專利名稱：用于全雙工通信系統(tǒng)的可調(diào)式回音消除裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種回音消除裝置，特別涉及一種用于全雙工(Full Duplex)通信系統(tǒng)的回音消除裝置。
背景技術：
由于科技的進步，因特網(wǎng)的應用也愈來愈廣。有鑒于對網(wǎng)絡的頻寬要求愈來愈大，目前被普遍使用的以太網(wǎng)絡(Ethernet)，其數(shù)據(jù)封包的傳送速度也從以往的10/100Mbps提升至1Gbps以上。如業(yè)界所熟知，在1Gbps的快速以太網(wǎng)絡裝置中，每個連接端口(Port)具有四個信道(Channel)，而每個信道中均具有一收發(fā)信機。
請參考

圖1。圖1為用于快速以太網(wǎng)絡裝置的信道中的一已知收發(fā)信機(Transceiver)100簡化后的示意圖。一般而言，收發(fā)信機100會通過一線接口(Line Interface)116耦接于一雙絞線(Twist Lines)118。如圖1所示，收發(fā)信機100可分為一傳送端(Transmitter Section)104及一接收端(Receiver Section)106。其中，傳送端104包含有一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路108(Digital-to-Analog Converter，DAC)，用以將一近端信號(Near-endSignal)轉(zhuǎn)換成模擬形式后，藉由線接口116與雙絞線118傳送至遠程另一個網(wǎng)絡裝置。而接收端106則包含有一模擬前端(Analog Front End，AFE)電路，用以對線接口116所接收到的一遠端信號(Far-end Signal)先進行信號處理，再利用一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(Analog-to-Digital Converter，ADC)114，將該遠端信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式后，再送至后級電路。快速以太網(wǎng)絡裝置與遠程另一個網(wǎng)絡裝置的同時使用四個信道，各信道同時執(zhí)行傳輸與接收的功能，故快速以太網(wǎng)絡是為一種全雙工通信系統(tǒng)。
如前所述，快速以太網(wǎng)絡裝置中的每個信道是同時執(zhí)行傳送與接收功能。當信道傳送信號時，會對同時間內(nèi)該信道所接收的信號產(chǎn)生影響，此現(xiàn)象被稱為回音干擾(Echo Impairment)。為了把回音干擾效應降到最低，已知的收發(fā)信機100中會設置一回音消除電路(Echo Cancellation)110以及回音消除電阻Rp?；匾粝娐?10通常也是一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路(DAC)，用以產(chǎn)生與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路108所輸出發(fā)近端信號相對應的消除信號(Cancellation Signal)，該消除信號可抵銷該近端信號對接收端106所造成的影響，以達到回音消除的效果。
請參照圖2。圖2為圖1所繪示的收發(fā)信機100的等效電路圖。在圖2中，收發(fā)信機100中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路108與回音消除電路110是分別電路等效為電流源Id及Ic。對接收端106而言，如果要達到回音消除的目的，則電流源Ic及Id的輸出電流對接收端106所造成的效應必須互相抵銷。
請參照圖3。圖3為圖2所繪示的等效電路圖的小信號模型。其中，Zo為傳送端104的等效輸出阻抗，Zi為接收端106的等效輸入阻抗。Vo為收發(fā)信機100的輸出端的電壓信號，亦即傳送端104所輸出的該近端信號(Near-end Signal)，而Vi則是該近端信號對接收端106所造成的回音(Echo)。在已知的回音消除電路110中，是將等效輸出阻抗Zo視為負載電阻Re，而負載電阻Re的電阻效應則由圖2中用以匹配阻抗的匹配電阻Rm，以及收發(fā)信機100所屬的該信道的等效電阻Rc所共同決定。由圖3所繪示的小信號模型可以得到下列方程式Vi=-Zi[IdZo+(Zo+Rp)Ic]Rp+Zi+Zo---(1)]]>由方程式(1)可知，若要將回音消除，也就是要使Vi＝0，則必須滿足IdZo+(Zo+Rp)Ic＝0 (2)由方程式(2)可以得到Ic=-ZoRp+ZoId---(3)]]>換言之，只要Ic與Id滿足方程式(3)的關系式時，則回音(Echo)便可完全消除。
