JPH07506949A - ツイスト・ペア線用ローカル・エリア・ネットワーク増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ツイスト・ペア線用ローカル・エリア・ネットワークｔ１幅器発明の背景 １、発明の分野 本発明は、標準の電話線（ツイスト・ペア線）を使用するローカル・エリア・ネ ットワークにおける、イーサネット信号などのネットワークにおけるデータ信号 の増幅の分野に関する。

２、従来の技術 一般に、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）には、標準の電話線（ツイ スト・ペア）が使用される。これらの線は、高周波信号用には理想的ではないが 、はとんどすべての商業用建物内にあるために使用されている。

ＬＡＮにおいて伝送される信号の典型的なデータ転送速度は、本来電話線での伝 送に合図された音響信号の周波数よりも実質上高い。したがって、ツイスト・ペ アの電気特性は高周波信号には理想的ではない。これらの線は、周波数が高くな るほど高い減衰を示す。たとえば、１００フイートの電話線は、５ＭＨｚで２ｄ Ｂの損失を有し、ｌＯＭＨｚで３ｄＢの損失を有する。この周波数減衰特性のた め、エネルギーのスペクトルを有する伝播信号は、時間および振幅の歪みを受け る。所定の時間間隔で量子化された信号は、この減衰の周波数依存性のために符 号量干渉を受けることがある。したがって、そのような線を通じて伝送される信 号は、「平坦」な応答を何する増幅器では実際には十分増幅できず、高周波数の デエノファ／ス（ｄｅ−ｅＩｐｈａｓｉｓ）のために多少修正を行わなければな らない。

１０００フィート以上の電話線を通じて伝送される高周波信号を増幅する際の問 題を考える。線の周波数応答が測定されれば、信号を増幅するために増幅器を容 易に作成することができる。しかし、問題は、各線が固有の増幅器を必要とする ことである。想定される増分（たとえば、３００フイート）とデエ／ファ／スに 対して線の特性を量子化することができ、それにより線の長さの関数として適切 な増幅器の選択が可能になる。しかし、たとえば、線長１０００フイート用に設 計された増幅器が線長５００フイートで使われる場合は、深刻な問題が生じ得る 。具体的には、増幅器がデータ信号のいくつかの高周波数オーバーエノファ／ス （ｏｖｅｒ−ｅｍｐｈａｓｉｓ）することになる。この結果、検出信号においで ある２値状態から別の状態に変化し得る歪みが生じることになる。

以下に述べるように、本発明は、線の長さを自動的に補償する増幅器を提供する ことによってこの問題を解決する。

発明の概要 低周波数よりも高周波数をより減衰させる線を通じて伝送される信号を増幅する ための増幅器を記載する。複数のカスケード段を使用し、各段は高周波をエノフ ァンス（ｅｍｐｈａｓｉｓ）する所定の増幅を含む。また、増幅器の各段は、そ の段への入力信号が所定レベル以上のときに、実質上無増幅（単一利得）で人ツ ノ信号を段出力に渡すことができる。本発明の一実施例においては、入力信号が 所定のレベルに達したとき、各段は飽和または制限することができる。別の実施 例では、増幅器への入力信号のビークビーク振幅を検査して、信号が通った線の 長さの推定を行うことができる。適切な数の増幅段を介して増幅を活動化するた めに、この推定値を利用する。

本発明の他の態様は、以下の詳細な説明から明らかであろう。

図面の簡単な説明 図１は、異なる長さのツイスト・ペア線について、周波数に関連して生じる減衰 を示すグラフである。

図２は、本発明の全体的概念を示すブロック図である。

図３は、本発明において使用する増幅器の単一段を示す電気回路図である。

図４は、本発明の現時点で好ましい実施例を示す電気回路図である。

図５は、本発明において使用する増幅器の別の単一段を示す電気回路図である。

図６は、本発明の代替実施例の電気回路図およびブロック図である。

図７は、本発明において使用する増幅器のさらに別の単一段を示す電気回路図で ある。

発明の詳細な説明 ツイスト・ペア線を使用するＬＡＮに特に適した増幅器を開示する。現時点で一 エましい実施例の具体的な詳細において、本発明の完璧な理解を提供するために 、具体的な回路素子の値などを述べる。しかし、本発明がこれらの具体的な詳細 なしでも実施できることは当輩者には明らかであろう。

