專利名稱：用于千兆以太網接收器的回波消除電路的制作方法
技術領域：
本發明屬集成電路技術領域，具體涉及一種用于千兆以太網接收器的新型回波消除電路。
背景技術：
隨著數字化時代的到來，網絡成為了人們日常學習、研究及生活中不可或缺的一個部分。整個社會的信息化使人們需要大量的信息的產生，處理，傳送和接收等過程，網絡速度的快慢對這樣一個過程起到了至關重要的作用。所以人們一直在不斷努力發展以實現更高傳輸速度的網絡技術。對于局域網技術來說，從最初的十兆/一百兆以太網，發展到了現在的千兆以太網。而在局域網中，光纖及其他介質由于成本的關系尚無法得到普及，因此價廉物美的雙絞線是架設100米范圍局域網的一個極佳選擇。采用五類以及五類以上雙絞線作為物理傳輸介質的1000BASET以太網的研究更成為整個研究中的一個熱點。
圖1是1000BaseT以太網的基本工作模式的說明示意圖。圖中可以看到，1000BaseT中分為4個通路，每個通路包括發射端(T)和接收端(R)，系統工作在全雙工的工作模式，也就是發射端和接收端會同時工作以發射和接收信號。由于在1000BaseT芯片與外圍雙絞線接口處采用傳輸變壓器將編碼波形傳輸出去，在數據接收端同樣通過變壓器接收。所以如圖2所示，在全雙工的工作模式下，發射端發射的信號是疊加在接收端上的，也就是會對接收信號造成干擾，我們稱之為回波(ECHO)。
回波對整個通信系統來說是無法接受的，它會極大的惡化整個系統的性能，使數據無法正常接收，系統無法正常工作。所以在1000BaseT接收器中必須將回波消除掉。也就是圖2中的回波消除器(HYBRID)。在Tai-Cheng Lee，Behzad Razavi“A 125Mhz Mixed SignalEcho Canceller for Gigabit Ethernet on Copper Wire”，IEEE J.Solid-State Circuits，vol.36，No.3，March 2001中提到了一種回波消除器電路的實現方法。其電流圖如圖4所示。它由變壓器301-306和匹配阻抗401。圖中發射信號經過變壓器301耦合到變壓器303，304上，并通過變壓器304送到雙絞線上。接收信號通過變壓器305，306耦合到接收變壓器302上。變壓器301，302的值是變壓器303-306的值的2倍。變壓器304和306的一端接在一起，另一端接在雙絞線上。則發射信號通過變壓器304和306的連接反饋到接收端。為了消除發射信號，變壓器304的一端也與變壓器306相連，但是連接的極性與變壓器305和307連接的極性相反。變壓器303和305的另一端接在匹配阻抗401兩端。這樣，雖然發射信號通過變壓器304和306耦合到接收端，但是變壓器303和305同樣耦合了相同大小但是極性相反的反射信號到接收端。這樣剛好抵消，使接收端看到的只是很干凈的接收信號。這樣做，使與雙絞線的接口變得很復雜，工業實現較難，而且因為是對整個發射信號電流進行耦合，所以功耗較大。
發明內容
本發明的目的是提供一種接口結構比較簡單，易于工業實現的用于千兆以太網接收器的新型回波消除電路。
本發明提出的用于千兆以太網接收器的回波消除電路，由信號發射器20、用于發射信號的電流鏡21、用于鏡像發射信號的電流鏡22、用于分壓和實在阻抗匹配的電阻串23、以及用于消除直流偏置的電流源24經電路連接組成，見圖5所示。其中，發射信號通過電流鏡21，按一定的比例映射到接收端；由于發射信號為差分信號，發射端正端電流鏡像到接收端的負端，發射端負端電流鏡像到接收端的正端，同時發射的信號通過電阻串22分流反饋到接收端。由于鏡像的電流與反饋的電流極性相反，大小相同，就剛好相互抵消。而電阻串22按一定比例和功耗的考慮決定發射端反饋到接收端的信號的大小。電流源23用來將反饋和鏡像電流中的直流分量濾掉。
