TWI445337B - 多導線之電感性多重輸入裝置 - Google Patents
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Description
如此描述性說明書之標題中所述,下列發明係關於多導線之電感性多重輸入之裝置。
在任何通信系統中,吾人希望盡可能多地利用通信媒體之特性以達成最大傳輸容量、可靠性、覆蓋範圍等等。在通信媒體係由多導線組成之情況下,可使用該等導線以達成此等目的之一個或若干個。在當前最先進技術中存在方法可同時用於增強通信品質及用於增加頻率在其他應用中之再利用,但為能完成這點,其等需要將信號適當地輸入。
本發明揭示一種經特定設計用以執行多導線上之電感性多重輸入的裝置,使得實施增加通信之品質的方法變得更容易。
通信系統需要一適於信號之傳輸媒體,該傳輸媒體極常由多導線組成。可利用此等多導線之存在以增強通信系統的各種特徵,其中諸如傳輸容量或對雜訊之抗擾性。利用多導線媒體之方式之一係使用正交模式,為此需要將信號以正確方式輸入該媒體;此可電感性完成或以電壓完成。
本發明之裝置經設計可應用西班牙專利申請案第200702256號關於"用於增加由多導線組成之媒體上的通信系統之性能的方法(Method for increasing the performance of a communications system on a medium made up of
multiple conductors)"中指定之方法,其將信號電感性輸入多導線媒體中。如此專利中出現的,本發明裝置之描述使用各種習知概念,該等概念在下文中說明。應將"模式"理解為導線、參考平面或二者之選擇性組合上的電壓或電流之輸入。同樣地,將"正交多重輸入"定義為彼此正交之多模式的輸入。輸入模式被劃分為共同模式(common mode)、微分模式(differential mode)及虛擬微分模式(pseudo-differential mode)。共同模式係引起電流經由參考平面循環之模式。微分模式係由藉由一導線輸入及經由另一導線收集返回而組成,而虛擬微分模式係由在一條或多條導線之間輸入電壓或電流及經由與輸入所使用之該等導線不同的一條或多條導線返回而組成,此情況下使用之導線的數目大於二。
在當前最先進技術中存在一些專利,該等專利係關於意欲增加當媒體為多導線時一通信系統之性能的方法,該等方法留下未解決的實現該媒體中之輸入的問題。本發明裝置解決此缺點並集中於實現該媒體上之電感性輸入以達成輸入之間的正交性之特定方式;因此其解決所述之問題且因而其係當前最先進技術中現有之文件所未預期的。
此外,當前最先進技術亦含有關於電感性耦合器之專利,但其等未預期本發明。此等專利之一個係熟知為"耦合裝置(Coupling device)"之文件WO-03/063381-A1,其描述一種適於其中需要在電子網路之不同分支上輸入及其中該等輸入係在每一分支之二條導線上不同地實現的數個區
域之耦合的電感性方法。鑒於此,以所描述之該方法,不可能以共同、微分及虛擬微分模式之輸入實現多導線上之正交多重輸入,所提及之該專利未預期本發明裝置。
為達成該等目的及避免先前部分中所述之缺點,本發明由一種多導線上之電感性多重輸入裝置組成,其允許應用增加一由N條導線及一參考平面組成之媒體上之一通信系統的性能之方法。該裝置係由下列元件及連接組成:E個信號輸入,其中E在1與N之間,該等信號之每一個將輸入該等導線之間;A個電感性耦合器,A等於或大於信號輸入之數目的二倍(2×E),其中裝置中使用之電感性耦合器的特定數目取決於輸入模式之數目及取決於該等模式之每一者使用的導線之數目,且其中導線一次或多次穿過電感性耦合器中的間隙;E個信號輸入迴路,其等之每一個以一微分模式、虛擬微分模式或共同模式輸入,該等信號輸入迴路穿過位於該迴路將輸入電流之導線周圍的耦合器,且迴路穿過每一電感性耦合器之方向決定希望輸入導線之電流的方向;且每一耦合器上之每一輸入迴路或每一耦合器上之每一導線的圈數使得輸入係以微分模式、虛擬微分模式或共同模式達成。由於該裝置,可將通信信號以該等輸入信號係彼此正交之方式而輸入該等導線之多達N個組合中。