本発明によ−て解決される問題の考察 まず図１を参照すると、グラフは、異なる長さの線（すなわち、３００フイート 、６００フイート、９００フイート、１２００フイート）について、電話線（ツ イストペア）における予期される減衰を周波数の関数として表す。横軸に沿って 矢印の方向に高くなる周波数を示す。以下で考察するために、図１に２つの周波 数Ｉｔとｔ２をホす。

いくつかの周波数と位相を使用し゛Ｃネットワークにおけるデータ伝送が行われ 、データ（１１，１２、・・・Ｉｎ）を符号化すると仮定する。たとえば、イー サネット・ネットワークにおいて、ｆｌは５ＭＨｚ＋　ｆ２は１０ＭＨｚである 。線の端で信号を増幅する場合、必要な増幅は線の長さの関数である。使用する 増幅を大きくし過ぎると歪みを引き起こす。たとえば、１２００フイートの線用 に適切な増幅を提供する増幅器が、３００フイートの線の端で使用されると仮定 する。この増幅器は、ｆｌに対して減衰１３だけ修正するために必要な増幅と、 周波数ｆ２にス１して減衰ｌＯで示される追加の増幅とを行う。この増幅器を３ ００フイートの錦の端で信号を増幅するために使用するときは、周波数ｆｌとｒ ２の相対的な増幅は不正確になる。具体的には、図１の距［１０と１１とを比較 されたい。

これにより、データ・エラーをもたらし得る信号の歪みをもたらす。したがって 、線を通じて伝送した後で（５号を適切に増幅するためには、ラインの長さが既 知であるかまたはラインの減衰が既知であるべきである。

本発明で一施される一般原理 図２を参照すると、カスケードに接続された４つの段を有する増幅器を示す。

４つの段すべてが使用されるときは、線１５上の入力信号が複数の段を通じて増 幅され、出力信号がタップ２２に生じる。各段は、等化増幅器１６とバ、ファま たはカプラー１７とを含む。各段は、周波数ｆ１で３００フイートの電話線を通 じた典型的な損失を補償するために必要な増幅を行い、高周波数ｆ２で典型的な 高い損失を補償するために必要なエノファ／スを行う。たとえば、各段は、ｆｌ で６ｄＢの利得、【２で９ｄＢの利得を提供する。現時点で好ましい実施例にお いて、各段は、３００〜４００フイートのツイスト・ベア電話線において予期さ れるイーサネット信号の減衰を補償するのに必要な利得を提供する。図２におい て、タップ１９が段１と段２との間で使用され、タップ２０が段２と段３との間 で使用され、タップ２１が段３と段４の間で使用される。出力線は、タップ１９ ．２０．２１または２２のいずれか１つを選ぶことができるスイッチ、なわちス イッチ２５に接続される。理想的には、スイッチ２５は、適切な増幅を提供する ために適切な位置に移動させられる。たとえば、線が長さ６００フイートの場合 は、スイッチ２５はタップ２０を出力線２３に接続する。

本発明により、事実上、適切な段数が自動的に選択される。ユーザ／導入者にと って全く透明な形で、増幅器は線の長さの近似値に自動的に調節される。一実施 例では増幅器の段はそれ自体自己制御式であり、別の実施例では切り換えが行わ れる。

現時点で好ましい実施例 図４を参照すると、現時点で好ましい本発明の増幅器の実施例を示す。増幅器は 、線３０で入力を受け取り、線３１に出力する。増幅器は、実質上理想的な４つ の段３２．３３．３４．３５と、バイアス回路３６とを含む。これらの段はカス ケード接続（直列接続）されており、段３２を段３３に接続するキャパシタ５３ などのキナバッタを介してＡＣ結合されている。

各段は、口／グ・テール増幅ｉｉｉ！／リミッタ段に接続され、利得が反転した 一対のｐｎｐ）ランジスタ４０と４１を含む。トランジスタ４０は、共通エミッ タ利得構成で接続され、そのベース端子が１１３０から入力信号を受け取る。ベ ース端子は、抵抗７７を介して接地または基準電圧に接続される。コレクタ端子 は、抵抗５２を介して負電源（たとえば、−＋２Ｖ）に接続される。コレクタ端 子は、次段用の出力を提供する。トランジスタ４０のエミッタ端子は、抵抗４２ を介して正電源（たとえば、＋５ｖ）に接続される。抵抗４４と４５およびキャ パシタ４６は、周波数応答を形成するように作用する。共通ペース構成のトラン ジスタ４１は、抵抗４３を介して正電源に接続されたエミッタ端子と、抵抗５０ を介して負電源に接続されたコレクタ端子を有する。トランジスタ４１のベース 端子４８は、抵抗４９を介して接地される。

