了說明所用而並不能夠構成對本發明電路功能用途的限制。
如圖1所示，AFE電路100包括混合電路102、變壓器126以及線路阻抗128；並且，進一步包括電阻器120及122。
一般，線路驅動器/發射器124與混合電路102的輸入端108以及110相連。線路驅動器/發射器124將會提供差分信號形式的發送信號，這些信號將會通過AFE電路100傳輸到中央局(CO)(圖中未示出)，例如，VDSL通訊系統的中央局。類似地，可以從所述中央局(CO)處通過AFE電路100的輸出端116及118接收差分信號作為接收信號。接收到的信號將會通過AFE電路100傳輸到接收器130。如圖所示，在AFE電路100中，接收器130是差分輸入接收器，並通過混合電路102的節點112及114獲得輸入。
混合電路102可通過利用AFE電路100實現通訊設備中的雙工通信。混合電路102的一個作用是將接收器130與通過AFE電路100進行發射的信號相隔離。換言之，即防止發送信號進入到接收器中。該功能通常叫做回聲抑制(echo rejection)。混合電路102的另一個作用就是為從所述中央局(CO)處接收到的信號提供合適的接收器傳遞函數，即，特定頻率範圍內的合適的信號放大/抑制。作為說明，圖2示出了圖1中AFE的信號流向。信號路徑202顯示出了發送信號的流向。信號路徑204示出了接收信號的流向，而信號路徑206則示出了發送信號向接收器輸入端的潛在流向(回聲流)。
通常來講，混合電路102包括匹配的阻抗網路。例如，如圖1所示，混合電路102包括阻抗電路104a、104b、106a以及106b，其中，阻抗電路104a以及106a分別與阻抗電路104b以及106b相匹配。為便於說明，匹配的阻抗電路104a以及104b在此表示為阻抗電路Z1(阻抗值為Z1)，匹配的阻抗電路106a以及106b在此表示為阻抗電路Z2(阻抗值為Z2)。
變壓器126與混合電路102的輸出端相連，該變壓器126是線路變壓器，用作用戶端電路以及通訊系統CO端電路之間的介面。因此，變壓器126還可保護用戶端電路免受電壓波動的影響(比如，由於閃電導致的電壓波動)，此種電壓波動通常發生在連接用戶以及CO的線路上。典型地，變壓器126將根據發送/接收信號帶寬而設計成具有平坦的頻率回應。
如圖1所示，AFE 100進一步包括線性阻抗128。線性阻抗128可包括電阻器、電容器、和/或電感元件。因此，如圖1所示，在混合電路102的輸出端可見到等效電感ZL，該等效電感ZL包含了從變壓器126到AFE電路100的輸出端116及118的所有阻抗。
通常來講，在比如DSL這樣的高速通訊系統中，發送信號的帶寬是相當大的。因此，混合電路102必須具有對應的寬頻回聲抑制特性。
從線路驅動器/發射器輸出(輸入端108及110)到接收器 輸入(節點112及114)的傳遞函數表示如下：
其中Vrx是因來自發射器的電壓Vecho在接收器輸入端產生的電壓。該傳遞函數決定了混合電路102的回聲抑制特性。
從等式(1)中可以看到，混合電路102的最大回聲抑制(即100%回聲抑制)可以在比率等於比率時達到，此時會導致等式(1)所描述的傳遞函數為零。然而在實際中，要想達到100%的回聲抑制效應絕非易事，特別是阻抗ZL 中的電感分量會使得ZL 隨頻率變化而變化。例如，所述電感分量可能來自於線性變壓器126的漏電感(leakage inductance)，該漏電感通常是由於變壓器中帶缺陷的電磁連接所導致的。
線性變壓器126中的漏電感可以類比成與變壓器初級線圈串聯的附加電感性阻抗。這將會導致ZL 的值以及相應地的比率會隨著頻率而增加。
因此，當不再追蹤時，混合電路102的回聲抑制能力會隨著頻率的變化而減弱，並且，等式(1)中的傳遞函數也會逐漸偏離零。
為了補償ZL 由於頻率影響產生的變化，傳統的混合電路通常是借助於阻抗Z1 中的電感元件對比率的變化進行跟蹤，該比率的變化與比率的變化是等效的。
圖3是用於圖1中AFE電路300的傳統混合電路示意圖。如圖所示，混合電路300對阻抗Z1 採用了電阻-電感-電容(RLC)網路，並且對Z2 採用了電阻網路310。所述RLC網路包括相互並聯的電阻-電感(RC)電路(電阻器302及電感器304)和電阻-電容電路(電阻器306及電容器308)。特別地，設置在RLC網路中的電感器304用於使得阻抗Z1能夠隨著受頻率變化影響的阻抗ZL 變化的相同方向進行變化，從而保證與之間的差值很小。
因此，混合電路300可以具有很強的回聲抑制功能。然而，由於使用了電感，會導致解決回聲抑制問題的成本大大增加。此外，電感還會產生並拾取雜訊，並且會導致混合電路發生非線性頻率回應。非線性頻率回應的發生會導致混合電路接收器傳遞函數的衰減。因此，對於無電感混合電路的需求正在日益增大。
圖4是用於圖1 AFE電路100的無電感混合電路400的示意圖。本領域技術人員根據以上內容可以設計出多種混合電路400。這些變化都應包括在本發明的實施例中。
如圖4所示，電感304從阻抗Z1 中移除了，此時的阻抗Z1 中還剩下電阻前器302、306以及電容器308。另一方面，阻抗Z2 修改成包括與電阻310並聯的阻容(RC)電路(電容器402以及電阻器404)。
此時，混合電路400通過改變Z2 而非Z1 的值來提供可變比率。另外，通過在阻抗Z2 中增加電容器402，可 以使得在ZL 隨頻率改變而變化時，Z2 能夠朝ZL 相反的方向變化。因此，隨著頻率的變化，比率繼續追蹤，從而補償阻抗ZL 中的任何電感分量。