本回波消除電路接口結構比較簡單，易于工業實現。該回波消除電路由于可以決定反饋電流的大小，所以功耗更低，同時由于采用電流鏡鏡像和電阻串匹配，精度更高。而電流鏡鏡像使我們可以輕松控制電流的比例，使電路設計更加方便。
使用上述回波消除電路的千兆以太網發射接收通路的電路結構如圖3所示。它由數模轉換器11，整形濾波器12，變壓器13，回波消除器14，基帶漂移補償電路15，可變增益放大器及模擬預均衡電路16，模數轉換器17，數字均衡器18組成。數模轉換器11將數字信號經過編碼送到變壓器13上進行發射，發射的同時，接收端同時在工作以接收從變壓器13傳過來的信號，這樣發射端的信號同時也被反饋到了接收端，形成回波。回波消除器14將回波進行抵消，由基帶漂移補償電15補償由于變壓器13的高通效應產生的基帶漂移現象。可變增益放大器和模擬預均衡電路16用來補償信號在雙絞線上傳輸時的衰減和噪聲。模數轉換器17將接受到的信號轉化為數字信號送數字均衡器18處理。
圖1是1000BaseT發射接收的基本工作框圖。
圖2是雙工工作模式下回波的產生。
圖3是基本的1000Baset發射接收系統框圖。
圖4文獻中提到的回波消除電路圖5是本發明方法改進的回波消除電路。
圖中標號11為數模轉換器，12為整形濾波器，13為變壓器，14為回波消除器，15為基帶飄移補償電路，16為可變增益和預均衡電路，17為模數轉換電路，18為數字均衡器，20為信號發射器，21為發射信號電流鏡，22為鏡象發射信號的電流鏡，23為電阻串，24為電流源，101-106為6個nMOS晶體管，107和108為pMOS晶體管，201-206為電阻，301-307為變壓器，401為匹配阻抗。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步描述本發明。
根據圖5所示，本發明的回波消除電路由信號發射器20，用于發射信號的電流鏡21，用于鏡像發射信號的電流鏡22，用于分壓和實現阻抗匹配的電阻串23，以及用于消除直流偏置的電流源24組成。它其中用到的元器件有n溝道MOSFET(nMOS)晶體管101-106、p溝道MOSFET(pMOS)晶體管107-108、電阻201-206和變壓器307。信號發射器20將發射的信號經過電流鏡21將發射的信號送到變壓器301，以送到雙絞線發射。電流鏡21由4個nMOS晶體管101-104組成，nMOS管101漏極和源極接在發射器20的下輸出端上，源極接地；nMOS管102漏極和源極接在發射器20的負輸出端上，源極接地；nMOS管103-104漏端接在變壓器301兩端，柵極接在nMOS管101-102管的柵極上，源極接地；在變壓器301兩端接電阻串23。電阻串23由電阻201-206構成，因為雙絞線標準電阻是100歐姆，為了實現電阻匹配，電阻201-202與電阻203-206并聯以實現100歐姆的電阻，電阻203-206與電阻201-202構成分流，以決定反饋回接收端的發射信號的比例；電阻203-206將接受到的電流信號轉化為電壓信號送到后級電路進行處理，同時發射信號由電流鏡22鏡像到接收端。電流鏡22由nMOS管105-106組成，nMOS管105漏極接在接收端的正端，柵極接在nMOS管102的柵極，源極接地；nMOS管106漏極接在接收端的負端，柵極接在nMOS管101的柵極，源極接地。由于發射端正負兩端的信號為差分信號，發射端正端發射的信號被鏡像到接收端的負端，發射端負端發射的信號被鏡像到接收端的正端，這樣剛好和被反饋到接收端的發射信號大小相同極性相反，正好實現了抵消。由于發射信號和反饋信號都有一定的直流分量，所以用電流源24來消除信號中的直流分量。電流源24由pMOS管107、108構成，pMOS管107-108的漏端接在接收端的兩端，柵極接在Vbiasp上，Vbiasp有偏置電路產生，源端接電源VDD。流過pMOS管107-108的電流由電阻傳201-202和203-206的比例決定。