トランジスタ４０が増幅を実現する。トランジスタ４１は、抵抗４２と４３から のバイアス電流を共用し、トランジスタ４０と共用される対称的でかつ制御した 電流の制限を与えるように作用する。抵抗４４と、特に抵抗４５とキャパシタ４ ６が、上記の高周波エンファンスを発生させる。この例のようなイーサネットの 場合は、プリセット増幅を５ＭＨｚ信号とｌＯＭＨｚ信号の両方に提供する。

図４の段に関して生じる個々の制限機構により、たとえば、５　Ｍ　Ｈｚ信号が そのプリセット限界に達したときでも、さらにＩＯＭＩＩｚ信号を増幅すること ができる。

現時点で好ましい実施例では、段ごとに中程度の利得が採用される（すなわち、 ２〜２．５）。入力として制限電圧を受け取る段は、全周波数に単位利得を提供 する。非対称に伝播されると等化が弱まるので、抵抗４２．４３．４４．４５の 値とキャパシタ４６の値は、適切なデータ回復のために必要なことが分かった対 称的な制限を保証するように選択される。

これらの段に使用される具体的な素子の値およびトランジスタを、段３３に関し て図４で説明する。

バイアス回路３６は、名データ・バケットの始めに遭遇するオフセット過渡電流 の作用を制御するために使用される。この回路は、線５５のキャリア検出信号の 相補信号によって駆動される。

動作において、線３０の入力信号は（５ＭＩｌｚで）ＩＶの信号であると仮定す る。段３２はこの信号を２■に増幅し、次にそれが段３３に渡される。段３３は ２■のレベルで飽和し、この段とこれに続（段は信号に単位利得を提供する。呻 ３０の信号かくまた５　Ｍ　！−１ｚの成分を考える）たとえば０，１２５Ｖの 場合は、段３２によって０．２５Ｖに、段３３によって０．５ｖにそして段３４ によってＩＶに増幅され、出力１ｉ３１に接続される前には２■に増幅される。

したがって、図４の増幅器は、０．１２５〜２ボルトの範囲内の入力信号を２ボ ルトに増幅する。一本のツイスト・ペア線への入力信号が１２００フイートまで であると仮定した場合、増幅器は線の長さを知ることなしに自動的に適切な増幅 を提供する。

これにより、線の長さを知る必要がないかまたは線の特性を判定する必要がない 導入者が、異なる長さの線のために１つの「標準の」増幅器を使用することが可 能となる。

工／ファ／スする周波数は、媒体の事前設定線要素の最良の近似特性を伝送に整 合するように段で選択される。したがって、「イーサネット」ネットワークとは 対照的に「トークン・す／グ」ネットワークでは、所与の線に関して周波数が異 なることになる。

代置１旦区艮 図７を参照すると、図４の増幅器用の別の段を示す。段は、線８７で入力を受け 取り線８８へ出力を提供する。段は、ロング・テール・ベアに接続された一対の ｐｎｐｌ−ラノノスタ８９と９０を含む。トランジスタ８９は共通エミッタ構成 で接続され、ベース端子で線８７から入力信号を受け取る。トランジスタ８９の エミッタ端子は抵抗９１を介して電源＋５ｖに接続され、このトランジスタのコ レクタ端子は電源−＋２Ｖに接続されている。共通ペース構成を有するトランジ スタ９０は、抵抗９３を介して電源＋５ｖに接続されたエミ・ツタ端子と、抵抗 ９７を介して電源−１２Ｖに接続されたコレクタ端子とを有する。トランジスタ ９０のベース端子は、１９０オームの抵抗を介して基ｉｎ圧に接続される。

トラ７ジスタ９０は増幅を行い、抵抗９４を経てトランジスタ８９を通したＤＣ 電流を導く。抵抗９４と、特に抵抗９５とキャパシタ９６とにより、上記の高周 波エンファ／スが現れる。回路素子の値は、トランジスタ９０が、カット・オフ 状態から、抵抗９１と９３から全バイアス電流を通すことができる状態まで動作 するように選択される。この動作により、なめらかな振幅制限が可能になる。