在此裝置中,以微分模式或虛擬微分模式輸入之信號輸入被平衡且被連接至每一迴路之兩端,而以共同模式輸入
之信號輸入被參照至參考平面並被連接至用於以共同模式輸入之迴路的一端,該迴路之另一端被連接至參考平面。
裝置中使用之電感性耦合器係具有高磁導率諸如奈米晶體材料或鐵磁陶瓷材料之元件,且其等之形狀允許導線及迴路穿過其等。
在本發明裝置之一實施例中,耦合器之數目等於不同輸入所使用之導線的數目,使得施加電流於一導線中的全部輸入均將使用與該導線相關聯之電感性耦合器。
在此情況下,每一導線將僅穿過與之相關聯之耦合器一次,而輸入迴路將根據需要多次橫穿該耦合器以維持達成正交輸入之電流的一適合比率。
在裝置之另一替代實施例中,耦合器之數目等於使用之輸入模式的數目,使得每一輸入模式具有一與其相關聯之單個耦合器。
在此情況下,每一耦合器僅被一單個迴路穿過一次,而與耦合器相關聯之輸入模式所使用的導線根據需要多次穿過該耦合器以維持達成正交輸入之電流的一適合比率。
最後,雖然本發明裝置可用於任何多導線媒體,但其係為其中由多導線組成之通信通道係電子網路之情況而特定開發。
下文中,為促進對本描述性說明書之更充分瞭解及形成其之一整體部分,附上一些圖式,其中本發明之目的已藉由圖解而非限制之方式描繪。
下文給出的係本發明之實施例的各種實例之描述,其參考圖中所採用之編號。
理論上,可使用傳輸媒體係由多導線組成之性質以成功地最大化使用該傳輸媒體之通信系統的性能。實際上,可達成一方法,其按如此之一方式將電流分佈於一多導線媒體中,該方式即將信號正交地輸入該媒體,以此達成輸入之間的一較低位準之干擾、較大覆蓋範圍等等。此等方法之主要問題係多導線媒體中的信號輸入。
本發明裝置可最佳地實現該電感性輸入,以遵循用於增加使用該多導線媒體之一系統的通信容量之期望方法。
圖1描繪實施例之一實例,其中顯示參照至一參考平面(4)的N條導線之一通道,其中N個輸入係藉由電感性多重輸入裝置實現。在此實例中,有偶數之N條導線(21至2N)及N個輸入信號(11至1N),該等輸入信號被劃分為將以共同模式輸入的一信號(11)、將以微分模式輸入的多重信號(12至1x)及將以虛擬微分模式輸入的多重信號(1x+1至1N)。同樣地,在實施例之此實例中,對於所使用之每一導線及輸入有一電感性耦合器(3)。為達成正交輸入,輸入信號之導線、輸入電流之方向及輸入迴路之圈數將為根據用於增加使用之通信特性之性能的方法之適當者。
如上圖中可見,共同模式之輸入係經由參考平面(4)返回,而微分及虛擬微分模式只在導線(21至2N)上建立電流。
最大微分模式之數目取決於導線之數目,對於偶數條導
線其為N/2且對於奇數其為(N-1)/2。
為輔助理解圖1,繪製於不同導線上之電流具有三個下標。第一個指示其為共同模式(c)、微分模式(d)或虛擬微分模式(pd);第二個係輸入信號之編號(其為1至N);及第三個係電流分佈所經由之導線的編號(在此實例中,其亦為1至N)。
在圖2中可見實施例之另一實例,其中裝置顯示於由參照至一參考平面(4)之五條導線(21至25)組成的一通道。在此情況下,對於每一導線僅使用一個耦合器(3),其大大減少使用之電感性耦合器的數目。需要將信號耦合於一特定導線中之輸入模式的每一個將必須使用該導線之耦合器。此意味不同模式之若干輸入迴路可穿過包絡一導線之相同耦合器。導線(2)僅穿過其等電感性耦合器(3)一次,但輸入迴路將根據需要多次穿過耦合器以保證授與輸入模式之間之正交特性的耦合比例,且該穿過次數係藉由本發明裝置上使用之增加性能之方法而決定。
在此圖2中,已繪製將以共同模式(1c)、以微分模式(1d1及1d2)及以虛擬微分模式(1pd1及1pd2)耦合之輸入。此等輸入產生將以共同模式(Ic)、以微分模式(Id1及Id2)及以虛擬微分模式(Ipd1及Ipd2)耦合的電流。根據裝置上使用之方法,運載不同耦合器之間之信號的迴路必須使得產生信號之正交性。在此情況下,第二虛擬微分耦合之迴路必須對位於最下部導線(25)中之耦合器(3)提供四圈,以獲取該導線上的電流正確值。導線上輸入之正交性條件決定輸入電
