TWI749401B - 回音消除電路 - Google Patents

Abstract

一種回音消除電路，耦接於電子裝置之傳送電路及接收電路，傳送電路包含一輸出電晶體。回音消除電路包含第一電晶體、第二電晶體、第一電阻電容網路、第二電阻電容網路、第一電阻器以及第二電阻器。第一電晶體具有第一閘極、第一汲極及第一源極，其中第一汲極耦接接收電路。第二電晶體具有第二閘極、第二汲極及第二源極，其中第二汲極耦接接收電路。第一電阻電容網路耦接於輸出電晶體之閘極及第一閘極之間。第二電阻電容網路耦接於第一閘極及第二閘極之間。第一電阻器的一端耦接第一源極，另一端耦接參考電壓。第二電阻器的一端耦接第二源極，另一端耦接參考電壓。

Description

回音消除電路

本發明是關於電子裝置，尤其是關於電子裝置的回音消除電路。

回音消除(echo cancellation)常用於電子電路中，用來消除從電路的傳送端反射至該電路的接收端的訊號，以避免接收端受到干擾。圖1為包含回音消除電路之電子裝置的功能方塊圖。電子裝置100包含傳送電路110、接收電路120(包含120-p及120-n)、耦合電路130以及回音消除電路140(包含140-p及140-n)。傳送電路110所產生的輸出訊號Io(包含差動輸出訊號Io-p及Io-n)透過耦合電路130輸出至其他電子裝置或電路(圖未示)，而接收電路120透過耦合電路130接收輸入訊號Iin(包含差動輸入訊號Iin-p及Iin-n)。然而，除了輸入訊號Iin之外，接收電路120還可能接收到輸出訊號Io所引起的回音Ioe(包含回音Ioe-p及Ioe-n)(如圖1所示，通過輸入電阻RI1的訊號包含輸入訊號Iin-n及回音Ioe-n，以及通過輸入電阻RI2的訊號包含輸入訊號Iin-p及回音Ioe-p)。

常見的回音消除方法是在電路中製造出回音消除訊號，以在接收端消除回音(echo)。當回音消除電路140所製造出的回音消除訊號 Iec(包含Iec-p及Iec-n)與回音Ioe愈接近，則回音消除的效果愈好，接收電路120將接收到更少的回音。更多關於回音消除的討論請參考：Ramin Farjad,Friedel Gerfers,Michael Brown,Ahmad R.Tavakoli,David Nguyen,Hossein Sedarat,Ramin Shirani,Hiok-Tiaq Ng,“A 48-Port FCC-Compliant 10GBASE-T Transmitter with Mixed-Mode Adaptive Echo Canceller,”IEEE Journal of Solid-State Circuits,2012。

然而，因為電路在不同的應用中有不同的負載及操作頻率，而回音Ioe又與負載及操作頻率息息相關，所以若回音消除電路140無法根據各種應用調整回音消除訊號Iec，則回音消除的效果將受到限制，進而影響電路的表現。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種分散式(distributed)的回音消除電路，以更有彈性地針對不同的應用消除回音。

本發明揭露一種回音消除電路，耦接於一電子裝置之一傳送電路及一接收電路，該傳送電路包含一輸出電晶體。回音消除電路包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第一電阻電容網路、一第二電阻電容網路、一第一電阻器以及一第二電阻器。第一電晶體具有一第一閘極、一第一汲極及一第一源極，其中該第一汲極耦接該接收電路。第二電晶體具有一第二閘極、一第二汲極及一第二源極，其中該第二汲極耦接該接收電路。第一電阻電容網路耦接於該輸出電晶體之一閘極及該第一閘極之間。第二電阻電容網路耦接於該第一閘極及該第二閘極之間。第一電阻器的一端耦接 該第一源極，另一端耦接參考電壓。第二電阻器的一端耦接該第二源極，另一端耦接參考電壓。