図３は、図４に示した段のために使用できる別の代替段を示す。この段は、Ｍｏ Ｓトランジスタ６Ｉを使用する。抵抗６４およびイ／ダクタ６３と共同し抵抗６ ２によって強調が決定される。この段の０己制限の態様は、フィートノ１′ツタ 経路におけるダイオード６０を通じて得られる。

図５は、他の単一段の実施例を示す。この実施例は、抵抗６８とキャパシタ６９ 並びに抵抗６７によって決定されるエンファ／スを有するｎｐｎ　トランジスタ ６５を使用する。自己制限の態様は、この共通コレクタ構成の出力においてダイ オード６６を介して生じるクリＩピングにより行われる。

本発明のｍへμｍ口１壺 図６を参照する代替実施例はまた、増幅器に段Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４とし て識別される４つの理想的な段を含む。！１７０の入力は、入力段ＳＬに接続さ れたキャパシタである。残りの段はそれぞれカスケードに接続され、線７１に出 力を出す。段Ｓｌは、共通エミッタ構成で接続されたトランジスタ７２を含む。

各段は、段Ｓｌ用のスイＩチア５　（ＳＷＩ）のようなスイッチを介して選択的 にグランドに接続された、抵抗７３とキャパシタ７４からなるＲＣネットワーク を含む。スイッチ７５がオーブン位置にあるときは、段ｌは関係する周波数すべ てに関して実質上単一利得を提供する。スイッチ７５が閉じられているときは、 ５ＭＨｚ信号に約６ｄＢの利得が提供され、１０Ｍｌ１ｚにさらに高い利得（た とえば９ｄＢ）が（Ｈ供される。したがって、図６から分かるように、切換え位 置によって、６段への入力信号は適切な高周波エンファ／スによって増幅される か、または入力信号が増幅されることなしに単に段を通過するかのいずれかが可 能である。

図６の増幅器を含む上記の増幅器の動作に潜在的に含まれることは、増幅器への 入力信号がその最初の振幅に復元され、その最初の振幅がたとえば５　Ｍ　Ｈｚ 、て２Ｖのように既知であることである。図６の実施例では、信号の最初の振幅 が既知であることを利用し、事実上、増幅器に達する前に渡される信号によって 線の長さを評価する。線７０上のａ、ｃ、人ツノ信号は入力比較器８０に接続さ れ、所定電圧と比較される。ここで考察するイーサネットの実施例に関しては、 線７０」−のイーサネット信号の５　Ｍ　Ｈｚ成分のピーク値を２■と比較する 。これは信号の最初の５ＭＨｚ成分のピーク振幅である。この比較の結果、信号 が実質上減衰していない（たとえば１■よりも大きい）ことを示す場合は、比較 器８０から出力は提供されない。この場合は、スイッチＳＷＩからＳＷ４のどれ も閉じられず、線７０上の入力信号は増幅なしで出力線７１に通過する。次に、 増幅器と比較器８０への入力信号が０．１２５Ｖよりら小さい場合を考えると、 この場合は、比較器によって！８１上に信号が提供され、スイッチＳＷＩからＳ Ｗ４がすべて閉じられ、すべての段が増幅を行う。信号が、０．＋２５Ｖ以上で あるが０．２５■よりも小さい場合は、信号が線８２上に現れ、スイッチＳＷＩ ＋ＳＷ２、ＳＷ３が閉じられる。同様に、信号が０．２５Ｖ以上であるが０．５ ■よりも小さい場合は、信号が線８３上に現れ、スイッチ５ＷＩＳＳＷ２が閑し られる。最後に、信号が０，５ｖとｔＶの間の場合は、信号は１１８４上に生じ 、スイッチＳＷＩが閉じられる。このようにして、適切な増幅が提供される。

図６の比較器８０は、段が分岐され（自己制限式ではなく）適切な段の出力端子 で出力を取る図２の装置によって使用することができる。

本発明により実施される方法は、最初にツイスト・ペア線を通じ”Ｃ伝送される 信号のａ、ｃ、　＠幅を測定する段階と、この測定の結果を、伝送された信号の 振幅（これは既知だと仮定する）と比較する段階とを含む。次に、増幅器（所望 の周波数強調を有する）に十分な利得が提供され、信号をその晟初の振幅と周波 数スペクトルに復元する。イーサネット信号においては、適切な利得を提供する ために必要な測定は、バケットのヘッダ上で５ＭＩＩｚ成分を検査することによ って行うことができる。これにより、データが現れる前に測定と調整（たとえば 利得の設定）を行う時間が与えられる。一旦決定した利得は、データ・ブロック 全体のために使用され、各へ／ダに関して再確立される。

