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発明の名称 通信装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−7739(P2001−7739A)
公開日 平成13年1月12日(2001.1.12)
出願番号 特願平11−179001
出願日 平成11年6月24日(1999.6.24)
代理人 【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男 (外3名)
【テーマコード(参考)】
5K027
5K046
【Fターム(参考)】
5K027 BB03 DD10 
5K046 AA01 BA01 CC04 CC08 CC09 CC25 CC28 GG02 GG03 GG05 GG22
発明者 会沢 幸雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 差動構成のアナログフロントエンド部に複数のパッシブ素子からなるバランスネットと、複数のレシーバアンプと、複数の送信ドライバと、複数のインピーダンス整合用出力抵抗と、複数の入力抵抗と、送受信用トランスを具備し、該複数の送信ドライバの第1の出力部を該バランスネットの第1の入力部と該複数のインピーダンス整合用出力抵抗の第1の出力抵抗の一端に接続し、前記複数の送信ドライバの第2の出力部を前記バランスネットの第2の入力部と前記複数のインピーダンス整合用出力抵抗の第2の出力抵抗の一端に接続し、該第1の出力抵抗のもう一端は該送受信用トランスの第1の接続部と接続し、該第2の出力抵抗のもう一端は前記送受信用トランスの第2の接続部と接続し、前記送受信用トランスの第1の接続部は該複数の入力抵抗の第1の入力抵抗の一端に接続し、前記送受信用トランスの第2の接続部は前記複数の入力抵抗の第2の入力抵抗の一端に接続し、該第1の入力抵抗のもう一端と前記バランスネットの第1の出力部を該複数のレシーバアンプの第1のレシーバアンプの負入力端子に接続し、該第2の入力抵抗のもう一端と前記バランスネットの第2の出力部を前記複数のレシーバアンプの第2のレシーバアンプの負入力端子にそれぞれ接続し、前記第1、第2のレシーバアンプの負入力端子と前記第1、第2のレシーバアンプの出力端子間にはそれぞれ帰還抵抗を接続し、前記第1、第2のレシーバアンプの正入力端子は接地したことを特徴とする電話線等のメタリック伝送線路に用いられる通信装置。
【請求項2】 前記バランスネットを直列接続された第1の抵抗、第1のインダクタンスと並列接続された第1のキャパシタンス、第2の抵抗とを直列接続した複数の直並列回路で構成し、該複数の直並列回路の第1の直並列回路の一端を前記送信ドライバの第1の出力部に接続した場合は該第1の直並列回路のもう一端は前記複数のレシーバアンプの第2のレシーバアンプの負入力端子に接続し、前記複数の直並列回路の第2の直並列回路の一端を前記送信ドライバの第2の出力部に接続した場合は該第2の直並列回路のもう一端は前記複数のレシーバアンプの第1のレシーバアンプの負入力端子にそれぞれ接続することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
【請求項3】 前記直列接続された第1の抵抗、第1のインダクタンスによる第1の複数の直列回路を、直列接続された第3の抵抗、第2のキャパシタンスによる第2の複数の直列回路と複数の第4の抵抗とを用いて、該第2の複数の直列回路の一つの直列回路の一端は該複数の第4の抵抗の一つ抵抗の一端と接続し、前記第2の複数の直列回路の一つの直列回路のもう一端を前記送信ドライバの第1の出力部に接続した場合は前記複数の第4の抵抗の一つの抵抗のもう一端は前記送信ドライバの第2の出力部に接続され、前記第2の複数の直列回路の一つの直列回路のもう一端を前記送信ドライバの第2の出力部に接続した場合は前記複数の第4の抵抗の一つの抵抗のもう一端は前記送信ドライバの第1の出力部に接続されるというように前記第2の複数の直列回路と前記複数の第4の抵抗とを互いにたすきがけに接続することにより置き換えることを特徴とする請求項2に記載の通信装置。
【請求項4】 前記第3の抵抗と前記第4の抵抗の抵抗値を同じにすることを特徴とする請求項3に記載の通信装置。
【請求項5】 前記バランスネットに抵抗、キャパシタンスで構成される複数の一次のハイパスフィルタを接続したことを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の通信装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝送線路の電気特性を等価的に模擬して送信信号の廻り込み(以下、エコーという)を抑圧するバランスネットを有する通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、インターネットが急速に普及し画像伝送等大容量の情報の伝送も広く行われるようになり、特にアクセス回線の高速化が熱望されている。こうした状況下で既存のメタリック回線上での高速アクセスを可能にするxDSLという通信システムが実用化されつつある。