本發明另揭露一種回音消除電路，耦接於一電子裝置之一傳送電路及一接收電路，該傳送電路包含一輸出電晶體。回音消除電路包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第一電阻電容網路、一第二電阻電容網路、一第一電阻器以及一第二電阻器。第一電晶體具有一第一閘極、一第一汲極及一第一源極，其中該第一汲極耦接該接收電路。第二電晶體具有一第二閘極、一第二汲極及一第二源極，其中該第二汲極耦接該接收電路。第一電阻電容網路耦接於該輸出電晶體之一閘極及該第一閘極之間。第二電阻電容網路耦接於該輸出電晶體之該閘極及該第二閘極之間。第一電阻器的一端耦接該第一源極，另一端耦接參考電壓。第二電阻器的一端耦接該第二源極，另一端耦接參考電壓。

本發明另揭露一種回音消除電路，耦接於一電子裝置之一傳送電路及一接收電路，該傳送電路包含一輸出電晶體。回音消除電路包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第一電阻電容網路、一第二電阻電容網路、一第三電阻電容網路、一第一電阻器以及一第二電阻器。第一電晶體具有一第一閘極、一第一汲極及一第一源極，其中該第一汲極耦接該接收電路。第二電晶體具有一第二閘極、一第二汲極及一第二源極，其中該第二汲極耦接該接收電路。第一電阻電容網路耦接於該輸出電晶體之一閘極及該第一閘極之間。第二電阻電容網路耦接於該第一閘極及該第二閘極之間。第三電阻電容網路耦接於該輸出電晶體之該閘極及該第二閘極之間。 第一電阻器的一端耦接該第一源極，另一端耦接參考電壓。第二電阻器的一端耦接該第二源極，另一端耦接參考電壓。

本發明的回音消除電路可以在不同的時間點以複數個回音消除訊號消除回音，以提升回音消除的彈性。相較於傳統技術，本發明之回音消除電路容易根據各種負載及操作頻率做調整，因此可以達到更佳的回音消除效果。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

100、200、500、600:電子裝置

110、210:傳送電路

120、120-p、120-n、220、220-p、220-n:接收電路

130、230:耦合電路

140、140-p、140-n、240、240-p、240-n、540、540-p、540-n、640、640-p、640-n:回音消除電路

Io、Io-p、Io-n:輸出訊號

Iin、Iin-p、Iin-n:輸入訊號

Ioe、Ioe-p、Ioe-n:回音

Iec、Iec-p、Iec-n:回音消除訊號

RI1、RI2:輸入電阻

PI-p:輸入路徑

TM1、TM2:變壓器

RL1、RL2、RX1-p、RX2-p:電阻器

212:數位類比轉換器

214:運算放大器

MD0-p、MD0-n:輸出電晶體

MP0-p、MP0-n:保護電晶體

MD1-p、MD2-p、MP1-p、MP2-p:電晶體

242-p、244-p、300、542-p、544-p、642-p、644-p、646-p:電阻電容網路

Iec1-p:第一電流

Iec2-p:第二電流

310:電晶體

320:電阻器

330:電容器

Ctrl:控制訊號

302:輸入端

306:輸出端

410、420、430:曲線

圖1顯示包含回音消除電路之電子裝置的功能方塊圖；圖2為本發明回音消除電路之一實施例的電路圖；圖3為電阻電容網路的一種實施例；圖4為說明本發明回音消除電路的效果的模擬圖；圖5為本發明回音消除電路之另一實施例的電路圖；以及圖6為本發明回音消除電路之另一實施例的電路圖。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本發明之揭露內容包含回音消除電路。由於本發明之回音消除電路所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。

