專利名稱：自適應(yīng)短線均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中的同步數(shù)字傳輸技術(shù)，具體地說，涉及一種應(yīng)用于SDH系統(tǒng)中的E1線路均衡器。
均衡器在SDH系統(tǒng)的E1線路中的位置如

圖1所示。外部的信號經(jīng)過傳輸線衰減后，首先經(jīng)過均衡器均衡，得到不失真的信號，經(jīng)過均衡器處理的信號經(jīng)過碼型判斷和恢復(fù)模塊將模擬信號變成數(shù)字信號，該數(shù)字信號再經(jīng)過數(shù)據(jù)時鐘恢復(fù)和去抖電路輸入到解碼電路中，該解碼電路將輸入的HDB3碼或AMI碼解碼后送到SDH系統(tǒng)進(jìn)行處理。由圖1可以看出，不同的傳輸距離，不同衰減程度的信號進(jìn)入均衡器后，如何保證信號完整不失真地輸出是一個非常重要的問題，均衡器的均衡效果對系統(tǒng)的影響也是非常大的。具體來說，輸入信號經(jīng)過傳輸線衰減后，信號失真主要反映在以下幾個方面一是接收的信號的波形幅度變小，這是由于傳輸線存在衰減造成的；二是波峰延后，這是由于傳輸線的延時特性造成的；三是脈沖寬度大大增加，這是由于傳輸線的頻率特性造成的。
圖2為輸入的標(biāo)準(zhǔn)方波信號經(jīng)過傳輸線衰減后的信號波形，傳輸線傳輸距離越長，信號衰減越大，脈沖寬度越寬。而均衡器的作用就是利用波形補(bǔ)償將失真的波形加以校正，經(jīng)過均衡器的輸入信號的波形如圖3所示，可見均衡器能在最大程度上補(bǔ)償和減小輸入信號的失真。
傳統(tǒng)均衡器是由運(yùn)算放大器和固定反饋均衡網(wǎng)絡(luò)共同組成的，由于其均衡網(wǎng)絡(luò)是固定的，傳輸函數(shù)也是固定的，只能針對特定傳輸距離的衰減情況來進(jìn)行均衡補(bǔ)償，無法靈活地根據(jù)實(shí)際傳輸距離作出相應(yīng)的調(diào)整，一旦輸入信號的傳輸距離長于或短于該均衡器所能均衡的范圍，則輸入信號經(jīng)該均衡器輸出后就會出現(xiàn)欠均衡和過均衡的情況，因此無法達(dá)到理想的均衡效果。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的，一種自適應(yīng)短線均衡器，包括共模運(yùn)算放大器用于提供高增益，低輸出阻抗，其正向輸入端和正向輸出端之間，并聯(lián)著第一電容和第一電阻；其反向輸入端和反向輸出端之間，并聯(lián)著第二電容和第二電阻，其特征在于，還包括第一阻容網(wǎng)絡(luò)串接在正輸入端上，包括第四電阻和第一可變電容網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后再與第三電阻并聯(lián)；第二阻容網(wǎng)絡(luò)串接負(fù)輸入端上，包括第六電阻和第二可變電容網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后再與第五電阻并聯(lián)；輸入共模電壓產(chǎn)生電路該電路的輸出給均衡器的輸入提供共模電壓；傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路提供輸入信號經(jīng)不同距離傳輸線后的衰減電平；基準(zhǔn)電壓源得到一個不受溫度和電源電壓波動影響的穩(wěn)定的電壓，提供給所述傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路，同時給輸入共模電壓產(chǎn)生電路提供電壓；比較器提供輸入信號與來自傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路的衰減電平的比較，并輸入到傳輸線長度判斷電路中進(jìn)行判斷；傳輸線長判斷電路通過對比較器輸出的結(jié)果進(jìn)行判斷，來得到一組控制信號，并通過該組控制信號來同時選通第一可變電容網(wǎng)絡(luò)或第二可變電容網(wǎng)絡(luò)中的可變電容，來達(dá)到自適應(yīng)均衡的目的。
本發(fā)明所述的均衡器是一種線幅度均衡器，它可以根據(jù)不同的傳輸線長度來自動調(diào)整均衡器的增益和頻率特性，改變均衡器的零極點(diǎn)的位置，從而達(dá)到自動均衡經(jīng)過不同長度傳輸線的E1信號的目的。本發(fā)明所述均衡器配置靈活，可滿足短線(小于1公里)傳輸距離的要求。
圖1是均衡器在SDH系統(tǒng)中的位置示意圖。
圖2是經(jīng)過傳輸線衰減后的信號的波形示意圖。
圖3是經(jīng)過均衡器均衡后的波形示意圖。