然而，在考慮等效輸出阻抗Zo時，如前所述，已知的回音消除電路110是將等效輸出阻抗Zo視為由匹配電阻Rm以及信道的等效電阻Rc所共同決定的負載電阻Re，卻未將實際電路實作時所無法避免的寄生電容效應納入考慮。很明顯地，由于已知技術僅將等效輸出阻抗Zo視為單純的負載電阻Re，因此無法將收發(fā)信機100中的回音干擾效應降到最低。
此外，由圖3中可知Vo＞Vi。隨著集成電路(IC)的工作電壓越來越低，故Vo、Vi亦會隨之降低。當集成電路的工作電壓降低至某一個程度的，已知技術中有可能會產(chǎn)生等效電流源Ic(亦即已知的回音消除電路110)中的MOS晶體管無法工作在飽和區(qū)(SaturationRegion)的情形，進而造成信號失真的影響。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于全雙工通信系統(tǒng)的回音消除(Echo Cancellation)裝置，利用一濾波器消除電路中的寄生電容效應，以將回音干擾最小化。
本發(fā)明的另一目的，在于使該回音消除(Echo Cancellation)裝置中的MOS晶體管能維持在飽和區(qū)(Saturation Region)運作，以提升該回音消除裝置的效能。
本發(fā)明的較佳實施例中提供一種用于全雙工通信系統(tǒng)的回音消除(EchoCancellation)裝置，該全雙工通信系統(tǒng)包括一傳送端，用以傳送一近端信號，以及一接收端，用以接收一遠端信號，該回音消除裝置包括一濾波器，用以依據(jù)該近端信號輸出一濾波信號；一回音消除電路(Echo Canceller)，耦合于該濾波器，用以依據(jù)該濾波信號輸出一回音消除信號；至少一回音消除電阻，與該傳送端、該接收端以及該回音消除電路耦接；其中該回音消除電路更包括一提升電流源，用以提升該回音消除電路的直流電平。
附圖簡述圖1為已知用于快速以太網(wǎng)絡裝置的信道中的收發(fā)信機簡化后的示意圖。
圖2為已知收發(fā)信機的等效電路圖。
圖3為圖2的等效電路圖的小信號模型。
圖4為本發(fā)明用于全雙工通信系統(tǒng)的信道中的收發(fā)信機的第一實施例簡化后的示意圖。
圖5與圖6為本發(fā)明的收發(fā)信機的第一實施例的等效電路圖。
圖7為本發(fā)明用于全雙工通信系統(tǒng)的信道中的收發(fā)信機的第二實施例簡化后的示意圖。
圖8為本發(fā)明的收發(fā)信機的第二實施例的等效電路圖。
附圖符號說明100、400、700 收發(fā)信機104、404、704 傳送端106、406、706 接收端108、408、708 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路110、410、710 回音消除電路112、412、712 模擬前端電路114、414、714 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路116、416、716 線界面118、418、718 雙絞線722 殘余回音檢測電路具體實施方式
請再參考圖3。本發(fā)明將實際電路實作時難以避免的寄生電容效應納入考量，故將等效輸出阻抗Zo修正為由負載電阻Re(由匹配電阻Rm以及信道的等效電阻Rc所組成)及寄生電容Ce的并聯(lián)(Zo＝Re//Ce)。在本發(fā)明中，等效輸出阻抗Zo的大小是如下列方程式所示Zo=ResReCe+1---(4)]]>將方程式(4)代入方程式(3)，則可得到以下方程序Ic=-ReRp+Re+sReRpCeId=H(s)·Id---(5)]]>由方程式(5)可知，H(s)所表示的Ic與Id的關系，實際上即為一低通轉(zhuǎn)換方程式(Low Pass Transfer Function)。
