TWI789045B - 前饋式回波消除裝置與回波消除方法 - Google Patents

前饋式回波消除裝置與回波消除方法 Download PDF

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Abstract

前饋式回波消除裝置包含第一阻抗電路、第二阻抗電路以及回波消除電流產生電路。第一阻抗電路用以響應一傳輸電流以輸出一第一電流至一節點。第二阻抗電路用以響應該傳輸電流以輸出一第二電流至該節點。回波消除電流產生電路用以自該節點汲取出一回波消除電流。該節點經由一增益控制電路連接至一可編程增益放大器電路的一輸入端，且該增益控制電路用於設定該可編程增益放大器電路的一放大增益。

Description

前饋式回波消除裝置與回波消除方法
本案是關於回波消除裝置，尤其是應用於乙太網路裝置中的前饋式回波消除裝置以及其回波消除方法。
在全雙工(full duplex)通訊系統中，通訊裝置可同時傳輸與接收訊號。因此，通訊裝置中的接收器所收到的訊號，可能包含來自基於本地發射器輸出的資料訊號所產生的回波(echo)以及另一通訊裝置傳來的資料訊號。為了正確地獲得另一通訊裝置傳來的資料訊號，可以使用回波消除裝置來降低回波的影響。在一些相關技術中，回波消除裝置所產生的補償訊號與回波在高頻帶存在不匹配，使得該補償訊號無法有效地降低回波的影響。另一方面，在該些相關技術中，回波消除裝置是透過將補償訊號與通訊裝置中的可編程增益放大器輸出的訊號進行加總，以消除回波。然而，當通訊裝置依據系統操作狀態調整可編程增益放大器的放大增益時，回波消除裝置並沒有被對應調整，使得該補償訊號可能無法有效地降低回波的影響。
於一些實施態樣中，前饋式回波消除裝置包含第一阻抗電路、第二阻抗電路以及回波消除電流產生電路。第一阻抗電路用以響應一傳輸電流以輸出一第一電流至一節點。第二阻抗電路用以響應該傳輸電流以輸出一第二電流至該節點。回波消除電流產生電路用以自該節點汲取出一回波消除電流。該節點經由一增益控制電路連接至一可編程增益放大器電路的一輸入端，且該增益控制電路用於設定該可編程增益放大器電路的一放大增益。
於一些實施態樣中，回波消除方法包含下列操作：響應一傳輸電流輸出一第一電流至一節點，其中該節點經由一增益控制電路連接至一可編程增益放大器電路的一輸入端，且該增益控制電路用於設定該可編程增益放大器電路的一放大增益；自該節點汲取出一回波消除電流；以及響應該傳輸電流輸出一第二電流至該節點，其中該第一電流與該第二電流之一總和接近於該回波消除電流。
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
10:近端通訊裝置
11:發射器電路
12:接收器電路
13:傳輸電流產生電路
14:前饋式回波消除裝置
141:阻抗電路
142:阻抗電路
143:回波消除電流產生電路
15:放大器
150:增益控制電路
152:可編程增益放大器電路
154:回授網路
16:控制電路
20:遠端通訊裝置
30:纜線
400:回波消除方法
C1,C2,CF,CFB:電容
I1,I2:電流
IEC:回波消除電流
ITX:傳輸電流
N1:節點
R1,RF:電阻
RFB:可變電阻
S410,S420,S430:操作
SD,SI:資料訊號
〔圖1〕為根據本案一些實施例繪製的一種近端通訊裝置的示意圖；〔圖2〕為根據本案一些實施例繪製圖1中的多個電流以及回波消除電流的頻率響應之示意圖；〔圖3〕為根據本案一些實施例繪製圖1中的前饋式回波消除裝置以及放大器的電路示意圖；以及 〔圖4〕為根據本案一些實施例繪製一種回波消除方法的流程圖。
本文所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本案的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本案之範圍與意涵。同樣地，本案亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。
關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。如本文所用，用語『電路』可為由至少一個電晶體與/或至少一個主被動元件按一定方式連接以處理訊號的裝置。
如本文所用，用語『與/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述並辨別各個元件。因此，在本文中的第一元件也可被稱為第二元件，而不脫離本案的本意。為易於理解，於各圖式中的類似元件將被指定為相同標號。
關於本文中所使用之『約』、『接近』或『相同』一般通常係指實際數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『接近』或『相同』所表示的誤差或範圍。
圖1為根據本案一些實施例繪製的一種近端通訊裝置10的示意圖。於一些實施例中，近端通訊裝置10可為(但不限於)乙太網路裝置。例如，近端通訊裝置10可為乙太網路介面控制器中的部分裝置。近端通訊裝置10 可包含發射器電路11、接收器電路12、傳輸電流產生電路13、前饋式回波消除裝置14、放大器15以及控制電路16。