圖4是傳輸線衰減幅度、均衡器放大幅度及總衰減特性與E1信號頻率關(guān)系曲線圖。
圖5是本發(fā)明所述短線均衡器的具體結(jié)構(gòu)圖。
圖6是圖5中的運(yùn)算放大器50的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是圖5中基準(zhǔn)電壓源的示意圖。
圖1至圖3是現(xiàn)有技術(shù)及理論，已在前面詳細(xì)敘述過，這里不再贅述。
在圖4所示的關(guān)系曲線圖中，橫坐標(biāo)代表E1信號的頻率，縱坐標(biāo)代表幅度，單位為dB。傳輸線的衰減特性是與傳輸線的長度和輸入信號頻率相關(guān)的，E1輸入信號如果不進(jìn)行任何補(bǔ)償，直接由傳輸線輸出后信號的衰減和失真是非常大的。所以必須采用均衡器來對傳輸線的衰減進(jìn)行補(bǔ)償，均衡器可對輸入信號的不同衰減幅度進(jìn)行最大限度的補(bǔ)償，在信號衰減最大處設(shè)置一個增益的頂點(diǎn)，均衡器的特性曲線如曲線3。傳輸線和均衡器共同作用的結(jié)果，是一個理想的低通特性曲線，如曲線1所示。輸入信號通過這樣的低通網(wǎng)絡(luò)，信號的衰減和失真很小。
對于曲線(2)，縱坐標(biāo)代表傳輸線的衰減幅度，可以看出，E1信號頻率在2.048MHz頻率時，傳輸線的衰減最大。
曲線(3)中，縱坐標(biāo)代表均衡器的增益，對于E1信號來說，信號在接近2.048MHz時衰減最大，因此在此處需要有一個增益的提升，為防止高頻段的串?dāng)_和噪聲干擾，均衡器在E1頻率點(diǎn)以上的高頻端的增益降低。
曲線(1)是傳輸信號和均衡器共同作用的曲線，是E1信號頻率為2.048MHz時總衰減特性，類似于一個理想的低通濾波器。
本發(fā)明自適應(yīng)均衡器的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，該均衡器由具有高增益寬帶寬的運(yùn)算放大器、輸入共模電壓產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓源、傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路、比較器、傳輸線長判斷電路和電阻及可變電容網(wǎng)絡(luò)共同組成。
本發(fā)明自適應(yīng)均衡器通過電阻及可變電容網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成一個閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)來共同完成均衡功能。由輸入共模電壓產(chǎn)生電路、基準(zhǔn)電壓源、傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路、比較器和傳輸線長判斷電路組成自適應(yīng)調(diào)節(jié)電路部分來共同完成傳輸距離判斷和自動調(diào)節(jié)均衡器中可變電容的功能，即可以根據(jù)不同的傳輸距離輸出不同的控制信號給均衡器來自動調(diào)節(jié)均衡器的可變電容，從而起到自動均衡不同傳輸線的作用。
本發(fā)明自適應(yīng)均衡器的自適應(yīng)調(diào)節(jié)電路部分的工作原理為衰減比較電平產(chǎn)生電路提供輸入信號經(jīng)不同距離傳輸線后的衰減電平，可以每隔100米設(shè)定一個比較電平；這是由于傳輸線每傳輸100米，幅度上衰減2.1dB，信號傳輸距離越長，信號衰減越大，得到的衰減比較電平幅度越低。以輸入信號經(jīng)同軸線傳輸為例，如果該輸入信號的幅度為2.37V，通過計(jì)算可以很容易得到一組衰減比較電平。比較器的作用是將經(jīng)傳輸線衰減后的輸入信號與衰減比較電平進(jìn)行比較，以得到一組比較結(jié)果送入傳輸線長判斷電路中進(jìn)行判斷，該電路可以估算出信號傳輸?shù)木嚯x，并輸出一組控制信號來自動選通均衡器電阻電容網(wǎng)絡(luò)中可變電容的值，信號衰減越大，所選的該可變電容值越高。
所述共模運(yùn)算放大器50采用全CMOS電路，采用二級放大來得到高的電壓增益；阻容網(wǎng)絡(luò)決定均衡器的傳輸特性。均衡器可分別對從傳輸線過來的正負(fù)AMI或HDB3編碼的信號進(jìn)行均衡，該信號以差分形式輸入，并以差分形式輸出，輸入信號疊加在共模電平上輸入到所述運(yùn)算放大器。
均衡器的均衡特性是通過電阻電容網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成的閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，下面通過均衡器的傳輸函數(shù)分析，可以得到均衡器的均衡特性。