圖2為本發明回音消除電路之一實施例的電路圖。電子裝置200包含傳送電路210、接收電路220(包含220-p及220-n)、耦合電路230以及回音消除電路240(包含240-p及240-n)。耦合電路230包含變壓器TM1、變壓器TM2、電阻器RL1以及電阻器RL2。傳送電路210包含數位類比轉換器(digital-to-analog converter,DAC)212、運算放大器214、輸出電晶體MD0-p、輸出電晶體MD0-n、保護電晶體MP0-p、保護電晶體MP0-n以及複數個電阻器及電容器。數位類比轉換器212透過運算放大器214驅動輸出電晶體MD0-p及輸出電晶體MD0-n，以產生輸出電流。保護電晶體MP0-p及保護電晶體MP0-n分別與輸出電晶體MD0-p及輸出電晶體MD0-n串聯，目的在於保護輸出電晶體MD0-p及輸出電晶體MD0-n免於直接承受過高的電壓。耦合電路230及傳送電路210的原理為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。接收電路220-p及接收電路220-n透過耦合電路230分別接收輸入訊號Iin-p及輸入訊號Iin-n，而回音消除電路240-p及回音消除電路240-n分別消除回音Ioe-p及回音Ioe-n。接收電路220為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。以下討論回音消除電路240-p的內部電路。回音消除電路240-n與回音消除電路240-p相似，本技術領域具有通常知識者可以從回音消除電路240-p得知回音消除電路240-n的內部電路，故不再贅述回 音消除電路240-n。

回音消除電路240-p包含電晶體MD1-p、電晶體MD2-p、電晶體MP1-p、電晶體MP2-p、電阻電容網路242-p、電阻電容網路244-p、電阻器RX1-p以及電阻器RX2-p。需注意的是，電阻電容網路242-p及電阻電容網路244-p是耦接或電連接另一輸出電晶體MD0-n的閘極(即運算放大器214之反相輸出端)，第一電流Iec1-p與運算放大器214之反相輸出端訊號、電阻電容網路242-p以及電晶體MD1-p相關，第二電流Iec2-p與運算放大器214之反相輸出端訊號、電阻電容網路242-p、電阻電容網路244-p以及電晶體MD2-p相關，且第一電流Iec1-p與第二電流Iec2-p是為了消除輸出訊號Io所引起的回音Ioe。換句話說，回音消除電路240-p根據傳送電路210之差動訊號的第一成分(例如運算放大器214之反相輸出端的訊號)來消除回音Ioe的第二成分(即與運算放大器214之非反相輸出端的訊號相關之回音Ioe-p)；類似地，回音消除電路240-n根據傳送電路210之差動訊號的第二成分(例如運算放大器214之非反相輸出端的訊號)來消除回音Ioe的第一成分(即與運算放大器214之反相輸出端的訊號相關之回音Ioe-n)。

電晶體MD1-p的汲極透過電晶體MP1-p耦接接收電路220-p，電晶體MD1-p的源極透過電阻器RX1-p耦接參考電壓(例如接地)，換言之，電晶體MP1-p、電晶體MD1-p及電阻器RX1-p串聯。電晶體MP1-p、電晶體MD1-p及電阻器RX1-p形成第一電流路徑，並且從輸入路徑(即輸入電阻RI2與接收電路220-p之間的路徑PI-p)抽取(draw)第一電流Iec1-p。第一電流Iec1-p流經電晶體MP1-p、電晶體MD1-p 及電阻器RX1-p，且第一電流Iec1-p的大小與電阻器RX1-p的電阻值成反比。電晶體MP1-p的閘極電連接保護電晶體MP0-p的閘極，而電晶體MD1-p的閘極透過電阻電容網路242-p耦接輸出電晶體MD0-n的閘極。第一電流Iec1-p為回音消除電路240-p所產生之回音消除訊號的一部分。