發射器電路11用以經由纜線30傳送資料訊號SD至遠端通訊裝置20。傳輸電流產生電路13用以產生傳輸電流ITX。於一些實施例中，傳輸電流產生電路13可為(但不限於)電流式數位類比轉換器電路，其用以將近端通訊裝置10欲傳送的資訊轉換成傳輸電流ITX。如此一來，發射器電路11可根據傳輸電流ITX產生資料訊號SD。接收器電路12可經由纜線30接收來自遠端通訊裝置20的資料訊號。在接收訊號的過程中，接收器電路12可能會接收到發射器電路11產生的資料訊號SD，使得近端通訊裝置10受到回波的影響而產生非線性失真。前饋式回波消除裝置14可用來產生多個電流(例如為後述的電流I2以及回波消除電流IEC)，以降低回波的影響。
詳細而言，前饋式回波消除裝置14包含阻抗電路141、阻抗電路142以及回波消除電流產生電路143。阻抗電路141可提供一阻抗(例如為圖3中的電阻R1)，且該阻抗之阻值使輸入等效阻抗相同於(或接近於)近端通訊裝置10傳輸訊號至遠端通訊裝置20之路徑上的阻抗。阻抗電路141響應傳輸電流ITX產生電流I1至節點N1(標示為加號)。換言之，藉由設置阻抗電路141，可利用電流I1模擬接收器電路12所收到的回波。阻抗電路142響應傳輸電流ITX產生電流I2至節點N1(標示為加號)。回波消除電流產生電路143用以自節點N1汲取出回波消除電流IEC(標示為減號)。於一些實施例中，回波消除電流產生電路143可操作為電流源電路，其耦接於節點N1與接地端之間以自節點N1汲取回波消除電流IEC。於一些實施例中，回波消除電流產生電路143可為電流式數位類比轉換器電路，其可由控制電路16控制以設定該回波消除電流IEC。
再者，如圖1所示，經接收器電路12所接收的資料(標示為資料訊號SI)會經由節點N1傳輸給放大器15。如此，放大器15可放大資料訊號SI，以供後續的電路(例如，但不限於，控制電路16)進行資料處理。資料訊號SI、電流I1、電流I2與回波消除電流IEC會在節點N1上加總後，再傳遞至放大器15。因此，若電流I1、電流I2與回波消除電流IEC三者之總和為(或接近於)0，電流I1、電流I2與回波消除電流IEC可在節點N1相互抵銷，使得放大器15可收到受較少回波影響的資料訊號SI。如此一來，放大器15可產生更精確的資料訊號。換言之，由於電流I1相當於回波，若電流I1、電流I2與回波消除電流IEC三者之總和為(或接近於)0，代表回波可被消除(或降低)，使得近端通訊裝置10可更為準確地判讀接收到的資料。關於電流I1、電流I2以及回波消除電流IEC之間的對應關係將於後參照圖2說明。
放大器15包含增益控制電路150以及可編程增益放大器電路152。增益控制電路150根據控制電路16的控制來設定可編程增益放大器電路152的一放大增益。於一些實施例中，增益控制電路150可為交流耦合電路，但不以此為限。於一些實施例中，增益控制電路150可為可編程增益放大器電路152的回授網路中的部分電路。節點N1經由增益控制電路150連接至可編程增益放大器電路152。控制電路16可根據可編程增益放大器電路152的輸出訊號分析一系統收斂指標，以決定是否需要調整增益控制電路150，以設定可編程增益放大器電路152的放大增益。於一些實施例中，該系統收斂指標可包含(但不限於)回波的功率、訊號雜訊比等等。
於一些實施例中，控制電路16可包含(但不限於)類比數位轉換電路(未示於圖1)以及數位訊號處理器電路(未示於圖1)。類比數位轉換 電路可轉換可編程增益放大器電路152的輸出訊號為數位資料，且數位訊號處理器電路可根據數位資料執行一特定演算法來決定系統收斂指標。
如圖1所示，阻抗電路141、阻抗電路142以及回波消除電流產生電路143是在連接到放大器15的輸入端之節點N1上消除回波。換言之，阻抗電路141、阻抗電路142以及回波消除電流產生電路143可共用增益控制電路150與可編程增益放大器電路152。於此條件下，當控制電路16根據當前操作狀態來調整放大器15的放大增益時，阻抗電路141、阻抗電路142以及回波消除電流產生電路143中每一者的頻率響應可以一起被調整。如此一來，電流I1、電流I2以及回波消除電流IEC可以跟著被調整，來達到更佳的回波消除。
圖2為根據本案一些實施例繪製圖1中的電流I1、電流I2以及回波消除電流IEC的頻率響應之示意圖。在一些實施例中，可利用增益控制電路150所輸出的電流(後稱電流IPGA)除以對應之電流來計算增益，以得到該對應電流的頻率響應。例如，電流I1的增益可表示為IPGA/I1，電流I2的增益可表示為IPGA/I2，且電流IEC的增益可表示為IPGA/IEC。
如先前所述，電流I1可視為回波。回波消除電流IEC可用來與電流I1在節點N1上互相抵銷，以降低回波的影響。理想上，回波消除電流IEC應相同於(或接近於)電流I1。然而，由於傳輸路徑的實際阻抗不同，電流I1與回波消除電流IEC在高頻帶存在不匹配，將導致回波消除電流IEC無法相同於(或接近於)電流I1。阻抗電路142可提供電流I2至節點N1，以補償在高頻帶的能量不匹配。亦即，電流I1與電流I2之總和約接近(或相同於)回波消除電流IEC(可表示為I1+I2≒IEC)。