【0003】そのようなシステムを構築する通信装置には、受信側のアナログフロントエンド部に搭載されるアナログ/ディジタル変換器(ADC)の入力ダイナミックレンジを有効に活用するために、複数のパッシブ素子を用いて伝送線路の電気特性を模擬したバランスネットと呼ばれる送信信号の廻り込み(エコー)を抑圧するための回路が組み込まれる。
【0004】図12はかかるバランスネットを有し、かつ非対象ディジタル加入者伝送方式(ADSL)を採用した通信装置のアナログフロントエンドの一部を示す回路図である。バランスネット6は、抵抗R1、R2、R3、キャパシタンスC1およびインダクタンスL1を送信ドライバ1の正相出力部1aと接地点間、及び逆相出力部1bと接地点間にそれぞれ直並列接続した回路構成となる。レシーバアンプ7の負入力端子とバランスネット6の抵抗R1と抵抗R2の接続点(ノードB)には抵抗R10が接続され、レシーバアンプ7の正入力端子は抵抗R30と抵抗R31の抵抗分割を介して出力抵抗R20と送受信用トランス3の接続点(ノードA)と接続される。さらに、レシーバアンプ7の負入力端子と出力端子間には帰還抵抗R40が接続される。レシーバアンプ8についても同様の接続がなされる。
【0005】ところで、全信号帯域で出力抵抗R20、終端抵抗R21及び伝送線路5の特性インピーダンス間のインピーダンス整合が取れていれば、送信ドライバ1の正相出力部1aの送信電圧とノードAの送信電圧との比は全信号帯域で一定である。その場合、バランスネット6に周波数特性を持たせる必要は無い。
【0006】しかし、伝送線路5の特性インピーダンスは周波数特性を有し、かつ出力抵抗R20と伝送線路5との間に挿入されるトランス3とキャパシタンス3a及び伝送線路5と対向トランシーバ2のインピーダンスである終端抵抗R21との間に挿入される対向トランス4とキャパシタンス4aも使用する周波数域によってはインピーダンスとして見える。
【0007】つまり、使用する周波数域によってはインピーダンス不整合が生じるため送信ドライバ1の正相出力部1aの送信電圧とノードAの送信電圧との比は周波数特性を有する。
【0008】そこで、従来の技術では送信ドライバ1から出力されてノードBに伝達される送信電圧の周波数特性及び位相特性がノードAに伝達される送信電圧の周波数特性及び位相特性と同じになるように前記バランスネット6の回路を構成してその回路定数を調整して、エコーを抑圧している。
【0009】具体的にはノードAから抵抗R30と抵抗R31の抵抗分割を介してレシーバアンプ7の正入力端子に入力される周波数域の送信電圧をVa(ω)・expiθ(ω)、ノードBでの周波数域の送信電圧をVb(ω)・expiθ(ω)とし、周波数域のエコー電圧をVec(ω)・expiθ(ω)とすると、エコー電圧Vec(ω)・expiθ(ω)はVa(ω)・expiθ(ω)、Vb(ω)・expiθ(ω)をレシーバアンプ7を用いてアナログ減算された結果であるからVec(ω)・expiθ(ω)=Va(ω)・expiθ(ω)−Vb(ω)・expiθ(ω)である。ここで、ωは信号の周波数、θは信号の位相である。レシーバアンプ8を用いた場合も同様である。
【0010】よって、エコーを抑圧するためには、すなわちVec(ω)・expiθ(ω)≒0とするためには全信号帯域でVa(ω)・expiθ(ω)≒Vb(ω)・expiθ(ω)となるようにバランスネット6の回路を構成してその回路定数を調整すればよいことになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術では、前記レシーバアンプ7、8をアナログ減算器として用いるためにレシーバアンプを内蔵するLSIに入力ダイナミックレンジに応じた電源電圧を必要とし、レシーバアンプを内蔵するLSIの低電圧化が困難であるという課題があった。また、インダクタンスを用いると部品コストが高く、実装面積も大きくなるという課題があった。さらに、従来のバランスネット回路では低域のエコー抑圧特性が悪いという課題があった。