混合電路400為高速通訊設備中的回聲抑制問題的解決提供了一種低成本且簡潔的解決方案。進一步，如下所述，混合電路400至少在關鍵性能指標方面與傳統解決辦法是具有可比性的。
圖5是混合電路300以及400在回聲抑制方面的對比示意圖500。如圖所示，代表混合電路400的性能的曲線504在整個類比頻率範圍內都很趨近于代表混合電路300的性能的曲線502。事實上，當頻率高於大約3MHz後，曲線504會比曲線502略低一些，這說明在該頻率範圍上混合電路400具有更好的回聲抑制能力。
圖6是混合電路300及400中接收器傳遞函數的對比示意圖600。如上所述，除了回聲抑制功能，混合電路的另一個作用就是為接收到的信號提供適當的傳遞功能。和回聲抑制一樣，與混合電路300的傳遞函數性能曲線602相比，混合電路400提供了較好的傳遞函數性能，如圖中曲線604所示。
上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求 所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬於本發明的保護之內。
110a‧‧‧電腦
100‧‧‧類比前端(AFE)電路
102‧‧‧混合電路
104a、104b、106a、106b‧‧‧阻抗電路
108、110‧‧‧輸入端
112、114‧‧‧節點
116、118‧‧‧輸出端
120、122‧‧‧電阻器
124‧‧‧線路驅動器/發射器
126‧‧‧變壓器
128‧‧‧線路阻抗
130‧‧‧接收器
202‧‧‧信號路徑
204‧‧‧信號路徑
206‧‧‧信號路徑
300‧‧‧類比前端(AFE)電路
302‧‧‧電阻器
304‧‧‧電感器
306‧‧‧電阻器
308‧‧‧電容器
310‧‧‧電阻
400‧‧‧無電感混合電路
402‧‧‧電容器
404‧‧‧電阻器
500‧‧‧對比示意圖
502‧‧‧曲線
504‧‧‧曲線
600‧‧‧對比示意圖
602‧‧‧傳遞函數性能曲線
604‧‧‧曲線
圖1是用於通訊設備中的類比前端(AFE)電路的結構框圖；圖2是圖1中AFE的信號流向示意圖；圖3是用於圖1中AFE電路的傳統混合電路示意圖；圖4是用於圖1中AFE電路的無電感混合電路示意圖；圖5是圖3及圖4中的混合電路在回聲抑制性能方面的對比示意圖；圖6是圖3及圖4中混合電路的接收器傳遞函數(receiver transfer function)的對比示意圖。
104a、104b、106a、106b‧‧‧阻抗電路
108、110‧‧‧輸入端
112、114‧‧‧節點
116、118‧‧‧輸出端
120、122‧‧‧電阻器
124‧‧‧線路驅動器/發射器
126‧‧‧變壓器
128‧‧‧線路阻抗
130‧‧‧接收器

Claims (8)

  1. 一種混合電路，其特徵在於，所述混合電路包括：阻抗網路，包含第一、第二、第三以及第四阻抗電路；其中，所述第一及第二阻抗電路分別與第三及第四阻抗電路相匹配；並且，所述第一、第二、第三及第四阻抗電路各自包含(a)電阻器和(b)電容器中的一個或多個；其中，所述第一及第二阻抗電路各自包括相互並聯的阻容電路與電阻電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的混合電路，其中，所述第一阻抗電路的一端與所述第二阻抗電路的一端相連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的混合電路，其中，所述第三阻抗電路的一端與所述第四阻抗電路的一端相連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的混合電路，其中，所述第一和第二阻抗電路的阻抗率是隨頻率變化的。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的混合電路，其中，所述阻抗率根據混合電路輸出端的輸出阻抗的頻率變化而變化。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的混合電路，其中，所述阻抗率根據頻率變化而變化，該頻率與混合電路輸出端的電感性阻抗成反方向變化。
  7. 一種高速通訊設備，其特徵在於，所述設備包括：用於提供差分發送信號的線路驅動器；用於接收差分接收信號的接收器；以及類比前端電路，包括：具有輸入端與所述線路驅動器相連並且提 供輸入端給所述接收器的混合電路；與所述混合電路的輸出端相連的線路變壓器；以及與所述變壓器相連的線性阻抗；其中，所述混合電路在所述類比前端電路中將發送信號與接收信號相互隔開，所述混合電路包括：阻抗網路，包含第一、第二、第三以及第四阻抗電路；其中，所述第一及第二阻抗電路分別與第三及第四阻抗電路相匹配；並且，所述第一、第二、第三及第四阻抗電路各自包含(a)電阻器和(b)電容器中的一個或多個；其中，所述第一及第二阻抗電路各自包括相互並聯的阻容電路與電阻電路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的高速通訊設備，其中，所述高速通訊設備是數位用戶線路通訊設備。
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