由于電路中采用電流鏡控制，晶體管匹配程度高，所以控制精度準確，同時由于可以選擇電阻串來控制分流的比例，所以能夠有效降低系統的功耗，同時電流鏡的設計也使電路的復雜度大大降低，使得電路設計更加方便，由于接口更加簡單，也更便于工業實現了。
權利要求
1.一種用于千兆以太網接收器的回波消除電路，其特征在于由信號發射器(20)、用于發射信號的電流鏡(21)、用于鏡像發射信號的電流鏡(22)、用于分壓和實在阻抗匹配的電阻串(23)、以及用于消除直流偏置的電流源(24)經電路連接組成；其中，發射信號通過電流鏡(21)，按一定的比例映射到接收端；發射端正端電流鏡像到接收端的負端，發射端負端電流鏡像到接收端的正端，同時發射的信號通過電阻串(22)分流反饋到接收端；電流源(23)用來將反饋和鏡像電流中的直流分量濾掉。
2.根據權利要求1所述的回波消除電路，其特征在于所述的電流鏡(21)由4個nMOS晶體管(101)-(104)組成，nMOS管(101)漏極和源極接在發射器(20)的正輸出端上，源極接地；nMOS管(102)漏極和源極接在發射器(20)的負輸出端上，源極接地；nMOS管(103)-(104)漏端接在變壓器(301)兩端，柵極接在nMOS管(101)-(102)管的柵極上，源極接地；在變壓器(301)兩端接電阻串(23)。
3.根據權利要求1所述的回波消除電路，其特征在于所述的電流鏡(22)由nMOS管(105)-(106)組成，nMOS管(105)漏極接在接收端的正端，柵極接在nMOS管(102)的柵極，源極接地；nMOS管(106)漏極接在接收端的負端，柵極接在nMOS管(101)的柵極，源極接地。
4.根據權利要求1所述的回波消除電路，其特征在于所述的電阻串(23)由電阻(201)-(202)與電阻(203)-(206)并聯以實現(100)歐姆的電阻，電阻(203)-(206)與電阻(201)-(202)構成分流，以決定反饋回接收端的發射信號的比例；電阻(203)-(206)將接受到的電流信號轉化為電壓信號送到后級電路進行處理，同時發射信號由電流鏡(22)鏡像到接收端。
5.根據權利要求1所述的回波消除電路，其特征在于所述的電流源(24)由pMOS管(107)、(108)構成，pMOS管(107)、(108)的漏端接在接收端的兩端，柵極接在Vbiasp上，Vbiasp有偏置電路產生，源端接電源VDD。
全文摘要
本發明為一種用于千兆以太網接收器的回波消除電路。它由信號發射器、用于發射信號的電流鏡、用于鏡像發射信號的電流鏡、用于分壓和實在阻抗匹配的電阻串、以及用于消除直流偏置的電流源組成。其中，發射信號通過電流鏡，按一定的比例映射到接收端，由于發射信號為差分信號，發射端正端電流鏡像到接收端的負端，發射端負端電流鏡像到接收端的正端，同時發射的信號通過電阻串分流反饋到接收端。由于鏡像的電流與反饋的電流極性相反，大小相同，就剛好相互抵消。而電阻串按一定比例和功耗的考慮決定發射端反饋到接收端的信號的大小。電流源用來將反饋和鏡像電流中的直流分量濾掉。該回波消除電路功耗低，精度高，電路設計方便，易于工業實現。
文檔編號H04B3/23GK1561010SQ20041001667
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月2日 優先權日2004年3月2日
發明者任俊彥, 葉凡, 卜濤, 許俊, 李寧, 沈泊, 李聯, 鄭增鈺 申請人:復旦大學