【0012】本発明は前記課題を解決するものであり、レシーバアンプを内蔵するLSIの低電圧化を容易にし、インダクタンスを抵抗およびキャパシタンスで置き換えた場合には部品コストの低減及び実装面積を縮小でき、さらに低域のエコー抑圧特性をも改善できる通信装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的達成のために、請求項1の発明にかかる通信装置は、差動構成のアナログフロントエンド部に複数のパッシブ素子からなるバランスネットと、複数のレシーバアンプと、複数の送信ドライバと、複数のインピーダンス整合用出力抵抗と、複数の入力抵抗と、送受信用トランスを具備し、複数の送信ドライバの第1の出力部をバランスネットの第1の入力部と複数のインピーダンス整合用出力抵抗の第1の出力抵抗の一端に接続し、複数の送信ドライバの第2の出力部をバランスネットの第2の入力部と複数のインピーダンス整合用出力抵抗の第2の出力抵抗の一端に接続し、第1の出力抵抗のもう一端は送受信用トランスの第1の接続部と接続し、第2の出力抵抗のもう一端は送受信用トランスの第2の接続部と接続し、送受信用トランスの第1の接続部は複数の入力抵抗の第1の入力抵抗の一端に接続し、送受信用トランスの第2の接続部は複数の入力抵抗の第2の入力抵抗の一端に接続し、第1の入力抵抗のもう一端とバランスネットの第1の出力部を複数のレシーバアンプの第1のレシーバアンプの負入力端子に接続し、第2の入力抵抗のもう一端とバランスネットの第2の出力部を複数のレシーバアンプの第2のレシーバアンプの負入力端子にそれぞれ接続し、第1、第2のレシーバアンプの負入力端子と第1、第2のレシーバアンプの出力端子間にはそれぞれ帰還抵抗を接続し、第1、第2のレシーバアンプの正入力端子は接地した。これによりレシーバアンプはアナログ加算器として用いられ、レシーバアンプに入力信号の大きさに応じた入力ダイナミックレンジを必要としない。
【0014】また、請求項2の発明にかかる通信装置は、前記バランスネットを直列接続された第1の抵抗、第1のインダクタンスと並列接続された第1のキャパシタンス、第2の抵抗とを直列接続した複数の直並列回路で構成し、複数の直並列回路の第1の直並列回路の一端を送信ドライバの第1の出力部に接続した場合は第1の直並列回路のもう一端は複数のレシーバアンプの第2のレシーバアンプの負入力端子に接続し、複数の直並列回路の第2の直並列回路の一端を送信ドライバの第2の出力部に接続した場合は複数のレシーバアンプの第1のレシーバアンプの負入力端子にそれぞれ接続した回路構成にしたものである。
【0015】また、請求項3、請求項4の発明にかかる通信装置は、請求項2に記載の直列接続された第1の抵抗、第1のインダクタンスによる第1の複数の直列回路を、直列接続された第3の抵抗、第2のキャパシタンスによる第2の複数の直列回路と複数の第4の抵抗を用いて、第2の複数の直列回路の一つの直列回路の一端は複数の第4の抵抗の一つ抵抗の一端と接続し、第2の複数の直列回路の一つの直列回路のもう一端を送信ドライバの第1の出力部に接続した場合は複数の第4の抵抗の一つの抵抗のもう一端は送信ドライバの第2の出力部に接続され、第2の複数の直列回路の一つの直列回路のもう一端を送信ドライバの第2の出力部に接続した場合は複数の第4の抵抗の一つの抵抗のもう一端は送信ドライバの第1の出力部に接続されるというように、第2の複数の直列回路と複数の第4の抵抗とを互いにたすきがけに接続することにより置き換え、さらに第3の抵抗と第4の抵抗の抵抗値を同じにすることにより、インダクタンスを用いなくてもインダクタンスを用いた場合と同等の関数特性を実現している。
【0016】また、請求項5の発明にかかる通信装置は、請求項2、請求項3および請求項4に記載の前記バランスネットに抵抗、キャパシタンスからなる複数の一次のハイパスフィルタを接続したものであり、これによりバランスネットの低域の位相特性を改善している。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図1に本発明の第一の実施の形態を示す。図1は直列接続された抵抗R4、インダクタンスL2と、並列接続された抵抗R5およびキャパシタンスC2とを直列接続した回路構成のバランスネット6Aと、正相出力部1a、逆相出力部1bを含んだ送信ドライバ1と、インピーダンス整合用出力抵抗R20と、入力抵抗R32と、アナログ加算器として用いるレシーバアンプ7A、8Aと、送受信用のトランス3とこのトランス3に接続され音声帯域への信号の漏れ込みを押えるキャパシタンス3aと、伝送媒体である伝送線路5と、終端抵抗R21で置き換えた対向トランシーバ2と、対向の送受信用トランス(対向トランス)4とこの対向トランス4に接続されるキャパシタンス4aとの接続関係を示している。尚、レシーバアンプ7A、8Aの正入力端子は抵抗R33を介して接地されている。このような通信系で送信ドライバ1から送信信号を出力した場合に、受信信号と重畳してレシーバアンプに廻り込む送信信号は、入力抵抗R32を流れる電流として観測される。この電流の周波数特性を図2に、位相特性を図3に示す。
【0018】バランスネット6Aは、抵抗R4と、インダクタンスL2と、並列接続された抵抗R5およびキャパシタンスC2とを直列接続することにより、図2の電流の周波数特性を模擬している。尚、抵抗、インダクタンスおよびキャパシタンスの直列接続が定性的に図2のような電流の周波数特性を有することは教科書等で周知のことである。ここで、図4に送信ドライバ1から送信信号が出力された場合に、図1のバランスネット6Aからレシーバアンプ7Aの負入力端子であるノードAに流れる電流の周波数特性のシミュレーション結果を示す。また、このときの電流の位相特性を図5のQに示す。図4と図2を比べた場合、定量的には回路定数の調整が必要になり不十分であるが、定性的には近い関数特性持っていることが分かる。