圖3為根據本案一些實施例繪製圖1中的前饋式回波消除裝置14以及放大器15的電路示意圖。於此例中，阻抗電路141包含電阻R1，其可將傳輸電流ITX輸出為電流I1。電阻R1的一端以及回波消除電流產生電路143耦接至節點N1，且回波消除電流產生電路143耦接於節點N1與接地端之間。如此，回波消除電流產生電路143可自節點N1汲取出回波消除電流IEC。阻抗電路142包含電阻RF以及電容CF。電阻RF與電容CF形成高通訊號路徑，以響應傳輸電流ITX產生電流I2。於一些實施例中，電容CF可為電容網路或電容陣列網路，其可根據控制電路16之控制調整電容CF的容值。於一些實施例中，電阻RF與電容CF可用以控制高通訊號路徑之頻寬。例如，電阻RF與電容CF之乘積可用以決定圖2中的電流I2的轉角頻率(corner frequency)。
於此例中，阻抗電路141直接耦接至節點N1，以傳遞電流I1至節點N1。阻抗電路142直接耦接至節點N1，以傳遞電流I2至節點N1。類似地，回波消除電流產生電路143直接耦接至節點N1，以自節點N1汲取回波消除電流IEC至接地端。換言之，電流I1、電流I2以及回波消除電流IEC可於節點N1上加總。如圖1所示，電流I1與電流I2是流入至節點N1，而回波消除電流IEC是自節點N1流出。於此條件下，電流I1、電流I2以及回波消除電流IEC的加總可表示為I1+I2-IEC≒0。
再者，節點N1更經由增益控制電路150連接至可編程增益放大器電路152的輸入端。增益控制電路150可例如為(但不限於)交流耦合電路(在一些實施例中可為直流耦合電路)，其包含電容C1以及電容C2。電容C1耦接於節點N1與可編程增益放大器電路152的輸入端之間。電容C2耦接於節點N1與接地端之間。於一些實施例中，電容C1以及電容C2中每一者可為切換式電容 電路或是電容網路。增益控制電路150呈現的等效容值可由電容C1與電容C2決定。如前所述，資料訊號SI可經由節點N1以及增益控制電路150傳輸給可編程增益放大器電路152。因此，若電容C1的容值越大，對應的交流阻抗越低，可提高資料訊號SI中經由增益控制電路150傳輸到可編程增益放大器電路152的能量。如此，可以提高可編程增益放大器電路152的放大增益。或者，若電容C1的容值越小，對應的交流阻抗越高，可減少資料訊號SI中經由增益控制電路150傳輸到可編程增益放大器電路152的能量。如此，可以降低可編程增益放大器電路152的放大增益。
於一些實施例中，放大器15還可包含回授網路，其可用來調整可編程增益放大器電路152的放大增益與/或頻率響應。例如，放大器15包含回授網路154，其耦接於可編程增益放大器電路152的輸入端與輸出端之間。回授網路154包含可變電阻RFB以及電容CFB。可變電阻RFB可基於控制電路16之控制改變其阻抗值，以協同增益控制電路150設定可編程增益放大器電路152的放大增益，或是設定可編程增益放大器電路152的頻率響應。
圖3的設置方式用於示例，且本案並不以此為限。各種可共享同一增益控制電路與可編程增益放大器電路的前饋式回波消除之設置方式皆為本案所涵蓋的範圍。
圖4為根據本案一些實施例繪製一種回波消除方法400的流程圖。於一些實施例中，圖4中的多個操作可由(但不限於)圖1中的前饋式回波消除裝置14執行。
於操作S410，響應傳輸電流(例如為傳輸電流ITX)輸出第一電流(例如為電流I1)至節點(例如為節點N1)，其中節點經由增益控制電路 (例如為增益控制電路150)連接至可編程增益放大器電路(例如為可編程增益放大器電路152)的輸入端，且增益控制電路用於設定可編程增益放大器電路的放大增益。
於操作S420，自節點汲取出回波消除電流(例如為電流IEC)。
於操作S430，響應該傳輸電流輸出第二電流(例如為電流I2)至該節點，其中第一電流與第二電流之總和接近於回波消除電流。
上述多個操作可參照前述各實施例之說明理解，故於此不再重複贅述。上述回波消除方法400的多個操作僅為示例，並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本案的各實施例的操作方式與範圍下，在回波消除方法400下的各種操作當可適當地增加、替換、省略或以不同順序執行(例如可以是同時執行或是部分同時執行)。
綜上所述，本案一些實施例中前饋式回波消除裝置以及回波消除方法可在通訊裝置依據當前操作狀態調整電路組態時自動調整，以達到更佳的回波消除。
雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案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。
10:近端通訊裝置
11:發射器電路
12:接收器電路
13:傳輸電流產生電路
14:前饋式回波消除裝置
141:阻抗電路
142:阻抗電路
143:回波消除電流產生電路
15:放大器
150:增益控制電路
152:可編程增益放大器電路
154:回授網路
16:控制電路
20:遠端通訊裝置
30:纜線
I1,I2:電流
IEC:回波消除電流
ITX:傳輸電流
N1:節點
SD,SI:資料訊號