請參考圖4，其所繪示為本發(fā)明用于全雙工通信系統(tǒng)的信道中的收發(fā)信機(Transceiver)的第一實施例400簡化后的示意圖。在收發(fā)信機400中，本發(fā)明所提出的回音消除裝置包括一回音消除電路(Echo Canceller)410，用以產(chǎn)生與一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路408所輸出發(fā)一近端信號相對應的消除信號；一回音消除電阻Rp，耦接于收發(fā)信機400發(fā)一傳送端404與一接收端406之間；一低通濾波器420，與回音消除電路410耦接，作為其前級電路；其中，回音消除電路410更包括一提升電流源，用以提升回音消除電路410的直流電平。在實作上，回音消除電路410可為一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路(DAC)，而其中該提升電流源則可以一或多個晶體管來實現(xiàn)。
請參考圖5所繪示的本發(fā)明的收發(fā)信機400的一等效電路圖。在圖5中，收發(fā)信機400中的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路408與回音消除電路410是分別電路等效為電流源Id及Ic，而該提升電流源則電路等效為電流源Ia。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路408依據(jù)一數(shù)字信號產(chǎn)生一近端信號。圖5中的H(s)則如前所述是為一低通轉(zhuǎn)換方程式，可以數(shù)字或是模擬電路的方式來實現(xiàn)，使其滿足方程式(5)。舉例而言，若是以數(shù)字電路的方式來實現(xiàn)，則H(s)為一數(shù)字低通濾波器(Digital Low Pass Filter)；若是以模擬電路的方式來實現(xiàn)，則H(s)為一電阻電容網(wǎng)絡低通濾波器(RC Network Low Pass Filter)，如圖6的等效電路圖所示。若采用半導體制程實作，則圖6的電阻電容網(wǎng)絡低通濾波器420中的電阻可以MOS晶體管來實現(xiàn)，其電阻值是由其柵極電壓Vd的大小所決定，而電容則可利用金屬夾層電容或是寄生電容來實現(xiàn)。
本發(fā)明的回音消除裝置藉由低通濾波器420的作用，可以使得回音消除電路410(電路上等效為電流源Ic)輸出的消除信號，抵銷由數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路408(電路上等效為電流源Id)所輸出的該近端信號對接收端406所造成的影響，進而將回音干擾的現(xiàn)象降到最低。
另外，本發(fā)明利用該提升電流源(即圖5與圖6中的等效電流源Ia)來提高Vi的直流電平，使得電流源Ic中的MOS晶體管能維持在飽和區(qū)(Saturation Region)工作，以避免造成信號失真(Signal Distortion)，進而提升本發(fā)明的回音消除電路410消除回音的效能。在實作上，圖4的該提升電流源(即等效電流源Ia)可以是一固定電流源或是一可調(diào)式電流源，亦即提升電流源Ia所提供的信號可以是直流成分為固定值的直流信號或交流信號，亦可以是直流成分會隨電流源Ic的大小而調(diào)整的信號。
請參考圖7，其所繪示為本發(fā)明用于全雙工通信系統(tǒng)中的收發(fā)信機的第二實施例700簡化后的示意圖。在電路實際實作時，由于寄生電容Ce、信道等效電阻Rc以及阻抗匹配電阻Rm的大小，會受到工作環(huán)境、工作溫度、制程差異...等等因素的影響，在數(shù)據(jù)的傳送/接收的過程中可能隨時都會改變。為了更精準地達到回音消除的功效，在本發(fā)明提出的第二實施例中，在接收端706另設置了一殘余回音檢測電路722，用以檢測接收端706所收到的殘余回音(Echo Residue)。殘余回音檢測電路722會依據(jù)所檢測到的殘余回音輸出一控制信號至一低通濾波器720，以調(diào)整該低通轉(zhuǎn)換方程式H(s)極點(Pole)的位置，使殘余回音能調(diào)整到最小。