電晶體MD2-p的汲極透過電晶體MP2-p耦接接收電路220-p，電晶體MD2-p的源極透過電阻器RX2-p耦接參考電壓，換言之，電晶體MP2-p、電晶體MD2-p及電阻器RX2-p串聯。電晶體MP2-p、電晶體MD2-p及電阻器RX2-p形成第二電流路徑，並且從輸入路徑PI-p抽取第二電流Iec2-p。第二電流Iec2-p流經電晶體MP2-p、電晶體MD2-p及電阻器RX2-p，且第二電流Iec2-p的大小與電阻器RX2-p的電阻值成反比。電晶體MP2-p的閘極電連接保護電晶體MP0-p的閘極，而電晶體MD2-p的閘極透過電阻電容網路244-p耦接電晶體MD1-p的閘極。第二電流Iec2-p為回音消除電路240-p所產生之回音消除訊號的一部分。

如圖2所示，因為電阻電容網路244-p透過電阻電容網路242-p耦接輸出電晶體MD0-n的閘極，所以可以視電阻電容網路242-p及電阻電容網路244-p為串聯關係。

圖3為電阻電容網路的一種實施例。電阻電容網路300包含電晶體310、電阻器320以及電容器330。電晶體310的源極耦接電阻器320的一端，電晶體310的汲極耦接電阻器320的另一端，電晶體310的閘極受控制訊號Ctrl控制。電阻電容網路300具有輸入端302及輸出端306。對電阻電容網路242-p而言，輸入端302耦接輸出電晶體MD0-n的閘極且輸出端306耦接電晶體MD1-p的閘極。對電阻電容網路244-p而 言，輸入端302耦接電晶體MD1-p的閘極且輸出端306耦接電晶體MD2-p的閘極。當電晶體310導通時，輸入端302及輸出端306形成電連接，此時電阻電容網路300不作用(inactive)，無法提供訊號延遲的效果。電晶體310非必要元件，在一些實施例中可被省略。電阻電容網路300的時間常數為電阻器320的電阻值與電容器330的電容值的乘積；換言之，可以藉由調整電阻器320的電阻值與電容器330的電容值來改變電阻電容網路300的時間常數。

請繼續參閱圖2。因為存在電阻電容網路244-p，所以第一電流Iec1-p與第二電流Iec2-p之間具有時間延遲。也就是說，回音消除電路240-p在第一時間點從輸入路徑PI-p抽取電流第一電流Iec1-p(即消除一部分的回音)，並且在晚於第一時間點的第二時間點從輸入路徑PI-p抽取電流第二電流Iec2-p(即消除一部分的回音)。第一電流Iec1-p及第二電流Iec2-p的大小可以不同或相同(由電阻器RX1-p及電阻器RX2-p控制)。換言之，回音消除電路240-p可以在不同的時間點以相同大小或不同大小的回音消除訊號消除回音Ioe-p。第一電流Iec1-p與第二電流Iec2-p之間的時間延遲與電阻電容網路244-p的時間常數有關，時間常數愈大則時間延遲愈大。

在一些實施例中，電阻電容網路242-p的時間常數與電阻電容網路244-p的時間常數互相獨立，也就是說兩個時間常數可以相等或不相等。

圖4為模擬圖，說明本發明回音消除電路的效果。曲線410代表未實作回音消除電路，曲線420代表回音消除電路只包含一個電流路 徑，曲線430代表回音消除電路包含兩個以上的電流路徑(例如回音消除電路240-p)。可以看到，在操作頻率為100MHz處，只包含一個電流路徑的回音消除電路可以消除約10.5dB的回音，而回音消除電路240-p可以消除約17.1dB的回音；換句話說，相較於只使用一個電流路徑，使用兩個以上的電流路徑(即分散式的回音消除)來消除回音可以提升約(17.1-10.5)/10.5

63%的效果。

請繼續參閱圖2。電晶體MP1-p及電晶體MP2-p分別用來保護電晶體MD1-p及電晶體MD2-p，在一些實施例中，在電晶體MD1-p及電晶體MD2-p不會承受高電壓的前提下，電晶體MP1-p及電晶體MP2-p可以被省略。雖然圖2只顯示兩個電流路徑，但在其他實施例中回音消除電路240-p可以包含更多電流路徑，而該些電流路徑上的電阻電容網路為串聯關係。主要電晶體指的是閘極電連接電阻電容網路的電晶體，例如電晶體MD1-p及電晶體MD2-p。