Claims (10)

  1. 一種前饋式回波消除裝置，包含：一第一阻抗電路，用以響應一傳輸電流以輸出一第一電流至一節點；一第二阻抗電路，用以響應該傳輸電流以輸出一第二電流至該節點；以及一回波消除電流產生電路，用以自該節點汲取出一回波消除電流，其中該第一電流與該第二電流之一總和接近於該回波消除電流，其中該節點經由一增益控制電路連接至一可編程增益放大器電路的一輸入端，且該增益控制電路用於設定該可編程增益放大器電路的一放大增益。
  2. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該第一電流、該第二電流與該回波消除電流於該節點相互抵銷。
  3. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該第一電流與該第二電流之一總和相同於該回波消除電流。
  4. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該第一阻抗電路、該第二阻抗電路以及該回波消除電流產生電路直接耦接至該節點。
  5. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該增益控制電路為一交流耦合電路或一直流耦合電路。
  6. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該第二阻抗電路包含一電阻與一電容，且該電阻與該電容用以設定該第二電流的一轉角頻率。
  7. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該回波消除電流產生電路為一電流式數位類比轉換器電路。
  8. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該增益控制電路用以基於一系統收斂指標被調整，以設定該放大增益。
  9. 如請求項1之前饋式回波消除裝置，其中該節點更用以接收一資料訊號，並傳輸該資料訊號給該可編程增益放大器電路。
  10. 一種回波消除方法，包含：響應一傳輸電流輸出一第一電流至一節點，其中該節點經由一增益控制電路連接至一可編程增益放大器電路的一輸入端，且該增益控制電路用於設定該可編程增益放大器電路的一放大增益；自該節點汲取出一回波消除電流；以及響應該傳輸電流輸出一第二電流至該節點，其中該第一電流與該第二電流之一總和接近於該回波消除電流。
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