流之方向及經由電感性耦合器之輸入迴路或每一導線的圈數。每一電感性耦合之等效電模型對應於一具有或不具有一個或多個共用繞組之變壓器,其中該等繞組一方面為輸入迴路及另一方面為導線。假定阻抗之調適條件,發生圖2中可見之導線中每一耦合的電流分佈。
此外,圖3顯示本發明裝置中電感性耦合的另一實施例,其中每一輸入模式具有與之相關聯的一單個耦合器(3),該模式必須將信號耦合於其上之導線經由該耦合器穿過。在此情況下,有三條導線(21、22及23),將於其等之上輸入一共同模式信號(1c)、一微分模式信號(1d)及另一個以虛擬微分之模式(1pd)。此等輸入信號將產生對應電流(Ic、Id及Ipd),該等電流將被電感性耦合至導線。
在實施例之此實例中,導線以適當之圈數及以正確方向穿過電感性耦合器(3)以保證不同導線(2)之間之信號中的正交性性質。另一方面,輸入迴路將僅穿過其等電感性耦合一次。該圖顯示總數為三條導線的一實施例,其中可有多達三個正交輸入模式。在此情況下,如圖3中顯示,對於共同模式電流,電流分佈為每條導線Ic/3,對於微分模式電流為每條導線Id/2,及對於虛擬微分模式電流為每條導線Ipd/3或Ipd/6。
最後,圖4顯示三條導線(21、22及23)之一通道的實施例之一實例,其中僅實施微分及虛擬微分模式之電感性耦合。一般而言,共同模式顯示源於輻射之較高信號損失及較大干擾,且因此其並不常用於真實實施中以遵守關於輻
射之標準及不同的國際規則。
在此情況下,將有二個信號輸入,一個將以微分模式(1d)輸入及另一個將以虛擬微分模式(1pd)輸入,其等將產生其等對應之電流(Ip及Ipd)。每一導線具有其自己之耦合器(3),使得導線(21、22、23)僅穿過耦合器一次,而與信號輸入連接之迴路必須橫穿耦合器適當次數且係以正確方向以達成輸入之間之正交性。
明確言之,微分迴路以正向橫穿上部導線(21)之耦合器(3)及以反向橫穿中部導線(22)之耦合器(3),經此在二條導線(21及22)中產生相反方向的一半微分電流(Id/2)。另一方面,虛擬微分迴路以正向橫穿上部導線(21)與中部導線(22)之耦合器(3),及以反向橫穿下部導線(23)之耦合器(3)兩圈。因此,在上部導線(21)與中部導線(22)中產生正向上的一虛擬微分電流(Ipd),及在下部導線(23)中產生反向上的二倍虛擬微分電流(2×Ipd)。理論上可證明製成之此形式的輸入係正交的,Ipd1及Ipd2。
11-1N‧‧‧輸入信號
21-2N‧‧‧導線
3‧‧‧電感性耦合器
4‧‧‧參考平面
1c‧‧‧以共同模式耦合之輸入/共同模式信號
1d‧‧‧微分模式信號
1d1、1d2‧‧‧以微分模式耦合之輸入
1pd‧‧‧虛擬微分模式信號
1pd1、1pd2‧‧‧以虛擬微分模式耦合之輸入
Ic‧‧‧以共同模式耦合之電流
Id、Id1、Id2‧‧‧以微分模式耦合之電流
Ipd、Ipd1、Ipd2‧‧‧以虛擬微分模式耦合之電流
圖1顯示具有N個信號於N條導線上之多重輸入裝置的一實例,該等導線具有其等不同之元件及連接。
圖2描繪本發明之一實施例,其中每一導線與一單個電感性耦合器相關聯。
圖3顯示本發明之一實施例,其中每一輸入模式與一單個電感性耦合器相關聯。
圖4描繪一具有三條導線之媒體的實施例之一實例,其
中僅實現二個輸入,一微分輸入及另一虛擬微分輸入。
11-1N‧‧‧輸入信號
21-2N‧‧‧導線
3‧‧‧電感性耦合器
4‧‧‧參考平面
Claims (22)