以正信號為例，均衡器的傳輸函數(shù)為(其中，Csel是可變電容的取值)Vout+Vin+=SCselR1R4+SCselR3R1S2C1CselR1R3R4+SC1R4R1+SCselR3R1+R4....(1)]]>這里取R1＝R4；則Vout+Vin+=SCselR4+SCselR3S2C1CselR3R4+SC1R4+SCselR3+1....(2)]]>從上式可看出，均衡器具有兩個零點(diǎn)和兩個極點(diǎn)，Z1＝CselR4，Z2＝CselR3，極點(diǎn)為P1＝C1R4，P2＝CselR3。由于Z2＝P2作用相互抵消，所以均衡器的頻響特性取決于P1和Z1，Csel應(yīng)大于C1才能夠?qū)崿F(xiàn)BOOST，增加Csel可增強(qiáng)均衡器的均衡效果，均衡器零極點(diǎn)的位置是通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生的控制信號來完成調(diào)整的，該控制信號與傳輸距離相關(guān)，傳輸距離越長，信號衰減越大，該控制信號對應(yīng)的可變電容Csel值越大。因此不同的傳輸衰減情況對應(yīng)不同的Csel值，從而改變均衡器零極點(diǎn)的位置，以達(dá)到不同的均衡效果。
這種自適應(yīng)可以根據(jù)傳輸距離的長短靈活自動地改變均衡器的零極點(diǎn)的位置，實(shí)時調(diào)整均衡器的頻率響應(yīng)特性。當(dāng)輸入信號經(jīng)過長距離的傳輸線時，使高頻部分衰減很大，則均衡器在其高頻部分增加增益，以補(bǔ)償信號在高頻的衰減；當(dāng)信號經(jīng)過的傳輸線較短時，由于高頻衰減程度較低，則均衡器的高頻增益也相應(yīng)被調(diào)小。具體實(shí)現(xiàn)為如果傳輸線距離較短，通過自適應(yīng)電路選擇小的Csel值；如果傳輸線距離較長，則通過自適應(yīng)電路選用較大的Csel。
下面結(jié)合圖6和圖7對均衡器內(nèi)部主要單元電路進(jìn)行詳細(xì)說明，圖6是均衡器中共模運(yùn)算放大器50的結(jié)構(gòu)圖，該共模運(yùn)算放大器50由三級放大單元組成?？鐚?dǎo)差分輸入級具有高的輸入阻抗，低的直流失調(diào)電壓和噪聲，其作用是將輸入的信號放大。放大后的信號再經(jīng)過由高增益放大級組成的第二級將輸入信號進(jìn)一步放大，這里采用了共源共漏結(jié)構(gòu)組成的增益放大級來實(shí)現(xiàn)高增益放大，共源共漏結(jié)構(gòu)又叫CASCODE結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)電路的好處是其輸出阻抗高，增益大。由于減輕了Miller效應(yīng)的影響，-3DB帶寬變寬，同時使整個電路的電壓抑制比較好。輸出級的作用是提供比較低的輸出阻抗，并將信號差分輸出。偏置電路給放大器各級提供一個穩(wěn)定和適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)，該工作點(diǎn)保證了運(yùn)算放大器中各晶體管在靜態(tài)和規(guī)定的動態(tài)條件下處于飽和區(qū)。偏置電路提供的工作電流由運(yùn)算放大器增益、輸出動態(tài)幅度等決定。
由于帶差分輸出的運(yùn)算放大器其共模輸出信號可能是不確定的，這樣會使運(yùn)算放大器偏離高增益區(qū)，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，同時使共模輸出信號穩(wěn)定，運(yùn)算放大器中加入共模反饋檢測電路。該電路對共模輸出信號進(jìn)行采樣，并與輸入信號的共模電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果反饋到共源共柵電路的電流源負(fù)載中調(diào)節(jié)，從而使輸出的共模電壓穩(wěn)定。
基準(zhǔn)電壓源的產(chǎn)生，如圖7所示，該基準(zhǔn)電壓值是由二極管產(chǎn)生一個VBE的壓降與通過電阻R3的電壓相加得到的，運(yùn)算放大器在這里的作用是提供放大，負(fù)反饋電路保證輸出到運(yùn)算放大器兩輸入端A5、A2的電壓相等，從而穩(wěn)定共模電壓輸出，該電路電源靈敏度和溫度系數(shù)非常小并且噪聲很低，長期穩(wěn)定度較高。對該電路的分析如下，當(dāng)圖7所示電路建立平衡時，VA2＝VA5，而運(yùn)算放大器AMP1輸出端通過比較A2與A5的電平來起到負(fù)反饋的作用，使Vref的輸出更加穩(wěn)定。VBE1=KTqln(Ic1Iso1)]]>VBE2=KTqln(Ic2Iso2)]]>R4I4=KTqln(Ic1×Iso2Ic2×Iso1)]]>Ic1ic2=6,Iso2Iso1=8;]]>根據(jù)管子的寬長比和二極管的面積大小確定R4I4=KTqln48]]>Vref=VBE1+R1*5*KTqln(48R4)]]>通過對Vref電路的仿真，基準(zhǔn)電壓源對電源電壓和溫度變化都不敏感，在-40℃～85℃溫度變化范圍內(nèi)，Vref變化不超過3mV。