請參考圖8。圖8為本發(fā)明的收發(fā)信機700的等效電路圖。若圖8中的低通濾波器720是以一數(shù)字低通濾波器實現(xiàn)，則殘余回音檢測電路722可依據(jù)殘余回音調(diào)整數(shù)字低通濾波器720的有限脈沖響應(Finite ImpulseResponse，F(xiàn)IR)或是無限脈沖響應(Infinite Impulse Response，IIR)的系數(shù)。若低通濾波器720是以一電阻電容網(wǎng)絡低通濾波器實現(xiàn)，則殘余回音檢測電路722可依據(jù)殘余回音調(diào)整電阻電容網(wǎng)絡低通濾波器720的電容或電阻值。例如，若電阻電容網(wǎng)絡低通濾波器720中的電阻是以一MOS晶體管來實現(xiàn)，則殘余回音檢測電路722可藉由控制該MOS晶體管的柵極電壓Vd來調(diào)整電阻電容網(wǎng)絡低通濾波器720的電阻電容(RC)值，以動態(tài)地依據(jù)當時的電路組件特性以及網(wǎng)絡環(huán)境調(diào)整低通濾波器720，以維持最佳的回音消除功效。至于提升電流源Ia的作用及實作方式與圖4的提升電流源Ia實質(zhì)上相同，故不再贅述。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于全雙工通信系統(tǒng)的回音消除裝置，其中，該全雙工通信系統(tǒng)包括一傳送端，用以傳送一近端信號，以及一接收端，用以接收一遠端信號，該回音消除裝置包括一濾波器，用以依據(jù)該近端信號輸出一濾波信號；一回音消除電路，耦合于該濾波器，用以依據(jù)該濾波信號輸出一回音消除信號；以及至少一回音消除電阻，與該傳送端、該接收端以及該回音消除電路耦接；其中，該回音消除電路更包括一提升電流源，用以提升該回音消除電路的直流電平。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該回音消除電路是為一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該濾波器是為一低通濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該濾波器是為一數(shù)字濾波器或一電阻電容網(wǎng)絡濾波器。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該回音消除裝置更包括一殘余回音檢測電路，用以依據(jù)該接收端的一殘余回音輸出一控制信號，以控制該濾波器。
6.一種用于全雙工通信系統(tǒng)的回音消除裝置，其中，該全雙工通信系統(tǒng)包括一傳送端，用以傳送一近端信號，以及一接收端，用以接收一遠端信號，該回音消除裝置包括一濾波器，用以依據(jù)該近端信號輸出一濾波信號；一回音消除電路，與該濾波器耦接，用以依據(jù)該濾波信號輸出一回音消除信號；至少一回音消除電阻，與該傳送端、該接收端以及該回音消除電路耦接；以及一殘余回音檢測電路，用以依據(jù)該接收端的一殘余回音輸出一控制信號，以控制該濾波器；其中，該回音消除電路更包括一提升電流源，用以提升該回音消除電路的直流電平。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，該回音消除電路是為一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，該濾波器是為一數(shù)字濾波器，而該控制信號是用以調(diào)整該數(shù)字濾波器的有限脈沖響應或無限脈沖響應的多個系數(shù)。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，該濾波器是為一電阻電容網(wǎng)絡濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，該電阻電容網(wǎng)絡濾波器包括一MOS晶體管，用以電路等效為一電阻，而該控制信號是用以控制該MOS晶體管的柵極電流以調(diào)整該MOS晶體管的電阻值。
全文摘要
一種用于全雙工通信系統(tǒng)的回音消除(EchoCancellation)裝置，其中，該全雙工通信系統(tǒng)包括一傳送端，用以傳送一近端信號，以及一接收端，用以接收一遠端信號，該回音消除裝置包括一濾波器，用以依據(jù)該近端信號輸出一濾波信號；一回音消除電路，耦合于該濾波器，用以依據(jù)該濾波信號輸出一回音消除信號；至少一回音消除電阻，與該傳送端、該接收端以及該回音消除電路耦接；其中該回音消除電路更包括一提升電流源，用以提升該回音消除電路的直流電平。
文檔編號H04B3/23GK1655468SQ20041000391
公開日2005年8月17日 申請日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者黃禎治, 陳慕蓉 申請人:瑞昱半導體股份有限公司