- 一種N個導線之電感性輸入E個輸入訊號的裝置,其中N係大於1之一整數,E係小於或等於N的整數,該裝置包含:A個電感性耦合器,其中A係大於1之一整數;該N個導線延伸通過該A個電感性耦合器;以及E個訊號線係分別接收該E個輸入訊號,且該E個訊號線迴路通過該A個電感性耦合器,使得該A個電感性耦合器之一第一電感性耦合器於一微分模式時注入一第一輸入訊號至該N個導線之一第一導線,該A個電感性耦合器之一第二電感性耦合器於該微分模式時注入該第一輸入訊號及一第二輸入訊號其中之一至該N個導線之一第二導線,以及該A個電感性耦合器之至少其中之一電感性耦合器於一虛擬微分模式時注入一第三輸入訊號至該N個導線之至少其中之二導線。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該E個訊號線之至少其中之二訊號線各迴路通過該A個電感性耦合器E次,A係E的兩倍。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該A個電感性耦合器之該至少其中之一電感性耦合器包含一第三電感性耦合器;以及該第三電感性耦合器於該虛擬微分模式時注入該第三輸入訊號至該N個導線之該至少其中之二導線。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該A個電感性耦合器之該至少其 中之一電感性耦合器包含:一第一電感性耦合器於該N個導線之該第一導線誘發電流;以及一第二電感性耦合器於該N個導線之該第二導線誘發電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該A個電感性耦合器運作於一共同模式、該微分模式及該虛擬微分模式;該E個訊號線之一第一訊號線之一第一源包含一回路埠連接至一接地參考,其中該第一源於該共同模式時注入一第四輸入訊號;該E個訊號線之一第二訊號線之一第二源包含一回路埠不連接至該接地參考,其中該第二源於該微分模式時注入該第一輸入訊號及該第二輸入訊號其中之一;以及該E個訊號線之一第三訊號線之一第三源包含一回路埠不連接至該接地參考,其中該第三源於該虛擬微分模式時注入該第三輸入訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該E個訊號線其中之一訊號線延伸通過該A個電感性耦合器之複數個電感性耦合器之每一個一次,且在同一方向於一共同模式時在該N個導線誘發電流;以及該A個電感性耦合器之該複數個電感性耦合器位於該N個導線的不同個導線。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該E個訊號線其中之一訊號線延伸通過該A個電感性耦合器之一第一電感性耦合器,以(i)在一第一導線,(ii)在一第一方向及(iii)在微分模式時誘發電流;以及該E個訊號線之該其中之一訊號線在第二方向上延伸通過該A個電感性耦合器之一第二電感性耦合器,以(i)在一第二導線及(ii)在與該第一 方向相反之一方向上誘發電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該E個訊號線其中之一訊號線延伸通過該A個電感性耦合器之一第一電感性耦合器,以(i)在一第一方向上之該N個導線之一第一導線及(ii)在該虛擬微分模式時誘發電流;該E個訊號線之一第二訊號線延伸通過該A個電感性耦合器之一第二電感性耦合器,以(i)在該第一方向上之該N個導線之一第二導線及(ii)在該虛擬微分模式時誘發電流;以及該E個訊號線之一第三訊號線延伸通過該A個電感性耦合器之一第三電感性耦合器,以(i)在與該第一方向相反之一第二方向上之該N個導線之一第三導線及(ii)在該虛擬微分模式時誘發電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該N個導線各延伸通過該A個電感性耦合器之至少其中之二電感性耦合器。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該E個訊號線其中之一訊號線延伸通過該A個電感性耦合器,使得該A個電感性耦合器其中的兩個或更多電感性耦合器於共同模式時注入一第四輸入訊號於該N個導線其中的兩個或更多導線。