【0019】また、図5のQと図3を比べた場合、ある周波数以上(図5および図3では100kHz以上)では図3に対し図5のQの位相は180度反転した特性になっていることが分かる。
【0020】よって、抵抗R4、インダクタンスL2、抵抗R5、キャパシタンスC2などの回路定数を図2の特性に合わせて調整することにより、ある周波数以上では送信信号電圧によりバランスネット6AからノードAに流れる電流と、入力抵抗R32を流れる電流の加算値をほぼ0にすることができ、エコーを抑圧できる。
【0021】図6に本発明の第二の実施の形態を示す。第二の実施の形態と前記第一の実施の形態との違いは、バランスネット6Aをバランスネット6Bで置き換えたことにある。以下、バランスネット6Aとバランスネット6Bの関数特性がほぼ等価でありバランスネット6AのインダクタンスL2を抵抗R4、R6およびキャパシタンスC3で置き換えられることを示す。説明を簡単にするために、バランスネット6A、6Bの抵抗、キャパシタンスが並列接続された部分の影響が表れない周波数領域で考える。まず、図7に前記バランスネット6Aの抵抗R4およびインダクタンスL2で構成される部分を抜き出して示す。この図7の入出力関係を2ポートのFマトリックスで表現すると、式1となる。
【0022】
【数1】

【0023】また、この式1より式2を導出できる。
Vi=Vx+2(R4+sL2)I’i …(2)
【0024】ここで、出力を接地し(すなわち、Vx=0と置き)、電流I’iの関数を求めると、式3となる。
I’i={1/2(R4+sL2)}Vi …(3)
【0025】次に、図8に図6のバランスネット6Bの抵抗R4と直列接続された抵抗R6、キャパシタンスC3とが、たすきがけに接続されている部分を抜き出して示す。この図8の入出力関係を2ポートのFマトリックスで表現すると、式4となる。
【0026】
【数2】

【0027】この式4より式5が導出できる。
Vi={1+sC3(R6+R4)}Vx/{1+sC3(R6−R4)}
+2R4(1+sC3R6)I’i/{1+sC3(R6−R4)}
…(5)
【0028】同様に出力を接地し(すなわち、Vx=0と置き)、電流I’iの関数を求める。ここで、さらにR4=R6となるように抵抗値を選ぶと、式5から式6が得られる。
I’i={1/2(R4+sC3R42)}Vi …(6)
【0029】そこで、式3と式6を比較してC3R42C =L2と選べば、図7と図8は等価であることが分かる。よって、インダクタンスを用いなくてもR、L直列接続回路と同等の関数特性を実現できる。図9に送信ドライバ1から送信信号が出力された場合に、図6のバランスネット6Bからレシーバアンプ7Aの負入力端子であるノードAに流れる電流の周波数特性のシミュレーション結果を示す。また、位相特性を図5のRに示す。図4、図9と図5のR、Qの比較から定性的には同等の関数特性を有していることが分かる。
【0030】図10に本発明の第三の実施の形態を示す。ここで、図10におけるバランスネット6C部を抜き出して図11に示す。第三の実施の形態と前記第二の実施の形態との違いは、バランスネット6Bに対し抵抗R7、キャパシタンスC4で作られた一次のハイパスフィルタを図11のFのように接続したことにある。これにより、バランスネット6Cを流れる電流の周波数特性を変えずに、低域の位相特性を90度進めた。第一、第二の実施の形態では、図3の位相特性に対して、図5に示すR、Qはある周波数以上(図中では100kHz以上)で位相が180度反転した特性になるが、より低域(図中では100kHz以下)では位相特性が大きく異なる。しかし、図5のPに示すように、第三の実施の形態ではより低域(図中では100kHz以下)でも位相特性が合うため、低域でも加算電流をほぼ0にすることができ、低域でも十分にエコーを抑圧できる。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明の通信装置は、レシーバアンプをアナログ加算器として用いることにより、レシーバアンプの入力端子には電流として信号が入力されるためレシーバアンプの入力端子に入力電圧レベルに応じた入力ダイナミックレンジを要求しない。よって、レシーバアンプを内蔵するLSIを低電圧化できるという効果がある。またインダクタンスを用いないでバランスネットを構成すると、部品コストを下げられ実装面積も小さくでき、半導体基板上に集積化するのも比較的容易であるという効果がある。さらに、低域のエコー抑圧特性の改善により、データ通信に使う信号帯域をより広く有効に活用できるという効果がある。




 

 


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