このように、信号がノイス！・・ペアの電話線を通じて伝送されるイーサネット ・ネットワークなどのネットワークにおいて、データ搬送信号を増幅するために 特に適した増幅器について述べた。増幅器の利得は、事実上入力信号の大きさの 関数として利用できるという点で動的である。これにより、とりわけ線のイノビ ーダンスが温度や湿度などによって変化するときに自動的な補償が提供される。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、 ＫＲ，ＫＺ、ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、　ＰＬ 、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ。

ＳＥ、ＳＫ、ＵＡ、ＶＮ （７２）発明者　アイルランド、アンソニー・ジェイアメリカ合衆国　９４５２ ３　カリフォルニア州・プレザントヒルズ・アープイス　ドライブ・１８００ （７２）発明者　ミラー、マーク アメリカ合衆国　９４６０２　カリフォルニア州・オークランド・ブライトン　 アヴエニュ・３８１５ （７２）発明者　ティラー、マシュウ アメリカ合衆国　９４５２３　カリフォルニア州・プレザントヒル・アープイス 　ドライブ・１８００

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．低周波よりも高周波を減衰するような線を通じて伝送される信号を増幅する 増幅器において、 それぞれが高周波エンファシスを有する所定の増幅を含む複数のカスケード接続 した段を含み、 さらに、段への入力信号が所定レベルであるとき、各段は実質上減衰なしで入力 信号をその段の出力に渡すことができることを特徴とする増幅器。
2. ２．各段が、ロング・テール・ベアに接続された第１のトランジスタと第２のト ランジスタを含む請求の範囲第１項に記載の増幅器。
3. ３．各段は、入力信号が所定レベルに達するとその段への入力信号の増幅を妨げ るダイオードを含む請求の範囲第１項に記載の増幅器。
4. ４．ある段の出力が次の段によって連続的に増幅されるように、直列に接続され た複数の段を含み、 各段は、その段の入力に印加される信号が所定レベルよりも下である限り高周波 を促進する周波数利得応答を有し、また各段は、その段に印加される信号が所定 レベルを越えるときに実質上単一利得を有することを特徴とする増幅器。
5. ５．各段が、入力信号が所定レベルを越えるときに段がその利得を自己制限する 回路を含む請求の範囲第４項に記載の増幅器。
6. ６．各段が、一方のトランジスタにおける電流が所定レベルに達したときに他方 のトランジスタを通じて流れるようにバイアスされた一対のトランジスタを含む 請求の範囲第５項に記載の増幅器。
7. ７．各段が、自己制限を実現するダイオードを含む請求の範囲第５項に記載の増 幅器。
8. ８．カスケードに接続された複数の段を含み、各段が、段への入力信号のレベル が所定レベルに達したときに入る自己制限モードを有し、このレベルを下回ると きは高周波エンファシスを行う所定の利得周波数応答を行い、 かつ実質上単一の利得周波数応答を有するモードに一度入ることを特徴とする増 幅器。
9. ９．入力信号を受け取り、増幅する増幅器であって、カスケードに接続された複 数の段と、 各段にあり、高周波を促進する所定の利得周波数応答かまたは単一利得応答かを 選択するために段と関連した切換手段と、増幅器への入力信号が大幅に減少する ときにより多くの前記段が選択されるように段の切換手段を制御するため、増幅 器への入力信号を受け取るように接続された比較手段と、 を含むことを特徴とする増幅器。
10. １０．比較手段が、入力信号を所定レベルと比較することを特徴とする請求の範 囲第９項に記載の増幅器。
11. １１．入力信号を受け取り、増幅する増幅器であって、それぞれ所定の周波数エ ンファシスを行う複数の段を含み、各段が、印加される入力信号を測定する手段 と、印加される入力信号が所定の周波数エンファシスによって所定レベルに達し たときに飽和する手段とを含むことを特徴とする増幅器。
12. １２．ツイスト・ベア線を通じて伝送される信号を増幅する方法であって、ツイ スト・ベア線を通じて伝送される信号の振幅を測定する段階と、信号を所定レベ ルに増幅するために、測定値の関数として増幅を提供する段階と、 を含むことを特徴とする方法。