- 如申請專利範圍第10項所述之裝置,其中:該A個電感性耦合器注入該第四輸入訊號於該N個導線之至少四個導線,其中該N個導線之該至少四個導線包含一第一導線,一第二導線,一第三導線及一第四導線;該A個電感性耦合器之該第一電感性耦合器注入該第一輸入訊號於該第一導線;該A個電感性耦合器之該第二電感性耦合器注入該第一輸入訊號於該第二導線; 該A個電感性耦合器之一第三電感性耦合器注入該第四輸入訊號於該第三導線;以及該A個電感性耦合器之一第四電感性耦合器注入該第四輸入訊號於該第四導線。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,該N個導線之個數為A等於N,且該A個電感性耦合器各運作於一共同模式,該微分模式及該虛擬微分模式。
- 如申請專利範圍第12項所述之裝置,其中該A個電感性耦合器其中之一電感性耦合器較另一電感性耦合器具有更多的輸入訊號迴路。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該A個電感性耦合器包含N個電感性耦合器於該N個導線之個別導線;該E個訊號線包含N個訊號線,其中該N個訊號線各延伸通過該N個電感性耦合器其中之一個別電感耦合器;以及該N個電感性耦合器各運作於(i)微分模式及(ii)一共同模式、該微分模式及該虛擬微分模式其中之一。
- 如申請專利範圍第14項所述之裝置,其中該N個導線其中之一導線延伸通過比該N個導線之一第二導線還少個的該N個電感性耦合器。
- 如申請專利範圍第14項所述之裝置,其中:該N個導線之該第一導線(i)延伸通過該N個電感性耦合器之每一個及(ii)不包含一迴路;該N個導線之該第二導線(i)延伸通過該N個電感性耦合器之每一個及(ii)迴路通過該N個電感耦合器之該第二電感耦合器;以及該N個導線之一第三導線(i)延伸通過該等電感性耦合器之N-1個電感性耦合器及(ii)迴路通過該N個電感性耦合器之一第三電感性耦合器。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中: 該A個電感性耦合器包含N個電感性耦合器於該N個導線之個別導線;該E個訊號線包含N-1個訊號線;該N-1個訊號線之一第一訊號線自不同方向延伸通過該N個電感性耦合器其中之二電感性耦合器,以在該微分模式時注入電流於該N個導線其中之二導線;以及該N-1個輸入訊號線之一第二訊號線延伸通過(i)該N個電感性耦合器之每一個,(ii)一第一方向上之該N個電感性耦合器其中之二電感性耦合器,(iii)與該第一方向相反之一第二方向上之該N個電感性耦合器其中之一電感性耦合器,其中該N-1個訊號線之該第二訊號線延伸通過該N個電感性耦合器之每一個,以在該虛擬微分模式時注入電流於該N個導線之每一個。
- 如申請專利範圍第17項所述之裝置,其中該N個電感性耦合器(i)運作於該微分模式及該虛擬微分模式及(ii)不運作於一共同模式。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該E個訊號線包含E個訊號注入迴路,該E個訊號注入迴路的輸入(i)係平衡的,(ii)運作於該微分模式及(iii)運作於一共同模式,該微分模式及該虛擬微分模式其中之一。
- 如申請專利範圍第19項所述之裝置,其中:該N個導線各橫過該A個電感性耦合器之一個別電感性耦合器一次;以及該E個訊號注入迴路各橫過該A個電感性耦合器之一個別電感性耦合器至少一次,以維持正交電流注入之一電流比。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該A個電感性耦合器各運作於一單一模式;該A個電感性耦合器運作於不同模式;以及 A等於3。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中:該E個訊號線包含E個訊號注入迴路;該A個電感性耦合器各橫過該E個訊號注入迴路其中之一訊號注入迴路一次;以及該N個導線橫過該A個電感性耦合器之每一個至少一次,以維持正交電流注入之一電流比。
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