圖5為本發明回音消除電路之另一實施例的電路圖。圖5的電子裝置500與圖2的電子裝置200相似，差別在於圖5的回音消除電路540(包含540-p及540-n)為並聯設計。更明確地說，電阻電容網路542-p耦接於輸出電晶體MD0-n的閘極與電晶體MD1-p的閘極之間，而電阻電容網路544-p耦接於輸出電晶體MD0-n的閘極與電晶體MD2-p的閘極之間。換言之，回音消除電路540-p的電流路徑上的電阻電容網路為並聯關係。

電阻電容網路542-p具有第一時間常數，而電阻電容網路544-p具有第二時間常數。第一電流Iec1-p與第二電流Iec2-p之間的時間 延遲與第一時間常數及第二時間常數有關。當第一時間常數實質上等於第二時間常數時，第一電流Iec1-p與第二電流Iec2-p之間的時間延遲實質上為零。本技術領域具有通常知識者可以藉由調整第一時間常數、第二時間常數、電阻器RX1-p的電阻值及電阻器RX2-p電阻值來控制回音消除電路540在不同的時間點以相同大小或不同大小的電流消除回音Ioe-p。在一些實施例中，第一時間常數與第二時間常數互相獨立，也就是說第一時間常數可以等於或不等於第二時間常數。圖5的電路的模擬結果與圖4相似。

圖6為本發明回音消除電路之另一實施例的電路圖。圖6的電子裝置600與電子裝置200及電子裝置500相似，差別在於圖6的回音消除電路640(包含640-p及640-n)包含並聯及串聯的設計。更明確地說，電阻電容網路642-p與電阻電容網路644-p為串聯關係，且電阻電容網路642-p與電阻電容網路646-p為並聯關係。換言之，回音消除電路640-p的電流路徑上的電阻電容網路之間的連接包含串聯以及並聯。

電阻電容網路642-p具有第一時間常數，而電阻電容網路644-p具有第二時間常數，而電阻電容網路646-p具有第三時間常數。第一電流Iec1-p與第二電流Iec2-p之間的時間延遲與第一時間常數、第二時間常數及第三時間常數有關。本技術領域具有通常知識者可以藉由調整第一時間常數、第二時間常數、第三時間常數、電阻器RX1-p的電阻值及電阻器RX2-p電阻值來控制回音消除電路640在不同的時間點以相同大小或不同大小的電流消除回音Ioe-p。相較於回音消除電路240及回音消除電路540，因為回音消除電路640多一個可調的參數(即電阻電容網路 646-p的時間常數)，所以回音消除電路640可以更有彈性地消除回音。圖6的電路的模擬結果與圖4相似。

在一些實施例中，第一時間常數、第二時間常數與第三時間常數互相獨立，也就是說三者可以相等或不相等。

前述的電阻電容網路542-p、544-p、642-p、644-p以及646-p可以由圖3的電阻電容網路300實作。

本發明提出一種可以產生複數個回音消除訊號的回音消除電路，且複數個回音消除訊號所對應的複數個電阻電容網路可以獨立調整。由於電路中的回音與電路的負載及操作頻率息息相關，而這樣的設計可以使回音消除電路更容易模擬電路上的複雜負載，因此，所產生的回音消除訊號與回音更為接近，而得到優異的回音消除效果。

注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸以及比例等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