綜上所述，采用本發(fā)明所述均衡器，通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)對傳輸不同距離的E1信號都能實(shí)現(xiàn)比較好的均衡效果，通過改變均衡器傳輸特性，類似的原理可應(yīng)用于有多種速率的線路均衡。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)短線均衡器，包括共模運(yùn)算放大器用于提供高增益，低輸出阻抗，其正向輸入端和正向輸出端之間，并聯(lián)著第一電容和第一電阻；其反向輸入端和反向輸出端之間，并聯(lián)著第二電容和第二電阻，其特征在于，還包括第一阻容網(wǎng)絡(luò)串接在正輸入端上，包括第四電阻和第一可變電容網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后再與第三電阻并聯(lián)；第二阻容網(wǎng)絡(luò)串接負(fù)輸入端上，包括第六電阻和第二可變電容網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后再與第五電阻并聯(lián)；輸入共模電壓產(chǎn)生電路該電路的輸出給均衡器的輸入提供共模電壓；傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路提供輸入信號經(jīng)不同距離傳輸線后的衰減電平；基準(zhǔn)電壓源得到一個不受溫度和電源電壓波動影響的穩(wěn)定的電壓，提供給所述傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路，同時給輸入共模電壓產(chǎn)生電路提供電壓；比較器提供輸入信號與來自傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路的衰減電平的比較，并輸入到傳輸線長度判斷電路中進(jìn)行判斷；傳輸線長判斷電路通過對比較器輸出的結(jié)果進(jìn)行判斷，來得到一組控制信號，并通過該組控制信號來同時選通第一可變電容網(wǎng)絡(luò)或第二可變電容網(wǎng)絡(luò)中的可變電容，來達(dá)到自適應(yīng)均衡的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)短線均衡器，其特征在于，所述第一阻容網(wǎng)絡(luò)和第二阻容網(wǎng)絡(luò)具有相同的結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)短線均衡器，其特征在于，所述第一電阻與第四電阻相等，所述第二電阻與第六電阻相等。
全文摘要
本發(fā)明提出一種自適應(yīng)短線均衡器，包括共模運(yùn)算放大器其正向輸入端和正向輸出端之間，并聯(lián)著第一電容和第一電阻；其反向輸入端和反向輸出端之間，并聯(lián)著第二電容和第二電阻，還包括第一阻容網(wǎng)絡(luò)，第二阻容網(wǎng)絡(luò)，輸入共模電壓產(chǎn)生電路，傳輸衰減比較電平產(chǎn)生電路，基準(zhǔn)電壓源，比較器，傳輸線長判斷電路，通過對比較器輸出的結(jié)果進(jìn)行判斷，來得到一組控制信號，并通過該組控制信號來同時選通第一可變電容網(wǎng)絡(luò)或第二可變電容網(wǎng)絡(luò)中的可變電容，來達(dá)到自適應(yīng)均衡的目的。本發(fā)明可以根據(jù)不同的傳輸線長度來自動調(diào)整均衡器的增益和頻率特性，改變均衡器的零極點(diǎn)的位置，從而達(dá)到自動均衡經(jīng)過不同長度傳輸線的E1信號的目的；本發(fā)明所述均衡器配置靈活，可滿足短線(小于1公里)傳輸距離的要求。
文檔編號H04B3/04GK1409511SQ01126958
公開日2003年4月9日 申請日期2001年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月30日
發(fā)明者馬俠 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司上海第二研究所