200:電子裝置

210:傳送電路

220-p、220-n:接收電路

230:耦合電路

240-p、240-n:回音消除電路

Iin-p、Iin-n:輸入訊號

TM1、TM2:變壓器

RL1、RL2、RX1-p、RX2-p:電阻器

RI1、RI2:輸入電阻

PI-p:輸入路徑

212:數位類比轉換器

214:運算放大器

MD0-p、MD0-n:輸出電晶體

MP0-p、MP0-n:保護電晶體

MD1-p、MD2-p、MP1-p、MP2-p:電晶體

242-p、244-p:電阻電容網路

Iec1-p:第一電流

Iec2-p:第二電流

Claims (9)

1. 一種回音消除電路，耦接於一電子裝置之一傳送電路及一接收電路，該傳送電路包含一輸出電晶體，該回音消除電路包含： 一第一電晶體，具有一第一閘極、一第一汲極及一第一源極，其中該第一汲極耦接該接收電路； 一第二電晶體，具有一第二閘極、一第二汲極及一第二源極，其中該第二汲極耦接該接收電路； 一第一電阻電容網路，耦接於該輸出電晶體之一閘極及該第一閘極之間； 一第二電阻電容網路，耦接於該第一閘極及該第二閘極之間； 一第一電阻器，其一端耦接該第一源極，另一端耦接一參考電壓； 一第二電阻器，其一端耦接該第二源極，另一端耦接該參考電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之回音消除電路，其中該第一電阻電容網路具有一第一時間常數，該第二電阻電容網路具有一第二時間常數，該第一時間常數與該第二時間常數互相獨立。
3. 如申請專利範圍第2項所述之回音消除電路，其中該第一時間常數不等於該第二時間常數。
4. 一種回音消除電路，耦接於一電子裝置之一傳送電路及一接收電路，該傳送電路包含一輸出電晶體，該回音消除電路包含： 一第一電晶體，具有一第一閘極、一第一汲極及一第一源極，其中該第一汲極耦接該接收電路； 一第二電晶體，具有一第二閘極、一第二汲極及一第二源極，其中該第二汲極耦接該接收電路； 一第一電阻電容網路，耦接於該輸出電晶體之一閘極及該第一閘極之間； 一第二電阻電容網路，耦接於該輸出電晶體之該閘極及該第二閘極之間； 一第一電阻器，其一端耦接該第一源極，另一端耦接一參考電壓； 一第二電阻器，其一端耦接該第二源極，另一端耦接該參考電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之回音消除電路，其中該第一電阻電容網路具有一第一時間常數，該第二電阻電容網路具有一第二時間常數，該第一時間常數與該第二時間常數互相獨立。
6. 如申請專利範圍第5項所述之回音消除電路，其中該第一時間常數不等於該第二時間常數。
7. 一種回音消除電路，耦接於一電子裝置之一傳送電路及一接收電路，該傳送電路包含一輸出電晶體，該回音消除電路包含： 一第一電晶體，具有一第一閘極、一第一汲極及一第一源極，其中該第一汲極耦接該接收電路； 一第二電晶體，具有一第二閘極、一第二汲極及一第二源極，其中該第二汲極耦接該接收電路； 一第一電阻電容網路，耦接於該輸出電晶體之一閘極及該第一閘極之間； 一第二電阻電容網路，耦接於該第一閘極及該第二閘極之間； 一第三電阻電容網路，耦接於該輸出電晶體之該閘極及該第二閘極之間； 一第一電阻器，其一端耦接該第一源極，另一端耦接一參考電壓； 一第二電阻器，其一端耦接該第二源極，另一端耦接該參考電壓。
8. 如申請專利範圍第7項所述之回音消除電路，其中該第一電阻電容網路具有一第一時間常數，該第二電阻電容網路具有一第二時間常數，該第三電阻電容網路具有一第三時間常數，一第一電流流經該第一電晶體，一第二電流流經該第二電晶體，該第一電流及該第二電流之間具有一時間延遲，該時間延遲與該第一時間常數、該第二時間常數及該第三時間常數有關。
9. 如申請專利範圍第8項所述之回音消除電路，其中該第一時間常數、該第二時間常數與該第三時間常數互相獨立。

Images